(一)过滤与分离机械行业概览
1、过滤与分离机械的特点
过滤与分离机械是将液体与固体颗粒的混合物进行分离的设备。过滤与分离机械包括的范围较多,但主要分为离心机、过滤机、分离机、过滤器、离心萃取机等几大类。过滤与分离机械具有以下特点:
(1)应用范围广泛。过滤与分离机械在环保、化工、煤炭、冶金、轻工、医药、食品、船舶、军工等各个领域均有广泛应用;
(2)对物料的针对性较强。依据不同物料的特性需采用不同的过滤与分离机械。如污水处理的污泥浓缩和脱水;选矿及尾矿处理;石油化工产品的精制;抗菌素,农药的提取;牛乳、酵母、啤酒、果汁、砂糖、秸油、动植物油、米糠油、淀粉等食品的制造;织品纤维脱水;润滑油、燃料油的提纯等都需使用各种类型的过滤与分离机械。
(3)产品规格及型式多,具有多品种小批量的特点。过滤与分离机械属于使用量大且应用领域广的通用机械,主要用于固液、液液、气液和气固等非均相物的分离和提纯,对所分离的产品的最终质量(纯度和含湿量)以及下道工序(如干燥)的质量和能耗具有影响作用。过滤与分离机械产品大多在高速下(离心机和分离机)或压力下(压滤机和过滤机)完成非均相分离功能。
(4)过滤与分离机械产品所过滤、分离的物料大多是有腐蚀性(如酸、碱、盐)或是有毒、易燃、易爆(如汽油、有机溶剂、香蕉水等)的介质,其过滤、分离过程需要密闭、防爆的安全要求。另一些物料对卫生要求很高(如分离各种药物、食品等)。因此过滤、分离机械产品对耐腐蚀性、安全性、卫生性能要求均较高。
(5)就被分离物料而言,分离质量的好坏将直接影响到所分离产品的纯度、含湿量以及下道工序的质量与能耗,而且其分离液的泄漏也将造成操作环境及社会环境污染。因此分离机械产品对环保、安全、操作条件具有重要影响。随着工业的进步,对制成品的纯度要求越来越高,因此,对过滤与分离机械的性能提出了更高的要求,甚至一个国家过滤与分离技术水平的先进性可以一定程度上反映该国家的工业化技术水平。
2、过滤与分离机械的分类
过滤与分离机械是应用领域广、使用数量大的通用机械,主要用于固液、液液、气液和气固等物质的分离和提纯。其中固液分离机械按照分离原理不同可分为离心机、过滤机和分离机三大类,过滤机又可分为带式压榨过滤机、压滤机(主要包括厢式压滤机和隔膜式压滤机)和真空过滤机(包括转鼓真空过滤机、翻盘真空过滤机、圆盘真空过滤机、真空叶滤机等)等三种,具体如下图所示:
离心机是利用转鼓旋转产生的惯性离心力实现悬浮液、乳浊液及其他非均相物料的分离或浓缩的机器。传统的离心机广泛应用于制药、化工、采矿、食品、污水处理、制盐等领域,根据不同的作用原理有过滤式离心机、沉降式离心机和过滤沉降式离心机三种。
过滤机是利用多孔性过滤介质,截留液体与固体颗粒混合物中的固体颗粒,从而实现固液分离的设备。在重力、真空、加压、压榨等推动力的作用下,悬浮液中的液体通过介质的孔道流出,固体颗粒被截留,从而实现固体与液体的分离。
过滤机包括压滤机、真空过滤机、压榨过滤机三大类。
分离机是一种可进行液体澄清和固体颗粒富集或液液分离的设备。分离机与离心机相比规格、功率都比较小,但是转速较高。分离机包括碟式分离机、管式分离机、室式分离机三大类。
3、压滤机产品简介
(1)压滤机构成
压滤机属于过滤与分离机械,是将悬浮液中液体和固体分离的过程装备。压滤机的工作原理是利用压力泵将悬浮液料浆注入由垂直排列的多块滤板在液压系统的压紧下形成的多个密闭滤室中,使滤布两边形成压力差,滤室内的液体透过与滤板相邻的滤布沿滤液汇流通道排出压滤机外,脱水后的固体杂质则截留在滤室中,形成滤饼,通过拉板机将相邻滤板分开,每个滤室中的滤饼在重力或振打装置作用下脱落,实现固相和液相的分离。压滤机由机架部分、拉板部分、过滤部分、液压部分和电器部分组成。压滤机构成示意图如下所示:
压滤机的滤室由滤板和滤布组成,物料在滤室里通过挤压、过滤并形成滤饼,实现滤液和滤饼的分离,是决定压滤机产品质量、使用寿命、过滤效果以及运行成本的核心环节。其中,滤布的材质、纺织方式和透气率等决定过滤效果和效率;滤板分为普通滤板和隔膜滤板,为滤布提供压力支撑。以目前较为先进的隔膜压滤机为例,其压滤过程示意图如下:
(2)压滤机分类
由于压滤机广泛应用于环保、矿物及加工、化工、食品、医药等诸多行业,且受场地不同、作业环境不同以及客户对过滤效果、过滤面积、滤饼含水率等指标的要求不同,导致压滤机产品型号、参数众多,难以实现标准化生产和计量。
按行业标准,压滤机按照单块滤板过滤面积的大小可分为超大型、大型、中型和小型压滤机;按照滤板结构的不同,可分为隔膜压滤机、厢式压滤机、板框式压滤机;按照滤板压紧方式可分为手动压紧、机械压紧、液压压紧和全自动压滤机。
压滤机工作过程中,滤布的质量好坏直接影响过滤效果,影响滤饼与滤布的剥离和滤布的使用效率。
(3)压滤机的技术特点
根据滤板的不同,压滤机先后经历了板框压滤机、厢式压滤机和隔膜压滤机三个阶段。其中隔膜压滤机兴起于上世纪八十年代,最早使用橡胶隔膜滤板,这种滤板至今仍有使用。上世纪九十年代国内出现了增强聚丙烯隔膜滤板,主要解决了滤板的耐腐蚀、耐高温和耐高压问题。增强聚丙烯隔膜滤板分为组合式和整体熔焊式,整体熔焊式隔膜滤板压榨压力更高、使用寿命更长,国内于2005 年开始进入大批量使用阶段,目前压滤机市场的主流产品是隔膜式压滤机。
在处理细粒物料时,隔膜压滤机不但截留效果好,而且可以获得更低的滤饼含水率。由于隔膜压滤机过滤压力高,因此可以选用致密的滤布,这样通过滤布截留和滤饼层过滤,可获得清澈的滤液和含水率低的滤饼,这是真空过滤机、带式压榨机和离心机难以实现的。
隔膜压滤机过滤的第一阶段是泵压压差过滤,泵压压差过滤为正压,能实现的压差可高达4MPa,和真空过滤机0.1MPa的负压过滤相比,过滤压力大,能耗低;隔膜压滤机过滤的第二阶段是隔膜压榨过滤。对第一次过滤后的物料进行二次隔膜压榨,通过挤压滤室容积将残余液体挤出,实现固液的深度分离。在污泥脱水领域,隔膜压滤机能够将污泥含水率一次性降低至40-58%,脱水效果与厢式压滤机(含水率为75-80%)、带式压榨机(含水率为75-83%)和离心机(含水率为75-80%)相比,具有明显优势。经隔膜压滤机处理后的脱水污泥与带式压榨机和离心机处理后的脱水污泥相比,体积减少50%以上,而且脱水污泥呈固态,减少了堆放、运输过程中渗滤液的“二次污染”,有效实现了污泥减量化。
随着国家对污泥处理处置要求的提高,污泥处理将成为隔膜压滤机最具潜力的应用领域之一。
隔膜压滤机由于采用可变滤室隔膜压榨技术,可以大幅缩短过滤周期(参见下图),加上对进料泵的压力、流量进行变频控制,电能消耗比厢式压滤机和离心机降低30%以上;通过可变滤室隔膜压榨技术,隔膜压滤机显著降低物料的含水率,可以大幅节省后续烘干和焚烧工艺段的能源消耗,节能效果明显。技术上不断改进的隔膜压滤机,配以先进的控制系统和完善的预处理系统,在节能减排上发挥了越来越大的作用。
(二)行业主管部门、监管体制和主要法规及政策
1、行业主管部门和监管体制
目前,我国对压滤机制造行业采取国家宏观调控和行业自律相结合的监管模式。行业主管部门为中华人民共和国工业和信息化部。行业标准化技术归口单位为全国分离机械标准化技术委员会,行业技术监管部门为国家质量监督检验检疫总局。压滤机成套设备在环保领域的应用同时受到国家环保部的管理。
2、行业法规
压滤机行业所属装备制造业,是国家鼓励发展的产业;压滤机应用领域广泛,应用于环保领域的压滤机产品受到国家节能减排政策的鼓励和支持,在其他主要应用领域也受到国家相关产业政策的支持。
与压滤机相关的国家基本法律法规如下表所列示:
3、支持行业发展的主要政策
压滤机制造行业属于国家鼓励发展的高新技术产业,是我国“十二五”战略新兴产业发展的重点领域之一,压滤机产品类型多,应用范围广,主要应用于环保、矿物及加工、化工、食品和生物医药等领域,国家相应出台了多项鼓励政策,主要包括:
(1)国家重视环境保护,支持优先发展节能环保产业,鼓励使用先进环保技术装备。压滤机是相关行业达到国家环保要求的重要设备,是实现节能环保目标的装备保障。
2011 年10 月,国务院发布《全国地下水污染防治规划(2011-2020)》,未经稳定化处理且含水率超过60%的城镇污水厂污泥不得进入生活垃圾填埋场填埋。
2012 年7 月,国务院发布《“十二五”国家战略性新兴产业发展规划》,提出要大力推广应用国家鼓励发展的环保产业设备和产品,推进先进环保产品和技术装备产业化;全面推行污泥处理处置、垃圾焚烧、燃煤电厂脱硝与钢铁行业烧结脱硫等;实施重大环保技术装备及产品产业化示范工程等。加快实施水体污染控制与治理科技重大专项,重点开发膜技术、生物脱氮、重金属废水污染防治、污泥处理处置等污水处理关键技术。
2013 年8 月,国务院发布《关于加快发展节能环保产业的意见》,提出开发新型水处理技术装备,推动形成一批水处理技术装备产业化基地。重点发展高通量、持久耐用的膜材料和组件,大型臭氧发生器,地下水高效除氟、砷、硫酸盐技术,高浓度难降解工业废水成套处理装备,污泥减量化、无害化、资源化技术装备。
2014 年12 月31 日财政部、国家发改委、住房和城乡建设部发布《污水处理费征收使用管理办法》,提出污泥处置费用纳入污水处理费,污水处理费是按照“污染者付费”原则,由排水单位和个人缴纳并专项用于城镇污水处理设施建设、运行和污泥处理处置的资金。
2015 年4 月,国务院发布《水污染防治行动计划》,提出推进污泥处理处置。
污水处理设施产生的污泥应进行稳定化、无害化和资源化处理处置,禁止处理处置不达标的污泥进入耕地。非法污泥堆放点一律予以取缔。现有污泥处理处置设施应于2017 年底前基本完成达标改造,地级及以上城市污泥无害化处理处置率应于2020 年底前达到90%以上。
(2)压滤机作为矿物及加工、化工、食品和医药等行业的重要过程装备,下游行业的一些发展政策将促进压滤机市场的发展
①矿物及加工行业的市场政策
压滤机是煤炭和有色金属开采及冶炼、尾矿处理的重要设备。2016 年5 月28 日,国务院发布《土壤污染防治行动计划》,提出加强土壤环境执法力度,防控企业污染;严控赤泥、冶炼渣、电石渣、铬渣、砷渣以及脱硫、脱硝、除尘产生固体废物的堆存场所;强化畜禽养殖污染防治;实施农村生活污水治理工程等。
上述措施对保障矿物及加工行业持续健康发展起到了有力的促进作用。
②化工行业的市场政策
根据工业和信息化部于 2013 年12 月23 日发布的《关于石化和化学工业节能减排的指导意见》,到2017 年底,石化和化学工业的万元工业增加值能源消耗比2012 年下降18%,重点产品单位综合能耗持续下降,全行业化学需氧量、二氧化硫、氨氮、氮氧化物排放量分别减少8%、8%、10%和10%,单位工业增加值用水量降低30%,废水实现全部处理并稳定达标排放,水的重复利用率提高到93%以上,新增石化和化工固体废物综合利用率达到75%,危险废物无害化处置率达到100%。
③食品行业的市场政策
根据中国食品和包装机械工业协会于 2015 年9 月发布的《中国食品和包装机械工业“十三五”发展规划》,预计“十三五”期间,我国食品和包装机械工业年均增长率在 12%~13%左右,到 2020 年工业总产值达到 6,000 亿元以上。
发展规划指出,把技术创新、智能化、信息化、绿色安全、高效节能及重要成套装备作为“十三五”食品和包装机械行业的发展重点。规划同时提出了食品和包装机械行业“十三五”节能、降耗、减排目标:通过产品技术创新,采用先进技术、新材料、新工艺,改造传统制造方法,提高装备制造的专业化、规模化生产水平。食品机械和包装机械的节能降耗、环保减排等指标达到国家相关标准要求,部分产品的性能达到国际先进水平。上述行业政策及规划促进了压滤机在食品行业的应用和发展。
综上,国家及地方产业政策及配套措施对压滤机行业的影响是积极和正面的,对于支持与保证压滤机行业内优势企业健康发展具有现实和长远的重要意义。
(三)行业市场情况
近年来,国民经济高速增长,基础工业固定资产投资力度不断加大,根据国家统计局数据, 2015 年我国工业企业固定资产原价合计603,273.76 亿元,三年复合增长率9.91%,得益于此,我国压滤机行业产销量稳步增长。随着国家对环境保护重视程度的不断增强,2015 年以来,新兴行业,尤其是环保、污水污泥处理行业对压滤机的需求呈上升趋势,但受宏观经济增长步伐放缓的影响,下游传统行业如煤炭、有色金属、化工等行业市场需求大幅下滑,压滤机整体产销量下降明显。随着国内经济回暖,企业投资意愿的逐步增强,将进一步提升包括压滤机在内的主要通用机械产品的需求,尤其是国家鼓励发展大型装备制造业,高度重视环境保护,鼓励采用节能减排的污泥处理处置技术,鼓励污泥处理处置技术创新和科技进步,将会促进压滤机行业在未来几年的持续健康稳定发展。
单位:亿元
同时,近年来,国内压滤机企业通过引进、消化、再创新和自主创新,制造技术快速进步,产品技术含量和质量大幅提高,与国外差距越来越小,骨干企业大中型压滤机和滤板制造水平已接近或达到国际先进水平。随之而来的,是国内压滤机出口金额已经由2009 年的1,545 万美元,增加至2015 年的6,470 万元美元,复合增长率达到29%。国产压滤机以其较高的性价比,正在逐步赢得国际市场的青睐,国产压滤机及相关产品已出口至南美、北美、东南亚、中东、欧洲、非洲等地。
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