隨著我國(guó)選煤技術(shù)的飛速發(fā)展,選煤廠廠型越 來(lái)越大、分選效率不斷提高、細(xì)粒級(jí)煤炭量增加、 煤質(zhì)變差以及煤泥增多等問(wèn)題也隨之而來(lái),這就對(duì) 煤泥水處理系統(tǒng)的把關(guān)設(shè)備———壓濾機(jī)提出了更高 要求.從 ２０ 世紀(jì)末開(kāi)始,廂式壓濾機(jī)因?yàn)槠淇煽?的性能開(kāi)始代替加壓過(guò)濾機(jī),成為了煤泥脫水的主 力設(shè)備.從 ２００２ 年起,隔膜壓濾機(jī)又因產(chǎn)能大、 高效率、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、性?xún)r(jià)比高以及更優(yōu)越的脫水效 率進(jìn)入了選煤行業(yè).２００ ５ 年后,由于要求商品煤 水分小于 ９％,使得隔膜壓濾機(jī)迅速在選煤行業(yè)內(nèi) 應(yīng)用,并極大地推動(dòng)了壓濾機(jī)的改進(jìn)和更新,涌現(xiàn) 出一批以快開(kāi)式壓濾機(jī)和? 大型濾板為代表的新型高效壓濾機(jī)。

煤用壓濾機(jī)的基本要求和特征以及目前 選煤行業(yè)在壓濾機(jī)應(yīng)用方面的關(guān)注點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì), 結(jié)合壓濾機(jī)濾板和濾布的選擇因素進(jìn)行了綜 合 闡述。

煤用壓濾機(jī)的基本要求和特征

(１)設(shè)備大型化.采用大型濾板和短配置不僅 可以減少占地,同時(shí)由于濾板組件變短導(dǎo)致壓差傳 遞次數(shù)減少,壓差容易被阻斷,在增加處理量的同時(shí)還可以減少因成餅不均勻所產(chǎn)生的危險(xiǎn)壓差.快 開(kāi)式壓濾機(jī)在濾板組件中間增加了金屬驅(qū)動(dòng)板,可 徹底阻斷壓差的傳遞,延長(zhǎng)濾板和整個(gè)壓濾機(jī)的 壽命。

(２)運(yùn)行快速化.要求壓濾 機(jī) 入 料 快、排 液 快、卸餅快以及更換濾布快,這就有利于大型壓濾 機(jī)采用多端口入料、明暗流同時(shí)排液、過(guò)濾面設(shè)計(jì) 優(yōu)化、縮短隔膜擠壓技術(shù)的過(guò)濾周期以及帶入料靴 的板布分離結(jié)構(gòu)等措施的實(shí)現(xiàn).而對(duì)于特大型的壓 濾機(jī),采用高位槽入料法更為合適.在過(guò)濾初期, 選用高位自流的方法向壓濾機(jī)無(wú)障礙入料,實(shí)現(xiàn)快 速過(guò)濾,無(wú)需進(jìn)料泵可以大大節(jié)省能耗;過(guò)濾后期 則采用小流量高壓泵,可降低成本。

(３)系統(tǒng)可靠性.在使用壓濾機(jī)時(shí),除了要求 液壓系統(tǒng)、拉板系統(tǒng)、洗布系統(tǒng)和集液翻板系統(tǒng)等 可靠之外,及時(shí)知道濾布的損壞情況和發(fā)現(xiàn)損壞濾 布的確切位置對(duì)整個(gè)工藝的穩(wěn)定運(yùn)行也是非常重要 的.將德國(guó)連恩舍過(guò)濾有限公司發(fā)明的三通取樣閥 應(yīng)用到壓濾機(jī)中,可以在不影響工藝流程的情況 下,精確發(fā)現(xiàn)損壞濾布的確切位置,避免濾布損壞 帶來(lái)的一系列問(wèn)題。

煤用壓濾機(jī)及濾板選擇

廂式壓濾機(jī)主要依靠入料泵提供的液壓驅(qū)動(dòng)力 進(jìn)行脫水,懸浮液泵入壓濾機(jī)后,首先在濾腔兩側(cè) 的濾布表面形成濾餅,然后不斷向?yàn)V腔中間增厚. 連續(xù)液相的存在是保持液壓驅(qū)動(dòng)力的前提,所以濾 餅中心始終存在一個(gè)濃度高于入料濃度、并以液體 為連續(xù)相的固液混合體,俗稱(chēng) “囊心”.“囊心”的 大小與煤泥的性質(zhì) (如顆粒大小、灰分、泥化程度 等)有著很大的關(guān)系. “囊心”的存在會(huì)影響濾餅 的水分,并阻礙卸餅.對(duì)于相同的煤泥,采用高壓 入料可減小 “囊心”的存在,然而提高入料的壓力 在很大程度上會(huì)導(dǎo)致危險(xiǎn)壓差的出現(xiàn). 現(xiàn)有兩個(gè)途徑可以減少危險(xiǎn)壓差出現(xiàn)的幾率, 一是通過(guò)增加濾板基板的厚度,二是通過(guò)增加濾板 支撐凸臺(tái)的數(shù)量或直徑.選擇壓力時(shí),通常要考慮 濾板的承壓,目前濾板的壓力等級(jí)分為 ０８ MPa、 １６ MPa 和更高壓力 ３ 個(gè)額定壓力檔次.這些等級(jí) 均是在常溫下進(jìn)行分類(lèi)定義的,忽略了溫度對(duì)濾板 承壓能力的影響,１６ MPa 額定壓力下箱式濾板 溫度和過(guò)濾/水洗壓力。可以看出,在固定濾板支撐凸臺(tái)數(shù)量的 情況下,隨著溫度的升高,其抵抗危險(xiǎn)壓差的能力 下降,這是因?yàn)闉V板材料 (聚丙烯)隨著溫度升高 會(huì)變軟,流動(dòng)性增強(qiáng),剛性下降.因此,選擇壓濾 機(jī)和濾板時(shí),需綜合考慮其耐壓范圍和操作溫度, 單方面考慮耐壓或耐溫能力是不恰當(dāng)?shù)?一般均聚 級(jí)聚丙烯濾板的工作溫度在 １５ ℃ ~ １ ００ ℃ 之間, 當(dāng)濾板工作溫度處于 １５ ℃以下時(shí),必須將材料變 更為共聚級(jí)聚丙烯,以克服低溫時(shí)聚丙烯玻璃化而 使濾板變脆等缺點(diǎn)。

隔膜壓濾機(jī)與廂式壓濾機(jī)的區(qū)別

在于隔膜壓濾機(jī)中濾板有 ２ 個(gè)可前后移動(dòng)的過(guò)濾面 (隔膜),當(dāng)過(guò)濾工序完成后,在隔膜與基板之間形成的擠壓腔中,通入擠 壓介質(zhì) (如壓縮空氣或液體),可對(duì)濾餅進(jìn)行二次 擠壓,使得 “囊心”在二次擠壓的作用下均勻脫 水,形成含水率更低和更加均勻的濾餅.由于隔膜 濾板擠壓的壓力與相鄰的隔膜濾板的工作壓力相 等,二者壓力可以相互抵消,所以隔膜濾板即使在 更高的二次擠壓作用下對(duì)濾餅進(jìn)行深度脫水時(shí)也不 會(huì)形成壓差,不會(huì)造成濾板的基板變形. 一般情況下,隔膜濾板的擠壓介質(zhì)采用壓縮空 氣或不可 壓 縮 液 體 (例 如 水).當(dāng) 擠 壓 壓 力 低 于 ０８ MPa 時(shí),選用壓縮空氣較多,主要原因是由 于 ０８ MPa 的空壓機(jī)價(jià)格相對(duì)低廉,選擇余地大, 而且壓縮空氣單元的控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單且成本較低;當(dāng) 擠壓壓力大于 １６ MPa,使用壓縮空氣作為擠壓介 質(zhì)的安全隱患較大,為了安全考慮,不可壓縮液體 成為首選.但是使用不可壓縮流體作為擠壓介質(zhì)時(shí) 也有一個(gè)缺點(diǎn),特別是在高壓擠壓完成前,由于濾 餅的壓縮性近乎消失,擠壓壓力會(huì)迅速升高,為了 控制壓力,設(shè)計(jì)的壓榨單元較為復(fù)雜,成本較高. 與廂式濾板類(lèi)似,隔膜濾板的強(qiáng)度和剛性也會(huì) 受到溫度的影響,所能承受的過(guò)濾/水洗壓力以及 擠壓壓力也因此受到影響,０８ MPa 額定壓力下 隔膜濾板的溫度和過(guò)濾/水洗壓力關(guān)系曲線以及溫 度和擠壓壓力的關(guān)系。但由于隔膜擠壓壓力不產(chǎn)生壓差,所以在同等溫度下,擠 壓壓力比過(guò)濾/水洗壓力大很多. 此外,隔膜擠壓壓力的升高速率與溫度也有明 顯的關(guān)系,０８ MPa 額定壓力下隔膜擠壓壓力的 升高速率與溫度的關(guān)系。這是由于低溫 時(shí)濾板材料脆性比較大,材料響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng),擠壓壓 力升高不能太快.當(dāng)溫度高了以后,濾板材料強(qiáng)度 減弱,也不宜升壓太快,但由于高溫時(shí)隔膜材料變 軟,升壓速率可以比低溫時(shí)高. 綜合考慮壓力與溫度是正確使用高分子材料濾 板的必要條件.為了節(jié)約設(shè)備投資成本,目前全球 普遍采用廂式濾板和隔膜濾板相間排列的組合方 式,稱(chēng)之為 “混合組件”.混合組件對(duì)濾餅施加的壓力與純隔膜濾板配置一樣,但隔膜的位移比純隔 膜濾板配置增加了一倍,會(huì)影響部分隔膜濾板的壽命。

干燥壓濾機(jī)

隨著對(duì)濾餅含水率的要求越來(lái)越低,僅靠提高 隔膜擠壓壓力這種機(jī)械脫水方法已經(jīng)很難達(dá)到要 求,此時(shí)干燥壓濾機(jī)應(yīng)運(yùn)而生.干燥壓濾機(jī)是將隔 膜壓濾機(jī)和熱力干燥合二為一的一種設(shè)備,某些情 況下可以將濾餅水分脫 至 １％ 以 下,其 系 統(tǒng) 結(jié) 構(gòu) 見(jiàn)圖 ５.由圖 ５ 可見(jiàn),干燥壓濾機(jī)由機(jī)架、干燥濾板 (混合組件)、加熱系統(tǒng)以及真空冷凝等系統(tǒng)組成. 干燥濾板組中的隔膜濾板不作任何改變,而其中廂 式濾板的材料換成了導(dǎo)熱系數(shù)更高的金屬材料.由 于聚丙烯隔膜濾板的最大工作溫度為 １ ００ ℃,為了 提高干燥的溫差驅(qū)動(dòng)力,通常采用真空泵將過(guò)濾腔 室抽至－１ ０ ~－２０ kPa 的真空狀態(tài),降低濾液的 沸點(diǎn).同時(shí)采用加熱系統(tǒng)循環(huán)加熱水至 ８０ ℃~９ ５ ℃,并從下端將水泵入干燥濾板,帶盤(pán)形的熱水流 道的干燥濾板見(jiàn)圖 ６,以保證干燥板處于較高的傳 熱溫度,并采用熱力學(xué)的方法降低濾餅水分.在干 燥階段,必須保持隔膜處于擠壓狀態(tài),保證濾餅始 終完全緊貼干燥濾板,沒(méi)有空氣縫隙,保證傳熱效 率.如果隔膜沒(méi)有對(duì)濾餅進(jìn)行擠壓,就會(huì)隨著不斷 脫水而收縮變薄,濾餅則有可能與干燥濾板脫離, 導(dǎo)致濾餅處于懸空狀態(tài),干燥并不充分.所以干燥 時(shí),壓濾機(jī)必須處于擠壓、加熱、真空三者同時(shí)工 作的狀態(tài)見(jiàn)圖 ７. 壓濾機(jī)干燥可分為兩個(gè)階段: (１)熱間歇泉階段.熱間歇泉階段是熱力學(xué)和 機(jī)械脫水的過(guò)渡階段,在正常機(jī)械脫水后的濾餅中含有許多毛細(xì)管,當(dāng)緊貼干燥濾板一側(cè)的濾餅被加 熱時(shí),該側(cè)毛細(xì)管中的液體會(huì)隨著溫度的升高汽化 形成氣泡,當(dāng)氣泡中的壓力大于毛細(xì)管壓力時(shí),氣 泡猶如柱塞一般可將毛細(xì)管中其余液體頂出毛細(xì) 管,類(lèi)似于熱間歇泉的自然現(xiàn)象,形成氣/液兩相 瞬間噴發(fā).與蒸發(fā)干燥消耗的熱能相比,壓濾機(jī)干 燥僅在汽化一側(cè)濾餅毛細(xì)管中的水分時(shí)消耗熱能, 而大部分水分無(wú)需汽化就會(huì)被脫除,因此能耗顯著 減小.在利用熱間歇泉階段脫水時(shí),需注意濾餅可 以達(dá)到水分,這是干燥/脫水的經(jīng)濟(jì)點(diǎn),可以達(dá)到 此點(diǎn)能耗小、效率高.物料不同經(jīng)濟(jì)點(diǎn)也不同,精 煤大約在 １ ４％左右。

真空熱傳導(dǎo)干燥

在 -２０ kPa 真 空 度 時(shí),水的沸點(diǎn)約為 ６ ０ ℃,此時(shí)若能將干燥濾板的 溫度控制在 ９ ５ ℃左右,那么可以產(chǎn)生約 ３５ ℃的溫 差驅(qū)動(dòng)對(duì)濾餅進(jìn)行接觸干燥.溫差越大效果越好, 但受到濾板材料以及濾板耐化學(xué)腐蝕性能的限制. 提高干燥濾板材料的導(dǎo)熱系數(shù)是提高熱傳導(dǎo)干燥效 率的一個(gè)途徑,但干燥濾板的選擇也需根據(jù)化學(xué)性 能要求進(jìn)行綜合評(píng)估.在真空環(huán)境下干燥效率高于 常壓條件,但要維持高真空度,對(duì)設(shè)備也提出了更 高的要求.目前世界上干燥濾板的形式多種多樣, 材料以金屬 (不銹鋼、鋁)和高分子材質(zhì) (聚丙烯) 為主,形式上有平板型和廂式板型,功能上也從單 一干燥功能向干燥和過(guò)濾多功能轉(zhuǎn)換.此外,為了 提高熱效率,很多金屬干燥板安裝在聚丙烯的框架 內(nèi),這種做法不僅保證隔熱效果,同時(shí)解決了不同 材料由于熱膨脹系數(shù)不同而產(chǎn)生的濾板變形的問(wèn)題。

?濾板與壓濾機(jī)的壓緊力

當(dāng)濾板組件在壓濾機(jī)中壓緊時(shí),塑料的濾板及 濾布會(huì)被壓縮,并且操作溫度的變化也會(huì)造成濾板 及濾布材料的熱膨脹和冷收縮.由于有很大的伸縮 量,所以壓緊力在長(zhǎng)度方向上應(yīng)有伸縮的補(bǔ)償功 能,這個(gè)伸縮補(bǔ)償功能主要由壓濾機(jī)的壓緊裝置來(lái) 完成.壓濾機(jī)的壓緊裝置所產(chǎn)生的壓力不僅要抵消過(guò)濾壓力和擠壓壓力,而且還必須保證過(guò)濾腔室的 密封性,所以在壓濾機(jī)工作時(shí),必須保證有一個(gè)有 效的最小壓緊力 F min,同時(shí)為了防止濾板的永久變 形和機(jī)架的過(guò)載損壞,根據(jù)操作壓力和溫度的不 同,必須將 壓 緊 力 限 制 在 最 大 壓 緊 力 F max 以 下. 壓濾機(jī)的 操 作 壓 緊 力 必 須 介 于 F min 和 F max 之 間. 壓緊力太小,會(huì)導(dǎo)致板間漏液,物料擠出,而極端 情況下會(huì)導(dǎo)致設(shè)備損壞,還有可能影響人身安全. 當(dāng)壓濾機(jī)的操作壓力高于 １６ MPa 時(shí),壓緊 力則必須隨著工作壓力的提高而逐級(jí)提高,減壓時(shí) 則逐級(jí)遞減,以免損壞設(shè)備。

濾布的選擇

從材質(zhì)上講,聚丙烯的使用范圍最廣,耐酸堿 性?xún)?yōu)良,而且在市場(chǎng)上作為可選的透氣率范圍也最 廣;尼龍濾布有更好的耐磨蝕性能,所以在煤泥和 精煤過(guò)濾中,一般尼龍布作為首選;滌綸布則能在 １５ ０ ℃的溫度下工作,當(dāng)然 PEEK 的耐溫性更好, 可以達(dá)到２００ ℃.一般情況下精煤過(guò)濾的濾布透氣 率在６ ００~７００ L/m２s,而原 生 煤 泥 則 選 用 透 氣 率在 ２ ５ ０~４００ L/m２s 的單絲尼龍濾布.在濾布 背面 安 裝 大 透 氣 率 的 底 布,可 延 長(zhǎng) 濾 布 的 壽 命 １ ０％~２ ５％.對(duì)濾布做砑光處理可以減小其與濾餅 的實(shí)際接觸面積,從而降低濾餅在濾布上的附著 力,有利于自動(dòng)卸餅,同時(shí)砑光處理還可以將濾布 的透氣率向下做一些調(diào)整.然而盡管過(guò)度的砑光處 理可以使濾布的表面更加光滑,但對(duì)濾布的強(qiáng)度和 壽命明顯有害。

結(jié)語(yǔ)

壓濾機(jī)作為煤泥水處理系統(tǒng)的把關(guān)設(shè)備,必須 具有設(shè)備大型化、運(yùn)行快速化和系統(tǒng)穩(wěn)定可靠等基 本特征.隨著對(duì)泥餅含水率越來(lái)越低的要求,對(duì)煤 用壓濾機(jī)的要求也逐步提高,干燥壓濾機(jī)應(yīng)運(yùn)而生 并逐漸在煤泥脫水中推廣應(yīng)用.濾板是壓濾機(jī)的核 心部件,過(guò)濾中起到非常重要的作用,因此選擇濾 板時(shí),一定要綜合考慮溫度和壓力的影響.正確的 壓緊力是保證壓濾機(jī)系統(tǒng)正常工作和使用壽命的一 個(gè)前提,尼龍單絲濾布是煤礦用壓濾機(jī)的首選。