煤泥壓濾裝置的優化設計及應用分析

李 陽

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

0 引 言

煤泥壓濾作為選煤工藝過程的關鍵生產環節，決定選煤質量，常用的壓濾設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構的區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構簡單易保養操作被廣泛使用[1]，大地選煤廠選用的是凹板板框式壓濾機，該機型不能連續工作且處理量小，該機型的濾框使其處理較大煤塊時經常受到堵塞，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生濾包泄露使煤泥從濾板中掉落排出，因此必須優化升級壓濾裝置和煤泥水處理系統。筆者以實際選煤廠的壓濾設備為研究對象，從現有常用壓濾裝置的特性作為切入點，探索了影響壓濾設備的工作運轉的因素，結合實例優化設計了壓濾裝置的處理效率。

1 主要問題

1.1 壓濾裝置工作現狀

對于大地選煤廠，其煤泥壓濾系統的工藝過程為煤泥先經過濃縮機底流、再通過煤泥攪拌桶均勻攪拌、送至快開式隔膜壓濾機、最后經刮板輸送機排放物料。其中快開式隔膜壓濾機是基于現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自動控制技術和多油缸同步壓緊方法，相比傳統板框式壓濾機，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，隔膜板結構的存在使得該壓濾機的工藝流程變為合攏壓緊濾板、初濾進料、隔膜壓榨脫水、加壓穿流、脫水分組卸料五個環節，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了液固分離現象，同時在過濾室內慢慢形成了濾餅，直至濾液不出現，標志過濾環節完成，然后將高壓風通到隔膜板內致使隔膜出現鼓動，迫使隔膜出現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。此時主液壓缸會持續進行加壓作業，再次壓縮濾餅，除掉其中的水分，最后使用拉開設備將濾餅分開。

圖2 快開式隔膜壓濾機

1.2 存在的主要問題

經過對大地選煤廠選洗流程的觀察和統計，發現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，經常會覆蓋住腔室內的刮板傳感器，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揮效應。

(2) 壓濾機的結構和系統控制問題斷斷續續不連貫。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 壓濾機控制系統優化方案

為了防止在進料環節中，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，在壓濾機上安裝設計了防漏包自動調節裝置，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節，控制模式包既可以手動操作，也可以自動調控。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控，同時還配備自動報警裝置。

2.2 壓濾機結構優化方案

在快開壓濾機的基礎上進行改造，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，剪切應力可以使顆粒間的幾何結構出現變形。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中極細煤泥的循環量。

3 應用分析

3.1 改造前后產能對比

優化設計壓濾裝置后，記錄觀察煤泥水處理效果，發現通過壓濾機回收過的衛煤濾板，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%，相比改造前產能提升了8%，同時洗煤后的循環水濃度已改善至標準洗煤用水范圍。

表1 優化前后壓濾機的含水量對比 /(g·t-1)

3.2 改造后經濟效益

根據目前煤炭市場行情以及煤質檢驗標準，當煤炭含水量降低1個百分點，則煤炭發熱量增加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出運輸量40萬噸，每月經濟收益直接增加200萬元。如果按照年入洗原煤量100萬噸計算，每噸煤泥發熱量提升700 J/g，煤泥產率按照10%計算，單價為0.1元/(t·kJ)，全年增收7 000 000元，大幅創收提高經濟效益。

4 結 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，并應用至實際的生產流程中，得出了如下結果。

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

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