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新型白液压力盘式过滤机的研发与应用

  • 尹华
  • 李建波
  • 陈安江
  • 李明芹
  • 张文娟
  • 辛华
汶瑞机械（山东）有限公司, 山东安丘，262100

中图分类号： TS733+.9

最近更新：2019-12-24

DOI：10.11980/j.issn.0254-508X.2019.12.008

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摘要

根据碱回收苛化工段已成熟运行的工艺技术和生产经验，通过消化吸收国内外白液压力盘式过滤机的先进技术及总结多种结构压力盘式过滤机的现场应用实践经验，以关键部件的研究、开发为重点，攻克了双层气压密封环式无分区分配阀、外置气缸式气动式反吹管、梯形孔式动密封环、封头内置下料箱紧凑型筒体等关键技术，研制了YPL-Ⅲ系列第三代新型白液压力盘式过滤机，过滤面积为245 m2。该白液过滤机首次投入印尼某大型浆纸厂，单机白液产量高于8000 m3/d，白液澄清度不高于23 mg/L，设备运行平稳可靠，达到预期设计目标。

白液压力盘式过滤机用于制浆造纸碱回收苛化工段苛化乳液中白液与白泥的分离过滤，具有效率高、产能大、白液澄清度高、全封闭运行、自动化程度高等特点，已成为当前新建大型化学浆厂苛化生产线的首选设备。

白液压力盘式过滤机同类设备由于不同制造商的设计各有特点，其结构有多种型式[

1,2]，对单位面积产能、过滤白液澄清度等关键指标及用户的操作和维修难易程度都有不同的影响。汶瑞机械（山东）有限公司根据生产实践自主研制了YPL-Ⅲ型新型的大型压力盘式过滤机，其主要创新点在于全新结构的分配阀与反吹管、新型动密封环、封头内置下料箱紧凑型筒体等技术的首次应用，通过首台投产及改进达到预期设计目标，具体参数见表1，满足了市场需求。

表1 白液压力盘式过滤机规格参数表
滤盘直径/mm Φ3000 Φ3700
圆盘数量/个 4 5 6 7 8 9 10 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
过滤面积/m2 46 58 70 81 93 104 116 105 123 140 158 175 193 210 228 245 263 280
稀释前下料干度/% 60～70
稀释后下料干度/% 30～35
工作压力/kPa 120～150
白液通过量/m3·(m2·d)-1

30～35（木浆线碱回收）

15～20（竹浆线碱回收）

白液澄清度/mg·L-1 ≤25
工作转速/r·min-1 1～5

1 工作原理及特点优势

1.1　工作原理

新型白液压力盘式过滤机工作原理图见图1，开始工作时，将苛化乳液泵送进入过滤机筒体，稳定到一定的液位高度范围，乳液中的白液及部分气体在筒体内的正压力作用下透过滤网进入过滤盘片，流过中心轴内的流道和分配阀，流经气液分离槽时将气、液分离开，白液从槽底部被泵抽送到白液储存槽，气体从槽顶出来，经过过滤压缩机加压后再次送入过滤机槽体以维持过滤正压力[

3]。乳液中的白泥附着在滤网表面形成一定厚度的泥层称为预挂层，正常工作时白液先经过预挂泥层的孔隙过滤再经过滤网过滤，因预挂层的孔隙极小，可以阻挡住白液中的绝大部分白泥颗粒，使过滤出来的白液澄清度很高。超过一定厚度的泥层被刮刀片刮落到卸料箱，再经斜槽收集后流入白泥搅拌槽，从槽底泵送到白泥储存槽。过滤压缩机出口处的一部分气体经过增压压缩机提高压力后进入过滤机筒体底部的气泡搅拌器用于防止白泥沉淀，还有一部分增压气体通过分配阀上的反吹卸料器用于定时吹落和更新预挂泥层。

图1 白液压力盘式过滤机工作原理简图

1.2　特点优势

YPL-Ⅲ系列新型白液压力盘式过滤机是苛化生产线核心设备之一，其主要结构特点及技术应用优势主要有以下几个方面。

（1）结构紧凑、占地面积小、生产能力大：采用盘式过滤元件及组合技术，有效地提高了过滤面积，可同时实现白液过滤和白泥洗涤的双重功能。

（2）采用正压过滤技术，有效地提高过滤压差，增大了滤饼的通透性，提高了单位面积的生产能力。

（3）白液澄清度高：过滤介质由单一的滤网变为滤网和白泥预挂层相结合，实现白泥预挂技术，滤出的白液澄清度高，减少了制浆与碱回收系统相关配套设备的结垢现象，节约运行成本。

（4）白液得率高：较高的白泥下料干度，可以得到高得率的白液。

（5）白液温度高：设备在封闭状态下运行，滤出白液的温度高，减少了热量的散失，有利于蒸煮工段的节能降耗。

（6）刮刀自动卸料：设备自动化程度高，根据液位变化控制刮刀，使刮刀自动完成进刀、退刀、反吹更换预挂层等动作，保证设备运行稳定。

（7）创新空气搅拌装置，解决了机械搅拌空间无法布置和搅拌效果不均匀的难题，实现了对苛化乳液的有效搅拌，防止白泥沉淀。

（8）分配阀采用两道密封环与动环接触密封，更换维修方便，气缸推动反吹管进退，实现长吹短吹落料，提高了设备过滤能力。

（9）整个系统密封操作，减少与大气接触机会，减轻了环境污染，并能有效防止白液氧化。

2 设备主要结构及创新点

新型白液压力盘式过滤机主要结构见图2。由图2可以看出，其结构主要包括：主轴、分配阀、传动装置、筒体装置、刮刀装置、轴端密封、洗网及泥饼洗涤装置、空气搅拌装置、刮刀清洗及白泥稀释装置、视镜清洗装置等。安装在筒体上的主轴由中心轴及固定在中心轴上的若干盘片组成，每个盘片由多个扇形板组成，扇形板与中心轴内的腔道相通，中心轴腔道通过动环与分配阀相通形成滤液通路。

图2 新型白液压力盘式过滤机结构简图

新型白液压力盘式过滤机与上一代机型相比，其主要在分配阀、动密封环、筒体结构上做了较大的改进创新，采用了双层气压密封环式无分区分配阀、外置气缸式气动式反吹管、梯形孔式动密封环、封头内置下料箱紧凑型筒体等关键技术。

2.1　新型分配阀

新型白液压力盘式过滤机的分配阀结构简图见图3。该过滤机采用压缩空气压紧双层密封环与动环接触密封，分配阀与中心轴上各分区相通，正常工作时反吹管不启动，分配阀全部为过滤区。只有在刮刀进行长吹、短吹操作时，气缸推动反吹管前进，吹气口的耐磨板与动环接触，压缩空气吹入主轴腔道，预挂层被吹落到筒体溜槽中。再次正常工作时反吹管又退出，反吹摩擦板不与动环接触，保证此区域正常过滤，提高了设备过滤能力。分配阀此种结构提高了白液通过量，动环、密封环和反吹管的更换维修也非常方便，可以在不拆卸轴承和机械密封的情况下维修和更换动环、密封环和反吹管等关键零部件。

图3 新型分配阀结构简图

新型吹气管的结构简图见图4，该吹气管为全新型设计，采用通用薄型气缸作为推动力，实现吹气管进退动作。与固定式吹气管相比，解决了吹气管占用过滤区影响产能的问题。该吹气管采用通用的薄型气缸作为动作执行元件，降低了制作难度和生产成本。与相似的采用专用气动部件推动型的吹气管相比，结构可靠性高，采购制造成本低，更便于安装拆卸维修。

图4 新型吹气管结构简图

2.2　新型动环

白液压力盘式过滤机为了实现过滤和吹气落料功能，主轴分成若干个过滤区，主轴端面设有分区的密封动环，与分配阀密封环贴合实现动密封，主轴分区示意图如图5所示。

图5 主轴流道分区示意图

原有的国内外同类设备中，分区密封动环上开孔形状均采用圆形孔，如图6（a）所示，与流道的梯形截面形状不同，当滤液从流道中流经动环时，因为截面变化，对滤液形成较大的阻力，会降低滤液的流速，降低设备产能。

(a) 圆形孔

(b) 梯形孔

图6 新旧动环开孔形式对比图

新型分区密封动环开孔采用梯形孔，如图6（b）所示，该梯形孔与流道梯形截面形状相似，且增大了开孔面积，当滤液从流道中流经动环时，截面基本无变化，滤液遇到的阻力小，流速较高，设备产能较高。

2.3　新型筒体

白液压力盘式过滤机的筒体是一个卧式的压力容器，新型筒体两端白泥落料槽结构示意图见图7。新型筒体是整个过滤机的支撑骨架，接苛化乳液进口、白泥出口、喷淋洗涤管、人孔、视镜、大轴传动接口、分配阀接口、刮刀传动接口等。

图7 新型筒体两端白泥落料槽结构示意图

与原结构相比，新型白液压力盘式过滤机在筒体两端的封头处也专门设计了白泥落料槽和出泥口。这个泥槽的底部须与封头内壁形状贴合，设计制作难度较大。但它可以充分利用封头内部的空间，在设备过滤面积和滤盘数量不变的情况下，使设备长度大为减小，既提高了主轴结构强度和可靠性，又降低了设备制造成本，减小了设备外形尺寸和安装空间要求。

3 设备应用运行状况

国外某集团新建世界上单线最大的新浆纸生产线及配套碱回收苛化生产线，流程简图见图8。该项目苛化白液设计产能为30000 m3/d以上，汶瑞机械（山东）有限公司负责提供了制浆线关键设备及苛化线的近全套设备。此项目苛化生产线及设备一次性开机试车成功，通过了用户严格的性能测试验收，达到设计产能。

图8 苛化线工艺流程简图

该苛化线使用了4台245 m2新型白液压力盘式过滤机，现场设备见图9。白液压力盘式过滤机单台设计白液产能为8000 m3/d，4台并联总产能为32000 m3/d，设计澄清度≤23 mg/L。实际测试运行白液总产能达到33698 m3/d，平均单机设备处理白液量8425 m3/d，白液澄清度达到22.85 mg/L以下，关键指标达到设计要求。目前设备稳定运行，近三年时间，各项指标均比较稳定。

图9 白液压力盘式过滤机运行现场

4 结　语

汶瑞机械（山东）有限公司首套4台245 m2新型白液压力盘式过滤机应用于国外某新建浆厂，设备一次性开机试车成功，并通过严格验收，各项性能指标均达到良好效果，经过近三年的应用，设备运行可靠，系统运行稳定。此后同系列的该类新型白液盘式过滤机被广泛应用于国内外多家用户，均取得了良好的运行效果，充分证明国产碱回收苛化白液过滤设备已基本达到国际先进水平，完全可以替代国外同类过滤设备用于工业化生产，为完全实现苛化关键设备的国产化奠定了基础。

参 考 文 献

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