KS 超高壓壓榨機(jī)在含煤廢水系統(tǒng)中的運(yùn)用

曹 軍金建華沈建軍

1.上海上電漕涇發(fā)電有限公司

2.上海上電能源科技有限公司

0 KS高壓快速壓榨機(jī)介紹

高壓快速壓榨機(jī)為同臣開發(fā)的先進(jìn)技術(shù)產(chǎn)品，該產(chǎn)品在設(shè)計(jì)上吸取了德國的先進(jìn)技術(shù)，其中主梁材質(zhì)為優(yōu)質(zhì)低合金結(jié)構(gòu)鋼，壓濾機(jī)機(jī)座、壓緊板、止推板，材質(zhì)選用Q345B中板，使用壽命更長；液壓站采用多項(xiàng)進(jìn)口設(shè)備和先進(jìn)加工工藝，提高了設(shè)備的穩(wěn)定性；電氣控制系統(tǒng)核心控件采用進(jìn)口產(chǎn)品，并可以根據(jù)客戶需要預(yù)留遠(yuǎn)程接口，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的自動化運(yùn)行，遠(yuǎn)程監(jiān)視操作和遙控操作。

高壓快速壓榨深度脫水技術(shù)主要有污泥調(diào)理系統(tǒng)、污泥壓榨系統(tǒng)等部分組成，一般分為主機(jī)系統(tǒng)、輔機(jī)系統(tǒng)、配套工程、廠房土建等四大部分[1]。KS高壓快速壓榨機(jī)結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 KS高壓快速壓榨機(jī)結(jié)構(gòu)圖

1 KS高壓快速壓榨機(jī)原理[2]

壓榨機(jī)在PLC控制下，首先由液壓站葉片泵提供液壓推力，經(jīng)過預(yù)定的行程后，使壓榨機(jī)各濾板間處于限位鎖緊、密封的狀態(tài)，之后進(jìn)泥柱塞泵啟動，將污泥送入壓榨機(jī)的多塊濾板之間的空隙內(nèi)，進(jìn)泥初期因過濾阻力小，主要靠重力濾水作用，后期隨著過濾壓榨的持續(xù)進(jìn)行，過濾阻力上升，柱塞泵進(jìn)泥壓力逐漸升高至最高壓力時，污泥脫水機(jī)的多塊濾板之間的空隙內(nèi)充滿了污泥，此時，由進(jìn)泥柱塞泵提供的壓力，通過壓縮濾板空隙內(nèi)的污泥，使污泥再次壓榨，得到含水率為50%的泥餅。在壓濾機(jī)的高壓作用下，壓濾脫水僅需較短時間即可得到含水率50%的泥餅，為常規(guī)隔膜等壓濾脫水時間的1/5～1/3[3]。

2 KS高壓快速壓榨機(jī)特點(diǎn)

1）壓濾脫水時采用高壓，并采用連續(xù)遞增式施壓工藝，大幅降低了泥餅形成時濾液流出的介質(zhì)阻力，提高了壓濾機(jī)的脫水效率。

2）壓濾機(jī)的濾板采用增強(qiáng)聚丙烯結(jié)構(gòu)，可承受較高的脫水?dāng)D壓壓力，采用連續(xù)壓榨。充分匹配進(jìn)泥柱塞泵的性能曲線，低壓進(jìn)泥至高壓壓榨是一個連續(xù)的過程。用進(jìn)泥泵提供壓榨壓力，使壓榨機(jī)本體工藝、結(jié)構(gòu)更為簡潔、簡單，運(yùn)行更穩(wěn)定可靠，同時壓縮比可調(diào)節(jié)，能夠滿足在高壓力的進(jìn)料情況下運(yùn)行，不噴泥，壽命長，且更換維護(hù)更簡便。

3）因過濾面積遠(yuǎn)小于隔膜壓濾機(jī)，因此濾布用量相應(yīng)也很少，大幅降低濾布更換維護(hù)成本。

4）配套設(shè)備少，操作、管理簡便，使用的人工少于隔膜壓榨機(jī)。

3 原含煤廢水處理方法

原含煤廢水處理系統(tǒng)以多介質(zhì)過濾器為主，包含離心澄清反應(yīng)器和電子絮凝器。整套設(shè)備設(shè)計(jì)出力為25～30 m3/h，理論上能夠滿足本電廠的煤污水處理需求。但是因系統(tǒng)老化以及過濾器設(shè)備的特性，其過濾效率逐年下降，目前需24 h不間斷運(yùn)行方能確保每日匯集至煤泥沉淀池內(nèi)的煤污水得到及時處置。為保障煤污水處理設(shè)備的出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)，每年需對多介質(zhì)過濾器進(jìn)行2次濾料更換以及對離心澄清反應(yīng)器、電子絮凝器等設(shè)備進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)，每次維護(hù)保養(yǎng)時含煤廢水處理系統(tǒng)需停運(yùn)3-4天。

輸煤系統(tǒng)含煤廢水處理系統(tǒng)的煤泥沉淀池容積為1 500 m3。近幾年為降低煤價，大量摻燒低熱值、高粉塵的印尼褐煤。為了減少輸煤設(shè)備上的揚(yáng)塵，輸煤系統(tǒng)所使用的多管水沖式除塵器投用時間增加，導(dǎo)致捕捉進(jìn)入除塵器水箱粉塵濃度大幅度提高。此外,輸煤現(xiàn)場各轉(zhuǎn)運(yùn)站內(nèi)、棧橋上大量積塵經(jīng)水沖洗，引起集流進(jìn)入煤泥沉淀池內(nèi)的煤漿量急劇增加并緩慢沉淀后大量堆積，給沉淀池清理堆積煤泥工作帶來很大困難。清理工作除需投入大量的人力、物力外，人員需進(jìn)入“有限空間”內(nèi)進(jìn)行作業(yè)，存在極大的安全風(fēng)險。原含煤廢水煤泥沉淀池見圖2。

圖2 原含煤廢水煤泥沉淀池

4 改造后含煤廢水處理方法

根據(jù)我公司煤泥沉淀池清理工作實(shí)際狀況，為達(dá)到高效、安全、及時清理目標(biāo)，對含煤廢水處理系統(tǒng)煤泥清理工藝進(jìn)行改造，經(jīng)過對目前市場上多種煤泥脫水機(jī)的工作原理、脫水效率進(jìn)行多方調(diào)研、對比及綜合考慮后期維護(hù)檢修等，在國內(nèi)火電行業(yè)內(nèi)首次選用KS超高壓壓榨機(jī)進(jìn)行煤泥脫水、干化。脫水后的干化煤泥含水量為41%左右，用裝載機(jī)鏟運(yùn)到圓形煤場混入煤堆中可直接加入鍋爐原煤倉，改造后的廢水處理系統(tǒng)煤泥清理工藝流程見圖3。

圖3 廢水處理系統(tǒng)煤泥清理工藝流程

5 技術(shù)關(guān)鍵創(chuàng)新點(diǎn)

1)傳統(tǒng)的污泥脫水工藝是污泥經(jīng)帶式壓濾機(jī)、疊螺脫水機(jī)、離心脫水機(jī)等處理后的煤泥，含水率僅能達(dá)到70%左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足50%以下含水率的資源化利用要求。而采用KS超高壓壓榨機(jī)通過采用煤泥破壁改性與高壓壓濾壓榨深度脫水集成技術(shù)（即高壓快速壓榨深度脫水技術(shù)），可在線24 h運(yùn)行，其日處理煤污水量100～400 t，抽取的煤泥含水率可以高達(dá)90%，經(jīng)壓榨后的煤泥餅含水率在41%左右，無需再自然風(fēng)干可直接加倉，節(jié)約了大量的處置時間和存放場地。成品煤餅見圖4。

圖4 成品煤餅

2)采用高壓壓濾壓榨技術(shù)過程中無需添加任何藥劑和助凝劑，破壁改性和機(jī)械壓濾方式將煤泥含水率從90%降低至41%左右。超高壓壓榨機(jī)設(shè)備外觀見圖5。

圖5 超高壓壓榨機(jī)設(shè)備外觀

3)KS超高壓壓榨機(jī)壓榨壓力可達(dá)1.6～2.0 MPa，并采用快拉式卸料，工作周期短。每日可處理100～400 t煤污水，具有生產(chǎn)效率高，壽命長，穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)[4]。煤與水得到了有效分離，壓榨出的“煤泥餅”可直接利用，而濾液也會被收集，再次用于輸煤棧橋現(xiàn)場沖洗和多管式水沖擊除塵器用水，最大程度上減少資源浪費(fèi)。

4)相較傳統(tǒng)隔膜壓濾機(jī)，可省去壓榨泵、進(jìn)泥水箱、進(jìn)泥泵等設(shè)備，大幅降低基建投資，可減少30%占地面積，大幅降低土建成本。

5)整臺設(shè)備采用高度自動化設(shè)計(jì)，操作簡捷，僅需一人經(jīng)過簡單學(xué)習(xí)后，便可完成全部操作。

6 產(chǎn)生效益估算

1)KS超高壓壓榨機(jī)工作時壓力可達(dá)1.6～2.0 MPa，并采用快拉式卸料。有工作周期短、生產(chǎn)效率高、壽命長、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)設(shè)備運(yùn)行與使用說明，KS超高壓壓榨機(jī)使用壽命長達(dá)10年之久，運(yùn)行維護(hù)成本低廉，配套設(shè)備少，操作、維護(hù)、管理便捷。通過KS超高壓壓榨機(jī)，煤泥與水得到了有效分離。壓榨出的“煤泥餅”可直接利用，而壓濾出的水清澈透明，被收集至煤廢水處理系統(tǒng)的清水池中，再次用來輸煤棧橋現(xiàn)場保潔沖洗和用于多管式水沖擊除塵器用水，最大程度減少了水資源的浪費(fèi)。為高效利用壓濾/過濾水，現(xiàn)已將輸煤系統(tǒng)除塵器用水由回用水改用壓濾/過濾水，按每日投運(yùn)6臺除塵器和每臺/每班次耗用約4 t回用水，全年約需耗用2.63萬t回用水。按回用水成本3.5元/t計(jì)算，由此節(jié)約回用水成本約9.2萬元。

2)原含煤廢水處理系統(tǒng)以多介質(zhì)過濾器為主，包含離心澄清反應(yīng)器和電子絮凝器。整套設(shè)備設(shè)計(jì)出力為25～30 m3/h，理論上能夠滿足我廠的煤污水處理需求。但是，因系統(tǒng)老化以及過濾器設(shè)備的特性，其過濾效率逐年下降，需24 h不間斷運(yùn)行，方能確保每日匯集至煤泥沉淀池內(nèi)的煤污水得到及時處置。為保障煤污水處理設(shè)備的出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)，每年需對多介質(zhì)過濾器進(jìn)行2次濾料更換以及對離心澄清反應(yīng)器、電子絮凝器等設(shè)備進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)，每次維護(hù)保養(yǎng)時含煤廢水處理系統(tǒng)需停運(yùn)3～4天，維護(hù)費(fèi)用約需15萬元左右。KS超高壓壓榨機(jī)投用后，每日最高可處理400 t煤污水，其設(shè)備效率高，能有效減少煤污水處理設(shè)備的運(yùn)行時間。相比之前的多介質(zhì)過濾器，每日運(yùn)行時間可以減少一半左右。另外，因其連續(xù)壓榨工藝帶來的改進(jìn)，大幅降低了運(yùn)維成本以及避免了含煤廢水處理系統(tǒng)全停對輸煤系統(tǒng)除塵、保潔的影響?？捎稍磕陜纱蔚倪\(yùn)維減為一次，由此每年節(jié)約運(yùn)維及能耗成本約18萬元。

3)原煤泥沉淀池堆積的煤泥清理采用煤泥抓斗機(jī)抓取或超長臂挖掘機(jī)挖取，用卡車運(yùn)輸至圓形煤場特定區(qū)域，經(jīng)過數(shù)月自然晾干后與其他煤炭混合后加倉清理方式。2012年印尼褐煤未摻燒前為每年清理一次，隨著印尼褐煤摻燒比例逐步提高后，每個季度需要清理一次，每次清理費(fèi)用約6萬元。每次清理時，輸煤系統(tǒng)、除塵設(shè)備和煤泥沉淀池需要進(jìn)行水沖洗，系統(tǒng)與設(shè)備需全停4-5天。采用此方法清理煤泥不但效率低下，時間周期較長，而且占用圓形煤場約2萬～3萬t堆料場地，給煤場正常儲煤帶來困難，在卡車運(yùn)輸過程中灑落煤漿對沿途的環(huán)境污染也十分嚴(yán)重，需用大量工業(yè)水進(jìn)行沖洗，造成沿途環(huán)境的二次污染。KS超高壓壓榨機(jī)投用后，不再需要對煤泥沉淀池進(jìn)行清挖工作，由此節(jié)約全年清理費(fèi)用24萬元左右，同時最大程度上避免和減少了環(huán)境污染。

4)KS超高壓壓榨機(jī)投用2個月來，每日壓榨出5～10 t左右（根據(jù)進(jìn)口濃度高低決定）含水率為41%左右干煤泥餅，全年約為2 000 t干煤泥餅；若使用原有設(shè)備和工藝流程，煤泥沉淀池內(nèi)煤泥挖掘出放至煤場自然風(fēng)干2月后含水率在65%左右。含水率41%干煤泥和含水率65%干煤泥加入鍋爐后對燃燒的影響及產(chǎn)生的效益如下：

壓榨后減少水分如果進(jìn)入鍋爐，其帶走熱量=壓榨后減少泥煤中水分×鍋爐排煙溫度下水蒸氣的汽化潛熱：

其中，2 735 kJ/kg為水蒸氣在排煙溫度和水蒸氣分壓力下的焓值，84 kJ/kg為常溫下水的焓值。

含水率41%干煤泥產(chǎn)生的直接效益為每年可節(jié)約124.1 tce。按今年平均入爐標(biāo)煤單價680 t/元計(jì)，由此全年節(jié)約燃料成本約8.5萬元。

5)KS超高壓壓榨機(jī)的土建、設(shè)備、安裝等技改成本為67萬元，投運(yùn)后每年直接節(jié)約上述各類費(fèi)用約59.7萬元，14-15月即可收回全部技改成本。

6)KS超高壓壓榨機(jī)投運(yùn)后間接經(jīng)濟(jì)效益如下：

(1)環(huán)境效益：避免了煤泥沉淀池在清挖時，卡車運(yùn)輸過程中灑落煤漿對沿途的環(huán)境污染。同時原含煤廢水處理系統(tǒng)因每次清挖時需要對輸煤系統(tǒng)、除塵設(shè)備和煤泥沉淀池進(jìn)行水沖洗，一定程度上造成二次揚(yáng)塵和煤塵堆積等環(huán)境污染，KS超高壓壓榨機(jī)的使用避免了以上的各種環(huán)境問題，保障了系統(tǒng)環(huán)境整潔。

（2）3萬t左右堆料場地，因堆料場地被占用而壓縮了原有的工作場地，每年堆放時間長達(dá)8-9個月，影響正常的煤場堆放。導(dǎo)致到廠煤船無法及時接卸而產(chǎn)生滯期費(fèi)。使用了KS超高壓壓榨機(jī)后，生產(chǎn)出的煤泥餅?zāi)軌蛑苯铀屯斆合到y(tǒng)供機(jī)組鍋爐使用。無需堆料場地，從而提高煤場使用效率，減少因無法接卸而產(chǎn)生的額外費(fèi)用，大幅提高了工作效率。

（3）安全效益：KS超高壓壓榨機(jī)能夠完成深度脫水，其脫水效率高，煤泥餅含水率約為41%。避免了自然風(fēng)干后含水率在65%左右煤泥在取料上煤過程中，因過黏過濕而造成的上煤設(shè)備落煤管和鍋爐原煤倉堵塞事件發(fā)生。此外，杜絕了大量含水率90%的煤泥在煤場內(nèi)自然晾干時，煤泥水流出滲入印尼褐煤堆放處后，而造成自燃事件發(fā)生。保障了系統(tǒng)設(shè)備安全正常運(yùn)行。

7 總結(jié)

KS超高壓壓榨機(jī)在含煤廢水處理系統(tǒng)的成功運(yùn)用，其工藝在我廠擁有更大的應(yīng)用空間。可同樣應(yīng)用于火電廠化學(xué)污泥、脫硫污泥等方面的脫水、干化處置工作。如果試驗(yàn)成功，將對我廠化學(xué)和環(huán)保同樣擁有很高的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益[5]。不僅減少水資源的使用，提高水資源的循環(huán)再利用，而且可以科學(xué)、環(huán)保地處理脫水污泥。KS超高壓壓榨機(jī)在煤泥清理方面具有的高效、實(shí)用、安全、環(huán)保性，已引起同行業(yè)兄弟單位的高度關(guān)注，中電國際常熟電廠、上電股份外高橋一廠先后派員來我公司進(jìn)行實(shí)地調(diào)研，調(diào)研后，對我廠的KS超高壓壓榨機(jī)有著很高的評價，將對他們所在電廠的含煤廢水處理系統(tǒng)煤泥清理工藝進(jìn)行同樣的改造升級。可以預(yù)見，KS超高壓壓榨處理技術(shù)在未來將擁有非常廣闊的市場和良好的口碑。