煤泥水壓濾脫水的規律研究

劉壯 何婷婷 馬超 蔣延桂

摘 要：針對煤泥壓濾存在的煤泥壓濾循環周期長、壓濾機處理量小、濾餅水分高等問題，本研究以公烏素高硫原煤為研究對象，利用實驗室小型煤泥壓濾裝置，將入料性質（入料粒度組成、煤漿濃度）和操作參數（入料壓力）3種主要影響因素的全部水平相互交叉組合進行試驗，探究不同影響因素下壓濾效果隨過濾時間的變化規律，進而分析總結出煤泥水壓濾脫水的動態規律。論文最后對課題存在的問題及未來發展作了分析與展望。

關鍵詞：煤泥水；壓濾；規律

1.研究背景

煤泥水壓濾是選煤廠實現洗水閉路循環的關鍵環節。如果壓濾機不能很好的適應入料煤泥水的性質，將會造成濾餅致密、透氣性差、濾布堵塞等問題，進而引起壓濾機的壓濾周期過長、處理能力降低、濾餅水分過高等問題，嚴重影響選煤廠固液分離的效果及企業的經濟效益。因此研究與總結影響壓濾效果因素及其影響規律對于選煤廠壓濾生產具有重要的指導意義[1] 。

作者以公烏素高硫原煤為研究對象，利用實驗室小型煤泥壓濾裝置，將入料性質（入料粒度組成、煤漿濃度）和操作參數（入料壓力）3種主要影響因素的全部水平相互交叉組合進行試驗，探究不同影響因素下濾餅水分、脫水速度等隨過濾時間的變化規律，進而分析總結出煤泥水壓濾脫水的規律[2] 。

2.實驗系統及方法

2.1 實驗系統的搭建

本次研究針對國內選煤廠煤泥壓濾脫水普遍存在的問題，在調研了大量的國內外有關于煤泥壓濾脫水方面的文獻，對煤泥壓濾脫水理論與技術現狀及未來壓濾技術發展趨勢有了較為全面的了解之后，為探索幾個主要影響因素對壓濾效果的影響規律，而建立了該壓濾脫水系統[3]，如圖2.1所示，系統實物圖如圖2.2所示。

2.2 試驗煤樣

試驗煤樣為烏海公烏素選煤廠高硫原煤，對原煤通過破碎、篩分，得到-0.074mm、-0.074mm～-0.125mm、-0.125mm～-0.3mm、-0.3mm～-0.5mm四種粒度級別的試驗煤樣。

3.試驗研究及結論

3.1試驗因素及水平

通過在壓濾過程中，入料性質（入料的粒度組成、入料濃度）和入料壓力等是影響壓濾效果的主要變量。為更加系統全面的了解幾種因素對壓濾效果的影響規律，本研究將3種影響因素的全部水平相互交叉組合進行試驗，試驗因素及其水平如表3.1中所示。

3.2研究結論

通過本論文的研究，可以得出以下結論：

（1） 入料粒度組成對壓濾效果的影響規律。在其他影響因素（入料濃度、入料壓力）一定的情況下，入料粒度組成中細粒級（-0.074mm）含量越大，脫水速度越慢，壓濾的時間越長，最終濾餅的水分越高，滲透率也越小。且入料粒度組成中-0.074mm粒度級所占比例為10%和30%時對壓濾效果的影響與其他粒度組成的影響效果差別區分比較明顯，在一定情況下，-0.074mm粒度級占60%、80%和100%時對壓濾效果的影響差別開始變得不明顯，即當細粒級含量達到一定程度時，繼續增加其含量對壓濾效果的影響差別不大。同種入料濃度下，入料壓力越大，不同粒度組成對壓濾效果的影響差別越大；同種入料壓力下，入料濃度越大，不同粒度組成也對壓濾效果的影響差別越大[4]。

（2） 入料濃度對壓濾效果的影響規律。在其他影響因素（入料粒度組成、入料壓力）一定的情況下，入料濃度越高，過濾的速度越快，壓濾時間越短，最終濾餅的水分越低。低濃度時（200g/L）與高濃度（400g/L）濾餅水分隨時間的變化規律不同，即入料濃度為200g/L濾餅水分變化率由慢逐漸變快，壓濾速度達到最大值后又開始逐漸減慢，直至過濾結束濾餅水分變化率趨于零；而入料濃度為400g/L時，隨后速度逐漸變慢，直至過濾的結束濾餅水分變化率趨于零。當入料壓力相同的時候，隨著入料粒度組成中細粒級（-0.074mm）含量的增加，兩種濃度對壓濾效果的影響差別由小變大，然后又逐漸變小；當入料粒度組成相同的時候，隨著入料壓力的增大，兩種濃度對壓濾效果（最終濾餅水分）的影響逐漸變小。

（3） 壓力對壓濾效果的影響規律。壓力從0.2MPa到0.4MPa，出現拐點時濾餅水分下降很多，壓力從0.4MPa到0.6MPa，濾餅水分下降相對較少，同時，壓力從0.2MPa到0.4MPa和從0.4MPa到0.6MPa，脫水速度均有較大提高，表明壓力達到一定程度后，繼續增加壓力，對最終濾餅水分影響并不大，但脫水速度仍會有明顯提高。

（4） 綜合考慮三種對壓濾效果（最終濾餅水分和壓濾時間）的影響因素，就影響程度大小而言，煤粒度組成影響最大（尤其是其中細粒級含量），入料壓力的影響次之，而煤漿濃度的影響相對較小。

（5） 不同粒度組成和入料濃度下的最佳壓力。因為在實際生產中入料性質一般很難改變，而入料壓力的改變相對比較容易操作，所以為達到對產品要求的結果，往往需要通過改變入料壓力做到。當入料粒度組成中細粒級含量較少時（10%左右），一般的入料壓力都能達到較好的壓力效果，故為節約生產成本，選擇較低的入料壓力；當入料粒度組成中細粒級含量增加到一定程度時（約30%～60%），入料濃度低的情況下選擇較高的入料壓力以降低壓濾時間達到較高的生產效率，入料濃度高的情況下選擇的入料壓力小于等于入料濃度低的；當入料粒度組成中細粒級含量過高（>60%）時，低濃度的情況下繼續提高入料壓力對過濾效果的影響并不顯著，故選擇合適的入料壓力即可，當高濃度時為達到較高的生產效率可以考慮較高的入料壓力（>0.6MPa）。

3.3主要創新點及不足之處

本研究的主要創新點在于：

（1） 通過自行搭建的小型過濾裝置系統的探究入料性質（煤漿濃度、粒度組成）與操作操作參數（過濾壓力）對壓濾效果（壓濾時間、濾餅水分）的影響規律；

（2） 研究不同入料性質（煤漿濃度、粒度組成）和過濾壓力下不同時間段內濾餅水分的變化規律，找出最佳的入料壓力。

由于作者研究水平、時間條件有限，在使用了壓濾脫水裝置做了大量試驗的基礎上，實驗仍存在一些尚未解決的問題，作者總結了可分為以下幾點[5]：

（1） 壓濾循環操作時間較長。雖然系統總體操作比較簡單，保證了試驗的可操作性和可行性，但是由于零部件較多，在拆卸清洗以及組裝運行上會花費大量的時間，后期研究人員可以在本文研究的基礎上改進或者研究出操作性更好、更有效、更簡單的實驗系統；

（2） 對壓濾機理的研究不夠透徹。由于研究時間有限，因此并未對濾餅做微觀結構分析。

由于本研究諸多不完善的地方，需要在今后的研究工作中進一步改進，針對未解決的問題，今后的研究工作將主要從以下方面展開：

（1） 增加實驗的入料壓力，探究當細粒級含量較多時（-0.074mm粒級含量>80%）時能使壓濾效果達到最佳的入料壓力；

（2） 由于本課題中采用的煤樣屬于高變質程度的煤，即所研究的也只是高變質程度煤關于壓濾影響的主要因素。所以需要增加對低變質程度煤壓濾的相關研究。

（3） 對壓濾所得到的濾餅進行微觀結構分析，從根本上發掘煤泥水壓濾影響因素的影響機理。

參考文獻：

[1] 王瑞萍，侯偉中. 長期國際能源需求展望——煤炭的能源地位[J]. 科技情報開發與經濟，2010（25）：118-120.

[2] 王慧. 洗煤生產過程中的煤泥水處理研究[J]. 能源與節能，2014（2）：155-157.張德友，周進.

[3] 中國壓濾機行業現狀和發展前景淺析[J]. 過濾與分離，2010（4）：39-42.

[4] 張明旭. 選煤廠煤泥水處理[M]. 徐州：中國礦業大學出版社，2005.

[5] 李佰云. 煤泥壓濾性試驗方法及應用[J]. 煤炭加工與綜合利用.2001（3）：29—32.

作者簡介：

劉壯，男（1991-），漢族，2016年畢業于中國礦業大學（北京），碩士學位，礦業工程專業，助理工程師。工作于韓城市能源局煤礦安全監察大隊，現任辦公室副主任。