引言

廂式自動(dòng)壓濾機(jī)(Plate-and-Frame Filter Press,PFP)是一種間歇性操作的加壓過濾設(shè)備,由供料泵將泥水壓入濾室,在濾布上形成濾渣,直至充滿濾室。壓濾過程中,濾液穿過濾布并沿濾板溝槽流至板框邊角通道,經(jīng)明流(或暗流)方式排出壓濾系統(tǒng)。為了提高濾餅的含固率,利于運(yùn)輸,常在壓濾機(jī)的進(jìn)料管內(nèi)通入壓縮空氣將濾料進(jìn)一步吹干,隨后關(guān)閉壓縮空氣,打開壓濾機(jī)卸除濾渣,清洗濾布,重新壓緊板、框,開始下一工作循環(huán)。壓濾機(jī)的工作過程如圖1所示。

近年來對(duì)廂式壓濾機(jī)的自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的研究較多,利用PLC(Programmable Logic Controller)實(shí)現(xiàn)壓濾機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn),實(shí)現(xiàn)了對(duì)壓濾過程的全自動(dòng)控制和監(jiān)測。闡述了污泥脫水的工藝流程,并介紹了自控儀表和PLC組成控制系統(tǒng)的控制過程。因板框內(nèi)物料的含水率在壓濾過程中無法在線監(jiān)測,使得壓濾設(shè)備不能自動(dòng)判斷板框內(nèi)物料含水率的變化而自動(dòng)設(shè)置壓濾時(shí)間參數(shù),在上述研究中,壓濾工藝各階段運(yùn)行的時(shí)間一般由現(xiàn)場操作人員根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來設(shè)定其參數(shù)。由于系統(tǒng)內(nèi)固液分離時(shí)間受介質(zhì)濃度、粒度組成性及介質(zhì)特性(黏度)等影響較大,需要人工及時(shí)調(diào)整工藝運(yùn)行參數(shù)的設(shè)定,否則可能經(jīng)常出現(xiàn)壓濾泥餅含水率不理想的情況,所以,廂式壓濾機(jī)系統(tǒng)的適時(shí)自動(dòng)停機(jī)的控制迄今仍屬于業(yè)內(nèi)的難題。筆者發(fā)現(xiàn)壓濾出水的速率可以間接地表征系統(tǒng)內(nèi)固液分離的情況。本文通過對(duì)壓濾出水速率的在線監(jiān)測,實(shí)現(xiàn)了廂式壓濾機(jī)自動(dòng)控制的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

1現(xiàn)有系統(tǒng)存在的問題以某冷軋薄板廠的廂式壓濾機(jī)污泥脫水系統(tǒng)為例。污泥濃縮池每天產(chǎn)生大量的含水率約為97 %左右的酸堿污泥,經(jīng)過廠內(nèi)的廂式壓濾機(jī)車間壓縮處理至含水率為65 %后外運(yùn),其壓濾系統(tǒng)的工藝流程圖如圖2所示。

當(dāng)壓濾工況開始時(shí),系統(tǒng)進(jìn)料,壓濾出大量水,并被引入地坑中。其后,壓濾泵保壓進(jìn),壓濾出水逐漸減少,保壓一段時(shí)間后,關(guān)閉進(jìn)料泵。為了達(dá)到污泥外運(yùn)的含水率要求,壓濾系統(tǒng)在壓榨吹脫階段向進(jìn)料口通入壓縮空氣進(jìn)行吹壓,將濾餅內(nèi)殘留的部分水分吹脫出來以提高濾餅的含固率。隨著時(shí)間的延長,壓濾出水的速率逐漸下降至某一數(shù)值以內(nèi),壓濾工況結(jié)束。由于系統(tǒng)進(jìn)水污泥的含固率經(jīng)常變化,目前被壓濾后的泥餅含固率是否達(dá)到了外運(yùn)的標(biāo)準(zhǔn),主要靠操作人員的目測,造成了操作上的諸多不便。以100 t含水率為97 %的污泥在壓縮過程中污泥總量和含水率變化的關(guān)系為例,污泥在壓縮過程中一開始產(chǎn)生大量的污水,隨著壓濾時(shí)間的延長,單位時(shí)間內(nèi)壓濾出水量越來越少,污泥的含水率在壓濾過程中也逐漸降低，操作人員主要根據(jù)壓濾系統(tǒng)中出水量的多少來評(píng)判被壓濾的污泥是否已經(jīng)達(dá)到了外運(yùn)含水率的要求。由于壓濾過程中單位時(shí)間內(nèi)的濾出水量隨著時(shí)間的延長越來越少(如圖3所示,污泥的含水率在85 %之后系統(tǒng)的出水速率較小),隨著泥餅含水率的降低,泥餅每降低1 %的含水率所需要消耗的時(shí)間更長,這一階段因系統(tǒng)的出水量較少,人工難以判斷,為了保證污泥的含水率達(dá)到外運(yùn)標(biāo)準(zhǔn),經(jīng)常會(huì)造成壓濾的泥餅過干而浪費(fèi)大量的壓縮空氣的現(xiàn)象。

2解決方案

2.1優(yōu)化控制的原理如圖3所示,壓濾出水速率隨著時(shí)間的延長逐漸減少,并且與壓濾泥餅的含水率具有相關(guān)性。現(xiàn)場觀察壓濾出水地坑的水位,發(fā)現(xiàn)壓濾出水收集坑的典型水位變化所示。在壓濾開始的5 min。

2.2廂式壓濾機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的優(yōu)化根據(jù)上述分析,可對(duì)壓濾工藝的壓榨吹脫階段的自動(dòng)控制流程做如下優(yōu)化:(1)打開吹氣閥,壓濾出水進(jìn)入濾液坑內(nèi),濾坑液位開始變化,取液位瞬時(shí)值作為基準(zhǔn)液位H0(每隔30 s取1次)。(2)設(shè)定一比較值c(如5 mm,可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整),將瞬時(shí)變化量?c(瞬時(shí)值?基準(zhǔn)值)與比較值進(jìn)行比較。(3)當(dāng)瞬時(shí)變化量大于比較值時(shí),說明濾坑液位變化較大,污泥的含水率還在一個(gè)較高的水平,繼續(xù)保持壓濾狀態(tài)。(4)當(dāng)瞬時(shí)變化量小于比較值時(shí),說明濾坑液位變化已趨于平穩(wěn),污泥含水率的壓濾已接近完成,如果在一設(shè)定時(shí)間t1(如5 min,可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整)內(nèi),液位情況繼續(xù)保持“瞬時(shí)變化量小于比較值”狀態(tài),則再延時(shí)一設(shè)定時(shí)間t2(如5 min)后,程序自動(dòng)關(guān)閉吹氣閥,污泥壓濾過程結(jié)束。(5)同時(shí),當(dāng)瞬時(shí)變化量?c為負(fù)值時(shí),說明坑中液位下降,即立式排污泵啟動(dòng)階段,該階段不計(jì)入有效控制程序內(nèi)。吹脫階段的工藝流程圖如圖5所示。

2.3板框式壓濾機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的運(yùn)用情況在對(duì)原先廂式壓濾機(jī)的自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化整合后,壓濾后的污泥含水率可穩(wěn)定在65 %以下,同時(shí)大大提升了板框的運(yùn)行效率,節(jié)省了人工操作的成本。原先的程序需要操作人員在現(xiàn)場進(jìn)行停泵、切換壓縮空氣閥門等操作,一旦忘記操作就會(huì)浪費(fèi)大量的壓縮空氣。改造后的系統(tǒng)壓濾過程完全由程序自動(dòng)控制,不需要靠人工來識(shí)別系統(tǒng)的停機(jī)時(shí)間,板框系統(tǒng)啟動(dòng)后操作人員即可做其他工作,大大提高了勞動(dòng)效率。從系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)上來看,原先該系統(tǒng)的空氣使用量為494 558 m3/月,廢水處理量為58 650 t/月,單位廢水壓縮空氣耗量為8.43 m3/t,改造后3個(gè)月的平均數(shù)據(jù)僅為6.79 m3/t,節(jié)約了15 %以上的壓縮空氣用量。可見,本自動(dòng)控制系統(tǒng)的優(yōu)化改造是成功有效的,為廂式壓濾機(jī)的自動(dòng)運(yùn)行控制提供了一種可選擇的技術(shù)路線。

3結(jié)論與建議通過對(duì)廂式壓濾機(jī)系統(tǒng)濾液收集坑中水位的在線監(jiān)測,發(fā)現(xiàn)了廂式壓濾機(jī)工作狀態(tài)與出水速率之間的規(guī)律,從而采用壓濾出水速率作為壓濾機(jī)運(yùn)行控制的重要指標(biāo),并在此基礎(chǔ)上優(yōu)化了廂式壓濾系統(tǒng)的自動(dòng)控制。優(yōu)化后的廂式壓濾機(jī)控制系統(tǒng)與原先的控制系統(tǒng)相比,可節(jié)省15 %以上的壓縮空氣用量,并可實(shí)現(xiàn)壓濾過程的全程自控。由于近年剛研究開發(fā)的高壓隔膜壓濾機(jī)的控制系統(tǒng)亦存在設(shè)備無法自動(dòng)識(shí)別壓濾終止的問題,本優(yōu)化方案不僅適用于廂式壓濾機(jī),也適用于高壓隔膜廂式壓濾機(jī)系統(tǒng)。

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