濾布式真空圓盤石膏脫水機(jī)應(yīng)用

李 鵬

（陜西榆林能源集團(tuán)楊伙盤煤電有限公司，陜西神木 719316）

1 概述

近年來，隨著中國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，電力供求持續(xù)增長。截至2020年底，中國安裝的電力容量占國家總安裝容量超70%，占總發(fā)電功率的70.19%以上，耗煤達(dá)18億t。目前，火力發(fā)電站的二氧化硫和氮氧化物的排放量占全國排放量的40%以上。隨著國家環(huán)保產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，節(jié)能減排成為國家開發(fā)戰(zhàn)略?；鹆ζ髽I(yè)的環(huán)境保護(hù)事業(yè)是電力企業(yè)，特別是關(guān)鍵的節(jié)能減排事業(yè)成為最優(yōu)先課題。在火力發(fā)電事業(yè)中，排煙脫硫技術(shù)被廣泛使用。隨著環(huán)境保護(hù)政策的進(jìn)一步實施，脫硫裝置的穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)活動成為政府環(huán)境監(jiān)督的焦點。提高了火力發(fā)電站的環(huán)境保護(hù)訪問閾值，降低了污染物排放濃度，許多排煙脫硫裝置面臨著膨脹和變態(tài)。現(xiàn)在的排煙脫硫技術(shù)屬于引進(jìn)海外技術(shù)后的消化技術(shù)。幾個機(jī)器的選擇概念和技術(shù)與現(xiàn)在的裝置開發(fā)和制造開發(fā)前沿之間有差距。

2 濾布式真空圓盤石膏脫水機(jī)現(xiàn)狀分析

2.1 濾布式真空圓盤石膏脫水機(jī)特征

圓盤脫水機(jī)主要由輥筒系統(tǒng)、攪拌系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、濾液排放系統(tǒng)、刮料系統(tǒng)、反沖洗系統(tǒng)、清洗系統(tǒng)、漿液槽沖洗系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、槽體、機(jī)架組成。在驅(qū)動電機(jī)的帶動下，輥筒連同圓盤圍繞主軸朝刮刀方向旋轉(zhuǎn)，在真空泵負(fù)壓作用下，浸沒在石膏漿液中的圓盤吸附石膏漿液，吸附在圓盤表面的濾餅被干燥，濾液吸入分離罐中排放掉。圓盤轉(zhuǎn)過刮刀時濾餅被刮除落入石膏庫，反洗水經(jīng)過清洗管路、分配頭打入圓盤，清洗表面的濾餅，保持圓盤的清潔度。圓盤脫水機(jī)因濾板材質(zhì)不同分為濾布式及陶瓷式兩種。

圓盤脫水機(jī)在使用性能方面具有高效、節(jié)能的巨大優(yōu)勢，與傳統(tǒng)真空皮帶脫水機(jī)相比，其石膏處理能力和效率大幅提高，單位石膏脫水耗電量平均比真空皮帶脫水機(jī)降低了77.19%，節(jié)能效果明顯。圓盤脫水機(jī)設(shè)備空間體積小，在脫硫系統(tǒng)擴(kuò)容改造及新建機(jī)組脫硫裝置中具有極大的應(yīng)用價值，可利用原有空余場地實施安裝或減少新建脫硫裝置土建工程，不受制于場地限制，可大幅降低改造或新建投資費用。

2.2 濾布式真空圓盤石膏脫水機(jī)原理

圓盤脫水機(jī)運用盤片毛細(xì)抽真空原理研發(fā)制造而成。盤片只允許水分子透過，空氣和石膏顆粒無法通過，在工作過程中，保證無真空損失，極大地降低了能耗。

圓盤式脫水機(jī)由六個功能區(qū)構(gòu)成：

（1）吸漿區(qū)：工作時浸沒在石膏漿液中的盤片在毛細(xì)作用下結(jié)合真空壓力，表面吸附成一層濾餅，濾液通過分配管道匯流至濾液收集池。

（2）過濾區(qū)：吸附濾餅在此區(qū)域進(jìn)行過濾。

（3）淋洗區(qū)：濾餅轉(zhuǎn)出料漿池后，對濾餅進(jìn)行噴淋洗劑。

（4）干燥區(qū)：濾餅繼續(xù)在高真空的作用下進(jìn)行脫水。

（5）卸料區(qū)：進(jìn)入無真空的狀態(tài)下，刮刀自動卸料。

（6）反沖洗區(qū)：工業(yè)水或者濾液經(jīng)過分配閥進(jìn)入盤片由內(nèi)向外進(jìn)行清洗。

盤片使用一個周期后（6-8h）采用超聲波配合低濃度酸液混合清洗，保持盤片的高效使用。

2.3 新型圓盤脫水機(jī)技術(shù)特點

石膏排煙脫硫技術(shù)作為濕式排煙系統(tǒng)中重要組成部分，在該系統(tǒng)的操作中發(fā)揮著重要的作用。目前，在濕式脫硫過程中，脫水裝置主要采用傳統(tǒng)的裝置結(jié)構(gòu)，作為處理脫脂副產(chǎn)物的裝置，一般都設(shè)定有真空帶式脫水機(jī)。由于真空帶式脫水機(jī)系統(tǒng)大面積、高功率消耗和復(fù)雜的維護(hù)工作，尤其特別是備件消耗量較大，濾布頻繁地更換不但消費大量的時間和原料，還會直接降低全脫硫系統(tǒng)的使用性。新盤式陶瓷真空脫水器具有省電低碳、小面積地板、便于維護(hù)等優(yōu)點。

在推動火力發(fā)電站濕式脫硫系統(tǒng)應(yīng)用研究中起到很大作用。系統(tǒng)設(shè)備采用模塊化集中式設(shè)計，集成了各種機(jī)電、微孔陶瓷、超聲波等技術(shù)，實現(xiàn)了真空吸引和毛細(xì)管效應(yīng)引起的固液分離，具有高效、節(jié)能、小型設(shè)備面積等許多優(yōu)點。

通過應(yīng)用適用于排煙脫硫裝置膨脹、變換的緊湊結(jié)構(gòu)、小型地板面積、方便安裝、維護(hù)裝置的微極化物陶瓷和毛細(xì)管技術(shù)，提高了裝置真空度高、濾波蛋糕含水率低的真空利用率，大幅度削減每單位石膏的耗電，采用了通過應(yīng)用事例分析能夠節(jié)約80%以上的耗電的plc和dcs遙控器的控制模式。主軸減速器采用自動化、簡單操作、安全可靠、高頻轉(zhuǎn)換控制，減少勞動力；高速機(jī)器、系統(tǒng)振動、噪音最小。

2.4 圓盤脫水機(jī)在火電廠濕法煙氣脫硫系統(tǒng)的使用情況

在火力發(fā)電站的濕式排煙脫硫系統(tǒng)中應(yīng)用磁盤脫水機(jī)系統(tǒng)，系統(tǒng)設(shè)備的使用符合設(shè)計要求。應(yīng)用案例有：云南國投曲靖4×300MW機(jī)組排煙脫硫裝置、湖南華東永陽電站 2×660MW機(jī)組排煙脫硫裝置、云南戴安金能源第二發(fā)電站 2×600MW機(jī)組排煙脫硫裝置、華納頓哲旺發(fā)電站2×600MW機(jī)組排煙脫硫裝置。

近年來由于發(fā)展了煤炭火力發(fā)電站不足，煤炭中對硫氣體的控制已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了脫硫器和控制裝置在初始化設(shè)計的要求，對其在脫硫過程中系統(tǒng)施加了很多巨大的壓力。作為石膏脫硫器件的重要工藝過程連接，急需石膏脫水系統(tǒng)激增。

新盤式陶瓷真空脫水器通過廣泛應(yīng)用于汽車尾氣中的脫硫器，大大簡化了石膏式脫水器系統(tǒng)膨脹和轉(zhuǎn)換，大大縮短了變化轉(zhuǎn)換時間，保證了火力發(fā)電廠有效生產(chǎn)和運營時間，而且直接影響到發(fā)電站生產(chǎn)和運行。根據(jù)關(guān)于盤片式陶瓷真空脫水機(jī)的結(jié)構(gòu)和其性能的深入調(diào)查和問卷調(diào)查，該系統(tǒng)器件設(shè)備將在新型發(fā)電站排煙脫硫器中應(yīng)用的前景較為廣泛。與其他傳統(tǒng)帶真空脫水機(jī)相比，盤片式陶瓷真空脫水機(jī)是屬于采用集中式結(jié)構(gòu)化設(shè)計模塊，大大減小了系統(tǒng)中所有設(shè)備的重量，覆蓋了較小區(qū)域。

3 國投曲靖發(fā)電有限公司4×300MW機(jī)組案例分析

（1）改造原因：SDIC熱電廠項目4×300MW機(jī)組的排煙脫硫裝置中，鍋爐1塔和1塔采用石灰石石膏濕法氣體脫硫法，出力不足，無法滿足運行要求。2009年10月，4個FGD機(jī)組投入使用，過濾面積64m2，石膏處理能力63.5t/h的兩種真空脫水系統(tǒng)。啟動真空帶脫水機(jī)后，裝置的耐久量、備用部件的消耗量、脫水系統(tǒng)的耗電量很大。為了減少每天的運營和維護(hù)成本，節(jié)約能源，國家投資曲靖發(fā)電站從2011年4月開始了石膏脫水系統(tǒng)的器材轉(zhuǎn)換。

（2）石膏礦渣脫水系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換在兩個階段進(jìn)行：①2011年在40m2的設(shè)計過濾面積上完成兩張光盤脫水機(jī)的安裝和操作；②設(shè)置了120m2盤脫水機(jī)，并于2012年實施，將2片封口6535，真空帶脫水機(jī)改為每天待機(jī)。經(jīng)過改進(jìn)，石膏漿脫水系統(tǒng)的設(shè)計石膏處理能力為163.5t/h，磁盤脫水機(jī)的容量為100t/h。根據(jù)設(shè)計石膏輸出（80t/h），石膏漿脫水系統(tǒng)的容量可以達(dá)到待機(jī)時間的1.4倍，完全可以對應(yīng)裝置維護(hù)期的待機(jī)要求。

第一階段是2011年4月開始初步設(shè)計，全面器材制造，六月中旬除去真空帶脫水裝置，設(shè)置了40m2過濾面積的盤片脫水機(jī)，7月5日，投入了2套磁盤脫水裝置。

第二階段是2012年7月開始預(yù)備設(shè)計的月的完全設(shè)備制造月中旬，在設(shè)置過濾面積120m2的盤脫水機(jī)的10月7日正式發(fā)售，3張盤脫水機(jī)分發(fā)給原創(chuàng)真空帶輸送機(jī)，生產(chǎn)現(xiàn)場占用面積變態(tài)后不增加。設(shè)備主要參數(shù)分析：耗電120m2盤脫水機(jī)系統(tǒng)（機(jī)械混合）額定82.1kW，真空管脫水機(jī)系統(tǒng)額定337kW，總功率差254.9kW。根據(jù)計算，磁盤脫水系統(tǒng)（過濾面積120m2，機(jī)械攪拌）的單位石膏的消耗功率為1.368kW·h/t的真空帶脫水裝置（過濾面積64m2，石膏輸出63.5t/h）的單位石膏的消耗功率為5.307kW·h/t。通過以上數(shù)據(jù)分析，磁盤脫水機(jī)系統(tǒng)和真空帶輸送機(jī)系統(tǒng)每單位石膏的耗電減少了74.22%。樓層區(qū)域：該重建不進(jìn)行設(shè)備的擴(kuò)展，所有新的復(fù)原裝置都配置在原始廠址上，如果在現(xiàn)有的脫水床上沒有真空帶脫水裝置廠的擴(kuò)展，石膏處理能力就增加了近30%。石膏處理能力：M2過濾區(qū)兩套磁盤脫水機(jī)和120m2過濾區(qū)一套磁盤脫水機(jī)。轉(zhuǎn)換后，最大的石膏輸出達(dá)到125t/h，平均輸出為100t/h。與原1#真空皮帶脫水機(jī)系統(tǒng)相比，石膏的總產(chǎn)量增加57.48%。水耗式的反沖洗用水由脫硫系統(tǒng)中的工業(yè)冷卻水處理器提供。經(jīng)反沖洗的流程后，反沖洗水通過陶瓷板再次進(jìn)入槽體漿液，隨真空泵濾液水再次返回到脫硫系統(tǒng)。因此，從脫硫系統(tǒng)的整體水平衡視角考慮，該系統(tǒng)的水耗沒有發(fā)生改變，在此不做分析。

4 效果分析

1）圓盤脫水機(jī)具備了高效、節(jié)能特點，與傳統(tǒng)真空皮帶脫水機(jī)相比，其石膏處理能力和效率大幅提升，具備新形勢下的環(huán)保要求。

2）圓盤脫水機(jī)具備占地少，改造要求低，可就地開展，無須重新規(guī)劃用地，大幅度對廠區(qū)進(jìn)行規(guī)整，設(shè)計優(yōu)勢明顯。

3）圓盤脫水機(jī)設(shè)備構(gòu)造簡單，日常維護(hù)量小，日常維護(hù)費大幅降低，符合現(xiàn)代化電廠要求。

4）圓盤脫水機(jī)投資費用遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出傳統(tǒng)帶式真空脫水機(jī)，但后期維護(hù)費用下降，設(shè)備使用壽命大幅上升。

5 結(jié)束語

磁盤式脫水器具備實現(xiàn)目前電廠建設(shè)過程中的高效率和節(jié)約資源要求，與其他傳統(tǒng)帶式脫水器相比，能耗可以減少80%以上，且占地面積較小、維護(hù)量少，節(jié)能環(huán)保效果也滿足現(xiàn)有形勢下的環(huán)保要求。盤片式真空脫水器具備了適用于排煙-脫硫裝置膨脹/轉(zhuǎn)換緊湊型裝置結(jié)構(gòu)及小面積大等特點，以及新建電廠受制于廠區(qū)用地成本高等優(yōu)勢。改造電廠的原始場地可以作為安裝或者減少新建脫硫單元進(jìn)行土木工程，不受空間的限制，并且這樣可以極大地降低轉(zhuǎn)換或者新結(jié)構(gòu)設(shè)備的投入和成本，采用磁盤設(shè)備簡易結(jié)構(gòu)及少量維修，可以為您節(jié)約每日維護(hù)成本。但目前磁盤脫水機(jī)投資遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于傳送帶式脫水機(jī)投資。目前來看，使用磁盤脫水機(jī)來替代傳統(tǒng)脫硫石膏脫水帶，應(yīng)用空間廣泛，會對未來其產(chǎn)生廣泛影響，盤式真空脫水機(jī)在新建電廠煙氣脫硫裝置的應(yīng)用前景必將更為廣闊。