壓濾機(jī)脫水效果的理論分析與實(shí)踐研究

2022/04/27 Category.Technical Literature Maintenance 984

filter press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(shè)備之一，廣泛應(yīng)用于污水處理、選礦等行業(yè)。隨高效壓濾技術(shù)的發(fā)展，壓濾機(jī)的脫水效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于從前，呈替代加壓過(guò)濾機(jī)的趨勢(shì)。這是由于加壓過(guò)濾機(jī)的自身缺陷(不適應(yīng)極細(xì)粒，能耗高，處理能力小，維護(hù)困難等)，更重要的是壓濾機(jī)的脫水效果大幅度提高，弱化了加壓過(guò)濾機(jī)的優(yōu)勢(shì)。但現(xiàn)階段的精煤壓濾機(jī)的脫水效果并不突出。選型時(shí)若對(duì)入料性質(zhì)的研究不足，配件與工藝參數(shù)選擇不好，脫水效果必不理想。隨選煤廠(chǎng)生產(chǎn)能力的提高和工藝改進(jìn)，也會(huì)導(dǎo)致原壓濾機(jī)的不能適應(yīng) 新?tīng)顩r。這就需要對(duì)原壓濾機(jī)進(jìn)行改造，因而對(duì)壓濾機(jī)實(shí) 際具備脫水能力的技術(shù)進(jìn)行深入分析是必要的。

壓濾機(jī)脫水措施的效果分析

壓濾機(jī)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(jī)的基本脫水方式，通過(guò)泵將物料送人過(guò)濾室內(nèi)，并利用持續(xù)的泵壓推擠物料使之脫水。這也是目前壓濾機(jī)的基本人料方式之一。但由于泵送壓力有限，難以達(dá)到更好的脫水效果。多個(gè)濾板或隔膜板相互擠靠形成濾腔，高水含量煤漿由泵通過(guò)入料管送入濾腔內(nèi)部，閥門(mén)開(kāi)啟時(shí)，泵送持續(xù)給料會(huì)將水分通過(guò)濾布從濾板上的孔隙中流出。當(dāng)濾腔內(nèi)積存物料后，水分的流動(dòng)將受到阻礙，這時(shí)就需要提高泵的壓力，以利于水分的排除。當(dāng)泵壓達(dá)到極限時(shí)，將不能繼續(xù)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(nèi)部，使隔膜外鼓，擠壓由泵送擠壓過(guò)程初步形成的高水分濾餅，以達(dá)到進(jìn)一步脫水的目的。壓力的提高和壓榨介質(zhì)的填充速度加快，會(huì)進(jìn)一步縮短壓榨時(shí)間。設(shè)濾餅顆粒之間充滿(mǎn)水，且固體顆粒不會(huì)透過(guò)濾布，壓榨開(kāi)始至結(jié)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(zhì)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(zhì)量m．=mM；壓榨后，水的質(zhì)量減少△m為：Am=p。·AV=p0K；壓榨后，水的質(zhì)量m。為：m，=m，一Am=mM-p。K；壓榨前后，煤餅干煤質(zhì)量m。均為：m。=m(1一M)。可見(jiàn)壓榨后濾餅的水分肘。是壓榨前水分M和壓縮比0 的函數(shù)。當(dāng)壓濾機(jī)入料結(jié)束后，M為定值，此時(shí)隨著0的提高，M。減小。式(3)完全可以擴(kuò)展到整個(gè)循環(huán)過(guò)程中，此時(shí)肘為人料水分，0為整個(gè)過(guò)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(shí)間有關(guān)和壓榨前濾餅的特性有關(guān)。若認(rèn)為顆粒不被壓碎，可知只有當(dāng)濾餅顆粒達(dá)到最緊密堆積時(shí)，壓縮比達(dá)到最大值0。設(shè)顆粒間空隙占物料堆積體積的百分?jǐn)?shù)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(shí)必然有最小的空隙率盯。，通過(guò)提高隔膜壓力的方式提高壓縮比，最終將因?yàn)V餅顆粒存在最緊密堆積而達(dá)到極限。達(dá)到極限后，顆粒問(wèn)形成堅(jiān)固的骨架，繼續(xù)提高壓力將難以進(jìn)一步提高壓縮比，除非將顆粒壓碎，但將對(duì)設(shè)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(guò)式(6)計(jì)算得到的最大壓縮比為24％，若取壓榨后的實(shí)際壓縮比為10％，濾餅比重為1．29／cm3，則通過(guò)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(fēng)噴吹回入料桶的工序，以進(jìn)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(shè)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(cè)面積為S，，濾餅水分為肘，假設(shè)人料管中殘存物料全部為水。入料管中水的質(zhì)量m。=podS；濾餅的質(zhì)量 me=pcV c 2p。s。Lo以中心管中全部是水為前提，故AM為通過(guò)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(zhǎng)的兩倍，P。約為P。的1．2倍，若M= 30％，可根據(jù)式(7)計(jì)算得到AM=1．18％。實(shí)際上通過(guò)反吹可以降低的水分更少，說(shuō)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(jié)束的不同壓濾機(jī)的濾餅比重相差不大，若認(rèn) 為其濾餅比重K不變，則可繪制出△肘與吼之間的關(guān)系曲線(xiàn)如圖4所示。可見(jiàn)，隨著濾餅中心孔體積比凰的增加，反吹的效果越差。同一臺(tái)壓濾機(jī)K，確定，知 AM與肘呈負(fù)相關(guān)線(xiàn)性關(guān)系。可見(jiàn)只有在經(jīng)過(guò)其他工序后得到的濾餅水分較低時(shí)，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(huì)太明顯。

穿流

穿流是指將高壓風(fēng)從濾板角孔或入料孔吹人，氣流經(jīng) 過(guò)濾餅從濾板的出液孔排出，同時(shí)帶走顆粒間水分。即為穿流工序。壓榨過(guò)程的后期由于顆粒間的骨架支撐作用，繼續(xù)增加壓縮比所需要的壓力和時(shí)間將非常高，而達(dá)到最大壓縮比時(shí)，則不能再通過(guò)壓榨來(lái)降低水分了。此時(shí)通過(guò)穿流可以進(jìn)一步降水。且經(jīng)過(guò)穿流后，濾餅粘聯(lián)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(guān)。在理想狀況下，認(rèn)為將顆粒間空隙水和外層的吸附水全部由穿流風(fēng)帶走，則此時(shí)濾餅的水分應(yīng)當(dāng)為最高內(nèi)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(shí)程度有關(guān)。若濾餅密封程度不均勻，氣流會(huì)從較疏松的地方漏出，而不會(huì)穿過(guò)所有空隙。過(guò)高的密實(shí)程度則會(huì) 導(dǎo)致濾餅將濾孔完全密封。因此壓榨過(guò)程不應(yīng)該將濾餅壓的過(guò)于緊密，應(yīng)當(dāng)保證濾餅具有一定的松散程度。

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐

現(xiàn)場(chǎng)很難即時(shí)檢測(cè)濾餅壓縮比，因而也就不能據(jù)此進(jìn) 行壓濾機(jī)的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)。而穿流過(guò)程氣流通過(guò)濾餅受到的影響非常復(fù)雜，現(xiàn)有技術(shù)條件也不能實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地得出其吹空的顆粒間空隙。根據(jù)人料的濃度、流量以及時(shí)間計(jì)算出總壓縮比，可以獲得濾餅充滿(mǎn)濾腔的時(shí)間點(diǎn)，也就是停止入料并進(jìn)行隔膜壓榨的時(shí)間點(diǎn)。這需要高準(zhǔn)確度的濃度檢測(cè) 儀器做支撐。總之，對(duì)已知煤泥樣品的壓濾脫水效果預(yù)測(cè)和對(duì)已有壓濾機(jī)工作狀況的評(píng)價(jià)，并在高固含量物料濃度實(shí)時(shí)檢測(cè)取得突破后，可實(shí)現(xiàn)壓濾機(jī)入料截止工序的自動(dòng)控制，從而減輕工人的工作壓力。

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)介紹

選煤廠(chǎng)為無(wú)煙煤選煤廠(chǎng)，改造后浮選精煤利用兩臺(tái)快開(kāi)式diaphragm filter press進(jìn)行脫水，得到精煤泥產(chǎn)品與末精煤摻配后銷(xiāo)售。但濾餅水分高(高于27％，甚至達(dá)到30％)，濾餅結(jié)塊夾心現(xiàn)象嚴(yán)重(圖3改造前)，摻配難度大。為提高脫水效果，需對(duì)原設(shè)備工藝條件進(jìn)行以下改造。

1)濾布：原濾布比阻過(guò)大，會(huì)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(dòng)強(qiáng)度大大減少，而濾液質(zhì)量未惡化。

2)壓榨壓力：該廠(chǎng)所用隔膜板抗壓能力強(qiáng)。可在極高壓力下(1MPa)反復(fù)壓榨1萬(wàn)次以上，而原系統(tǒng)設(shè)計(jì)的壓榨壓力僅為0.6MPa，實(shí)際使用時(shí)為0.5MPa，且壓力不能進(jìn)行調(diào)節(jié)。故額外增設(shè)一臺(tái)空壓機(jī)，將壓力提高至o.7一o.MMPa。

3)操作工序：原操作工序?yàn)橄确创岛髩赫ィ韮?nèi)壓由 0.6MPa迅速降低至0.2MPa以下，而后緩慢提升，在壓榨結(jié)束時(shí)，表壓為0．5Mh左右。這說(shuō)明實(shí)際壓榨過(guò)程的平均壓力達(dá)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(nèi)卸壓過(guò)多的直接結(jié)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(wěn)定在0.7～ 0.85MPa(終壓)。

3)助濾劑：添加助濾劑可以?xún)?yōu)化煤泥水中顆粒間的空間構(gòu)架，形成很好的松散堆積結(jié)構(gòu)，從而降低濾餅的脫水難度。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)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(jié)果分析

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐結(jié)果，可見(jiàn)在壓榨壓力0.85MPa時(shí)，濾餅水分降低到22.4％，效果最為明顯；而壓力為 0.76MPa時(shí)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(jiàn)助濾劑對(duì)降低濾餅水分有較明顯的效果。但在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)助濾劑會(huì)使單循環(huán)入料時(shí)間延長(zhǎng)。經(jīng)分析認(rèn)為是由于助濾劑使煤泥水粘度提高，而入料泵能力不足。