于一棟，朱宏政

(1.北京國華科技集團(tuán)有限公司，北京 101300；2.安徽理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，安徽 淮南 232001)

1 概 述

壓濾脫水是選煤廠工作的重要環(huán)節(jié)，其效果好壞直接影響產(chǎn)品質(zhì)量[1-3]。早期的板框(或廂式)壓濾機(jī)由于其脫水后的產(chǎn)品間斷卸料、工作循環(huán)時(shí)間較長，脫水功能單一，對給料濃度要求較高等缺點(diǎn)，逐漸被快開隔膜壓濾機(jī)所取代[4-6]。快開隔膜壓濾機(jī)是在傳統(tǒng)廂式壓濾機(jī)的基礎(chǔ)上改進(jìn)而成的，彌補(bǔ)了真空過濾機(jī)和板式(或廂式)壓濾機(jī)存在的不足，從而廣泛應(yīng)用于浮選煤泥的脫水作業(yè)[7-9]。

劉志勇[10]采用KMZG450/2000-U型快開隔膜壓濾機(jī)及其輔助設(shè)備對煤泥回收系統(tǒng)進(jìn)行工藝改造，有效地解決了原壓濾機(jī)脫水效率低、效果差的問題，為該廠創(chuàng)造了一定的經(jīng)濟(jì)效益。廉曉江[11]針對呂梁孝龍煤炭綜合物流園區(qū)選煤廠次生煤泥量大，浮選尾礦脫水設(shè)備能力不足的問題，采用KMZG500/2000-U快開隔膜壓濾機(jī)進(jìn)行脫水作業(yè)，在最佳的工作條件下，取得了良好的脫水效果。謝鵬考[12]察了KZG型快開隔膜壓濾機(jī)在祁南選煤廠的應(yīng)用情況，結(jié)果表明，在隔膜壓濾機(jī)投入使用后，回收煤泥達(dá)到日產(chǎn)500～800 t，濾餅水分低于25%，較好地解決了原煤煤質(zhì)變化、矸石泥化現(xiàn)象嚴(yán)重引起的浮選精煤水分偏高的問題。張金國[13]對比了真空過濾機(jī)和浮選精煤隔膜快開壓濾機(jī)的脫水效果，發(fā)現(xiàn)隔膜快開壓濾機(jī)對入料粒度組成有較好的適應(yīng)性。并且在相同的入料條件下，壓濾機(jī)濾餅水分比真空過濾機(jī)下降了6～9個(gè)百分點(diǎn)，脫水效果顯著。

基于以上研究，本文從高效低耗快開壓濾機(jī)與傳統(tǒng)快開壓濾機(jī)的結(jié)構(gòu)原理[14-15]、壓濾效果等影響因素出發(fā)，結(jié)合實(shí)驗(yàn)，分析其應(yīng)用效果。

2 壓濾機(jī)結(jié)構(gòu)與原理

2.1 傳統(tǒng)快開壓濾機(jī)

傳統(tǒng)快開壓濾機(jī)主要由機(jī)架部分、過濾部分、液壓部分、卸料機(jī)構(gòu)和電器控制部分組成(圖1)，工作時(shí)在液壓缸的驅(qū)動下，濾板之間壓緊，相鄰濾板之間形成密閉濾室。礦漿由入料泵從固定尾板入料孔給入，礦漿充滿濾室開始過濾。在給料壓力下，濾液透過濾布經(jīng)導(dǎo)水孔排出，固體顆粒留存在濾室內(nèi)形成濾餅。機(jī)架主要用于支撐過濾機(jī)構(gòu)，由止推板、壓緊板、機(jī)座、油缸體和主梁等連接組成。設(shè)備工作時(shí)，油缸體上的活塞桿推動壓緊板，將位于壓緊板和止推板之間的隔膜板、濾板及濾布壓緊，以保證帶有壓力的濾漿在濾室內(nèi)進(jìn)行加壓過濾。

圖1 傳統(tǒng)快開壓濾機(jī)結(jié)構(gòu)

其優(yōu)點(diǎn)在于，固液分離較徹底，可以杜絕濾液必須返回浮選而導(dǎo)致的細(xì)泥循環(huán)現(xiàn)象，有利于改善浮選效果，此外還可以防止煤泥細(xì)粘造成的過濾效果差、復(fù)用水質(zhì)量差的問題。因此，快開隔膜壓濾機(jī)廣泛應(yīng)用于浮選煤泥的脫水作業(yè)。

2.2 高效低耗快開壓濾機(jī)

高效低耗壓濾機(jī)相較于快開式隔膜壓濾機(jī)，更改了濾板的出水工藝孔，增加了側(cè)吹風(fēng)脫水過程，通過吹風(fēng)穿透濾餅層，置換出濾餅顆粒之間的縫隙水，降低了產(chǎn)物的水分，其結(jié)構(gòu)簡圖如圖2所示。

圖2 高效低耗壓濾機(jī)出水孔工藝

3 壓濾效果影響因素

傳統(tǒng)快開壓濾機(jī)針對二次浮選精煤脫水的問題，在影響壓濾機(jī)脫水效果的眾多因素中，試驗(yàn)分別考察了原料粒度組成、入料濃度、隔膜壓榨時(shí)間、反吹風(fēng)時(shí)間、泵的給料時(shí)間對傳統(tǒng)快開壓濾機(jī)脫水效果的影響。

3.1 入料濃度與入料粒度組成

根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際資料，固定隔膜壓榨壓力為0.65 MPa，壓榨時(shí)間分別取200 s、300 s、400 s、500 s、600 s，反吹風(fēng)時(shí)間分別取0 s、10 s、15 s、20 s，泵給料時(shí)間分別取1 200 s、1 500 s、1 800 s。試驗(yàn)結(jié)果見表1～表4。表5～表7分別為濃度185 g/L、197 g/L、211 g/L時(shí)粒度及灰分分析。

表1 入料濃度為185 g/L脫水試驗(yàn)結(jié)果

表2 入料濃度為197 g/L脫水試驗(yàn)結(jié)果

表3 入料濃度為211 g/L脫水試驗(yàn)結(jié)果

表4 壓濾周期試驗(yàn)結(jié)果

表5 入料濃度為185 g/L時(shí)粒度及灰分分析

表6 入料濃度為197 g/L時(shí)粒度及灰分分析

表7 入料濃度為211 g/L時(shí)粒度及灰分分析

從表5～表7看出，對于傳統(tǒng)快開壓濾機(jī)來說，隨著入料濃度從185 g/L升高到211 g/L，批試驗(yàn)平均值呈下降趨勢，批水分從25.16%降到23.40%。但是從入料粒度方面來看，入料濃度為185 g/L時(shí)的入料粒度較粗，入料濃度為197 g/L時(shí)的入料粒度中，入料濃度為211 g/L時(shí)的入料粒度最細(xì)，因此在入料粒度變細(xì)的條件下，增加入料濃度的條件下產(chǎn)品水分出現(xiàn)小幅下降，這可能是入料濃度和粒度兩個(gè)因素共同影響所導(dǎo)致的。

3.2 隔膜壓榨時(shí)間

傳統(tǒng)快開壓濾機(jī)隔膜壓榨時(shí)間的影響，由表1～表4知，在入料濃度為185 g/L時(shí)，壓榨時(shí)間從400 s延長至600 s，無反吹時(shí)產(chǎn)品平均水分分別為25.35%、25.65%、25.35%，有反吹時(shí)產(chǎn)品平均水分為25.53%、24.25%和24.85%；在197 g/L濃度下，壓榨時(shí)間從400 s到600 s，無反吹時(shí)產(chǎn)品平均水分為23.80%和23.30%，有反吹時(shí)為24.60%和26.40%；在211 g/L濃度下，壓榨時(shí)間從400 s到600 s，無反吹時(shí)產(chǎn)品平均水分為22.25%、23.15%和24.75%，有反吹產(chǎn)品平均水分為21.45%、23.85%和24.85%。試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，在低入料濃度條件下壓榨時(shí)間對產(chǎn)品水分影響不大，而高入料濃度下壓榨時(shí)間延長，產(chǎn)品水分有增高趨勢，這可能是不同時(shí)段入料粒度波動導(dǎo)致的。

壓濾周期對高效低耗壓濾機(jī)的生產(chǎn)能力影響較大，試驗(yàn)在壓榨壓力為1.0 MPa，入料濃度為210 g/L的條件下，考察了壓濾周期對高效低耗壓濾機(jī)脫水效果的影響，試驗(yàn)結(jié)果見表8。

表8 壓濾周期脫水試驗(yàn)結(jié)果

從表8的試驗(yàn)結(jié)果可以看出，在中心管的反吹風(fēng)脫水過程和濾餅穿流側(cè)吹風(fēng)的脫水過程同時(shí)存在的前提下，改變泵入料時(shí)間、隔膜壓榨時(shí)間和側(cè)吹時(shí)間，所得濾餅水分最低為12.6%，最高為18.9%，平均濾餅水分為15.03%，與傳統(tǒng)快開壓濾機(jī)近3 a日常生產(chǎn)數(shù)據(jù)相比，平均值低了12個(gè)百分點(diǎn)左右。通過正交分析，各個(gè)影響因素的影響程度大小順序?yàn)閭?cè)吹時(shí)間>入料時(shí)間>壓榨時(shí)間，最佳的工作參數(shù)組合為低入料時(shí)間，長壓榨時(shí)間和長側(cè)吹風(fēng)時(shí)間。

3.3 反吹風(fēng)時(shí)間

傳統(tǒng)快開壓濾機(jī)反吹風(fēng)時(shí)間的影響，由表1～表4試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，在入料濃度為185 g/L的條件下，有無反吹產(chǎn)品水分均值為25.45%、24.88%；在入料濃度為197 g/L時(shí)，有無反吹產(chǎn)品水分均值24.13%、25.50%；在入料濃度為211 g/L時(shí)，有無反吹產(chǎn)品水分均值23.38%、23.41%，表明反吹風(fēng)對傳統(tǒng)快開壓濾機(jī)脫水效果的影響很微弱，試驗(yàn)中出現(xiàn)隨著反吹風(fēng)時(shí)間的延長產(chǎn)品水分升高的現(xiàn)象有可能是由于采樣代表性不足引起的。

試驗(yàn)在無反吹風(fēng)的試驗(yàn)條件基礎(chǔ)上，增加了15 s的反吹風(fēng)，考察入料濃度、壓榨壓力和側(cè)吹風(fēng)時(shí)間對高效低耗壓濾機(jī)脫水效果的影響，試驗(yàn)結(jié)果見表9。

表9 有反吹風(fēng)脫水試驗(yàn)結(jié)果

從表9可以看出，在中心管的反吹風(fēng)脫水過程和濾餅穿流側(cè)吹風(fēng)的脫水過程同時(shí)存在的前提下，改變泵入料濃度、隔膜壓榨壓力和側(cè)吹時(shí)間，所得濾餅水分最低為9.9%，最高為20.30%，平均水分為16.99%，與傳統(tǒng)快開壓濾機(jī)近3 a日常生產(chǎn)數(shù)據(jù)相比，平均值低了10個(gè)百分點(diǎn)左右。通過正交分析，在有反吹風(fēng)的條件下，各個(gè)影響因素的影響程度大小順序?yàn)槿肓蠞舛?壓榨壓力>側(cè)吹時(shí)間，最佳的工作參數(shù)組合為中等入料濃度，高壓榨壓力和中等壓榨時(shí)間。

3.4 泵的給料時(shí)間

基于側(cè)吹加反吹風(fēng)脫水的條件下，取壓榨時(shí)間為180 s，入料濃度為190 g/L，試驗(yàn)考察了入料時(shí)間、壓榨壓力和側(cè)吹風(fēng)時(shí)間對高效低耗壓濾機(jī)脫水效果的影響，試驗(yàn)結(jié)果見表10。

表10 不同入料時(shí)間的脫水試驗(yàn)結(jié)果

由表10可知，在中心管的反吹風(fēng)脫水過程和濾餅穿流側(cè)吹風(fēng)的脫水過程同時(shí)存在的前提下，改變泵入料時(shí)間、隔膜壓榨壓力和側(cè)吹時(shí)間，所得濾餅水分最低為12.9%，最高為21.6%，平均濾餅水分為17.20%，與傳統(tǒng)快開壓濾機(jī)近3 s日常生產(chǎn)數(shù)據(jù)相比，平均值低了10個(gè)百分點(diǎn)左右。通過正交分析，各個(gè)影響因素的影響程度大小順序?yàn)閴赫毫?側(cè)吹時(shí)間>入料時(shí)間，最佳的工作參數(shù)組合為低入料時(shí)間，中壓榨壓力和中等壓榨時(shí)間。試驗(yàn)的周期為1 800～2 500 s。

4 試驗(yàn)結(jié)果分析與效益預(yù)測

4.1 試驗(yàn)結(jié)果分析

傳統(tǒng)快開壓濾機(jī)脫水效果影響因素，通過改變?nèi)肓狭６?、提高入料濃度來改善傳統(tǒng)快開壓濾機(jī)的脫水效果，以期獲得最低的濾餅水分。而延長隔膜壓榨時(shí)間、延長反吹風(fēng)時(shí)間對脫水效果沒有顯著性的影響。因此，在現(xiàn)有傳統(tǒng)壓濾機(jī)的基礎(chǔ)上，無論是調(diào)整工作參數(shù)還是調(diào)整結(jié)構(gòu)參數(shù)都難以大幅度地降低浮選精煤水分。而高效低耗壓濾機(jī)是在傳統(tǒng)快開隔膜壓濾機(jī)的基礎(chǔ)上增設(shè)濾餅穿流側(cè)吹風(fēng)脫水過程，能有效脫出濾餅孔隙水，實(shí)現(xiàn)濾餅水分降到18%以下的目標(biāo)。

4.2 效益預(yù)測

(1)經(jīng)濟(jì)效益：減少運(yùn)輸成本，年節(jié)約運(yùn)費(fèi)190.93～265.85萬元；提高水的重復(fù)利用率，減少選煤廠用水量，每年可節(jié)約水資源1.91～2.66萬t(按蘆嶺廠年入洗原煤量300萬t計(jì)算)，2017年統(tǒng)計(jì)精煤產(chǎn)率40.28%，運(yùn)費(fèi)100元/t。

(2)社會效益：由于精煤產(chǎn)品水分的下降，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，滿足了用戶需求，保證了精煤銷量；避免了無效運(yùn)輸及精煤隨水分流失造成的資源浪費(fèi)和環(huán)境污染，社會效益顯著。

5 結(jié) 論

(1)強(qiáng)氣壓穿流濾餅脫水過程能大幅度降低產(chǎn)品水分，在入料濃度、入料時(shí)間、隔膜壓榨壓力和壓榨時(shí)間、穿流側(cè)吹時(shí)間等諸因素中穿流側(cè)吹時(shí)間是最重要的因素，且各因素的貢獻(xiàn)率與原料特性有關(guān)

(2)高效低耗快開壓濾機(jī)最佳的工作參數(shù)為：側(cè)吹風(fēng)時(shí)間800～1 000 s，側(cè)吹風(fēng)壓力0.5～0.6 MPa，給料壓力0.6 MPa，給料時(shí)間800～1 000 s，壓榨壓力1.0 MPa，壓榨時(shí)間300～500 s，反吹風(fēng)壓力0.5～0.6 MPa，反吹風(fēng)時(shí)間15～40 s，整個(gè)過濾周期2 400 s左右。

(3)當(dāng)精煤粒度構(gòu)成不變時(shí)，用高效節(jié)能快速壓濾機(jī)替代傳統(tǒng)快開壓濾機(jī)能使浮選精煤水分降低3.85%～5.35%，效果顯著。