1、选 煤 “各 式 ”压 滤 设 备 的 详 尽 分 析 都 在这 里 了0 引言我国是世界上最大的煤炭生产国,由于采煤和选煤机械化程度的不断提高,煤泥量和细粒级选煤产品产量大幅增加,为煤泥水处理及煤泥脱水回收带来困难,导致细粒级产品脱水问题日益突出。煤炭产品水分超标不仅会增加运输成本,还会影响后续煤炭产品的利用,如冶金、火力发电等。从经济效益上核算,煤炭水分每增加 1%将消耗等价于降低煤炭 4.5%灰分所产生的利润。有效降低精煤水分在为洁净煤技术发展提供突破的同时,还为企业带来直观的经济效益。压滤机是常用的精煤脱水设备,国内学者在压滤机应用方面做了较多工作。任增良提出了加压过滤回收率的概念,得
2、到了提高加压过滤回收率的方法和途径。蒋富歌等提出“浮选柱+快开压滤机”独立回收滤液的工艺,验证了该工艺的可行性。吉永成等对 1060 型压滤机电气控制系统进行技术改造,改造后的压滤机处理能力提高,减轻了劳动强度,消除了安全隐患。因此,作为选煤厂煤泥水处理的把关设备,开发和研制高效脱水的压滤设备已成为洁净煤技术发展的关键内容。笔者对比分析了选煤厂常用煤泥压滤设备的优缺点及应用现状,分析了影响压滤效果的主要因素,并对压滤设备在煤泥水处理方面的发展趋势进行展望,以期促进压滤机的发展。1 选煤厂常用煤泥压滤设备压滤机、加压过滤机、沉降过滤式离心脱水机、真空加压过滤机等是选煤厂煤泥脱水回收的主要设备,其
3、中压滤机、加压过滤机、沉降过滤式离心脱水机最常用。压滤机是目前选煤厂细粒煤泥脱水回收的把关设备,压滤设备大致可分为板框式压滤机、带式压滤机、快开式隔膜压滤机以及一些特殊的新型压滤机。1.1 板框式压滤机板框式压滤机分为平板板框式压滤机和凹板板框式压滤机。两者之间的主要差别是滤室的结构不同。我国目前应用较多的是凹板板框式压滤机,通常称为厢式压滤机。1.1.1 结构特点及工作原理板框式压滤机主要由机身支架、滤板(包括动板、定板、中间滤板)、滤板压紧机构、拉开卸料装置、进料泵和电气控制系统等组成。影响压滤机压滤效果的因素主要有入料压力、入料性质、入料浓度、压滤机滤室厚度等。这些因素直接影响压滤循环时
4、间、产品水分及处理量等。其工作原理为:相邻滤板在液压缸轴向力作用下形成密闭滤室,滤室侧壁附有过滤介质;煤浆由入料泵经入料孔注入滤室。通过注料泵提供的液相压力在过滤介质两侧形成压差,实现固液分离;待过滤阻力与泵提供的液相压力平衡时,滤液不再析出,脱水过程完成。停止注料,拉开滤板,卸落滤饼。板框式压滤机压滤过程主要有给入煤浆、加压过滤、卸落滤饼和冲洗滤布 4 个阶段。其中,加压过滤到卸落滤饼占整个循环时间的 70%-75%,对整个循环时间影响最大。因此,如何缩短加压过滤到卸落滤饼的时间段是目前研究的重点。1.1.2 应用现状板框式压滤机具有较为广泛的应用领域,如利用其压滤特性处理油田开采形成的废渣
5、,降低其直接外排带来的环境污染隐患。兰州石化公司污泥处理系统中应用板框式压滤机实现了污水处理装置的稳定运行。但板框式压滤机在选煤厂的应用情况不太理想。如 ANDRITZ 板框式压滤机在保德选煤厂使用过程中出现了压滤机滤板闭合过程压力小,滤板不动作,进料过程喷料,挤压系统故障以及卸料装置不正常运作等问题。并且随着选煤厂入选原煤量提高和煤质的变化,入选原煤中末煤量明显增加,原有压滤设备已经无法满足生产需要。在现有加压过滤机机型中板框式压滤机结构最简单,应用广泛,具有单位过滤面积占地少,过滤面积的选择范围宽,过滤压力高,操作维修方便,寿命长,对物料适应性强,滤饼含湿率低,固相回收率高等优点,但其结构
6、及材质等问题限制了其进一步发展。1.2 带式压滤机大部分带式压滤机只用于城市及其他行业的污泥处理。近年来,随着技术的不断革新,带式压滤机的应用领域越来越广,新型带式压滤机在宣化钢铁公司焦化厂的成功应用证明了该设备对煤泥水处理的可行性。1.2.1 结构特点及工作原理带式压滤机主要由机架、辊筒、滤带、驱动装置、卸料装置、滤带张紧和冲洗装置、预压装置及电器控制系统等组成,具有整机结构紧凑,占地少,可同层卸料等特点。影响带式压滤机工作效果的主要因素有药剂(药剂种类、添加方式和配比)、压滤条件(滤带、入料浓度)、机械性能(入料絮凝装置、辊轮)等。带式压滤机有三级脱水段,即重力过滤脱水段、预压脱水段、高压
7、脱水段来实现煤泥脱水,其工作原理为:将物料与特定絮凝剂在混合器中充分混合,絮凝后的物料被输送到浓缩重力脱水滤带上,在重力的作用下自由水被分离;形成的非流动状态物料在两层过滤介质的夹持下进行预压脱水;预压后失去流动性的物料在反复挤压力、剪切力作用下,颗粒间的空隙水滤出,最后形成滤饼排出。1.2.2 应用现状矿用带式压滤机作为煤泥脱水的把关设备,在大明矿选煤厂、盘北选煤厂和平沟选煤厂得到了良好的应用效果。对比分析了汪家寨选煤厂板框式压滤机和带式压滤机对尾煤的脱水效果,说明带式压滤机的处理能力高于板框式压滤机,滤饼水分低,劳动强度小。采用带式压滤机处理尾煤时,煤泥粒度对压滤机脱水效果影响较小,运行费
8、用低,尤其在处理细泥含量较高的尾煤时,优势更加明显。现场使用表明,采用新型带式压滤机替代板框式压滤机进行煤泥水回收具有可行性,为选煤厂尾煤脱水处理提供了新思路和新途径。带式压滤机设计了多段脱水区,脱水效率高,滤饼水分低;实现了 PLC 程序控制以及变频调速,滤带张紧力可调,跑偏自动校正;滤带自动清洗,洗涤效果好;机器连续运转,转速低,噪声小,节能高效,处理量受煤质影响小。脱水后的煤泥滤饼松散易碎,可直接掺入中煤或混煤,提高企业经济效益。但带式压滤机需要安装一套独立的入料系统来稳定其入料,因而设备故障率高、材料消耗大、储料桶堵塞、进出料管堵塞等问题随之产生。1.3 快开式隔膜压滤机在传统压滤机的
9、基础上,根据现代过滤理论改进设计的快速隔膜压滤机作为新一代产品应运而生。北京中水长固液分离技术有限公司研制的 KM 型快速隔膜压滤机是国内最早研制成功并投放市场的快开式隔膜压滤机。快开式隔膜压滤机是普通厢式压滤机的更替产品,是非常适合煤泥脱水的过滤设备。1.3.1 结构特点及工作原理快开式隔膜压滤机采用厢式滤板和隔膜滤板(或隔膜板和隔膜板)交替排列的布置形式、多端口进料、快速拉开、自动卸料、多油缸同步压紧、PLC 自动控制等技术,具有处理能力大、工作循环快、自动化程度高等特点。与传统的厢式压滤机相比,其突出的特点是隔膜板的应用。快速隔膜压滤机一个工作循环可分为滤板合拢压紧、入料初步过滤、隔膜压
10、榨脱水、加压穿流脱水、分组拉开卸料 5 个阶段,其工作原理为:通过液压驱动压紧滤板形成密闭滤室;煤浆由入料泵从入料孔给入滤室过滤,在给料压力下料浆开始固液分离,在腔室内逐渐形成滤饼。待滤液不再流出,过滤阶段结束;向隔膜板内通入高压风(或高压水)鼓动隔膜,使得隔膜产生弹性变形挤压滤饼,进行二次压榨脱水;压榨脱水后,隔膜泵停止工作。高压风借助压力将滤饼毛细孔中的水分置换出来,这时主液压缸继续加压,进一步降低滤饼水分;通过拉开装置使滤饼分组拉开卸掉滤饼。1.3.2 与传统厢式压滤机的技术对比与传统厢式压滤机相比,快开式隔膜压滤机摆脱了仅靠入料压力使物料脱水的方式。快开式隔膜压滤机与厢式压滤机的技术对
11、比如图 1 所示。入料初期即过滤时间。当过滤期结束后,快开式隔膜压滤机放弃了继续压入料浆来降低滤饼水分的传统方法(厢式压榨时间),在过滤期结束时立即停止向压滤机继续注料,缩短了单循环时间,使过滤效率最佳化。为使滤饼进一步脱水,快开式隔膜压滤机一方面采用隔膜压榨挤压滤饼,破坏颗粒间的架桥,挤出残留在颗粒空隙间的滤液;另一方面,滤饼中的毛细水通过强气流穿流置换得到移除,降低了滤饼含水率(隔膜压榨时间)。过滤过程结束后,快开式隔膜压滤机通过隔膜压榨对滤饼进行再次挤压,使滤饼含固率在短时间内大幅提升,与厢式压滤相比,不仅缩短了压滤时间,还提高了滤饼含固率。快开式隔膜压滤机由于在传统压滤机基础上进行了强
12、高压流体挤压脱水、隔膜压榨脱水以及通过强气流穿流滤饼脱水的改进设计,因此具有以下优点:采用了二次隔膜压榨脱水工艺,滤饼水分低;采用主、从多缸同步压紧和控制技术,缩短了顶紧时间,提高了顶紧力,高压、大流量、快速进浆时不喷料;采用多端口进料,进料速度快,使滤板受力更合理,成饼效果好; 采用独特的液压驱动、圆环链拉开滤板组及滤板快速分组拉开合拢机构,设备安全节能可靠,实现了快速卸料,保证了滤板快速、稳定地压紧。1.3.3 应用现状目前,快开式隔膜压滤机在全国选煤厂的应用较多,在济宁三号煤矿选煤厂、阳泉煤业集团二矿选煤厂和临涣选煤厂等各大选煤厂的应用效果良好。KX300/2000 快开式压滤机在翟镇煤
13、矿选煤厂投入使用后,煤泥水处理能力和处理效率得到改善,缩短了过滤循环时间,满足了选煤生产能力,优化了设备系统配置,提高了设备的自动化程度及运行的稳定性,提高了工作效率。1.4 其他新型矿用压滤设备随着科技的快速发展,一些新的科技手段如电渗透、微波、红外辐射、磁化、超声波及热力辅助等为煤泥脱水提供了新途径。目前应用于煤泥脱水方法以过滤为主,沉降、筛分为辅。而以机械脱水为主导的压滤则是当前最经济实用、有较大潜力的固液分离方式。国外较早开展了压力罐式气压过滤机的研发,该设备结合了旋转过滤机和驱动装置的特点,将其组装在一个压力容器内。由于其压力变化大,与普通真空过滤机相比可获得更高的压差。近几年国内对
14、新型管式压滤机的研究有所进展。现阶段的管式压滤机在实际应用方面并不理想,但由于其具有耐压高的特性,发展前景广阔。近年来国内成功研制了一种新型的压滤设备立式全自动压滤机。与其他同类压滤设备相比,其在矿业、精细化工、制药和食品加工等行业的应用效果良好,自动化程度高,滤饼水分低,能耗低,具有安全、健康、环保等特点。2 发展趋势1) 压滤设备向大型、高效、自动化方向发展。为减少设备台数和占地面积就需要在厂内配套单台处理能力大的大型压滤设备,该设备应具备对不同煤泥固液分离彻底,节能以及耐高压的特点。2)开发新型过滤介质。新型过滤介质可将整个过滤面分为若干小的过滤单元,且这些过滤单元表面的滤饼具有很好的成型效果,滤饼收缩不产生裂隙,可降低耗气量并保持压差稳定。3)研究工艺流程简化、无需入料预处理系统的连续压滤机。该压滤机能够独立完成物料的脱水和固液分离,且辅助设备少,受外部条件影响故障发生率低。4)提高压滤设备智能化程度。随着科断进步,对压滤设备的智能化水平提出了更使设备同时具备自行诊断和解决故障的能了设备生产的连续性、稳定性和高效性。
