陶瓷過濾機排液裝置的研究與發展

王 嵐

（馬鋼股份有限公司，安徽 馬鞍山 243000）

陶瓷過濾機是一種新型、高效、節能的固液分離設備，出現于20世紀80年代，主要由主機系統、脫水系統、清洗系統和微機自動控制系統等組成。自1996年引入我國，目前已被廣泛應用于金礦、鐵礦、銅礦等各種金屬礦山和硫礦、磷礦等非金屬礦山及尾礦處理中，其應用領域正在向醫藥、食品、煤炭、化工等行業延伸，是目前我國最重要的一種固液分離設備[1]。

陶瓷過濾機在工作時，由脫水系統完成固液分離(過濾)和排液，其工作過程要經過吸液、氣液分離和排液三個過程，而排液裝置的使用性能和可靠性對這三個過程都有直接的影響。目前脫水系統采用的排液裝置有三種，即濾泵排液裝置、高差排液裝置和自排液裝置。隨著陶瓷過濾機應用領域的不斷延伸和自動控制技術的不斷改進，三種排液裝置各表現出不同的特點。本文針對這三種排液裝置的工作過程進行比較，并分析其發展方向。

1.三種排液裝置的工作原理和特點[2]

1.1 濾泵排液裝置工作原理

圖1 濾泵排液裝置結構原理圖

濾泵排液裝置是依靠離心泵的吸力從真空桶中排出液體，其主要結構由分配閥裝置、真空桶、真空泵、離心泵、外排閥等組成，如圖1所示。陶瓷過濾機在工作時，濾液在負壓的作用下經陶瓷板微孔、分配閥裝置流進真空桶，經氣液分離后，底部的濾液經離心泵強制外排。因真空桶內壓力約為-0.092MPa，為了補償離心泵的汽蝕余量，離心泵與真空桶必須有2.5～3.5m的高差要求。

1.2 高差排液裝置工作原理

圖2 高差排液裝置結構原理圖

高差排液裝置是依靠液體自身的重力自動從真空桶中排出液體，其主要結構由分配閥裝置、真空泵、真空桶、排液管和水箱等組成，如圖2所示。陶瓷過濾機在工作時，濾液在負壓的作用下經陶瓷板微孔、分配閥裝置流進真空桶內，經氣液分離后，底部的濾液經排液管流到水箱內。由于真空桶內有約-0.092MPa的負壓，濾液泵與真空桶必須有10m的高差要求。

1.3 自排液裝置工作原理

自排液裝置也是依靠液體自身的重力自動從排液箱中排出液體，有液控定量式和機控或電控定時式兩種。液控定量式是早期的產品，有浮子式自排液裝置和電極式自排液裝置兩種，機控或電控定時式是后期的產品，有三桶浮子式自排液裝置和兩桶電控三通閥式自排液裝置，圖1是兩桶電控三通閥式自排液裝置結構原理圖，由繼電器控制電磁鐵操縱特制三通閥，使排液箱內的氣壓交替與大氣和真空相通，周期性的自動排出濾液。

2.三種排液裝置的應用分析

圖3 自排液裝置結構原理圖

由上述分析可知，三種排液裝置各表現出其應用特點，其中濾泵排液裝置的應用越來越少，而自排液裝置的應用卻漸漸受到重視。

2.1 濾泵排液裝置應用分析

濾泵排液裝置是最早的產品，由于其應用離心泵強制外排，不但消耗動力，而且隨著葉輪磨損以及泵的吸入性能下降，外排效果較差，有時甚至排不出濾液，嚴重影響過濾效果，同時離心泵的損壞也較頻繁。但濾泵排液裝置結構簡單，安裝方便，目前在少數企業仍有應用。

2.2 高差排液裝置應用分析

高差排液裝置是利用液體重力來克服真空桶內的負壓，避免使用離心泵，同時結構簡單，故障率低，運行成本低，因此得到了一定的應用，但其安裝時必須有10m的高度，對使用環境要求較高，同時排液前后真空桶內的負壓不穩定，直接影響過濾效果，另外高差排液不易實現自動控制，因此這種排液裝置的應用也受到一定的影響。

2.3 自排液裝置

自排液裝置的應用改變了傳統的重力排液和濾液泵排液方式，既不需要把真空桶安裝在高處，又可省去濾液泵，簡化過濾系統。但人們從長期的生產實踐中發現：自排液裝置存在結構復雜、故障頻繁、維修困難和分離效果差等缺點，有時甚至因動作失靈而發生跑污事故(即濾液全部由真空泵排出)，不但直接影響真空泵的使用壽命，而且會使過濾系統真空度降低、濾餅水分增大[3]。

隨著陶瓷過濾機應用領域的不斷擴大，特別是高分子板和大容量機型的應用，系統對排液裝置的要求也越來越高，而濾泵排液和高差排液也表現出致命的缺點：濾泵排液成本過高且故障頻繁，高差排液濾泵機封頻繁損壞，嚴重影響正常生產[4]。因此必須對自排液裝置進行改進，以適應高分子板和大容量機型的應用。

3.自排液裝置的改進設計[5]

3.1 設計要點

針對上述自排液裝置的缺點，我們對原有的結構進行改進，現將幾個關鍵要點說明如下：

（1）排液箱采用上下兩桶結構

排液箱采用上下兩桶結構，這樣有利于濾液在排液箱內流動，增強分離效果，也保證了在下桶排液時利用上桶收集分離的液體，從而不影響過濾機的正常工作。為了進一步提高排液箱的氣水分離效果，可在上桶內增設分離隔板和擋水板，使濾液在重力和慣性兩種分離作用下充分的分離，防止了濾液甚至微粒進入真空泵，保證了過濾系統真空度和真空泵的使用壽命。

（2）增加輔助真空泵

在下桶上端增加輔助真空泵，利用旁通閥實現上下桶的連通，使上桶的液體流入下桶，這樣可避免使用三通閥的控制機構，大大簡化了系統的結構，降低了故障率。同時利用輔助真空泵對下桶工作，使下桶達到一定真空度時上下兩桶才連通，有效保證了上桶真空度的平穩，從而使濾餅水分變化不大或保持不變。

（3）對大容量過濾機采用分體式結構

對大容量過濾機采用分體式結構，利用上桶收集過濾的液體，下桶實現自動排液。這樣既避免了使用過大的排液箱，減小排液裝置的尺寸，尤其是高度方向的尺寸，保證了過濾機在大容量機型中的應用，也簡化了排液箱結構,降低了故障率,便于安裝與維修。

3.2 自排液裝置工作原理[6]

圖4為改進后的自排液裝置結構原理圖，由圖可知，當系統正常工作時，主、副泵分別對上下桶抽氣，利用旁通閥（圖中未畫）使上桶與下桶壓力相等，下桶單向閥打開，外排單向閥關閉，濾液經分配閥裝置、上桶、單向閥流到下桶。當下桶液位達到上限位置時，旁通閥關閉，副真空泵不對下桶抽氣，下桶單向閥門關閉，外排單向閥門打開，下桶連通大氣壓實現對外排水，濾液經分配閥裝置只流到上桶內。當下桶液位達到下限位置時，副真空泵對下桶抽氣，外排單向閥門關閉，下桶真空度達到一定壓力時，旁通閥打開，上下桶內壓力相等時，下桶單向閥門打開，上桶濾液經單向閥流到下桶內。反復循環實現濾液的自動外排。

圖4 改進后的自排液裝置結構原理圖

3.3 三種類型排液裝置的應用比較

經過改進的自排液裝置可以適用于高分子陶瓷板和所有容量的機型。經現場實踐總結，三種排液裝置的應用比較如表1所示。

表1 陶瓷過濾機三種類型排液裝置的比較

由表1可知，改進后的自排液裝置結構簡單、安裝方便、應用范圍廣、故障率低，而且其運行成本較低。因此為了有效降低陶瓷過濾機排水系統故障率，提高運行可靠性，應優先采用自排液裝置。

4.陶瓷過濾機的發展

陶瓷過濾機作為一種固液分離設備，在冶金、礦山、化工、醫藥等行業中取得了良好的經濟效益。從1996年我國引進第一臺陶瓷過濾機開始，陶瓷過濾機經歷了引進、消化吸收、自行設計開發等幾個階段，得到了前所未有的應用和發展，國內外的市場也越來越大。針對國外陶瓷過濾機的發展和國內外市場的需求，陶瓷過濾機將在進一步提高經濟性、適應性、安全性，提高工作范圍和能力等方面進行研究。作者認為，針對我國的實際情況，近幾年陶瓷過濾機的研究可從以下幾個方面開展：

4.1 適應性研究

目前國內上規模的陶瓷過濾機生產廠家有很多，也已基本實現生產的系列化，但真正著手開拓陶瓷過濾機的應用研究機構還不多。陶瓷過濾機作為高效、節能的固液分離設備，盡管已經有了很廣的應用領域，但還有許多場合目前無法應用，如煤礦、鋁礦、環保等，如何拓寬陶瓷過濾機的應用領域，設計出具有特定過濾功能的過濾板，將是下一步的研究內容之一。

4.2 自動化研究

陶瓷過濾機自動化是過濾機發展的一個新方向。自動化技術在陶瓷過濾機中的應用包括自適應技術、自動排水技術、自動清洗技術和自動控制技術等。盡管目前大部分的過濾機基本能實現過濾動作的自動控制，但如何實現依據物料的屬性進行智能控制、對過濾板的自動清洗等方面還有待于進一步研究。

4.3 綠色制造研究

綠色制造作為一項先進的制造技術，其資源消耗最小、對環境負作用最小、能使企業的經濟效益和社會效益得到最佳匹配，因此綠色制造越來越受到設計者的重視而應用于多個領域。針對陶瓷過濾機生產的惡劣環境（如過濾水處理、物料清冼處理、噪音等）和昂貴的價格，如何將綠色制造這一先進的制造技術應用于陶瓷過濾機，以降低使用成本、改善工作環境、延長使用壽命，提升工作效率，取得較好的經濟效益，將是今后研究的另一個方向。

4.4 過濾板研究

隨著我國制造裝備業的發展和陶瓷過濾機的應用推廣，目前制造過濾機的廠家和機型越來越多，但關鍵部件過濾板的性能卻沒有得到根本的改善，由于過濾板的性能直接影響過濾機的過濾效果，而目前使用的過濾板主要還是陶瓷板，隨著大容量機型和新型過濾介質的開發應用，陶瓷板表現出固有的不足，如不耐強腐蝕、強度不高、不易清洗和再生等。如何研究新型過濾板以滿足高性能的要求將是過濾機今后的一個研究方向。

5.結論

排液裝置是過濾系統的重要輔助設備，本文分析了陶瓷過濾機的三種排液裝置原理和結構，并進行比較。針對三種排液裝置的不足和應用情況對自排液裝置進行改進，并對比分析其應用特點。經實際生產和使用證明，改進后的自排液裝置性能穩定，排水效果好，能應用于所有容量機型。同時對過濾機的進一步研究進行論述，為我國陶瓷過濾機的發展提供參考。

[1]張高進，王陵.TT型特種（陶瓷）過濾機的研究與應用[J].黃金，2002，23（1）：22-26.

[2]龔靜,李棋政,魏泉.陶瓷過濾機三種排液裝置的比較分析[J].有色金屬（增刊），2011，（1）：286-292.

[3]張名弘.自動排液裝置的應用[J].礦山機械，2001，（4）：33-35.

[4]王華晨,卞昌萬.過濾機排液系統的改造[J].礦山機械，2007，（7）：147-147.

[5]Shaowu Zhang,Jun Zhao,Longming He,etc.Applied Research on Automatic Drainage Device in Ceramic Filters[J].IJACT.2013,5(4):959～966.

[6]左健民.液壓與氣壓傳動(第2版)[M].北京:機械工業出版社,2005.