煤泥水壓濾脫水的規(guī)律研究

劉壯 何婷婷 馬超 蔣延桂

摘 要：針對(duì)煤泥壓濾存在的煤泥壓濾循環(huán)周期長(zhǎng)、壓濾機(jī)處理量小、濾餅水分高等問(wèn)題，本研究以公烏素高硫原煤為研究對(duì)象，利用實(shí)驗(yàn)室小型煤泥壓濾裝置，將入料性質(zhì)（入料粒度組成、煤漿濃度）和操作參數(shù)（入料壓力）3種主要影響因素的全部水平相互交叉組合進(jìn)行試驗(yàn)，探究不同影響因素下壓濾效果隨過(guò)濾時(shí)間的變化規(guī)律，進(jìn)而分析總結(jié)出煤泥水壓濾脫水的動(dòng)態(tài)規(guī)律。論文最后對(duì)課題存在的問(wèn)題及未來(lái)發(fā)展作了分析與展望。

關(guān)鍵詞：煤泥水；壓濾；規(guī)律

1.研究背景

煤泥水壓濾是選煤廠實(shí)現(xiàn)洗水閉路循環(huán)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。如果壓濾機(jī)不能很好的適應(yīng)入料煤泥水的性質(zhì)，將會(huì)造成濾餅致密、透氣性差、濾布堵塞等問(wèn)題，進(jìn)而引起壓濾機(jī)的壓濾周期過(guò)長(zhǎng)、處理能力降低、濾餅水分過(guò)高等問(wèn)題，嚴(yán)重影響選煤廠固液分離的效果及企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。因此研究與總結(jié)影響壓濾效果因素及其影響規(guī)律對(duì)于選煤廠壓濾生產(chǎn)具有重要的指導(dǎo)意義[1] 。

作者以公烏素高硫原煤為研究對(duì)象，利用實(shí)驗(yàn)室小型煤泥壓濾裝置，將入料性質(zhì)（入料粒度組成、煤漿濃度）和操作參數(shù)（入料壓力）3種主要影響因素的全部水平相互交叉組合進(jìn)行試驗(yàn)，探究不同影響因素下濾餅水分、脫水速度等隨過(guò)濾時(shí)間的變化規(guī)律，進(jìn)而分析總結(jié)出煤泥水壓濾脫水的規(guī)律[2] 。

2.實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及方法

2.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的搭建

本次研究針對(duì)國(guó)內(nèi)選煤廠煤泥壓濾脫水普遍存在的問(wèn)題，在調(diào)研了大量的國(guó)內(nèi)外有關(guān)于煤泥壓濾脫水方面的文獻(xiàn)，對(duì)煤泥壓濾脫水理論與技術(shù)現(xiàn)狀及未來(lái)壓濾技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)有了較為全面的了解之后，為探索幾個(gè)主要影響因素對(duì)壓濾效果的影響規(guī)律，而建立了該壓濾脫水系統(tǒng)[3]，如圖2.1所示，系統(tǒng)實(shí)物圖如圖2.2所示。

2.2 試驗(yàn)煤樣

試驗(yàn)煤樣為烏海公烏素選煤廠高硫原煤，對(duì)原煤通過(guò)破碎、篩分，得到-0.074mm、-0.074mm～-0.125mm、-0.125mm～-0.3mm、-0.3mm～-0.5mm四種粒度級(jí)別的試驗(yàn)煤樣。

3.試驗(yàn)研究及結(jié)論

3.1試驗(yàn)因素及水平

通過(guò)在壓濾過(guò)程中，入料性質(zhì)（入料的粒度組成、入料濃度）和入料壓力等是影響壓濾效果的主要變量。為更加系統(tǒng)全面的了解幾種因素對(duì)壓濾效果的影響規(guī)律，本研究將3種影響因素的全部水平相互交叉組合進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)因素及其水平如表3.1中所示。

3.2研究結(jié)論

通過(guò)本論文的研究，可以得出以下結(jié)論：

（1） 入料粒度組成對(duì)壓濾效果的影響規(guī)律。在其他影響因素（入料濃度、入料壓力）一定的情況下，入料粒度組成中細(xì)粒級(jí)（-0.074mm）含量越大，脫水速度越慢，壓濾的時(shí)間越長(zhǎng)，最終濾餅的水分越高，滲透率也越小。且入料粒度組成中-0.074mm粒度級(jí)所占比例為10%和30%時(shí)對(duì)壓濾效果的影響與其他粒度組成的影響效果差別區(qū)分比較明顯，在一定情況下，-0.074mm粒度級(jí)占60%、80%和100%時(shí)對(duì)壓濾效果的影響差別開(kāi)始變得不明顯，即當(dāng)細(xì)粒級(jí)含量達(dá)到一定程度時(shí)，繼續(xù)增加其含量對(duì)壓濾效果的影響差別不大。同種入料濃度下，入料壓力越大，不同粒度組成對(duì)壓濾效果的影響差別越大；同種入料壓力下，入料濃度越大，不同粒度組成也對(duì)壓濾效果的影響差別越大[4]。

（2） 入料濃度對(duì)壓濾效果的影響規(guī)律。在其他影響因素（入料粒度組成、入料壓力）一定的情況下，入料濃度越高，過(guò)濾的速度越快，壓濾時(shí)間越短，最終濾餅的水分越低。低濃度時(shí)（200g/L）與高濃度（400g/L）濾餅水分隨時(shí)間的變化規(guī)律不同，即入料濃度為200g/L濾餅水分變化率由慢逐漸變快，壓濾速度達(dá)到最大值后又開(kāi)始逐漸減慢，直至過(guò)濾結(jié)束濾餅水分變化率趨于零；而入料濃度為400g/L時(shí)，隨后速度逐漸變慢，直至過(guò)濾的結(jié)束濾餅水分變化率趨于零。當(dāng)入料壓力相同的時(shí)候，隨著入料粒度組成中細(xì)粒級(jí)（-0.074mm）含量的增加，兩種濃度對(duì)壓濾效果的影響差別由小變大，然后又逐漸變??；當(dāng)入料粒度組成相同的時(shí)候，隨著入料壓力的增大，兩種濃度對(duì)壓濾效果（最終濾餅水分）的影響逐漸變小。

（3） 壓力對(duì)壓濾效果的影響規(guī)律。壓力從0.2MPa到0.4MPa，出現(xiàn)拐點(diǎn)時(shí)濾餅水分下降很多，壓力從0.4MPa到0.6MPa，濾餅水分下降相對(duì)較少，同時(shí)，壓力從0.2MPa到0.4MPa和從0.4MPa到0.6MPa，脫水速度均有較大提高，表明壓力達(dá)到一定程度后，繼續(xù)增加壓力，對(duì)最終濾餅水分影響并不大，但脫水速度仍會(huì)有明顯提高。

（4） 綜合考慮三種對(duì)壓濾效果（最終濾餅水分和壓濾時(shí)間）的影響因素，就影響程度大小而言，煤粒度組成影響最大（尤其是其中細(xì)粒級(jí)含量），入料壓力的影響次之，而煤漿濃度的影響相對(duì)較小。

（5） 不同粒度組成和入料濃度下的最佳壓力。因?yàn)樵趯?shí)際生產(chǎn)中入料性質(zhì)一般很難改變，而入料壓力的改變相對(duì)比較容易操作，所以為達(dá)到對(duì)產(chǎn)品要求的結(jié)果，往往需要通過(guò)改變?nèi)肓蠅毫ψ龅健．?dāng)入料粒度組成中細(xì)粒級(jí)含量較少時(shí)（10%左右），一般的入料壓力都能達(dá)到較好的壓力效果，故為節(jié)約生產(chǎn)成本，選擇較低的入料壓力；當(dāng)入料粒度組成中細(xì)粒級(jí)含量增加到一定程度時(shí)（約30%～60%），入料濃度低的情況下選擇較高的入料壓力以降低壓濾時(shí)間達(dá)到較高的生產(chǎn)效率，入料濃度高的情況下選擇的入料壓力小于等于入料濃度低的；當(dāng)入料粒度組成中細(xì)粒級(jí)含量過(guò)高（>60%）時(shí)，低濃度的情況下繼續(xù)提高入料壓力對(duì)過(guò)濾效果的影響并不顯著，故選擇合適的入料壓力即可，當(dāng)高濃度時(shí)為達(dá)到較高的生產(chǎn)效率可以考慮較高的入料壓力（>0.6MPa）。

3.3主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)及不足之處

本研究的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)在于：

（1） 通過(guò)自行搭建的小型過(guò)濾裝置系統(tǒng)的探究入料性質(zhì)（煤漿濃度、粒度組成）與操作操作參數(shù)（過(guò)濾壓力）對(duì)壓濾效果（壓濾時(shí)間、濾餅水分）的影響規(guī)律；

（2） 研究不同入料性質(zhì)（煤漿濃度、粒度組成）和過(guò)濾壓力下不同時(shí)間段內(nèi)濾餅水分的變化規(guī)律，找出最佳的入料壓力。

由于作者研究水平、時(shí)間條件有限，在使用了壓濾脫水裝置做了大量試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，實(shí)驗(yàn)仍存在一些尚未解決的問(wèn)題，作者總結(jié)了可分為以下幾點(diǎn)[5]：

（1） 壓濾循環(huán)操作時(shí)間較長(zhǎng)。雖然系統(tǒng)總體操作比較簡(jiǎn)單，保證了試驗(yàn)的可操作性和可行性，但是由于零部件較多，在拆卸清洗以及組裝運(yùn)行上會(huì)花費(fèi)大量的時(shí)間，后期研究人員可以在本文研究的基礎(chǔ)上改進(jìn)或者研究出操作性更好、更有效、更簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)；

（2） 對(duì)壓濾機(jī)理的研究不夠透徹。由于研究時(shí)間有限，因此并未對(duì)濾餅做微觀結(jié)構(gòu)分析。

由于本研究諸多不完善的地方，需要在今后的研究工作中進(jìn)一步改進(jìn)，針對(duì)未解決的問(wèn)題，今后的研究工作將主要從以下方面展開(kāi)：

（1） 增加實(shí)驗(yàn)的入料壓力，探究當(dāng)細(xì)粒級(jí)含量較多時(shí)（-0.074mm粒級(jí)含量>80%）時(shí)能使壓濾效果達(dá)到最佳的入料壓力；

（2） 由于本課題中采用的煤樣屬于高變質(zhì)程度的煤，即所研究的也只是高變質(zhì)程度煤關(guān)于壓濾影響的主要因素。所以需要增加對(duì)低變質(zhì)程度煤壓濾的相關(guān)研究。

（3） 對(duì)壓濾所得到的濾餅進(jìn)行微觀結(jié)構(gòu)分析，從根本上發(fā)掘煤泥水壓濾影響因素的影響機(jī)理。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王瑞萍，侯偉中. 長(zhǎng)期國(guó)際能源需求展望——煤炭的能源地位[J]. 科技情報(bào)開(kāi)發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2010（25）：118-120.

[2] 王慧. 洗煤生產(chǎn)過(guò)程中的煤泥水處理研究[J]. 能源與節(jié)能，2014（2）：155-157.張德友，周進(jìn).

[3] 中國(guó)壓濾機(jī)行業(yè)現(xiàn)狀和發(fā)展前景淺析[J]. 過(guò)濾與分離，2010（4）：39-42.

[4] 張明旭. 選煤廠煤泥水處理[M]. 徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2005.

[5] 李佰云. 煤泥壓濾性試驗(yàn)方法及應(yīng)用[J]. 煤炭加工與綜合利用.2001（3）：29—32.

作者簡(jiǎn)介：

劉壯，男（1991-），漢族，2016年畢業(yè)于中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京），碩士學(xué)位，礦業(yè)工程專業(yè)，助理工程師。工作于韓城市能源局煤礦安全監(jiān)察大隊(duì)，現(xiàn)任辦公室副主任。