高效低耗快開壓濾機與傳統(tǒng)快開壓濾機的對比研究

于一棟，朱宏政

(1.北京國華科技集團有限公司，北京 101300；2.安徽理工大學材料科學與工程學院，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品質量[1-3]。早期的板框(或廂式)壓濾機由于其脫水后的產品間斷卸料、工作循環(huán)時間較長，脫水功能單一，對給料濃度要求較高等缺點，逐漸被快開隔膜壓濾機所取代[4-6]?？扉_隔膜壓濾機是在傳統(tǒng)廂式壓濾機的基礎上改進而成的，彌補了真空過濾機和板式(或廂式)壓濾機存在的不足，從而廣泛應用于浮選煤泥的脫水作業(yè)[7-9]。

劉志勇[10]采用KMZG450/2000-U型快開隔膜壓濾機及其輔助設備對煤泥回收系統(tǒng)進行工藝改造，有效地解決了原壓濾機脫水效率低、效果差的問題，為該廠創(chuàng)造了一定的經濟效益。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，浮選尾礦脫水設備能力不足的問題，采用KMZG500/2000-U快開隔膜壓濾機進行脫水作業(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型快開隔膜壓濾機在祁南選煤廠的應用情況，結果表明，在隔膜壓濾機投入使用后，回收煤泥達到日產500～800 t，濾餅水分低于25%，較好地解決了原煤煤質變化、矸石泥化現象嚴重引起的浮選精煤水分偏高的問題。張金國[13]對比了真空過濾機和浮選精煤隔膜快開壓濾機的脫水效果，發(fā)現隔膜快開壓濾機對入料粒度組成有較好的適應性。并且在相同的入料條件下，壓濾機濾餅水分比真空過濾機下降了6～9個百分點，脫水效果顯著。

基于以上研究，本文從高效低耗快開壓濾機與傳統(tǒng)快開壓濾機的結構原理[14-15]、壓濾效果等影響因素出發(fā)，結合實驗，分析其應用效果。

2 壓濾機結構與原理

2.1 傳統(tǒng)快開壓濾機

傳統(tǒng)快開壓濾機主要由機架部分、過濾部分、液壓部分、卸料機構和電器控制部分組成(圖1)，工作時在液壓缸的驅動下，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，濾液透過濾布經導水孔排出，固體顆粒留存在濾室內形成濾餅。機架主要用于支撐過濾機構，由止推板、壓緊板、機座、油缸體和主梁等連接組成。設備工作時，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進行加壓過濾。

圖1 傳統(tǒng)快開壓濾機結構

其優(yōu)點在于，固液分離較徹底，可以杜絕濾液必須返回浮選而導致的細泥循環(huán)現象，有利于改善浮選效果，此外還可以防止煤泥細粘造成的過濾效果差、復用水質量差的問題。因此，快開隔膜壓濾機廣泛應用于浮選煤泥的脫水作業(yè)。

2.2 高效低耗快開壓濾機

高效低耗壓濾機相較于快開式隔膜壓濾機，更改了濾板的出水工藝孔，增加了側吹風脫水過程，通過吹風穿透濾餅層，置換出濾餅顆粒之間的縫隙水，降低了產物的水分，其結構簡圖如圖2所示。

圖2 高效低耗壓濾機出水孔工藝

3 壓濾效果影響因素

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

3.1 入料濃度與入料粒度組成

根據生產實際資料，固定隔膜壓榨壓力為0.65 MPa，壓榨時間分別取200 s、300 s、400 s、500 s、600 s，反吹風時間分別取0 s、10 s、15 s、20 s，泵給料時間分別取1 200 s、1 500 s、1 800 s。試驗結果見表1～表4。表5～表7分別為濃度185 g/L、197 g/L、211 g/L時粒度及灰分分析。

表1 入料濃度為185 g/L脫水試驗結果

表2 入料濃度為197 g/L脫水試驗結果

表3 入料濃度為211 g/L脫水試驗結果

表4 壓濾周期試驗結果

表5 入料濃度為185 g/L時粒度及灰分分析

表6 入料濃度為197 g/L時粒度及灰分分析

表7 入料濃度為211 g/L時粒度及灰分分析

從表5～表7看出，對于傳統(tǒng)快開壓濾機來說，隨著入料濃度從185 g/L升高到211 g/L，批試驗平均值呈下降趨勢，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時的入料粒度較粗，入料濃度為197 g/L時的入料粒度中，入料濃度為211 g/L時的入料粒度最細，因此在入料粒度變細的條件下，增加入料濃度的條件下產品水分出現小幅下降，這可能是入料濃度和粒度兩個因素共同影響所導致的。

3.2 隔膜壓榨時間

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

壓濾周期對高效低耗壓濾機的生產能力影響較大，試驗在壓榨壓力為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脫水效果的影響，試驗結果見表8。

表8 壓濾周期脫水試驗結果

從表8的試驗結果可以看出，在中心管的反吹風脫水過程和濾餅穿流側吹風的脫水過程同時存在的前提下，改變泵入料時間、隔膜壓榨時間和側吹時間，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)快開壓濾機近3 a日常生產數據相比，平均值低了12個百分點左右。通過正交分析，各個影響因素的影響程度大小順序為側吹時間>入料時間>壓榨時間，最佳的工作參數組合為低入料時間，長壓榨時間和長側吹風時間。

3.3 反吹風時間

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

試驗在無反吹風的試驗條件基礎上，增加了15 s的反吹風，考察入料濃度、壓榨壓力和側吹風時間對高效低耗壓濾機脫水效果的影響，試驗結果見表9。

表9 有反吹風脫水試驗結果

從表9可以看出，在中心管的反吹風脫水過程和濾餅穿流側吹風的脫水過程同時存在的前提下，改變泵入料濃度、隔膜壓榨壓力和側吹時間，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)快開壓濾機近3 a日常生產數據相比，平均值低了10個百分點左右。通過正交分析，在有反吹風的條件下，各個影響因素的影響程度大小順序為入料濃度>壓榨壓力>側吹時間，最佳的工作參數組合為中等入料濃度，高壓榨壓力和中等壓榨時間。

3.4 泵的給料時間

基于側吹加反吹風脫水的條件下，取壓榨時間為180 s，入料濃度為190 g/L，試驗考察了入料時間、壓榨壓力和側吹風時間對高效低耗壓濾機脫水效果的影響，試驗結果見表10。

表10 不同入料時間的脫水試驗結果

由表10可知，在中心管的反吹風脫水過程和濾餅穿流側吹風的脫水過程同時存在的前提下，改變泵入料時間、隔膜壓榨壓力和側吹時間，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)快開壓濾機近3 s日常生產數據相比，平均值低了10個百分點左右。通過正交分析，各個影響因素的影響程度大小順序為壓榨壓力>側吹時間>入料時間，最佳的工作參數組合為低入料時間，中壓榨壓力和中等壓榨時間。試驗的周期為1 800～2 500 s。

4 試驗結果分析與效益預測

4.1 試驗結果分析

傳統(tǒng)快開壓濾機脫水效果影響因素，通過改變入料粒度、提高入料濃度來改善傳統(tǒng)快開壓濾機的脫水效果，以期獲得最低的濾餅水分。而延長隔膜壓榨時間、延長反吹風時間對脫水效果沒有顯著性的影響。因此，在現有傳統(tǒng)壓濾機的基礎上，無論是調整工作參數還是調整結構參數都難以大幅度地降低浮選精煤水分。而高效低耗壓濾機是在傳統(tǒng)快開隔膜壓濾機的基礎上增設濾餅穿流側吹風脫水過程，能有效脫出濾餅孔隙水，實現濾餅水分降到18%以下的目標。

4.2 效益預測

(1)經濟效益：減少運輸成本，年節(jié)約運費190.93～265.85萬元；提高水的重復利用率，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計算)，2017年統(tǒng)計精煤產率40.28%，運費100元/t。

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

5 結 論

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

(2)高效低耗快開壓濾機最佳的工作參數為：側吹風時間800～1 000 s，側吹風壓力0.5～0.6 MPa，給料壓力0.6 MPa，給料時間800～1 000 s，壓榨壓力1.0 MPa，壓榨時間300～500 s，反吹風壓力0.5～0.6 MPa，反吹風時間15～40 s，整個過濾周期2 400 s左右。

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