国产80 m2真空带式滤碱机的开发应用

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(山东海天生物化工有限公司，山东潍坊 261313)

近年来，为应对市场挑战，各纯碱企业采取工艺系统优化和设备更新等措施降低消耗和节约成本，提高自身在市场上的盈利能力和竞争能力。

在纯碱生产系统的滤过工序中采用新型真空带式滤碱机[1](以下简称带式滤碱机)，具有能耗低、洗水当量低、滤过损失低、操作强度低等优点，已被越来越多的纯碱企业采用。带滤机在我国纯碱行业应用始于21世纪初，起步较晚，而国外一些发达国家在上世纪末或者更早时期完成过滤装置改进[2]，随着国外技术交流以及对引进带滤机消化吸收，带滤机开始应用到国内纯碱企业。然而国内使用的带式滤碱机均为进口设备，其缺点是指标性能不稳定，水分偏高，有的高达20%以上。易损件部分使用周期短、价格昂贵、采购难度大，售后服务不及时或者没有售后服务，全部依赖碱厂自己维修整改。

国产真空带滤机最早广泛应用在电厂脱硫、矿山、冶金、废水处理等行业，但在纯碱生产中一直没有得到成功推广应用[3]。基于此，山东海天生物化工有限公司(以下简称山东海天)于2012年开始，考察调研进口设备在国内纯碱行业应用的情况，共考察使用进口带滤机的碱厂8家，通过现场考察认为进口带滤机不适合海天公司生产能力、节能降耗、连续运行效益等指标要求。经过与国内生产真空带滤机的厂家潍坊鑫山环保重工科技有限公司(以下简称鑫山重工)多次技术交流，决定结合企业自身实际与鑫山重工共同研发国产带式滤碱机。鑫山重工是典型的规模以上装备制造实体企业，具有超大的研发实力，完全有能力开发出大型真空带式滤碱机。山东海天提供所有生产指标，工艺参数，提供试验用场地与物料对接，满足鑫山重工化验、小试、中试，充分获得大型滤碱机设计参数。

2016年6月份与潍坊鑫山重工签订年产135万t纯碱重碱过滤设备配套设计、制造、安装、调试一体化工程合同，仅用三个月时间即交付海天一台80 m2带式滤碱机。第一台验收合格后，又与鑫山重工签订两台80 m2带式滤碱机供销合同。

第一台国产80 m2带滤机于2016年10月4日调试投料，投料一次成功，经过三个月连续稳定运行，考核指标如表1。

表1 国产80 m2带滤机运行指标

1 国产80 m2的带式滤碱机开发应用

1.1 国产带式滤碱机结构及工作原理

国产带式滤碱机由动力系统、传动系统，框架结构，碳化浆液给料系统，真空橡胶皮带，真空系统，滤网固液分离系统，洗涤系统，滤网自动纠偏调整系统，母液气水分离排放系统，滤网自动清洗再生系统，自动卸料系统等组成。利用离心式真空机在过滤介质一侧产生真空度，使两侧产生压力差，使出碱液固液得以进行分离。

1.2 国产80 m2大型带式滤碱机的研发

鑫山重工从山东海天重碱车间现场勘查，物料试验化验检测获得物料参数，再到设备定型设计，过滤工艺设计，设备制造设计，采购，生产，质检，发货、安装，投料调试，培训，售后服务等形成了一条完整的产业链。整台套主机除减速机采用天津德国SEW减速机、国产橡胶带以外，其他零部件均为鑫山重工自主生产加工制造，严格的掌控了产品的质量与售后零部件供应保障及时，从接单到投料仅用了5个月时间，大大缩短了工程改造工期。

2017年，经过在山东海天实际运行获取各项技术指标后，鑫山重工申报国产带式滤碱机发明专利4项，实用新型专利14项，同年制定《鑫山带式滤碱机设计标准》、《鑫山带式滤碱机制作标准》、《鑫山带式滤碱机安装标准》、《鑫山带式滤碱机售后服务标准》等企业标准，该标准均高于国家与行业标准。

1.3 国产带滤机与真空转鼓滤碱机对比

1)从国产带式滤碱机框架结构以及表1看出，设备生产能力较大，是一台转鼓滤碱机能力的2倍。

2)在碳化浆液给料系统上，转鼓滤碱机逆重力布料，由真空主导，滤饼颗粒从内到外由小到大，增加损失率及洗水当量消耗，出碱液进量过大，造成滤碱机碱液槽溢流，进量太小，容易漏真空，需要严格控制，操作强度大，而带滤机采用顺重力布料，由真空和重力主导，滤饼颗粒从内到外由小到大，减少损失率和洗水当量消耗，因两边顺流布料形式以及软橡胶裙边对布料起到了围堰作用，防止碱液溢流，水平运输，使出碱液容易均匀分布，防止真空泄漏，使出碱液控制具有较高操作弹性，操作强度较小。

3)过滤面积较大，增加带滤机生产能力，过滤长度不受结构限制，可根据出碱液特性确定过滤长度，使出碱液分离效果更好，减少损失率；其洗涤系统与转鼓滤碱机差别很大，转鼓滤碱机洗水分为五道，洗水分布在较窄区域，无法实现洗水多级循环利用，要想提高产品质量，必须加大洗水消耗，容易造成生产系统波动，增加操作强度。而带式滤碱机洗水分为三道，有较长洗涤长度，其中二、三道洗水循环使用，共同组成第一道洗水，方便洗水逆流循环洗涤，易于实现用较小洗水流量，更好的控制重碱盐分

4)在滤布清洗上，转鼓滤碱机需要停车，需要操作工使用热废淡液对滤布进行均匀冲洗，而带滤机滤布清洗是自动进行的，使用的是脱盐水或者经洗水加压泵加压后炉气洗涤液，洗水量一般控制在6～8 m3/h，加上真空滑台润滑水共同组成第二道洗水，进一步减少洗水当量，使生产实现了连续化，提高了产能。

综上所述，国产带式滤碱机比转鼓滤碱机设备产能大，过滤面积大，洗水当量和滤过损失低，更容易控制重碱盐分和操作，减少操作强度，有利于进行连续化生产。

表2 带式滤碱机和转鼓滤碱机性能对比

自2016年12月国产带式滤碱机正式投料生产，截止2018年8月生产运行数据如表2所示，相比转鼓滤碱机，重碱水分降低2.33%，滤过损失降低0.35%，洗水当量降低了0.11 m3/t。通过计算，减少蒸汽消耗约0.141 t/t，增加产量为5.2187 kg/t，综合电耗减少2.27 kWh/t。共节省费用约24.72元/t，年可产生经济效益约3 337万元。

表3 带式滤碱机和转鼓滤碱机工艺指标对比

1.4 国产带式滤碱机与国外带滤机参数对比

国产带式滤碱机与国外带式滤碱机技术参数对比如表3所示，通过对比国产与国外带式滤碱机技术参数，可知国产带式滤碱机单位生产能力、重碱水分、真空度和损失率等技术参数优于引进国外带式滤碱机，国产性能已达到国际先进水平，对国产带式滤碱机在国内外各碱厂企业推广具有重要意义。

表4 国产与引进国外带滤机技术参数对比表

2 国产80 m2带式滤碱机部分创新点

从2016年12月至2017年12月，山东海天3台国产80 m2带式滤碱机陆续开机运行，截止2018年10月，已连续运行22个月，运行一直平稳，零部件使用寿命长、更换少，维护保养停机时间短，与进口设备相比较，采用以下创新点来支撑设备的连续运行、各项指标平稳。

2.1 三台带式滤碱机同时运行流量平均分布

碳化塔的来料系统，由于沿用转鼓滤碱机的小出碱槽，距离带式滤碱机又近，没有安装缓冲槽，碱液进入进碱管比较快，使进碱管线内带有气体，造成进碱流量不稳定，导致带式滤碱机负荷大小不均，使操作难度增大，尤其是在改塔时候。鑫山重工在进碱管线增加排气管线，消除碱液里面的泡沫，进碱不均问题得到解决，三台带式滤碱机负荷可实现随意调节。

2.2 胶带裙边及粘结配方和工艺

采用了新式裙边及粘结配方及粘结工艺，裙边使用周期长。海天1号机已经运行22个月，裙边完好无损。2号带式滤碱机比1号机晚制造一年，在装配时正好是冬季，低温潮湿等原因，导致裙边粘结胶凝固效果不好，出现了局部开胶现象，新建的滤碱机厂房做好保温后，鑫山重工对滤碱机裙边做了局部处理，开胶现象消除，使用至今效果良好。

2.3 新式真空带式滤碱机布料装置

通过前几年考察，普遍存在带式滤碱机碱液分布器分布不均，在滤布上碱饼薄厚不均匀，易出现中间薄，两边厚现象，影响洗水消耗及盐分控制，导致操作难度增大。

鑫山重工采用自主发明的新式带式滤碱机布料装置，加大中间过液量，摈弃了滤饼压碱辊等无用的装置，解决了进碱量、滤饼厚度不均的问题，这一关键零部件，鑫山重工申报了专利产品，已获得国家专利局授权。

2.4 全316L材质纠偏开关

滤布纠偏装置在使用一段时间后出现纠偏开关失灵现象，纠偏开关内部铜铝构件出现腐蚀，不能及时纠正滤布位置，易造成滤布跑偏。针对市场上购买的进口标准开关存在的问题，鑫山重工独立研发制造出了全316L材质纠偏开关，有效解决了纠偏装置易损坏与腐蚀问题，这一技术已获得国家专利局授权。

2.5 独立研发的机架结构

机架变形是大型带式过滤机普遍存在的问题，机架变形会引发一系列问题：单台产能低、水分过高、洗水当量难控、过多消耗真空气量、滤布使用寿命短、摩擦带使用寿命短、胶带打滑跑偏、滤布易跑偏打折等等严重问题。鑫山带式滤碱机采用独立研发的机架结构，采用GB3094标准冷拔无缝矩形钢管材料及特殊加工工艺，材料厚重，抗拉强度高，载荷能力大，急开急停不变形，橡胶带带速调整自如，按照鑫山重工的企业标准要求，33 m长的机架中心偏移公差不超过2 mm。由于采用了特殊机架结构，解决了所有上述问题，保障了滤碱机在长时间连续运行过程中各项指标平稳。

2.6 橡胶带采用高分子托辊滚动传动承托方式

目前用于纯碱行业的带式滤碱机橡胶带承托一共有两种方式，一是摩擦带承托式，二是平板承托式。这两种方式的最大优点是材料成本相当低，能够减轻碱厂的一次性采购成本。

橡胶带平板承托式的缺点是摩擦系数大，对橡胶带损伤大，橡胶带易跑偏打滑。

橡胶带采用摩擦带式承托方式的缺点是：摩擦系数大，机架抗拉强度及精度要求高，否则橡胶带易跑偏打滑。81 m2带滤机一般采用12根摩擦带承托，每根摩擦带必须用水润滑，用水量较大，一旦缺水，会与橡胶带摩擦过热导致摩擦带烧蚀，不但伤害关键部件橡胶带，而且摩擦带更换频繁，如果单根更换，则不间断的停机更换摩擦带，如果一次性更换，维修成本太高，就目前市场上应用，基本在3至5个月更换一次摩擦带。

鑫山重工采用高分子滚动托辊承托方式，摩擦系数小，55 kW功率即可满足整机运行动力，而摩擦带及平板承托结构需要75 kW，功率大，能耗高。

高分子托辊承托形式可根据整机的产量与水分要求随意调整转速。某联碱厂进口81 m2带滤机采用摩擦带承托方式转速不能过高，转速一旦过高，整个摩擦带承托系统易脱落瘫痪，只能维持在滤饼厚度50～60 mm的状态下运行，导致重碱水分一直在20%左右。

另外，高分子托辊承托形式解决了单台带式滤碱机产能低、水分过高、洗水当量难控、过多消耗真空气量、滤布使用寿命短、摩擦带使用寿命短、胶带打滑跑偏、滤布跑偏打折等关键问题。

2.7 新式滤布纠偏结构

鑫山重工独立研发的纠偏结构，自动化程度高，滤布跑偏间隔时间长。滤布运行最长时达到72小时不需纠偏装置纠偏，纠偏动作时纠偏时间短，不超过30 s，滤布运行平稳。

2.8 滤布维修装置

鑫山重工滤布采用了独特的滤布链接方式，滤布透水性好，易洗涤，耐磨强度高，不打折。

为保障海天滤布使用寿命长，鑫山重工开发了一套滤布维修装置，专门应用于山东海天滤碱机滤布的维修后重复使用，大大的降低了运行成本。山东海天的三台带式滤碱机滤布使用至今，仅报废一床滤布，原因是DCS突然停机，导致滤布大面积刮破，无法修复。

山东海天应用的国产带式滤碱机从工艺、结构、材料等拥有大量的创新点，与进口设备有很大的区别，以上仅说几个主要创新点，以后再做论述。

3 售后服务与易损件使用寿命

1)1号带式滤碱机已经连续运行22个月，易损件更换费用不到4 400元。 2号机、3号机已经连续运行了12个月，至今没有产生零部件费用。

2)摩擦带连续使用22个月，仍在继续使用。

3)在一些易造成长时间停车的关键零部件及普通易损件上，鑫山重工按每台设备机型设置应急备件库。档案式备件储备，会及时解决客户出现的应急事件。

4 总 结

自2016年国产带式滤碱机投入运行，相比转鼓滤碱机，年可产生经济效益约约3 337万元，完全达到了降低消耗和节约成本的预期效果。鑫山重工国产带式滤碱机的开发与山东海天达产达标成功应用，第一个在纯碱行业实现了带式滤碱机的真正国产化，率先打破了国外带式滤碱机的长期垄断，推动国内重碱过滤技术的转型升级，具有重要的里程碑意义，对提高纯碱产品质量，降低消耗和节约成本起到了直接的关键作用，大大的助推了我国纯碱行业的发展。