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2 0 0 1 0 年第3 期 丁超然从真空带滤机结构特性分析其应用优势 3 从真空带滤机结构特性分析其应用优势 丁超然 江苏井神盐化股份有限公司淮安碱厂，江苏淮安2 2 3 2 0 0 摘要根据与国外带滤机制造商技术交流所掌握的带滤机的信息，介绍并分析了带滤机的结构与 技术性能，以供纯碱行业在未来的装置技术更新时参考。 关键词真空带滤机；结构特性} 应用优势 中图分类号T O1 1 4 ．1 5文献标识码C文章编号1 0 0 5 8 3 7 0 2 0 1 0 0 3 0 3 一∞ 在欧洲索尔维纯碱厂，水平真空带滤机已经成 为重碱过滤的主要设备。而在中国纯碱行业中，真 空带滤机用于重碱过滤还没有得到广泛推广应用。 这主要是国内纯碱设备制造商对带滤机结构设计和 材质的选用还没有更多的研究和试验条件，真空带 滤机的制造技术也存在差距。近年来，随着与国外 带滤机制造商的技术交流和设备的引进，逐渐对带 滤机有所了解。过滤装置是纯碱生产的关键设备。 过滤工序的工况优劣，直接影响纯碱生产的若干工 艺技术指标及消耗定额。因此，如何选用技术成熟、 工艺指标优秀的过滤装置，是纯碱生产装置配置极 其重要的环节。 由于纯碱生产过程中其物料物化性质的特殊 性，传统的纯碱生产过滤装置一般都采用真空转鼓 过滤机。尽管真空转鼓过滤机经过几代的改进，但 终不尽如意。业内的工程技术人员致力于开发能够 用于纯碱生产的新型过滤装置以及为真空转鼓过滤 机弥补其工艺缺陷的技术措施。如开发用推料离心 机直接分离重碱。尽管推料离心机的分离效率可大 大提高分离效果，但其对结晶质量的要求和上下工 序的工艺配合条件较为苛刻。目前用于纯碱行业的 过滤装置仍然以真空转鼓过滤机为主要装置配置。 为改善真空过滤机的性能及弥补其技术不足， 在真空转鼓滤碱机后配置推料离心机，以进一步降 低重碱水分并力求取得洗水的分离及得到二次利 用。目前此工艺流程在纯碱行业中基本得到认可并 逐渐得到推广。但此工艺流程的配置不尽合理，不 仅工艺流程相对复杂，且投资的增加也成为各纯碱 企业较为关注的问题。 而国际上发达国家对纯碱生产过滤装置的改进 在本世纪初基本得以完成．，如索尔维欧洲的一些纯 碱厂，在上世纪末或更早的时间已经用水平带式真 空过滤机替代了真空转鼓过滤机。2 0 0 2 年，中国纯 碱协会组织行业技术考察团赴欧洲索尔维部分纯碱 厂进行技术交流，并对水平真空带滤机应用进行考 察。此后中国纯碱协会也致力于推荐使用水平真空 带滤机。 由于中国的纯碱厂对真空带滤机尚不甚了解以 及国内制造技术不能满足技术条件，使此项技术未 能在国内碱厂采用。随着与国外真空带滤机制造商 的技术交流，真空带滤机逐渐被认识，因此真空带滤 机的配套应用将逐步在国内纯碱行业实现。 本文是通过与国外多家带滤机生产商的技术交 流中对真空带滤机的了解，从带滤机的结构及使用 效果阐述其优势，以供业内人士参考。 1 真空带滤机简介 真空带滤机其工作原理仍然是利用真空的推动 力在过滤介质两侧产生推动力，以分离固液料浆。 万方数据 4纯碱工业 与真空转鼓过滤机不同的是，过滤介质的托架是有 足够穿透空气通道的橡胶皮带，而且整个过滤过程 是在水平运行轨迹上完成的，因此称为水平真空带 滤机 见图1 。 图1 真空带滤机外观图 由于真空带滤机的干燥区域可随皮带的延长而 增加干燥停留时间，不受转鼓周长的限制，因此其干 燥时间充分，其分离物的水分指标相对较低。如氨 碱法生产工艺的一般结晶质量，经带滤机过滤后的 重碱水分可在1 5 ％～1 6 ％，较差状态也可以达到 1 7 ％左右。 带滤机的能力取决于过滤面积。与真空转鼓过 滤机不同的是，带滤机的有效面积相对较大，其中吸 碱部分相对较短，且在瞬间完成吸碱，因此其干燥区 域相对增加；另外带滤机的滤布再生过程是在非作 业区域内完成，因此不占用过滤作业面积。 图2 为现场的带滤机示意图。 图2 现场的带滤机 带滤机的工艺指标如表1 表1 真空带滤机工艺指标 N a C l 滤饼中的盐分为每吨纯碱≤1 ．5k g 滤饼冲洗水每吨纯碱≤0 ．6 5m 3 带滤机上2 道洗涤 烧成率约5 3 ．0 ％ 真空度 气液分离罐出1 3 真空度为4 6 ．6 6 ～5 3 ．3 3k P a 真空当量 滤饼水分≤1 6 ％，每吨纯碱最少需要6 5 0m 3 真 空当量． 总的碳酸氢 钠损耗 ≤2 ％ 真空带滤机的最大优点是可以将洗水分离并进 行二次利用。这可以降低洗涤水的用量，对降低母 液当量和后续工序的能耗及再制品平衡至关重要。 这是转鼓过滤机非常难以实现的技术。 2 真空带滤机结构 真空带滤机的主要结构分为机架及驱动装置、 真空管、真空盘、过滤皮带、滤布、进料布料装置、滤 饼洗涤装置、卸料装置、滤布洗涤装置、皮带纠偏装 置等。 2 ．I 机架及驱动装置 见图3 图3 机架及驱动装置 机架除支撑结构外，还配置皮带的头尾轮及驱 动装置。在纯碱生产工序中，机架的材质可选用碳 钢防腐和不锈钢材质。根据国外的使用经验，采用 3 1 6 不锈钢材质更适合纯碱的生产环境。各生产厂 商采用不同的机架连接方式，或全螺栓连接或焊接。 螺栓连接形式利于检修和校正；焊接连接使得机架 的稳定性更好，一旦调试合格后，更利于真空装置的 长周期运行。无论哪种连接方式，都是现场安装施 工，关键是现场的安装质量和调试水平。 国外制造商给中国客户的带滤机机架，往往是 在国内生产，包括材料的选用。但也有国外制造厂 商是在原产地制造的。因此材料的内在质量还是有 万方数据 2 0 0 1 0 年第3 期丁超然从真空带滤机结构特性分析其应用优势 5 一定差异的，这也是选购带滤机时比质比价的内容 之一。 驱动装置包含驱动电机、变速箱及皮带轮。生 产厂商一般都配置变频电机及变频装置，以满足带 速的调节。变速箱为滚筒式变速箱 见图4 ，这使 得驱动装置结构更紧凑，且利于防水、防潮。5 0i n 2 带滤机配置的电机功率为3 7 - - 7 5k W 不等，这与各 制造厂的配置有关。因此在选用带滤机时，从节能 角度考虑，在满足过滤能力的前提下，应尽量选用功 率消耗更低的品牌。 变速箱的质量是带滤机长周期运行的保证。因 此国外的制造商均配置名牌减速机，如B R E V I N I 布雷维尼 品牌。但有制造厂商为降低成本，机架 及驱动装置部分采用国内制造和配置，电机和变速 箱的配置应予以重视。 图4 滚筒式变速箱 皮带轮是应引起足够重视的部件。关键是皮带 轮的直径。各制造厂商的皮带轮的直径不一，如5 0 m 2 带滤机的皮带轮直径从甲10 0 0 到9 13 0 0 。不同 的直径的皮带轮，与其造价有关系，但大直径的皮带 轮更利于延长过滤皮带的寿命和稳定带滤机的带速。 因此在选用带滤机时应尽量选用大直径皮带轮。 2 ．2 过滤装置 过滤部分包括真空盒、支撑及密封盘、过滤皮 带、滤布、耐磨带。这是真空带滤机的核心部分。‘ 2 ．2 ．1 真空盒 见图5 真空盒是连接过滤皮带和真空系统的关键部件。 真空盒的制造水平反映了该制造厂商带滤机的水平。 在运行中与运动的皮带摩擦密封过程中不能有真空 的泄漏。因此真空盒要求加工和安装精细，调试水平 很高。在各国外带滤机的供货中，真空盒的制造一般 都是国外原产地生产，以保证制造质量。因此在选购 进口带滤机时，要特别关注真空盒的生产地。 图5 真空盒 真空盒的安装和检修，各生产制造商均在其结 构上采用了一些细节技术。如气动升降装置，以方 便真空盒的检查和检修。如图6 图6 真空盒的气动升降装置 万方数据 纯碱工业 没有安装气动升降装置的真空盒在检查、检修 时需要人工升降真空盒。因此在选用带滤机时应关 注真空盒升降装置的配置。 真空盒的密封也是关键技术。为防止过滤皮带 运行过程中的真空损失，制造厂商在真空盒的上面 安装超高分子聚乙烯片，即起到真空密封的作用，同 时又降低了摩擦系数，对皮带起到保护作用。 2 ．2 ．2 过滤皮带 过滤皮带也是核心部件。过滤皮带的设计和制 造都是关键技术。其技术含量决定着带滤机的产能 工艺技术指标。过滤皮带需保证足够的透气性、透 水性；须保证足够的强度、硬度和韧性； 皮带材质为天然橡胶，皮带分为四层，内衬聚酯 编织物加强层 见图7 。因此皮带的强度和硬度一 般达到邵氏硬度A 6 5 。用于纯碱生产的不同规格的 带滤机的带宽不等，一般为2 ．4 ～3m ，带厚各制造 厂不等，一般厚度为3 5 ～3 8m m 。皮带上开有凹 槽，凹槽宽度为1 5 - - ．1 9m m ，凹槽深7 ～1 8m m 。凹 槽区开有圆孔或方孔排水孔。凹槽及排水孔完全按 照出碱液的固液比、出碱当量等参数进行计算设计， 以满足纯碱生产的工艺要求。为提高过滤运行过程 中在过滤皮带上的排水效率，有带滤机制造厂商将 皮带的凹槽设计为倾斜状，使得过滤排水性能更好。 对于宽型皮带，这种凹槽的设计其效果更加明显。 如图8 图7 过滤皮带 图8 皮带凹槽 皮带接头为硫化黏接，为保证黏接质量和皮带 的平行度，好的制造商在生产厂内进行硫化黏接。 运输到使用现场的是完整的环形皮带。也有在带滤 机安装现场进行硫化黏接的厂家，但黏接的质量和 调整条件相对差一些。因此在选用带滤机皮带时， 应尽量选用在生产厂家完成黏接的整条过滤皮带。 过滤皮带边沿黏接裙边 见图9 ，裙边的设计、 质量也是关键技术。有带滤机生产厂商对裙边的研 究获得专利技术。裙边材质区别与主体皮带材质， 是特殊橡胶材料。其特点是柔韧性高、强度高。裙 边的作用主要是挡堰功能，在迸料时形成槽型布料 区，防止料浆从皮带边缘外泄。一般裙边的高度为 1 2 0 “ - - 1 3 0m m 。裙边为易损件，使用寿命取决于裙 边材质和裙边的结构设计。裙边的使用寿命一般为 1 ～5a 。裙边的黏接是在施工现场剩黏接，因此要 求较高的黏接技术。 图9 过滤皮带黏接裙边 过滤皮带底部有一层耐磨带，其材质为聚丙烯 机织物。耐磨带可有效地保护过滤皮带的磨损，提 高过滤皮带的使用寿命。耐磨带的寿命一般为1 年。耐磨带可以拆下更换，只需气动降低真空盒即 可进行拆除更换耐磨带。 2 ．2 ．3 滤布 滤布的材质为聚丙烯或聚酯材料。一般为2 层 机织编织布。其使用寿命1 ～2a 。目前与带滤机配 套的滤布均产于欧洲，如德国、瑞典等。滤布与过滤 皮带同步运行。但在洗涤过程，滤布与过滤皮带分 开，用高压喷头的洗涤水进行冲洗滤布，以保证滤布 的穿透性，使得带滤机能够连续运行，无须进行单独 的清洗滤布操作。 滤布清洗完全是自动进行的。因此带滤机配置 了独立的清洗水泵，清洗水通过喷头产生的压力水 流对滤布进行冲洗 见图l O 。滤布冲洗水量一般 为5 ～1 0m 3 ／h 。冲洗水收集后可作为第一道洗水 。使用。滤布洗涤装置一般由制造厂商作为辅助装置 万方数据 2 0 0 1 0 年第3 期 丁超然从真空带滤机结构特性分析其应用优势 7 配套供应。 图1 0 滤布清洗 带滤机配有自动纠偏装置及滤布张紧装置。自 动纠偏装置在传感器的检测下进行自动纠偏，以防 止滤布运行走偏。滤布张紧装置是滤布清洗后在即 将进行过滤前，对滤布进行平整张紧，以保持滤布的 平整。张紧装置有重力滚张紧 图1 1 ，有气动控制 自动张紧 图1 2 。均衡气动滤布纠偏系统比传统 的压紧轮或滤布纠偏系统下滤布的使用寿命要长。 这些辅助装置都是带滤机的细节技术研究成果，甚 至是专利或专有技术。进口的带滤机生产厂商这些 技术研究成果，对带滤机的技术性能和滤布的使用 寿命的改善起到了显著的作用。 图1 1 滤布的重力滚张紧图1 2自动张紧 2 ．3 带滤机进料及洗涤装置 带滤机的进料和洗涤对带滤机的技术性能影响 很大。因此各带滤机制造厂商的进料和洗涤均采用 不同的技术。 2 ．3 ．1 进料装置 带滤机的进料关键是要均匀地将料浆分布在较 宽的过滤皮带上。布料不均匀会导致真空度的分配 不均匀，洗涤和干燥会受到严重的影响。带滤机的 进料装置关键是布料器的设计 图1 3 ．有顺流布 料形式和逆流布料形式之分。布料器的卸料方向与 皮带运行方向一致为顺流布料，反之为逆流布料。 图1 3 带滤机进料装置 皮带裙边在布料时起到很好的围堰作用，使得 料浆更均匀地在滤布上形成料层 图1 4 ，这对洗涤 和干燥是十分重要的。对重碱的过滤，更注重对盐 分的控制，因此碱饼的厚度和均匀程度对盐分的控 制是至关重要的。带滤机制造厂对进料装置的技术 研究，形成各自专有技术或专利技术，在选取真空带 滤机时应对其予以重视。 图1 4 滤布上均匀的料层 2 ．3 ．2 洗涤装置 见图1 5 带滤机的洗涤方式决定了其技术优势。带滤机 可分为多级洗涤，一般重碱的洗涤可分为2 段或3 段洗涤。而各段的洗涤在独立的真空区域进行，因 此洗涤液可独立分离，并可再循环使用。如末段的 洗涤液可返回用作第一段的洗涤用水。这使得洗涤 用水量和母液当量大大降低。 由于洗涤水的分离和循环使用，带滤机需要配 置母液和洗涤水分离器，如果是三级洗涤，则需要配 万方数据 8纯碱工业 置3 个气液分离器及各自的洗涤液泵。带滤机的制 造厂商一般将气液分离器和洗涤液泵作为带滤机的 辅助设备配套供应，这主要是针对洗涤液的流量要 求合理设计。 目前带滤机生产厂家配置的洗涤洒水大多是堰 式洒水槽。也有改为喷头洗涤方式。两段堰式洒水 槽的洗水当量在盐分≤o ．3 ％ 纯碱 时，为≤0 ．6 5 t ／t t 。喷头洗涤方式，其洗水当量会进一步降低。 但需要对喷头的选用和分布需要进行必要的研究， 以防止重碱盐分波动和水雾造成的操作环境恶化。 图1 5 洗涤装置 2 ．4 带滤机的辅助装置 用于重碱过滤的带滤机是根据碳化出碱液的料 浆固液比、碳化结晶质量、出碱流量、盐分、水分等工 艺指标选取带滤机的面积。但带滤机仍然有一定的 操作弹性。其操作弹性取决于带滤机的带速和碱饼 厚度的控制。正常工况下，进碱量需满足碳化出碱 液的工艺要求。在出碱液流量波动时，需要控制带 滤机的带速及碱饼厚度，并在允许的工艺指标条件 下通过辅助装置的调节进行操作控制。 2 ．4 ．1 超声波测厚仪 重碱滤饼的厚度对工艺指标的影响是显著的。 尤其是对盐分和水分的稳定控制，滤饼的厚度尤为 重要。因此进口带滤机都配置了超声波测厚仪，相 对准确地测定滤饼的厚度，并将其信号反馈给D C S 控制系统，以完成对碱饼厚度的控制。用于重碱的 带滤机正常的滤饼厚度以3 ～3 ．5c m 为宜，超出指 标范围的厚度，可通过带速的调节调整滤饼厚度，而 不是通过控制迸料流量控制滤饼厚度。 2 ．4 ．2 带速变频调节 带速的调节也是带滤机操作弹性控制手段之 一。带滤机的驱动电机配置了调频器，使得带速可 以无级变速调节。带速调节范围为4 ～2 4 m ／r a i n ， 各厂家的产品不尽相同。如此大的带速调节范围使 得带滤机的负荷能力和技术指标的操作弹性得以扩 展。 2 ．4 ．3 压辊 带滤机配置了压辊，其作用主要是平整滤饼，尤 其是结晶质量不是太好的时候，滤饼表面出现龟裂 时，靠压辊予以平整，以防止龟裂纹处漏真空，降低 真空效率。压辊的材质为聚氨酯或P V C 材料，重量 较轻，耐磨且摩擦系数较小。压辊配有单独的驱动 装置，电机功率一般为2 ．2k W ，并配置变频调速。 压辊的转速通过变频调节使压辊的线速度与过滤皮 带线速度同步，以防止压辊黏碱。压辊配有气囊式 压紧调节装置，可根据实际生产条件调节压辊的压 紧状态，以减少对皮带滤布的磨损。 2 ．4 ．4 卸料装置 图1 6 带滤机的卸料装置有多个部分组成。皮带尾轮 和滤布卸料托辊形成一倾斜卸料面，卸料托辊将原 平整的滤饼产生变形对滤饼产生松散作用，以方便 滤饼的卸料。 图1 6 带滤机的卸料装置 带滤机制造商在卸料区配置了卸料毛刷辊 图 1 7 ，对滤布表面残存的滤渣进行清理，以减少重碱 对刮刀的磨损同时提高滤布的再生效果。毛刷滚由 单独的电机驱动，产生不同步的线速度，达到清理的 效果。 卸料的末端还配置了卸料刮刀 图1 8 ，以清除 万方数据 2 0 0 1 0 年第3 期丁超然从真空带滤机结构特性分析其应用优势 9 图1 7 卸料毛刷辊 吸附在滤布上残存的滤饼残渣。刮刀材质一般为聚 氨酯等非金属材料。 图1 8 卸料末端的刮刀 2 ．4 ．5 进料排气罩 图1 9 带滤机在进料区域配置了排气罩，进料过程中 曝空释放出来的氨气、C 0 2 通过排气罩排放，避免 了对滤过操作环境的影响。排放气体可通过喷淋回 收装置回收氨，减少滤过的曝空氨损失。洗涤与干 燥区域，因处于真空状态，因此带排气罩的带滤机整 个作业环境相对洁净，更符合清洁生产的要求。 2 ．4 ．6 滤液管及气液分离器 带滤机在过滤区与干燥区配置了若干滤液管， 滤液通过滤液支管汇集到滤液总管，并经气液分离 器分离滤液。滤液管的材质为钢骨耐压管。由于滤 液的组成不同，滤液在不同的气液分离器中分离。 一级滤液回到母液桶，二级滤液回滤液桶，并通过滤 液泵返回到第一级洗涤。因此，带滤机配置2 ～3 个 图1 9 进料排气罩 气液分离器。在带滤机选型时，要考虑气液分离器 的占地空间及滤液流程。气液分离器由供货厂家作 为配套附件提供，根据带滤机能力由供货厂商进行 设计，其材质为不锈钢材质 图2 1 。 图2 0 滤液管 图2 1 气液分离器 万方数据 纯碱工业 2 ．4 ．7 带滤机的操作控制系统 带滤机的操作控制基本实现了自动调节控制。 制造商为带滤机配置了P L C 可编程控制柜，并留有 D C S 控制系统的信号输出。带滤机的操作可实现 D C S 控制。如滤饼厚度控制、带速控制、进料量控 制、洗水量控制、滤布洗涤、滤布张紧、皮带纠偏、真 空盒升降等操作均可通过D C S 进行控制。由于带 滤机的水平安装及运行，使得盐分在线检测有望成 功，因此盐分检测与自控可在带滤机得以实现。 3 对带滤机的总体评价 通过对带滤机的结构了解，带滤机用于纯碱生 产还是具有相当的技术优势的。其主要技术特点 是 ①设备能力相对与真空转鼓过滤机要大。 ②操作弹性也相对较大，适合配置于碳化出碱 液生产需要。 ③滤液可部分循环再利用，洗水当量小，母液 当量减少，有利于节能，并能获得更低盐分指标，质 量稳定。 较低的真空度下获得低水分重碱。但相对于转鼓过 滤机真空当量相对较大。 ⑤滤布自动清理，再生效果好，避免了停车、洗 车操作，装置运行周期长。 ⑥皮带的自动纠偏和滤布的自动张紧装置有 利于过滤机的长周期运行。 ⑦自动化控制程度高，减少了人工操作强度。 ⑧无须配置吹风泵，使得能耗降低。 ⑨迸料可实现密封罩封闭，作业区环境状况较 好。 ⑩气动升降真空盒使得检修方便，检修工作量 小。 带滤机的结构与技术优点，取代真空转鼓过滤 机是一种趋势。在欧洲索尔维纯碱厂，真空带滤机 已经成为重碱过滤的主要装置。增加对真空带滤机 的了解和认识有利于中国纯碱制造设备的更新，更 有利于纯碱生产工艺技术的提升。随着带滤机在纯 碱行业的应用扩大，也将推动带滤机的技术改进和 升级。我们期盼着国产带滤机的研究和制造在不久 的将来达到国际先进水平。 ④干燥区域相对更大，在薄碱饼作业状态下， 收稿日期2 0 1 0 0 4 0 6 中国化工学会无机酸碱盐专业委员会 第十四届纯碱学术年会在安徽合肥召开 中国化工学会无机酸碱盐专业委员会第十四届纯碱学术年会于2 0 1 0 年5 月1 1 ～1 3 日在安徽合肥召开．中国化工学会 无机酸碱盐专业委员会 纯碱 及中国纯碱工业协会的领导、高等院校、科研设计单位、纯碱企业及相关设备材料生产厂家共 5 0 个单位的7 0 多名代表出席了大会． 大会由中国化工学会理事、专委会副秘书长、‘纯碱工业 杂志主编王月娥主持，大连化工研究设计院院长邵玉昌致开幕 词，中国纯碱工业协会会长底同立出席会议并做总结发言． 会议期同与会代表就行业普遍关心的外冷碳化塔、不冷碳化塔、传统索尔维碳化塔的应用、技术迸展等相关问题进行了 论文报告及热烈讨论；中国工程院院士周光耀为大会撰写了“外冷式碳化塔技术发展概况”的论文并在会上发了言，周院士针 对外冷塔3 0 多年来的技术发展概况作了一个概略介绍；制碱专家王全先生作了“纯碱制造不冷碳化技术综述”的报告；会上还 对一些新建纯碱厂新技术、新设备的应用进行了介绍交流． 本次会议的特点1 ．准备充分．历时半年的论文征集得到了各相关单位及作者的积极支持，论文的数量及质量达到了较 高的水平，为会议提供了丰富的内容；2 ．主题突出．本次会议的主要议题正是行业普遍关心的热点、难点问题，行业院士、专家 的到会为各生产企业的问题讨论提供了交流的平台；3 ．交流广泛．给设备、材料生产企业提供一次信息交流的机会，给纯碱 企业一个了解新技术、新产品、新材料的窗1 3 ，达到了预期的效果，得到了与会代表的好评． 本次会议得到了中国成达工程有限公司、中盐安徽红四方股份有限公司的大力支持，在此，我们对他们为本次大会所做 的贡献表示深深的感谢 本届大会共收到论文2 5 篇，经评委会评审共评出优秀论文一等奖2 篇、二等奖5 篇、其余为三等奖． 汪松涛 万方数据