壓濾機脫水效果的理論分析與實踐研究

2022/04/27 分類:技術文獻維護保養 982

壓濾機是一種耗能低，處理能力高，脫水效果好，入料范圍寬的脫水設備之一，廣泛應用于污水處理、選礦等行業。隨高效壓濾技術的發展，壓濾機的脫水效果遠遠高于從前，呈替代加壓過濾機的趨勢。這是由于加壓過濾機的自身缺陷(不適應極細粒，能耗高，處理能力小，維護困難等)，更重要的是壓濾機的脫水效果大幅度提高，弱化了加壓過濾機的優勢。但現階段的精煤壓濾機的脫水效果并不突出。選型時若對入料性質的研究不足，配件與工藝參數選擇不好，脫水效果必不理想。隨選煤廠生產能力的提高和工藝改進，也會導致原壓濾機的不能適應新狀況。這就需要對原壓濾機進行改造，因而對壓濾機實際具備脫水能力的技術進行深入分析是必要的。

壓濾機脫水措施的效果分析

壓濾機主要脫水措施有泵送擠壓、隔膜壓榨、反吹、穿流等。其中泵送擠壓脫水為早期廂式壓濾機的基本脫水方式，通過泵將物料送人過濾室內，并利用持續的泵壓推擠物料使之脫水。這也是目前壓濾機的基本人料方式之一。但由于泵送壓力有限，難以達到更好的脫水效果。多個濾板或隔膜板相互擠靠形成濾腔，高水含量煤漿由泵通過入料管送入濾腔內部，閥門開啟時，泵送持續給料會將水分通過濾布從濾板上的孔隙中流出。當濾腔內積存物料后，水分的流動將受到阻礙，這時就需要提高泵的壓力，以利于水分的排除。當泵壓達到極限時，將不能繼續脫水。

隔膜壓榨

隔膜壓榨是將高壓氣體或液體通入具有彈性的隔膜板內部，使隔膜外鼓，擠壓由泵送擠壓過程初步形成的高水分濾餅，以達到進一步脫水的目的。壓力的提高和壓榨介質的填充速度加快，會進一步縮短壓榨時間。設濾餅顆粒之間充滿水，且固體顆粒不會透過濾布，壓榨開始至結束后濾餅體積的減少百分比0為壓縮率，壓榨前濾餅視體積為y，其水分為M，濾餅質量為 m，煤的真密度為艿，水的密度為P。。則：壓榨前，濾餅中水的質量m．=mM；壓榨后，水的質量減少△m為：Am=p。·AV=p0K；壓榨后，水的質量m。為：m，=m，一Am=mM-p。K；壓榨前后，煤餅干煤質量m。均為：m。=m(1一M)。可見壓榨后濾餅的水分肘。是壓榨前水分M和壓縮比0 的函數。當壓濾機入料結束后，M為定值，此時隨著0的提高，M。減小。式(3)完全可以擴展到整個循環過程中，此時肘為人料水分，0為整個過程的煤泥水體積減小量。若取濾餅密度為P。，則其比重即為K=p。／p。，代人式(1) 可得：壓縮比與壓榨壓力、壓榨時間有關和壓榨前濾餅的特性有關。若認為顆粒不被壓碎，可知只有當濾餅顆粒達到最緊密堆積時，壓縮比達到最大值0。設顆粒間空隙占物料堆積體積的百分數為顆粒空隙率礦，濾餅的視密度為一，堆積密度為6。，則空隙率：盯=(6．一6。)／8。。在最緊密堆積時必然有最小的空隙率盯。，通過提高隔膜壓力的方式提高壓縮比，最終將因濾餅顆粒存在最緊密堆積而達到極限。達到極限后，顆粒問形成堅固的骨架，繼續提高壓力將難以進一步提高壓縮比，除非將顆粒壓碎，但將對設備(尤其是濾板)造成很大的損害。若取壓榨前濾餅水分為30％，干煤的比重為1．3 g／cm3，最小間隙率為15％，則通過式(6)計算得到的最大壓縮比為24％，若取壓榨后的實際壓縮比為10％，濾餅比重為1．29／cm3，則通過式(4)可得到壓縮10％后的水分為 23．6％，效果明顯。

反吹

反吹是將入料管中的高水分煤泥用高壓風噴吹回入料桶的工序，以進一步降低水分和減少人料管殘存的高水分煤泥污染濾餅為反吹工序。設濾板外沿厚度為d，濾餅的厚度為￡，中心孔面積為 S，濾室單側面積為S，，濾餅水分為肘，假設人料管中殘存物料全部為水。入料管中水的質量m。=podS；濾餅的質量 me=pcV c 2p。s。Lo以中心管中全部是水為前提，故AM為通過穿流最大可降低水分。s，約為．s的100倍(2．5m板中心孔徑約為15cm)，d約為L的兩倍，P。約為P。的1．2倍，若M= 30％，可根據式(7)計算得到AM=1．18％。實際上通過反吹可以降低的水分更少，說明反吹的主要目的是防止中心孔高水分煤泥污染濾餅，而非脫水。已壓榨結束的不同壓濾機的濾餅比重相差不大，若認為其濾餅比重K不變，則可繪制出△肘與吼之間的關系曲線如圖4所示。可見，隨著濾餅中心孔體積比凰的增加，反吹的效果越差。同一臺壓濾機K，確定，知 AM與肘呈負相關線性關系。可見只有在經過其他工序后得到的濾餅水分較低時，反吹才具有一定程度的效果。考慮到式(8)的分母很高，其效果也不會太明顯。

穿流

穿流是指將高壓風從濾板角孔或入料孔吹人，氣流經過濾餅從濾板的出液孔排出，同時帶走顆粒間水分。即為穿流工序。壓榨過程的后期由于顆粒間的骨架支撐作用，繼續增加壓縮比所需要的壓力和時間將非常高，而達到最大壓縮比時，則不能再通過壓榨來降低水分了。此時通過穿流可以進一步降水。且經過穿流后，濾餅粘聯性降低，使其更易松散破碎，而提高摻配均勻性。降低水分的大小，與穿流所能夠吹出的空隙水有關。在理想狀況下，認為將顆粒間空隙水和外層的吸附水全部由穿流風帶走，則此時濾餅的水分應當為最高內在水分MHC。氣流吹入濾餅，能夠吹空的顆粒間空隙總量與濾餅的密實程度有關。若濾餅密封程度不均勻，氣流會從較疏松的地方漏出，而不會穿過所有空隙。過高的密實程度則會導致濾餅將濾孔完全密封。因此壓榨過程不應該將濾餅壓的過于緊密，應當保證濾餅具有一定的松散程度。

現場實踐

現場很難即時檢測濾餅壓縮比，因而也就不能據此進行壓濾機的實時調節。而穿流過程氣流通過濾餅受到的影響非常復雜，現有技術條件也不能實時準確地得出其吹空的顆粒間空隙。根據人料的濃度、流量以及時間計算出總壓縮比，可以獲得濾餅充滿濾腔的時間點，也就是停止入料并進行隔膜壓榨的時間點。這需要高準確度的濃度檢測儀器做支撐。總之，對已知煤泥樣品的壓濾脫水效果預測和對已有壓濾機工作狀況的評價，并在高固含量物料濃度實時檢測取得突破后，可實現壓濾機入料截止工序的自動控制，從而減輕工人的工作壓力。

現場實驗介紹

選煤廠為無煙煤選煤廠，改造后浮選精煤利用兩臺快開式隔膜壓濾機進行脫水，得到精煤泥產品與末精煤摻配后銷售。但濾餅水分高(高于27％，甚至達到30％)，濾餅結塊夾心現象嚴重(圖3改造前)，摻配難度大。為提高脫水效果，需對原設備工藝條件進行以下改造。

1)濾布：原濾布比阻過大，會使得濾餅體積壓縮難度增大，相同壓榨壓力下的壓縮比不足，濾餅水分降低困難，而且易粘附濾布，改用透氣率較大的緞紋濾布后，脫餅效果明顯變好，工人勞動強度大大減少，而濾液質量未惡化。

2)壓榨壓力：該廠所用隔膜板抗壓能力強。可在極高壓力下(1MPa)反復壓榨1萬次以上，而原系統設計的壓榨壓力僅為0.6MPa，實際使用時為0.5MPa，且壓力不能進行調節。故額外增設一臺空壓機，將壓力提高至o.7一o.MMPa。

3)操作工序：原操作工序為先反吹后壓榨，表內壓由 0.6MPa迅速降低至0.2MPa以下，而后緩慢提升，在壓榨結束時，表壓為0．5Mh左右。這說明實際壓榨過程的平均壓力達不到0．5MPa。由于反吹的降水能力要比隔膜壓榨低非常多，而原操作工序，使腔內卸壓過多的直接結果就是壓榨能力上不去，壓縮比低。因此將原工序改為先壓榨后，表壓在壓榨階段最低為0.6MPa，并很快穩定在0.7～ 0.85MPa(終壓)。

3)助濾劑：添加助濾劑可以優化煤泥水中顆粒間的空間構架，形成很好的松散堆積結構，從而降低濾餅的脫水難度。現場實驗添加的助濾劑為低分子量聚丙烯酰胺與聚合氯化鋁。

改造結果分析

現場實踐結果，可見在壓榨壓力0.85MPa時，濾餅水分降低到22.4％，效果最為明顯；而壓力為 0.76MPa時濾餅水分降低了1.5％；在配合助濾劑的情況下，濾餅水分降低了2.6％，可見助濾劑對降低濾餅水分有較明顯的效果。但在實驗過程中發現助濾劑會使單循環入料時間延長。經分析認為是由于助濾劑使煤泥水粘度提高，而入料泵能力不足。