平盘过滤机的优化改造技术总结

平盘系统优化改造项目的技术总结
平盘过滤机自投产以来，在产品产量、质量等二大指标上都达到并超过了设计值。

如产能从设计的76t/h提到现在的最高100 t/h，产品氢氧化铝的附碱从设计的0.06％降到目前的0.032％，产品附水从设计的10％降低到5.2％。

这些技经指标的取得除了和进料料浆特性（主要是氢氧化铝粒度）有关外，平盘过滤机优良的系统设备性能也是至关重要的。

随着工厂产品产量的逐年提高，系统设备长时间处于高超产状态，如前面提到产量超过设计值的30％以上，一些辅助指标母液、强滤液、弱滤液的浓度已偏离设计值，给工厂增加了生产成本。

随着产能的增大，提高母液浓度已是摆在我们面前的一个迫切课题。

2000年3月至今氧化铝厂科技人员对平盘过滤机系统进行了研究和改造，并取得了很好的效果，现将平盘攻关技术总结如下：
一、污水治理
生产中由于平盘的管网上有大量的考克、阀门关不严，造成平盘系统污水量很大，又由于各种滤液的浓度高低不一，造成浓度降低很多，因此对污水进行治理以达到污水的零排放是一项迫切的工作。

1.1单元流程的改造
在生产中，为保证流程的畅通可靠，对每台设备都安装有备用设备。

统计生产报表发现，影响流程设备倒换的原因主要是管道结疤、泵腔积料等非设备本身机械、电气方面的原因。

如果流程合理，并充分利用全厂停汽检修的机会，在生产运行当中，设备出故障的机会很少。

因此，对平盘过滤机系统的单元流程进行了改造，用三通管加盲
改造前放料口的结构如图1-2，在放料阀门上部有一段死管，放料时因为物料沉积而使放料过程变得困难，成堆的固含放出后要用大量的滤液冲洗地沟，造成浪费。

改造中将放料阀门改为往槽内推进的锥头阀，从而使放料过程变得安全、均匀、可靠，减少了污水排放。

1.3 水的治理
进入污水系统的水有以下几个来源：
·洗水系统
·设备机封冷却水
·现场各洗手池用水
1.3.1 洗水治理
将洗水槽的地沟与系统的地沟隔离开，并将其流向室外的雨水井，这样，完全避免了洗水槽系统的水流向滤液污水沟的可能。

1.3.2 冷却水治理
平盘过滤机系统有部分设备采用机械密封形式，需要对其进行冷却，但设备本身都未设置冷却水的回水流程。

在前几年的生产中，冷却水都是流入系统的污水沟，整改时，对全部的机封冷却水都增设回水流程，并将其引入室外的雨水井。

1.4 治理效果
经过对污水系统逐步治理，现场的形象大为改观，操作环境得到很大的改善。

在正常生产中，只有在对槽罐进行主动放料时，地沟中才有物料流动。

平时系统地沟内无沉积料，无结疤，治理过程达到了预期的效果。

二、增加浮游物回收流程
平盘过滤机采用滤饼过滤的形式生产，由于滤布使用有周期性，在滤布使用的中后期，盘面会因为各种原因出现破洞，在滤布破损还不严重时，为节约生产成本，不可能将滤布更换，因此在滤布使用的中、后期，滤液中的浮游物是逐步升高的。

在系统流程的设计中，将真空系统的液封槽作为澄清槽，对滤液中浮游物进行初步的回收，但由于其体积小，滤液在其中的澄清效果非常有限，为了尽可能回收滤液中的浮游物，增加了一套浮游物回收流程。

现我们有两台平盘，因而有两个各自独立的母液贮槽和强滤液贮槽。

将母液贮槽在顶部联接起来，将其中一个母液贮槽作为第二澄清槽，进行第二次澄清，母液及其浮游物被送到这里，然后溢流到另一个作为溢流槽的母液贮槽中，再往外送。

在作澄清槽的母液贮槽处增加一套浮游物回收流程，将浮游物尽可能回收后送到料浆槽。

强滤液贮槽也如此改造.
浮游物得到真正有效的回收。

三、平盘过滤机的分配盘及盘面工艺管道的调整
道尔公司生产的平盘过滤机，其设计的侧重点是保证产量及产品
质量，而对具体细化的滤液浓度分布考虑较少，这点从我公司平盘过滤机五年的生产数据可以看出。

在过去五年的生产中，平盘过滤机的母液浓度(N k)一直在135-145g/l之间，与进料料浆的N k相差30-40 g/l，强滤液浓度达100-110 g/l，比设计值高出30-50 g/l，弱滤液浓度差相对较好，但也比设计值高出10 g/l。

为使生产过程的指标分布更趋合理，降低生产成本，必须对滤液浓度重新进行调整，即提高母液浓度，缩小其与进料料浆的N k差值，使进料料浆中的碱尽可能多地回到母液中，减少进入母液中的水量，减少蒸发负荷，在提高母液浓度的同时，降低强滤液及弱滤液的碱浓度，提高此二种洗液的洗涤能力，使氧化铝全流程更趋经济、合理。

3.1设备结构及工艺描述
生产时以逆时钟方向转动的水平盘面由20扇等面积的扇形拼装
入真空分离区后，进行初始的固液分离，这时产生的滤液是碱浓度较高的过滤母液，料浆中的固含被截留在盘面上随盘转入第一次洗涤区，由含一定碱浓度的弱滤液进行洗涤。

滤饼中的碱被洗入滤液中，滤液中的碱浓度进一步升高而成为强滤液。

经过第一次洗涤的滤饼继续随盘转入第二次洗涤区，第二次洗涤由不含碱的蒸发冷凝水进行，洗完后的滤饼随盘进入范围较大的吸干区，然后进入螺旋卸料区，而洗水洗完后其中的碱浓度得到升高而成为弱滤液，作为第一次洗液使用。

具体的工艺参数见表3-1，卸料完后的盘面继续下一个布料、分离、洗涤、吸干、卸料周期。

表3－1 平盘过滤机物料平衡设计参数
物料名称流量m3/h 固含g/l 碱浓度g/l 密度g/cm3 进料料浆69-96 780 185 1.67
洗涤用热水按0.5t/t-AH 0.02
过滤母液38-53 ＜2 185 1.3
强滤液35-53 ＜2 80-90 1.15
弱滤液30-42 ＜2 8.6 1.013
3.2生产中的指标分析
从上面的结构及工艺描述可看出如下的大致趋势：生产当中的母液碱浓度(N k)应该和进料浆的碱浓度相近，弱滤液流量应该和洗水流量相近。

自1995年投产以来，平盘过滤机实际的生产指标一直和设计指标存在着较大的差距，致使生产成本上升，最主要的就是母液浓度太低而强滤液浓度偏高。

从以上比较及描述，可以判断：在生产时，滤液之间出现了互窜现象，从指标数据上看，有大量的水进入母液，致使母液浓度偏低，同时又有一定的母液进入了强滤液，致使强滤液浓度居高不下。

另外，盘面二次洗液的表观流量也不匹配，弱滤液量明显大于洗水量，说明
有强滤液进入了弱滤液，在系统中进行了内部循环。

3..3窜料途径的确定
3.3.1 强滤液进入母液----逆窜
从母液浓度（N k）和料浆浓度（N k）的差值可以断定：有低浓度的滤液进入了母液中，而进盘面的低浓度液体有弱滤液和洗水。

从设备的结构上看，最有可能的是弱滤液变为强滤液后进入了母液区，因为二者在结构上是相邻的。

从分配盘的结构上分析，窜料过程是在当滤板的排料口跨二个受
图3－3滤板和分配盘示意图
当滤板的排料口跨二个区时（母液区及强滤液区），在分离区未排完的母液及刚吸下的强滤液混和在一起往分配盘的受液腔中排，这时的混和液浓度是介于母液浓度和强滤液浓度之间。

当其往母液腔中
排时，将母液浓度降低，往强滤液中排时，使强滤液浓度升高，同样的，在弱滤液和强滤液分隔区也存在同样的问题。

为确认分析的结果是否合理，进行的对比实验结果如下：
表3-2 停弱滤液后的滤液浓度及流量变化
注：为缩短实验时间，以上滤液样都是从滤液下料管上直接取样，流量只能目测。

从表3—2可看出，停弱滤液后，消灭了从强滤液往母液窜料的可能性，母液浓度升高了10g/l左右，但与料浆相比，还有将近20g/l 的差值。

3.3.2 弱滤液进入母液----顺窜
因为进入盘面的洗液只有弱滤液和洗水，前面停弱滤液后，母液浓度和料浆的浓度差值还有20 g/l，说明有弱滤液进入母液。

滤液的流速是受过滤压、滤饼等的影响而变化，经过二次洗涤后，
滤饼的透气性较好，弱滤液区的滤饼密封性变差，使弱滤液区的△p 比母液区和强滤液区的小，从而使滤液流速慢，滤液从滤饼中到弱滤液受液槽的时间变长，有一部分的弱滤液未完全排空而随盘面带到母液区进入母液中。

为确认有弱滤液进入了母液区，在现场停反吹风后，卸开反吹风管使之排水。

从排出的水流量及浓度值看，确实有一定的弱滤液未在弱滤液区排完，从反吹风管排出的液体流量有2 m3/h，其浓度为8-10 g/l（N k）。

考虑到反吹风口的尺寸，应还有一定的液体未排出，即实际进入母液区的弱滤液量比放出的多。

3.3.3 母液进入强滤液
首先，和母液进入强滤液方式相同，当滤板同时跨母液区和强滤液区时，在强滤液进入母液的同时，也有母液进入强滤液区；其次，由于母液区分离区的范围不是很大，经过分离后的滤饼进入一洗时，滤饼中含水率达18％，这部分水是作为有母液浓度的NaOH溶液的溶剂而存在，以每小时90t/h产量计，大概有14.4t的母液进入强滤液，从而使强滤液的浓度及流量都升高。

3.3.4 强滤液和弱滤液的互窜
和母液与强滤液的互窜原理相同，在当滤板转到强滤液和弱滤液的分隔筋板处时，二种滤液也发生互窜现象。

3.3.5 系统的改进方案
3.3.5.1 滤液分配盘的改进
从前面的分析中可以看出，图3-1中分配盘各区的角度不合理，首先是母液区角度范围太小。

滤饼经过固液分离进入洗涤区时含水率达18％以上，从而有大量的母液随滤饼进入了洗涤区，最终随强滤液外排。

正因为这一主要原因，使强滤液的流量及浓度都较高，造成生产的浪费。

在改进时，根据滤饼含水率的变化趋势，如图3-4对母液区进行了适当的扩大。

含水率％
80
60
40
20
010°
20
°
30
°
40
°
50
°
角度
图3-4 分离区滤饼含水率随角度变化趋势图
在分配盘上，强滤液区和弱滤液区之间用滑块C形成一个达42°的盲区。

盲区的存在使平盘运转一周的过程中抽滤的时间缩短，对提高固液分离的效率及提高洗涤效果都没有益处。

所以在改进时将C滑
块取消，扩大分配盘的抽滤角度范围，同时保留原强滤液和弱滤液之间的分隔筋板作为改造后二区的分隔筋板，这样确定了强滤液分离区的角度范围。

泊萨伊通过对圆形截面毛细管的液流量研究，提出：
dv/dθ=△pπr4/guL (3-1)
式中：r----毛细管的半径；
u----液体粘度；
从3-1式中可直观地看出，过滤速度和驱动力源△P成正比，和滤饼厚度L成反比。

在大规模生产中，要求设备有一定的产能，因此L值一般较大。

为保证最终滤饼中的附水能尽可能多地从滤饼中排出并最终从滤板腔中排出，改进中将弱滤液区向后也作适作扩张。

将弱滤液区向后扩张的原则是：必须保证系统的真空区和反吹风区能绝对有效地隔离。

在以上对三个滤液区进行调整时，都本着尽量扩大抽滤角度范围的原则，使各种浓度的滤液尽可能多地向其对应的区域汇集，使生产正常有序地进行。

3.3.5.2 盘面工艺管道的调整
在3.3.3.1的分析中，如果滤板刚转过一个滤液区时，在临界角度位置处即遇到洗液，则会发生滤液的混和现象，并出现不可控制的窜料现象。

因此，只有当滤板完全进入下一个滤液区域时才遇到对应
的洗液，这样才会从结构上根绝上述现象。

在对分配盘进行改进的同时，将盘面工艺管道也相应的向后调整，以达到只有当滤板完全进入下一个滤液区时才有可能遇到相应的洗液的目的。

最终调整后的滤液分配盘角度范围和盘面工艺管道的角度范围如图3-5所示。

3.3.5.3 卸料螺旋的改进
从3-1式，体现出滤饼和过滤介质的综合阻力对过滤速度的影响，为了提高过滤速率，必须将阻力降至最低，在3-1式中的直接表现是降低滤饼层的厚度L。

为保证系统产能，生产中的可卸滤饼厚度也必将在一定的范围
内，产能越高，其厚度也越大。

为保证系统正常运行，卸料螺旋和滤板之间有一定的间隙，以防止螺旋括伤滤布。

在长时间的生产中，卸料螺旋磨损严重，并且各处的磨损程度也不一样，因此生产中的残余滤饼厚度很难保证。

另一方面，由于螺旋的磨损，使螺旋的卸料能力下降，有相当数量的被卸松的滤饼翻过螺旋轴而成为残余滤饼。

由于这二个原因，在产能提高时，滤饼厚度中残余滤饼占了较大的比例，在厚度测量时达到五分之一。

在改进中，螺旋也进行了彻底修复。

首先将螺旋的外径扩大，增大其卸料能力，其次将其刀口尽量修平整，以利于残余滤饼的调整。

卸料螺旋经过改进后，对残余滤饼厚度的控制变得简单、可靠，最终可将残余滤饼的厚度调整到只占总滤饼厚度的九分之一左右，从而大幅度降低滤饼的厚度L。

四、改进后的效果
4.1 改进前后的指标对比
从2001年2月下旬开始，对平盘过滤机进行了按上述方案的改进，从改进以后的生产数据来看，效果是非常明显的。

具体的生产指标的对比见表4-1。

表4-1 平盘过滤机改造前后工艺参数对比指标名称及单位改进前3年平均数 2001年5月-11月平均数下料量 m3 /h 96 96
进料固含 g/l 840 840
进料碱浓度 g/l 180 180
产能 t/h 81 81
最大产能 t/h 105 105
产品附碱 % ＜0.06 ＜0.03
产品附水 % ＜5.5 ＜5.2
母液浓度 g/l 135-145 167
母液流量 m3 /h 50 62
强滤液浓度 g/l 110 80
强滤液流量 m3 /h 50 25
弱滤液浓度 g/l 35 15
弱滤液流量 m3 /h 48 25
洗水消耗 t·H2O /t·AH 0.55 ＜0.3
烘干蒸汽消耗 t·汽/t·A H -- --
滤液浮游物 g/l ＜2 ＜1
系统运转率 % 91 95
从表4-1中可以看出，改进后，母液浓度从145g/l以下提到167g/l，与进料料浆中的浓度差值缩小到10g/l左右，强滤液浓度从110g/l降到80g/l，弱滤液浓度从35g/l降到15g/l，洗水消耗从0.55t水/t·干AH降低到0.30t水/t·干AH，浮游物从2g/l降到1g/l，
几大预期指标都达到了目的，取得了较好的经济效益。

4.2 经济效益的评估
计算条件:年产42万吨氧化铝
a.母液浓度提高
改进前：母液浓度:140g/l
改进后：母液浓度：167g/l
蒸发蒸水量：优化后减少：89200吨/年
节约蒸汽： 89200×0.35=31220吨/年
年经济效益： 31220×65=203万元/年
b.洗水量减少
年经济效益：89200×0.90=8万元/年
c.附碱减少(附碱降低对电解节省冰晶石的效益未考虑)
改进前年平均：0.0365％
改进后总平均：0.012％
年节约碱量： 163t/年
合NaOH： 163/1.325=123.5t
年经济效益： 123.5×1800=22万元/年
d.浮游物回收
此处只计算强滤液中的浮游物，因为母液中的浮游物在分解工序有回收措施。

改进前浮游物： 2％
改进后浮游物： 1％
强滤液流量： 50 m3 /h
年回收AH： 438吨/年
经济效益： 438×0.63×2000≈55万元/年
以上四项，每年的经济效益为：203+8+22+55=288万元/年
4.3 相应的操作工艺的改进
系统流程及设备结构改进以后，相应的操作方法也应作适当的调整，才能使改进方法更加有效。

4.3.1 盘面物料流向的改进
在设备结构的改进方法中，考虑到了盘面因为工艺管道的角度分布不合理而引起的窜料，所以在生产时，必须使物料在预期的分界处有可靠的分隔措施。

在料浆及洗液的布料时，为充分利用有效的抽滤角度，料浆和洗液都是逆平盘转动方向喷出，由于惯性作用，物料都将在盘面逆向流动而窜至前一区，从而影响改进的效果。

所以在料浆布料管及二次洗液管前都增加胶皮挡板，使物料得到有效的隔离，并且对损坏的挡板进行及时的修补或更新。

4.3.2 滤饼厚度的控制
在3－1式中，体现出了过滤速率和滤饼阻力的关系，要减小过
滤阻力，对一台给定的过滤机来说，可以通过改善滤饼的理化性能或降低滤饼的厚度来达到。

改善滤饼的理化性能势必增加生产成本，甚至影响产品质量，如果通过降低下料量来降低滤饼厚度的话，将会降低系统产能。

在平盘过滤机生产时，滤饼卸料后还保留了一定厚度的残余滤饼。

残余滤饼最直接的存在原因是保护滤布，防止螺旋括伤滤布，另在资料显示，残余滤饼的存在有助于降低滤液浮游物。

残余滤饼的含水、含碱都比表层滤饼高，为保证产品质量，有的工厂将残余滤饼的厚度留得较大，达15-20mm。

根据我厂平盘过滤机现场取样数据表明，残余滤饼的附水比表层滤饼高出60％，附碱高出2-3倍，但真正影响大的是最低层2-3 mm 的底层滤饼。

在降低滤饼厚度的诸多方法中，最经济有效的方法是尽量降低残余滤饼厚度，在3.3.5.3中已有论及。

另外，盘面转速也是直接影响滤饼厚度的因素。

在一定进料量及固含的前提下，盘面转速越快，滤饼越薄，过滤阻力也越小，但缩短过滤时间及滤腔中滤液的排空时间，使前一区的滤液在后一区排出，形成窜料。

根据现场取样结果和盘面情况的对应关系得出的结论是：根据不同的下料量调整转速，尽量使弱滤液的流量和洗水的流量相近即可。

4.3.3 真空度的调节
为保证过滤效果，真空度越大越好，采用加开真空泵而增大真空度的方法有效但不经济。

通过加强设备维护，保证真空系统的密封性，提高真空泵的上水质量，对泵腔进行定期清理及清洗，充分发挥其效能。

实践证明，按原来两台真空泵运行足以保证系统的真空度。

4.3.4 滤布的定期清洗
在过滤阻力中，有一部分是滤布引起的，滤布在生产一定时间以后，形成两种形式的堵塞。

第一种是小颗粒的固体嵌在网眼中，并在滤布表面形成一薄层沉淀物，这些可以在底层滤饼的颜色上判断，对这种堵塞物可采用短时间停料用热水冲洗的方式解决。

另一种是在滤布上形成结垢将网眼堵死，对这种铝酸钠溶液形成的结垢用热水冲洗的方式不能清除，而应采用高温（95℃）高浓度（320g/l）的碱溶液浸泡，一般三个小时可达到目的。

4.3.5 反吹风的调节
在4.3.4中所述的第一种堵塞情况，当其不是很严重时，可以用反吹风吹开从而使滤布获得再生，所以正常生产必须有一定的反吹风压。

判断反吹风压是否适当最有效的方法是：料浆将滤布淹没后，形成了密封层，这时的反吹风应该能将滤布鼓起并首先在整个滤布上布满小气泡，最终反吹风应该能将粘附在滤布上的湿滤饼整块地鼓翻，这样反吹效果最佳，太大的反吹风容易将滤布吹出。