基于加壓水平過濾的壓濾系統改造分析

宋 琛

（大地選煤工程有限責任公司同忻選煤廠，山西 大同 037001）

引言

選煤廠的深加工技術正逐步向著精細化方向改進，在加工過程中煤泥的脫水是選煤廠必須經過的一道關鍵工序。目前，過濾技術是煤泥脫水的主要手段方法，煤泥水在經過過濾系統時流體的運動狀態和過濾系統的結構設計是現研究脫水效率的兩大關鍵因素[1-2]。

對于煤泥水等的細粒物料過濾方面，現社會上有真空過濾機、板框式壓濾機、箱式壓濾機、袋式過濾機等多種過濾設備，但是在對于煤泥水過濾的效率、運行時間、投資使用等多個方面仍不能夠達到洗選工藝上的脫水工藝要求。因此這就需要從細粒物料脫水原理及裝備上進行全方位的分析設計，研究過濾過程中過濾成餅的過程。

1 加壓水平過濾成餅過程

過濾過程主要是通過分析濾餅內部流體的運動規律及顆粒在實施壓濾時固體的運動規律。煤泥水過濾的基本規律中主要以達西經驗公式（如式1）為基礎，分析過濾阻力和滲流理論的前提下，對濾餅的結構變化及顆粒形狀的變化進行研究。

式中：ΔP 為跨過濾層的壓差，Pa；L 為濾層厚度，m；Q 為體積流量，m3/s；A 為濾層的截面積，m2；μ 為流體的黏度，Pa·s；k 為滲透系數，m2。

加壓過濾煤泥水成餅的過程大致可以分成三個環節，首先由于自身重力影響煤泥水中的粗、重顆粒會進行自然的重力沉降，粗、重顆粒是懸浮液中作為最先接觸到濾布的，并且聚集在濾布上。粗、重顆粒會分布在濾布上，并在濾布上形成比較均勻的新的過濾層。由于粗、重顆粒的存在使得濾布的過濾尺度與孔隙綠發生改變，并且粗、重顆粒越大懸浮液中的較細的顆粒的容納率就越大。再加上大氣壓力的作用，較細顆粒能夠迅速“鉆隙”，具有相對較高的向下運動的速率，最終能夠形成粗、重顆粒作為較細顆粒的骨架，較細顆粒充填在骨架中間。該階段濾布上層會形成以顆粒為結構的過濾層，濾布和顆粒形成的過濾層會導致過濾餅阻力的增大，過濾速率會相應的降低[3]。加壓過濾發生在過濾的第三環節，通過對第一環節自然沉降和大氣壓作用下形成的結果增加ΔP的壓縮空氣壓力作用，增加過濾的動力，提高更細顆粒繼續向下運動的速率，最終使得濾液通過濾餅與濾布的阻力，完成脫水的過程。

2 加壓水平過濾裝置的工作原理

當煤泥水通過加壓水平過濾裝置的承壓區域內時，由于此時沒有加壓，顆粒會在重力與大氣壓的作用下進行主動沉降，粗重顆粒會率先達到濾布的上端，形成濾餅的最底端。當給料結束后，通過氣泵將壓縮氣體打入到穩壓罐內，穩壓罐閥門打開，壓縮氣體與大氣壓之間會形成壓力差，增加過濾的動能，由于剛開始時懸浮液濃度相對較低，濾餅同濾布之間形成的過濾阻力較小，細小顆粒會有較大的過濾速率，隨著細小顆粒的不斷填充，形成新的填充層，濾餅和濾布形成的過濾阻力不斷增大，懸浮液的濃度逐漸升高，細小顆粒不斷沉積在濾餅上，最終形成底層為粗重顆粒，上層為較細顆粒的濾餅[4]。這一過程不斷重復進行，當濾餅達到一定程度后，通過電機帶動驅動，濾餅到達卸料處從裝置上脫落，完成加壓過濾過程。由于加壓過濾完成后的濾布可對其進行高壓水沖洗，能夠循環往復使用。

3 同忻選煤廠優化改造應用

同忻選煤一廠設有兩個直徑40 m的濃縮機（一用一備），小時處理煤泥能力為200 t，3 臺傳統過濾機，合計小時處理煤泥能力為180 t，按照設計小時帶煤量2 000 t，細煤泥含量8.5%計算，每小時產生的煤泥量為170 t，如果有1 臺過濾機故障停機，或者遇火成巖細煤泥含量增多，煤泥系統處理能力不足和傳統過濾機細煤泥處理效果差的弊端就會暴露出來，嚴重制約生產。

為了不影響生產，在主廠房原變配電室北側新建空壓機房及配電室聯合建筑，待新空壓機房正常使用后拆除原空壓機房及儲氣罐，并在原空壓機房位置新建加壓過濾設備車間，同時在新建加壓過濾設備車間北側新建煤泥卸載站，701 帶式輸送機機尾后延，改造原主廠房514 濾餅刮板輸送機。全廠細煤泥可以落入后延的701 帶式輸送機進入產品倉，也可以落入新增的煤泥出廠帶式輸送機經轉載進入新建煤泥卸載站單獨落地，增加了工藝系統的靈活性。最終的選煤廠洗選工藝確定為：150～50 mm 塊煤采用重介淺槽分選機分選，50～1.5 mm 末煤采用三產品重介旋流器分選，1.5～0.15 mm 粗煤泥采用螺旋分選機分選，0.15～0 mm 細煤泥采用加壓過濾機+板框壓濾機聯合脫水回收。同時，將細煤泥下料溜槽進行改造，使一、二廠細煤泥既可以去精煤出廠皮帶，又可以去中煤出廠皮帶，以便根據需要靈活調整。改造完成后煤泥水系統原則流程如圖1 所示。

圖1 煤泥水系統原則流程圖

4 結語

通過分析加壓過濾成餅的過程，利用加壓過濾裝置對同忻選煤廠進行過濾系統的改造，與傳統過濾系統進行比對效果分析（見表1），加壓過濾裝置在理論基礎、工作原理、實踐應用上都有著很大的優勢，處理能力有了很大的提升，并且濾餅的水分較原來明顯降低。加壓過濾成餅不僅能夠提升過濾系統的運行效率，也同時為今后研究更加高效、連續、可靠的脫水設備打下了基礎，能夠更好地促進潔凈煤的發展，提高資源回收利用率。

表1 過濾結果對比