超高壓隔膜壓濾機在煤泥脫水工藝中的應用研究

＊劉紅宇 宋玉

（上海同臣環保有限公司 上海 200092）

引言

煤泥是濕法選煤過程中產生的副產品，粒度小于0.5mm、固體含量在600g/L以上的煤漿，主要成分為煤粉和泥化的矸石，具有持水性強、水分含量高、黏性大、灰分含量高、熱值低、粒度細、微粒含量多等特點[1-5]。行業內常采用加壓過濾機回收，大部分的選煤廠采用隔膜壓濾機對煤泥進行脫水后回收使用。該工藝下泥餅的含水率在25%～40%左右，熱值提高低，后續還需干燥脫水才能實現真正的資源化利用，隨著我國環保相關政策越來越嚴格，安全性差、能源消耗高的干燥工藝的應用也越來越少或已禁止采用。超高壓隔膜壓濾機通過提高進泥壓力、壓榨壓力，從而大幅度地降低尾煤泥水分（減少選煤廠水分損失，降低補水量）、提高尾煤泥價值、摻配增效，經超高壓隔膜壓濾機脫水后的煤泥含水率比普通壓濾機脫水后的煤泥含水率可降低5%～10%，平均提高發熱量400～500kcal左右，經過破碎處理，最終煤泥產品的狀態近似于顆粒狀，摻入產品煤可以產生良好的經濟效益。

本文研究超高壓隔膜壓濾機對陜西省延安市某選煤廠的煤泥進行處理，驗證在調理藥劑相同，不同壓榨壓力、不同壓榨時間、不同型號濾布的情況下脫水后的煤泥含水率的變化。

1.試驗部分

(1)污泥來源與性質

試驗所用煤泥取自陜西省延安市某選煤廠洗選過程中產生的煤泥水，該地區煤層頂底板矸石易泥化，洗選過程中會形成大量高黏性次生煤泥。這些煤泥粒度細、水分高、黏度大（具有高嶺土性質）、透水性差，處理難度較大[6]。試驗煤泥的基本特性見表1。

表1 煤泥基本性質

(2)試驗設備

本次試驗設備包含TP型超高壓隔膜壓濾機、進料隔膜泵、污泥調理攪拌罐、空壓機等設備以及所需的藥劑、測試濾布，其中超高壓隔膜壓濾機的主要性能參數如表2所示。實驗儀器采用快速水分測定儀對煤泥的水分進行檢測。

表2 主要性能參數

①超高壓隔膜壓濾機

試驗采用的超高壓隔膜壓濾機相比普通壓濾機最大的特點是可以進行二次壓榨（即由高壓水泵將水注入隔板內部，漲鼓隔板來減小濾室容積，達到壓榨作用），且最大壓榨壓力達10MPa。其主要由機架、濾板、液壓系統、電控系統等組成[7]，濾板為鋼制隔膜板，分隔板和配板，隔板為空心結構，配板為實心板，隔板和配板交錯相間排布形成一個個獨立的濾室。

②進料隔膜泵

隔膜泵的主要工作原理是在隔膜泵的兩個對稱工作腔中，各裝有一塊有彈性的隔膜，連桿將兩塊隔膜結成一體，在氣源進口處安裝兩位五通電磁閥，壓縮空氣從泵的進氣接頭進入中間體后，推動兩個工作腔內的隔膜，驅動連桿連接的隔膜同步運動。與此同時，另一工作腔中的氣體則從其隔膜的背面排出泵外。

③污泥調理藥劑

由于該地區煤層頂底板巖石泥化比較嚴重，是高嶺土的成分；以及受綜采綜掘生產工藝的影響，煤矸石的含量較高，煤泥水的灰分高、黏性大、粒度細，該類型的煤泥處理難度較大。故本次試驗需添加調理藥劑來提高壓濾機的脫水性能。

(3)試驗方法

待處理的濃縮池煤泥水通過輸送泵送至污泥調理攪拌罐內進行加藥調理，經過助濾劑和絮凝劑調理后的煤泥通過高壓進料隔膜泵泵入超高壓隔膜壓濾機中，在壓濾機內進行壓榨脫水。具體工藝流程見圖1。

濕度是果蔬中的水分含量。果蔬在采收以后的運輸期間發生失水現象是不可避免的。影響濕度的因素主要有果蔬本身的水分蒸騰強度和包裝的材料種類兩個方面。控制濕度的方法主要有在水紙箱或在紙箱中用聚乙烯薄膜鋪墊和定期澆水兩種。

圖1 工藝流程圖

(4)試驗過程

①試驗原泥含水率的測定

利用含水率測定儀對待處理的煤泥進行含水率的測定，平行取樣3個，取平均值作為試驗煤泥的最終含水率數值。

測試前先對測定儀進行水平調整和內部天平校準；取濃縮池煤泥約2g放置在樣品盤內并均勻攤開；設置干燥溫度105℃，按下干燥鍵進行泥樣含水率的測定。

②污泥調理與壓榨

在污泥調理攪拌罐內依次投加助濾劑和絮凝劑對煤泥進行調理，經過藥劑調理的煤泥通過高壓隔膜泵輸送至超高壓隔膜壓濾機內，再通過高壓隔膜泵對煤泥進行一次壓榨，當煤泥充滿整個腔室后進料過程結束。啟動高壓壓榨泵，對煤泥進行二次壓榨，在壓榨壓力的作用下，煤泥內的大部分水分被擠出，實現深度脫水。

2.試驗結果分析

(1)濾布型號對煤泥脫水效果的影響

通過以上試驗數據可知，在煤泥的深度脫水過程中，采用錦綸單絲PA800型號的濾布深度脫水后的煤泥出泥含水率低于采用丙綸復絲750B濾布的煤泥出泥含水率，且泥餅的脫落性更好。

(2)壓榨壓力對深度脫水效果的影響

在相同的進泥時間（25min）、壓榨時間（20min）、泥餅厚度（55mm）和濾布種類（PA800）的情況下，第2組、10組、18組和第4組、12組、20組的不同進泥壓力（1.0MPa、1.2MPa）對于煤泥深度脫水出泥含水率的影響如圖2。

圖2 壓榨壓力對煤泥深度脫水效果的影響

由圖2可知，在相同的進泥時間、壓榨時間、泥餅厚度、濾布種類和進泥壓力的情況下，壓榨壓力分別為6MPa、8MPa、10MPa三種壓力下，隨著壓榨壓力逐漸升高，煤泥經深度脫水后的含水率呈下降趨勢，壓榨壓力從6MPa升至8MPa時煤泥含水率下降較明顯，當壓榨壓力從8MPa升至10MPa時煤泥含水率下降較少。

(3)進泥壓力對深度脫水效果的影響

分別從第2組、4組、第6組、8組、第10組、12組、第14組、16組、第18組、20組、第22組、24組的實驗數據可知，在相同的進泥時間（25min）、壓榨時間（20min）、壓榨壓力（6MPa、8MPa、10MPa）、泥餅厚度（55mm）和濾布種類（PA800）的情況下，進泥壓力的增加對煤泥深度脫水后出泥含水率的影響很小，只有0.1%左右。

試驗表明，在煤泥的深度脫水過程中，進泥壓力的變化對煤泥出泥含水率幾乎無影響。

(4)壓榨時間對深度脫水效果的影響

在相同的進泥時間（25min）、進泥壓力（1.0 MPa）、泥餅厚度（55mm）、壓榨壓力（6MPa、8MPa、10MPa）和濾布種類（PA800）的情況下，第2組、6組、10組、14組、18組、22組的不同壓榨時間（20min、15min）對于煤泥深度脫水出泥含水率的影響如圖3。

圖3 壓榨時間對煤泥深度脫水效果的影響

由圖3可知，在相同的進泥時間、進泥壓力、泥餅厚度、濾布種類和壓榨壓力的情況下，隨著壓榨時間的延長，煤泥經深度脫水后的含水率呈下降趨勢，試驗的壓榨時間從15min增至20min，同等壓榨壓力條件下煤泥出泥含水率會降低1%～2%。試驗表明，煤泥出泥含水率隨著壓榨時間的增加而降低，實際運行中可通過調節壓榨時間來調整煤泥的出泥含水率。

3.結論

（1）單絲濾布（試驗用PA800）更適合煤泥的深度脫水，脫水效果更好、泥餅脫落率更高。

（2）在壓榨壓力為8MPa的情況下，煤泥深度脫水后的含水率在17%左右，在降低含水率的同時也提高了煤泥的發熱量，從而大大提高煤泥的應用價值，實現了煤泥的摻配增效。

（3）壓濾機進泥壓力的變化對煤泥出泥含水率幾乎無影響。

（4）煤泥出泥含水率隨著壓榨時間的延長而降低，實際運行中可通過調節壓榨時間來調整煤泥的出泥含水率。

（5）本次試驗只研究了壓濾機對煤泥進行深度脫水時，隨著壓榨壓力的升高，煤泥的出泥含水率會下降，并未研究在最佳壓榨壓力下單批次時間的變化情況，后續還可繼續研究。