熱壓過濾交叉技術(shù)

降灰與降水乃選煤業(yè)兩大主題。降灰隨著新一代重介選煤技術(shù)的普及與提高，已達(dá)到物理選煤的極限。降水隨著加壓過濾機(jī)、隔膜式壓濾機(jī)的應(yīng)用，已由圓盤真空過濾機(jī)30%左右水分降到20%左右水分，而除褐煤等低階煤外，煤的內(nèi)在水分一般僅為2%左右。所以，選煤降水仍蘊(yùn)涵著相當(dāng)大的技術(shù)潛能。目前的共識(shí)是再度降低水分只有用熱力干燥的方法，而干燥意味著耗能大、投資大和運(yùn)行費(fèi)用高，面對(duì)如此窘境，迫切需要另辟降水的蹊徑。

熱壓過濾脫水技術(shù)即是一項(xiàng)將真空、熱能、機(jī)械過濾與熱力干燥技術(shù)相結(jié)合技術(shù)，以此揚(yáng)機(jī)械過濾簡(jiǎn)捷、費(fèi)用低和易于實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)，避熱力干燥耗能大、復(fù)雜和運(yùn)行費(fèi)用高之缺點(diǎn)，具有節(jié)能、高效和環(huán)保等技術(shù)特點(diǎn)，是傳統(tǒng)固液分離領(lǐng)域中一項(xiàng)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的創(chuàng)新。在選煤廠的應(yīng)用表明，浮選精煤水分可以降到10%以下。

脫水原理與技術(shù)特點(diǎn)

熱壓過濾干燥脫水原理圖。熱壓過濾由形成飽和濾餅的機(jī)械壓濾階段和濾餅熱壓過濾兩階段構(gòu)成，將其應(yīng)用于隔膜式壓濾機(jī)上，在隔膜壓濾機(jī)雙面擠壓隔膜濾板中間加入干燥板，將傳統(tǒng)的過濾室一分為二，待濾室內(nèi)完成懸浮液過濾和成餅過程后，進(jìn)入熱壓過濾干燥脫水階段,在單一設(shè)備上連續(xù)實(shí)現(xiàn)懸浮液的過濾、成餅、機(jī)械擠壓和熱壓過濾脫水的全過程。熱壓過濾脫水包括三種操作：

1） 干燥板內(nèi)通人熱介質(zhì)（如蒸汽），將干燥板加熱，靠近干燥板的濾餅毛細(xì)管水幵始傳導(dǎo)受熱而蒸發(fā)，所變成的蒸汽急劇膨脹，驅(qū)使其外側(cè)毛細(xì)管水涌出濾餅表面。

2） 隔膜開始?jí)赫ィM量達(dá)到機(jī)械脫水的極限。

3） 濾室抽真空，降低其內(nèi)液體汽化溫度和抽出其內(nèi)產(chǎn)生的蒸汽。

其明顯的技術(shù)特征有：

1） 可在干燥壓濾機(jī)上實(shí)現(xiàn)懸浮液過濾和干燥功能，突破機(jī)械脫水的極限，達(dá)到熱力干燥的脫水效果。

2） 釆用熱壓過濾原理，達(dá)到同樣的干燥脫水效果，僅需將其中部分水分汽化，其余水分靠濾餅自身產(chǎn)生的蒸汽壓力推動(dòng)力予以脫除，所需熱能僅是為脫水提供推動(dòng)力；而常規(guī)干燥脫水則需將全部脫除水分汽化，所需熱能是干燥傳質(zhì)傳熱的需要，因此，節(jié)能效果顯著，大大降低脫水成本，生產(chǎn)運(yùn)行費(fèi)用僅為傳統(tǒng)滾筒干燥的25%。

3） 將濾布與濾板泄水溝槽之間的密閉空間抽成負(fù)壓,控制濾餅內(nèi)毛細(xì)管水負(fù)壓汽化，使水的飽和蒸汽溫度低于大氣條件下水的汽化溫度，水分的汽化速度得以加快，顯著提高作業(yè)效率。

4） 隔膜壓榨可在泵送流體充滿濾室后，縮短恒壓入料時(shí)間和進(jìn)一步降低濾餅水分，最大限度地為熱壓過濾脫水節(jié)省能量。

5）干燥后的濾餅已失去與濾布和干燥間的粘附力，可方便卸餅。

6）與其它干燥方式相比，無除塵系統(tǒng)，固體回收率100%。

3脫水動(dòng)力學(xué)

3.1脫水面的形成

脫水動(dòng)力學(xué)是研究其脫水機(jī)理及其影響因素。影響因素包括兩方面，其一內(nèi)在因素，包括物料結(jié)構(gòu)特性、理化特性及熱物理特性等；其二是外在因素，包括脫水機(jī)理的可行性、設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)和熱能供給方式等。如圖3所示，隨著加熱時(shí)間的推移，與干燥板接觸的水分傳導(dǎo)受熱汽化，形成一與干燥板平行的飽和蒸汽面，謂之飽和蒸汽脫水峰面，并隨時(shí)間自左向右移動(dòng)，如到達(dá)過濾介質(zhì)處，則飽和蒸汽將穿透過濾介質(zhì)與濾室抽真空的負(fù)壓相平衡。此時(shí)，如干燥板繼續(xù)加熱，則已經(jīng)形成的飽和蒸汽會(huì)變成過熱蒸氣，繼而再形成第二個(gè)過熱蒸氣脫水峰面。圖2所示為某一時(shí)刻兩個(gè)峰面均已離開干燥板的情形。控制兩個(gè)峰面移動(dòng)的時(shí)間和速度即可決定濾餅物料的最終水分。

與強(qiáng)氣壓穿流脫水氣流易短路相比，該操作不會(huì)因毛細(xì)管直徑大小不一而使脫水面呈現(xiàn)“峰谷現(xiàn)象”。因?yàn)椋巛^粗毛細(xì)管的飽和蒸汽由于毛細(xì)壓力較小而超前進(jìn)入飽和濾餅，則因飽和濾餅溫度比較低，會(huì)將搶先到達(dá)的飽和蒸汽冷凝而將其峰尖削平，使脫水峰面變得平坦，從而避免飽和蒸汽在局部過早穿透過濾介質(zhì)。

3.2飽和度與時(shí)間

飽和度為物料內(nèi)部孔隙所含液體體積與其孔隙體積之比。如圖3,熱壓過濾干燥初始，濾餅呈飽和狀態(tài)（即S=Do時(shí)間z=0開始，將干燥板和靠近干燥板的濾餅加熱，直到時(shí)間t₀毛細(xì)管水開始汽化前濾餅都處于飽和狀態(tài)，時(shí)間匕為第一個(gè)“毛細(xì)水柱”被推離干燥板即飽和蒸汽脫水峰面離開干燥板時(shí)刻，此時(shí)蒸汽的飽和度迅速下降；時(shí)間為飽和蒸汽穿透過濾介質(zhì)即飽和蒸汽脫水峰面離開過濾介質(zhì)時(shí)刻，蒸汽的排除導(dǎo)致飽和度進(jìn)一步下降；時(shí)間勺為過熱蒸氣產(chǎn)生即過熱蒸氣脫水峰面離開干燥板時(shí)刻，直到時(shí)間該峰面通過過濾介質(zhì)結(jié)束。濾餅由飽和狀態(tài)變成非飽和狀態(tài)，再變成干飽和狀態(tài)，實(shí)際操作可根據(jù)水分要求控制在不同加熱階段。

4技術(shù)與裝備

物流系統(tǒng)與原壓濾系統(tǒng)基本一致，只是料漿進(jìn)入后，分離出澄清濾液水的同時(shí)，較比普通壓濾機(jī)排除的是已經(jīng)干燥的濾餅。真空系統(tǒng)共用物流系統(tǒng)濾液水管路，由于濾室處于高壓密閉狀態(tài)，且只是對(duì)濾布與濾板之間的小空間抽真空，小型真空泵即可。熱循環(huán)系統(tǒng)的流體熱介質(zhì)可以是飽和蒸汽，也可以是導(dǎo)熱油，均為閉路循環(huán)系統(tǒng)，節(jié)能、無污染。控制系統(tǒng)可以手動(dòng)、半自動(dòng)和全自動(dòng)。全自動(dòng)控制要解決兩大工藝環(huán)節(jié)，一是入料階段結(jié)束判斷，目前，在普通壓濾機(jī)上采用濾液水流量和液位監(jiān)控方法國(guó)內(nèi)外已有實(shí)施，已無技術(shù)障礙；二是干燥階段結(jié)束的判斷，本項(xiàng)目采用植入式熱電偶實(shí)時(shí)監(jiān)控干燥板上、下溫升和溫差方法判斷干燥過程的結(jié)束。配以系統(tǒng)各處的電動(dòng)閥門，PLC程序控制全系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行。

熱壓過濾單元機(jī)構(gòu)是該項(xiàng)目的核心，要兼有過濾和干

燥兩種機(jī)能。一對(duì)熱壓隔膜過濾板和干燥板構(gòu)成一個(gè)單元體，每臺(tái)設(shè)備可任意組合若干個(gè)過濾干燥單元體，置于干燥壓濾機(jī)機(jī)架之上。入料方式采用并聯(lián)入料，入料總管通過軟管與各干燥板相連，由每塊干燥板開設(shè)的入料口將料漿分向其兩側(cè)的濾室。泵送入料結(jié)束后，固體物料在干燥板兩側(cè)濾室形成飽和濾餅，濾液水透過過濾介質(zhì)，沿?zé)釅焊裟み^濾板上的濾液水通道進(jìn)入外部濾液水與真空管道系統(tǒng)。之后，開始進(jìn)入熱壓過濾脫水階段，開始隔膜壓榨、干燥板通入熱介質(zhì)和通過濾液水管道對(duì)濾室抽真空，進(jìn)而完成過濾與干燥兩種操作，之后，卸出干燥濾餅，完成一個(gè)周期的循環(huán)。

5應(yīng)用效果

2006年10月，世界首臺(tái)大型干燥壓濾機(jī)在七臺(tái)河投入使用，尾煤濾餅水分控制在14%-16%，比壓濾機(jī)單獨(dú)處理降低了近幾十個(gè)百分點(diǎn)，而且濾餅呈松散粒狀，可完全與洗精煤混配，另外由于水分每降低1%,熱值的增加0.3MJ/kg,因此與洗中煤摻配后作為動(dòng)力煤售出，年凈創(chuàng)450多萬元。同時(shí)使該廠真正實(shí)現(xiàn)了洗水閉路循環(huán)，煤泥廠內(nèi)回收，并達(dá)到了二次全部利用。

太西煤集團(tuán)3萬t/a超低灰精煤項(xiàng)目,生產(chǎn)系統(tǒng)中安裝了一臺(tái)GYJ150/1250型干燥壓濾機(jī)及其配套設(shè)施。加熱介質(zhì)利用集團(tuán)公司自備電廠的乏汽，構(gòu)成一閉路循環(huán)。生產(chǎn)實(shí)踐表明，蒸汽壓力0.2MPa、熱壓過濾時(shí)間40min條件下，所選出的灰份小于2%的超低灰精煤，一次性脫水水分可以降至10%以下，并已用此精煤生產(chǎn)出灰份小于6%的超低灰活性炭，取得滿意效果。

總之，熱壓過濾脫水是以傳統(tǒng)機(jī)械過濾與熱力干燥相結(jié)合，具有耗能低、精煤水分低，浮選精煤水分可以達(dá)到10%₀是一個(gè)理想的固液分離和設(shè)備。