摘要: 介紹了廂式壓濾機的工作原理, 結合在現場的使用情況, 從入料壓力、濃度、粒度等方面重點分析了影響廂式壓濾機運行狀況的幾個主要因素。分析結果表明, 合理的入料壓力、濃度、粒度及操作有助于提高壓濾機的工作效率, 并進一步給出了保持壓濾機高效運行的對策和建議。

壓濾機是一種固液分離設備, 在煤炭行業主要用于回收煤泥, 以提高煤炭的利用率。因此在選煤廠得到廣泛應用。從壓濾機在各個選煤廠的應用情況來看, 目前壓濾脫水是煤泥水處理最有效、最徹底的方法, 壓濾機是選煤廠洗水閉路循環的必要設備。但是, 在實際應用中, 由于受到多種因素的影響, 廂式壓濾機工作效率往往得不到很理想的發揮, 文章著重就影響廂式壓濾機工作狀況的主要因素及現場的使用情況作出分析, 以期對現場的生產有所指導和借鑒。

1　壓濾機的工作原理

在液壓缸作用下, 壓濾機濾板沿主梁移動壓緊, 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濾介質兩側形成的壓力差, 實現固液分離。煤泥顆粒滯留在濾室內, 濾液透過過濾介質從濾板的導水孔排出機外。一段時間后, 濾液不再流出, 過濾脫水過程完成; 停止入料, 依次拉開濾板, 濾餅脫落后, 由壓濾機下的運輸設備運走, 整個壓濾循環結束。

2　影響壓濾機工作狀況的主要因素

    壓濾機的工作狀況、產品的質量以及壓濾機的工作效率主要從入料組成、物理性質、產品水分、成餅性、濾液濃度、工作效率(可以過濾速度來衡量) 等幾個方面綜合考慮和衡量。由于壓濾過程本身是一種過濾行為, 服從基本過濾理論, 而在過濾理論中經典的方程之一即是柯茲尼- 卡曼方程[ 1 ] :

   
式中: u為過濾速度; △P為過濾壓力;μ為粘度; L為濾餅厚度;ε為孔隙率; k1 為柯茲尼常數; S0 為顆粒比表面積。

    根據方程不難得出, 在壓濾過程中, 礦漿的過濾速度同過濾壓力成正比, 與礦漿的粘度成反比,并且隨著壓濾的進行, 濾餅厚度的增大, 濾室中截留的固體物集合體(最終發展成為濾餅) 的孔隙率逐漸減小, 過濾速度呈下降趨勢。另外, 在過濾過程中, 過濾速度與顆粒比表面積S0 的平方成反比。因此, 要保證壓濾機高效運行, 須從以上幾個因素著手進行分析。

211　入料壓力

    在實際生產過程中, 過濾壓力一般是由入料泵提供的(現場也有極小的比例采用泵和空壓機聯合給料) , 所以, 影響過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的工況, 而壓濾機的分離效果也與之有很大的關系。實際使用中發現, 在壓濾脫水過程中, 通過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, 當濾餅的飽和度接近剩余飽和度時,濾餅水分基本不再降低。通過分析濾餅的顯微結構可知, 此時顆粒成拱橋結構, 這種結構包含的水分不但很難用常規入料泵所提供的流體靜壓力排出, 而且會造成設備磨損和故障。

 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頁巖等粘土類礦物質在洗選過程中泥化形成的細泥含量決定的, 同樣, 礦漿中細泥的含量大小也決定了入料礦漿的粘度, 進而對過濾速度造成影響。但是, 這類因素在現場生產中幾乎是不可控的。

213　入料礦漿的粒度組成

    入料礦漿的粒度組成對過濾速度的影響主要取決于其中的細粒級物料含量, 其含量越高, 物料比表面積(S0) 越大, 過濾速度也就越低。在實際生產中, 樣品分析結果表明: < 0.1074mm 粒級的物料含量對過濾速度影響尤其明顯, 而粗粒級含量雖然有利于過濾速度的提高, 但從以往的實踐經驗看, 只有當壓濾入料中0.1125～0.1074mm級物料占80%左右時, 壓濾機成餅較為理想; 而在出現跑粗現象時, 即入料礦漿中> 0.15mm粒級物料含量較高時, 壓濾機往往會出現跑料、成餅差、卸料難等現象, 而且也會對濾布造成部分損壞。

214　入料礦漿濃度

    入料礦漿濃度對過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。當入料濃度低時, 細小顆粒極易直接進入濾布孔眼中, 穿過、堵塞或覆蓋在上面, 使過濾介質孔眼很快被堵塞。隨著料漿濃度的提高, 將會有更多的顆粒接近或到達過濾介質的孔眼, 由于相互干擾, 絕大部分顆粒不能進入孔眼而在其上成拱架橋, 使濾孔可在較長時間內不被嚴重堵塞。隨著壓濾過程的進行,在過濾介質表面形成的濾餅沿入料方向由外向內平均粒度逐漸增大, 濾餅阻力逐漸減小, 使濾餅內側(靠近濾布側) 的脫水受到影響, 這種效應隨著入料濃度的減小逐漸增強。所以, 入料濃度越低, 濾餅水分越高, 可見料漿濃度對濾餅水分的影響十分明顯。

    壓濾過程初始階段濾液帶走的固體量最大, 一旦濾餅形成, 就降低了細小顆粒通過過濾介質的概率, 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, 濾液中的固體含量高; 壓濾入料濃度高時, 濾液中固體含量較低。另外, 濾餅層結構得到改善。

    流體力學理論也表明, 過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, 表層截留與深層截留的過濾阻力增加情況也不同。過濾過程中, 懸浮物如果多被截流在表層,其阻力增加就快; 如果懸浮物能達到濾層深處而被截留, 那么過濾阻力增加得就慢。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, 造成對動力的浪費。

    根據Dancy過濾方程

可知,當入料濃度低時, 單位過濾面積濾餅阻力大,過濾載面礦漿通過量減少, 過濾速度嚴重下降。式中:Q為濾液流量; A 為過濾面積; K為常數; RE 為單位過濾面積的濾餅阻力; Rm 為單位過濾面積的過濾介質阻力。

3　確保壓濾機高效率工作的對策和建議

從以上分析可以看出, 要保持壓濾機高效運行, 必須從入料壓力、入料濃度和入料粒度組成等方面來解決:

（1）保持合理的入料壓力。入料壓力是壓濾過程的主要推動力, 入料壓力越大, 壓濾速度就越快, 但是, 過高的入料壓力容易造成設備的磨損; 入料初期, 濾室中還沒有被截留足夠的物料, 嚴格地說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0.11～0.12MPa, 否則會造成壓濾機跑料, 給后續的壓濾、成餅以及卸餅帶來不利的影響。壓濾階段的壓力以控制在0.149～0.159MPa為宜, 但是不能大于0.18MPa, 以免壓力過大對壓濾機濾板、機架等造成損壞以及對入料泵無謂的磨損。現場可以通過閘閥節流調節壓力, 也可以通過入料泵電機的變頻調速裝置實現泵揚程(提供壓力) 的合理調整;

（2）保證合理水平的入料濃度。理論上講, 壓濾機入料濃度越高越好。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, 我國選煤廠一般是耙式濃縮機底流進入壓濾機, 過高底流濃度給耙式濃縮機的正常和安全運行帶來隱患, 若追求過高的底流濃度, 可能會造成耙式濃縮機壓耙, 影響正常生產。所以,壓濾機入料濃度應保持在400～600g/L, 這樣, 既可以保證壓濾機要求的入料濃度, 又可以保證耙式濃縮機的正常運轉.

（3）保證合理的入料粒度。我國選煤廠煤泥水處理系統大多選用壓濾機回收煤泥, 實現洗水閉路, 但也有部分選煤廠采用煤泥離心機(高頻篩) 或其他設備配合煤泥壓濾機聯合作業,實現煤泥回收和洗水閉路。對于前一種工藝, 壓濾機入料礦漿的粒度組成基本是不可控的。但是, 后一種工藝設計則具有一定的靈活性, 即當洗煤系統(或浮選系統) 跑粗時, 可以將部分濃縮機底流合理分流進煤泥離心機, 回收粗物料, 而將離心機離心液返回壓濾機入料, 這既能改善壓濾機入料的粒度組成, 又可以改善壓濾機工作狀況。

4　結語