壓濾機(jī)是一種固液分離設(shè)備, 在煤炭行業(yè)主要用于回收煤泥, 以提高煤炭的利用率。因此在選煤廠得到廣泛應(yīng)用。從壓濾機(jī)在各個(gè)選煤廠的應(yīng)用情況來(lái)看, 目前壓濾脫水是煤泥水處理*有效、*徹底的方法, 壓濾機(jī)是選煤廠洗水閉路循環(huán)的必要設(shè)備。但是, 在實(shí)際應(yīng)用中, 由于受到多種因素的影響, 廂式壓濾機(jī)工作效率往往得不到很理想的發(fā)揮, 文章著重就影響廂式壓濾機(jī)工作狀況的主要因素及現(xiàn)場(chǎng)的使用情況作出分析, 以期對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)有所指導(dǎo)和借鑒。
1 壓濾機(jī)的工作原理
在液壓缸作用下, 壓濾機(jī)濾板沿主梁移動(dòng)壓緊, 使相鄰濾板間形成封閉的濾室, 煤泥水由入料泵以一定壓力從尾板入料孔給入, 借助入料泵提供的壓力在過(guò)濾介質(zhì)兩側(cè)形成的壓力差, 實(shí)現(xiàn)固液分離。煤泥顆粒滯留在濾室內(nèi), 濾液透過(guò)過(guò)濾介質(zhì)從濾板的導(dǎo)水孔排出機(jī)外。一段時(shí)間后, 濾液不再流出, 過(guò)濾脫水過(guò)程完成; 停止入料, 依次拉開(kāi)濾板, 濾餅脫落后, 由壓濾機(jī)下的運(yùn)輸設(shè)備運(yùn)走, 整個(gè)壓濾循環(huán)結(jié)束。
2 影響壓濾機(jī)工作狀況的主要因素
壓濾機(jī)的工作狀況、產(chǎn)品的質(zhì)量以及壓濾機(jī)的工作效率主要從入料組成、物理性質(zhì)、產(chǎn)品水分、成餅性、濾液濃度、工作效率(可以過(guò)濾速度來(lái)衡量)
等幾個(gè)方面綜合考慮和衡量。由于壓濾過(guò)程本身是一種過(guò)濾行為, 服從基本過(guò)濾理論, 而在過(guò)濾理論中經(jīng)典的方程之一即是柯茲尼- 卡曼方程[ 1 ] :
式中: u為過(guò)濾速度; △P為過(guò)濾壓力;μ為粘度; L為濾餅厚度;ε為孔隙率; k1 為柯茲尼常數(shù); S0 為顆粒比表面積。
根據(jù)方程不難得出, 在壓濾過(guò)程中, 礦漿的過(guò)濾速度同過(guò)濾壓力成正比, 與礦漿的粘度成反比,并且隨著壓濾的進(jìn)行, 濾餅厚度的增大, 濾室中截留的固體物集合體(*終發(fā)展成為濾餅) 的孔隙率逐漸減小, 過(guò)濾速度呈下降趨勢(shì)。另外, 在過(guò)濾過(guò)程中, 過(guò)濾速度與顆粒比表面積S0 的平方成反比。因此, 要保證壓濾機(jī)高效運(yùn)行, 須從以上幾個(gè)因素著手進(jìn)行分析。
211 入料壓力
在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中, 過(guò)濾壓力一般是由入料泵提供的(現(xiàn)場(chǎng)也有極小的比例采用泵和空壓機(jī)聯(lián)合給料, 在此暫不作探討) , 所以, 影響過(guò)濾速度極為重要的因素就是入料泵的給料壓力。給料壓力直接影響著壓濾機(jī)的工況, 而壓濾機(jī)的分離效果也與之有很大的關(guān)系。實(shí)際使用中發(fā)現(xiàn), 在壓濾脫水過(guò)程中, 通過(guò)流體靜壓縮小濾餅的孔隙率, 可排出大部分水分, 但僅僅靠提高流體靜壓力, 脫水效果并不理想。分析其原因可能在于:
隨著壓力的增大, 濾餅孔隙率逐漸減小, 濾餅孔隙的飽和度逐漸降低, 但是, 當(dāng)濾餅的飽和度接近剩余飽和度時(shí),濾餅水分基本不再降低[ 2 ] 。通過(guò)分析濾餅的顯微結(jié)構(gòu)可知, 此時(shí)顆粒成拱橋結(jié)構(gòu), 這種結(jié)構(gòu)包含的水分不但很難用常規(guī)入料泵所提供的流體靜壓力排出, 而且會(huì)造成設(shè)備磨損和故障。
212 入料灰分
入料礦漿灰分的高低, 一般是由原煤夾帶的泥質(zhì)頁(yè)巖等粘土類礦物質(zhì)在洗選過(guò)程中泥化形成的細(xì)泥含量決定的, 同樣, 礦漿中細(xì)泥的含量大小也決定了入料礦漿的粘度, 進(jìn)而對(duì)過(guò)濾速度造成影響。但是, 這類因素在現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)中幾乎是不可控的。
213 入料礦漿的粒度組成
入料礦漿的粒度組成對(duì)過(guò)濾速度的影響主要取決于其中的細(xì)粒級(jí)物料含量, 其含量越高, 物料比表面積(S0 ) 越大, 過(guò)濾速度也就越低。在實(shí)際生產(chǎn)中, 樣品分析結(jié)果表明: < 01074mm 粒級(jí)的物料含量對(duì)過(guò)濾速度影響尤其明顯, 而粗粒級(jí)含量雖然有利于過(guò)濾速度的提高, 但從以往的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)看, 只有當(dāng)壓濾入料中01125～01074mm級(jí)物料占80%左右時(shí), 壓濾機(jī)成餅較為理想; 而在出現(xiàn)跑粗現(xiàn)象時(shí), 即入料礦漿中> 015mm粒級(jí)物料含量較高時(shí), 壓濾機(jī)往往會(huì)出現(xiàn)跑料、成餅差、卸料難等現(xiàn)象, 而且也會(huì)對(duì)濾布造成部分損壞。
214 入料礦漿濃度
入料礦漿濃度對(duì)過(guò)濾速度的影響在理論上是容易理解的, 尤其是在入料階段, 礦漿濃度高,其中的固體顆物含量就高, 相比于較低的礦漿濃度, 濾餅形成速度加快。當(dāng)入料濃度低時(shí), 細(xì)小顆粒極易直接進(jìn)入濾布孔眼中, 穿過(guò)、堵塞或覆蓋在上面, 使過(guò)濾介質(zhì)孔眼很快被堵塞。隨著料漿濃度的提高, 將會(huì)有更多的顆粒接近或到達(dá)過(guò)濾介質(zhì)的孔眼, 由于相互干擾, 絕大部分顆粒不能進(jìn)入孔眼而在其上成拱架橋, 使濾孔可在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)不被嚴(yán)重堵塞[ 3 ] 。隨著壓濾過(guò)程的進(jìn)行,在過(guò)濾介質(zhì)表面形成的濾餅沿入料方向由外向內(nèi)平均粒度逐漸增大, 濾餅阻力逐漸減小, 使濾餅內(nèi)側(cè)(靠近濾布側(cè)) 的脫水受到影響, 這種效應(yīng)隨著入料濃度的減小逐漸增強(qiáng)。所以, 入料濃度越低, 濾餅水分越高, 可見(jiàn)料漿濃度對(duì)濾餅水分的影響也十分明顯。
壓濾過(guò)程初始階段濾液帶走的固體量*大, 一旦濾餅形成, 就降低了細(xì)小顆粒通過(guò)過(guò)濾介質(zhì)的概率, 從而降低了濾液的固體濃度, 提高了濾液的澄清度。因而壓濾入料濃度低時(shí), 濾液中的固體含量高; 壓濾入料濃度高時(shí), 濾液中固體含量較低。另外, 濾餅層結(jié)構(gòu)得到改善。
流體力學(xué)理論也表明, 過(guò)濾阻力隨濾層中截留懸浮物量的增加而增大。即使在截留懸浮物總量相同時(shí), 表層截留與深層截留的過(guò)濾阻力增加情況也不同。過(guò)濾過(guò)程中, 懸浮物如果多被截流在表層,其阻力增加就快; 如果懸浮物能達(dá)到濾層深處而被截留, 那么過(guò)濾阻力增加得就慢。所以, 在入料濃度較低的情況下, 水頭損失也比高礦漿濃度的情況要大, 造成對(duì)動(dòng)力的浪費(fèi)。
根據(jù)Dancy過(guò)濾方程[ 4 ]
可知,當(dāng)入料濃度低時(shí), 單位過(guò)濾面積濾餅阻力大,過(guò)濾載面礦漿通過(guò)量減少, 過(guò)濾速度嚴(yán)重下降。式中:Q為濾液流量; A 為過(guò)濾面積; K為常數(shù); RE 為單位過(guò)濾面積的濾餅阻力; Rm 為單位過(guò)濾面積的過(guò)濾介質(zhì)阻力。
3 確保壓濾機(jī)高效率工作的對(duì)策和建議
從以上分析可以看出, 要保持壓濾機(jī)高效運(yùn)行, 必須從入料壓力、入料濃度和入料粒度組成等方面來(lái)解決:
①要保持合理的入料壓力。入料壓力是壓濾過(guò)程的主要推動(dòng)力, 入料壓力越大, 壓濾速度就越快, 但是, 過(guò)高的入料壓力容易造成設(shè)備的磨損; 入料初期, 濾室中還沒(méi)有被截留足夠的物料, 嚴(yán)格地說(shuō)濾室的封閉性還不理想, 所以, 入料階段以及壓濾初期要保持低壓大流量, 壓力控制在011～012MPa, 否則會(huì)造成壓濾機(jī)跑料, 給后續(xù)的壓濾、成餅以及卸餅帶來(lái)不利的影響。壓濾階段的壓力以控制在0149～0159MPa為宜, 但是不能大于018MPa, 以免壓力過(guò)大對(duì)壓濾機(jī)濾板、機(jī)架等造成損壞以及對(duì)入料泵無(wú)謂的磨損。現(xiàn)場(chǎng)可以通過(guò)閘閥節(jié)流調(diào)節(jié)壓力, 也可以通過(guò)入料泵電機(jī)的變頻調(diào)速裝置實(shí)現(xiàn)泵揚(yáng)程(提供壓力) 的合理調(diào)整; ②保證合理水平的入料濃度。理論上講, 壓濾機(jī)入料濃度越高越好。濃度越高, 壓濾周期越短, 可保持較大的處理量、較為理想的濾餅水分以及濾液中較低的固體含量。但是, 我國(guó)選煤廠一般是耙式濃縮機(jī)底流進(jìn)入壓濾機(jī), 過(guò)高底流濃度給耙式濃縮機(jī)的正常和安全運(yùn)行帶來(lái)隱患, 若追求過(guò)高的底流濃度, 可能會(huì)造成耙式濃縮機(jī)壓耙, 影響正常生產(chǎn)。所以,壓濾機(jī)入料濃度應(yīng)保持在400～600g/L, 這樣, 既可以保證壓濾機(jī)要求的入料濃度, 又可以保證耙式濃縮機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn); ③保證合理的入料粒度。我國(guó)選煤廠煤泥水處理系統(tǒng)大多選用壓濾機(jī)回收煤泥, 實(shí)現(xiàn)洗水閉路, 但也有部分選煤廠采用煤泥離心機(jī)(高頻篩) 或其他設(shè)備配合煤泥壓濾機(jī)聯(lián)合作業(yè),實(shí)現(xiàn)煤泥回收和洗水閉路。對(duì)于前一種工藝, 壓濾機(jī)入料礦漿的粒度組成基本是不可控的。但是, 后一種工藝設(shè)計(jì)則具有一定的靈活性, 即當(dāng)洗煤系統(tǒng)(或浮選系統(tǒng)) 跑粗時(shí), 可以將部分濃縮機(jī)底流合理分流進(jìn)煤泥離心機(jī), 回收粗物料, 而將離心機(jī)離心液返回壓濾機(jī)入料, 這既能改善壓濾機(jī)入料的粒度組成, 又可以改善壓濾機(jī)工作狀況。
4 結(jié)語(yǔ)
壓濾機(jī)是一種理想的煤泥水處理設(shè)備, 影響壓濾機(jī)運(yùn)行狀況的主要因素是入料壓力、濃度、粒度組成和操作水平等。為了改善壓濾機(jī)的工作狀況,提高工作效率, 要結(jié)合選煤廠的生產(chǎn)實(shí)際和生產(chǎn)工藝, 對(duì)影響壓濾機(jī)工作狀況的諸因素進(jìn)行合理的控制和有效的調(diào)整, 以確保壓濾機(jī)高效運(yùn)行。
