煤泥壓濾裝置的優(yōu)化設(shè)計及應(yīng)用分析

李 陽

(晉能控股煤業(yè)集團大地選煤工程(大同)有限責(zé)任公司，山西 大同 037001)

0 引 言

煤泥壓濾作為選煤工藝過程的關(guān)鍵生產(chǎn)環(huán)節(jié)，決定選煤質(zhì)量，常用的壓濾設(shè)備包括板框式壓濾機、帶式壓濾機、快開式隔膜壓濾機和一些特殊功用的新型壓濾機。板框式壓濾機按照濾室結(jié)構(gòu)的區(qū)別又可分為平板板框式和凹板板框式兩種類型，由于板框式壓濾機結(jié)構(gòu)簡單易保養(yǎng)操作被廣泛使用[1]，大地選煤廠選用的是凹板板框式壓濾機，該機型不能連續(xù)工作且處理量小，該機型的濾框使其處理較大煤塊時經(jīng)常受到堵塞，工況效率低下。此次改進時選用了快開式隔膜壓濾機，相比傳統(tǒng)板框式壓濾機，采用隔膜板交叉排列的布置形式，出料速度增快，全程自動化且可遠程操控，提高工作運行效率，減少勞動成本[2-3]，但是在入料過程中該機型常會發(fā)生濾包泄露使煤泥從濾板中掉落排出，因此必須優(yōu)化升級壓濾裝置和煤泥水處理系統(tǒng)。筆者以實際選煤廠的壓濾設(shè)備為研究對象，從現(xiàn)有常用壓濾裝置的特性作為切入點，探索了影響壓濾設(shè)備的工作運轉(zhuǎn)的因素，結(jié)合實例優(yōu)化設(shè)計了壓濾裝置的處理效率。

1 主要問題

1.1 壓濾裝置工作現(xiàn)狀

對于大地選煤廠，其煤泥壓濾系統(tǒng)的工藝過程為煤泥先經(jīng)過濃縮機底流、再通過煤泥攪拌桶均勻攪拌、送至快開式隔膜壓濾機、最后經(jīng)刮板輸送機排放物料。其中快開式隔膜壓濾機是基于現(xiàn)代過濾理論升級改進而成(見圖1)，由于該機型隔膜板交叉排列的布置形式，配置了PLC自動控制技術(shù)和多油缸同步壓緊方法，相比傳統(tǒng)板框式壓濾機，工作運行效率高，進出料端口增多，短平快，處理效率高速提升。

圖1 兩種壓濾機工作性能對比

如圖2所示，隔膜板結(jié)構(gòu)的存在使得該壓濾機的工藝流程變?yōu)楹蠑n壓緊濾板、初濾進料、隔膜壓榨脫水、加壓穿流、脫水分組卸料五個環(huán)節(jié)，具體的工作原理首先利用液壓動力源壓緊過濾板在壓濾裝置內(nèi)形成密閉濾室，緊接著煤漿從進料泵中進料孔中流進過濾室進行過濾，進一步在進料壓力下料漿開始出現(xiàn)了液固分離現(xiàn)象，同時在過濾室內(nèi)慢慢形成了濾餅，直至濾液不出現(xiàn)，標(biāo)志過濾環(huán)節(jié)完成，然后將高壓風(fēng)通到隔膜板內(nèi)致使隔膜出現(xiàn)鼓動，迫使隔膜出現(xiàn)彈性形變進一步擠壓濾餅，完成第二次的壓榨脫水，脫水工作完成后，隔膜泵也隨之停止作業(yè)。此時主液壓缸會持續(xù)進行加壓作業(yè)，再次壓縮濾餅，除掉其中的水分，最后使用拉開設(shè)備將濾餅分開。

圖2 快開式隔膜壓濾機

1.2 存在的主要問題

經(jīng)過對大地選煤廠選洗流程的觀察和統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)壓濾裝置存在以下問題。

(1) 壓濾機在脫水回收時，濾餅的含水量過高，且濾餅的壓制成型率較低，同時脫落率也很低，由于煤泥濾餅的黏附，經(jīng)常會覆蓋住腔室內(nèi)的刮板傳感器，這是由于在處理原煤時所添加的藥劑和絮凝劑沒有真正發(fā)揮效應(yīng)。

(2) 壓濾機的結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)控制問題斷斷續(xù)續(xù)不連貫。實際工作中的排料量為40 t/h遠低于額定處理量，同時在壓濾小于4 mm以下的尾煤時，不能將粗粒和細粒同時過濾掉。

(3) 濾布破損或者卸料不干凈等因素會引起的濾板中冒出煤泥水。

2 解決方案

2.1 壓濾機控制系統(tǒng)優(yōu)化方案

為了防止在進料環(huán)節(jié)中，因濾布破損或者卸料不干凈等因素引起的濾板中冒出煤泥水，在壓濾機上安裝設(shè)計了防漏包自動調(diào)節(jié)裝置，該裝置包括防漏簾、支架、拉桿、鋼絲繩、電機、減速器以及電氣開關(guān)控制元件，該裝置的控制需要在整個壓濾流程中添加兩個環(huán)節(jié)，控制模式包既可以手動操作，也可以自動調(diào)控。所有控制模塊集中到控制柜中，由程序自動控制工藝流程，包括運行前的各項檢查，以及對壓濾和壓榨時間的精準調(diào)控，同時還配備自動報警裝置。

2.2 壓濾機結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案

在快開壓濾機的基礎(chǔ)上進行改造，在第一次壓濾過程中，使用高壓在靜壓力下進行過濾脫水，該設(shè)計可以快速脫掉顆粒間的游離水和空隙水，減小顆粒間的孔隙率。在第二次壓濾過程中，利用隔膜施加二維變向剪切壓力達到脫水效果，剪切應(yīng)力可以使顆粒間的幾何結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變形。第三次壓濾過程中，利用高氣壓穿流壓力脫水，可以使煤泥顆粒內(nèi)的潤滑水以及顆粒間的空隙水快速去除，這減少了動力能源的消耗，提升了濾餅的脫落率和成型率，可以將浮選精煤中的水分減少到20%以下。此外由于煤泥中極細顆粒的存在量較多且不容易沉降，把原有的濾布從76 μm設(shè)計為46 μm，該濾布的孔隙可以確保濾出細顆粒，很大程度上減少系統(tǒng)中極細煤泥的循環(huán)量。

3 應(yīng)用分析

3.1 改造前后產(chǎn)能對比

優(yōu)化設(shè)計壓濾裝置后，記錄觀察煤泥水處理效果，發(fā)現(xiàn)通過壓濾機回收過的衛(wèi)煤濾板，其含水量相比之前降低了23%(如表1所列)，浮選精煤的的灰分小于9%，相比改造前產(chǎn)能提升了8%，同時洗煤后的循環(huán)水濃度已改善至標(biāo)準洗煤用水范圍。

表1 優(yōu)化前后壓濾機的含水量對比 /(g·t-1)

3.2 改造后經(jīng)濟效益

根據(jù)目前煤炭市場行情以及煤質(zhì)檢驗標(biāo)準，當(dāng)煤炭含水量降低1個百分點，則煤炭發(fā)熱量增加0.1 MJ/kg，這意味著煤噸煤單價升高5元，按照大地選煤廠的每月末煤產(chǎn)出運輸量40萬噸，每月經(jīng)濟收益直接增加200萬元。如果按照年入洗原煤量100萬噸計算，每噸煤泥發(fā)熱量提升700 J/g，煤泥產(chǎn)率按照10%計算，單價為0.1元/(t·kJ)，全年增收7 000 000元，大幅創(chuàng)收提高經(jīng)濟效益。

4 結(jié) 論

針對大地選煤廠壓濾裝置效率低下，煤泥中水分含量高等問題，本文改進設(shè)計了壓濾機裝置，從三個壓濾階段分別改進了加壓工序，并應(yīng)用至實際的生產(chǎn)流程中，得出了如下結(jié)果。

(1) 優(yōu)化壓濾結(jié)構(gòu)可以有效控制了尾煤壓板成型的含水量，相比優(yōu)化前的水分含量降低了23%。

(2) 自動化程序控制，緊密連接各環(huán)節(jié)，減少成本投入，提高了精煤的質(zhì)量，每月可增加生產(chǎn)收益200多萬元。