隨著我國選煤技術的飛速發展,選煤廠廠型越 來越大、分選效率不斷提高、細粒級煤炭量增加、 煤質變差以及煤泥增多等問題也隨之而來,這就對 煤泥水處理系統的把關設備———壓濾機提出了更高 要求.從 ２０ 世紀末開始,廂式壓濾機因為其可靠 的性能開始代替加壓過濾機,成為了煤泥脫水的主 力設備.從 ２００２ 年起,隔膜壓濾機又因產能大、 高效率、經濟實用、性價比高以及更優越的脫水效 率進入了選煤行業.２００ ５ 年后,由于要求商品煤 水分小于 ９％,使得隔膜壓濾機迅速在選煤行業內 應用,并極大地推動了壓濾機的改進和更新,涌現 出一批以快開式壓濾機和? 大型濾板為代表的新型高效壓濾機。

煤用壓濾機的基本要求和特征以及目前 選煤行業在壓濾機應用方面的關注點和發展趨勢, 結合壓濾機濾板和濾布的選擇因素進行了綜 合 闡述。

煤用壓濾機的基本要求和特征

(１)設備大型化.采用大型濾板和短配置不僅 可以減少占地,同時由于濾板組件變短導致壓差傳 遞次數減少,壓差容易被阻斷,在增加處理量的同時還可以減少因成餅不均勻所產生的危險壓差.快 開式壓濾機在濾板組件中間增加了金屬驅動板,可 徹底阻斷壓差的傳遞,延長濾板和整個壓濾機的 壽命。

(２)運行快速化.要求壓濾 機 入 料 快、排 液 快、卸餅快以及更換濾布快,這就有利于大型壓濾 機采用多端口入料、明暗流同時排液、過濾面設計 優化、縮短隔膜擠壓技術的過濾周期以及帶入料靴 的板布分離結構等措施的實現.而對于特大型的壓 濾機,采用高位槽入料法更為合適.在過濾初期, 選用高位自流的方法向壓濾機無障礙入料,實現快 速過濾,無需進料泵可以大大節省能耗;過濾后期 則采用小流量高壓泵,可降低成本。

(３)系統可靠性.在使用壓濾機時,除了要求 液壓系統、拉板系統、洗布系統和集液翻板系統等 可靠之外,及時知道濾布的損壞情況和發現損壞濾 布的確切位置對整個工藝的穩定運行也是非常重要 的.將德國連恩舍過濾有限公司發明的三通取樣閥 應用到壓濾機中,可以在不影響工藝流程的情況 下,精確發現損壞濾布的確切位置,避免濾布損壞 帶來的一系列問題。

煤用壓濾機及濾板選擇

廂式壓濾機主要依靠入料泵提供的液壓驅動力 進行脫水,懸浮液泵入壓濾機后,首先在濾腔兩側 的濾布表面形成濾餅,然后不斷向濾腔中間增厚. 連續液相的存在是保持液壓驅動力的前提,所以濾 餅中心始終存在一個濃度高于入料濃度、并以液體 為連續相的固液混合體,俗稱 “囊心”.“囊心”的 大小與煤泥的性質 (如顆粒大小、灰分、泥化程度 等)有著很大的關系. “囊心”的存在會影響濾餅 的水分,并阻礙卸餅.對于相同的煤泥,采用高壓 入料可減小 “囊心”的存在,然而提高入料的壓力 在很大程度上會導致危險壓差的出現. 現有兩個途徑可以減少危險壓差出現的幾率, 一是通過增加濾板基板的厚度,二是通過增加濾板 支撐凸臺的數量或直徑.選擇壓力時,通常要考慮 濾板的承壓,目前濾板的壓力等級分為 ０８ MPa、 １６ MPa 和更高壓力 ３ 個額定壓力檔次.這些等級 均是在常溫下進行分類定義的,忽略了溫度對濾板 承壓能力的影響,１６ MPa 額定壓力下箱式濾板 溫度和過濾/水洗壓力。可以看出,在固定濾板支撐凸臺數量的 情況下,隨著溫度的升高,其抵抗危險壓差的能力 下降,這是因為濾板材料 (聚丙烯)隨著溫度升高 會變軟,流動性增強,剛性下降.因此,選擇壓濾 機和濾板時,需綜合考慮其耐壓范圍和操作溫度, 單方面考慮耐壓或耐溫能力是不恰當的.一般均聚 級聚丙烯濾板的工作溫度在 １５ ℃ ~ １ ００ ℃ 之間, 當濾板工作溫度處于 １５ ℃以下時,必須將材料變 更為共聚級聚丙烯,以克服低溫時聚丙烯玻璃化而 使濾板變脆等缺點。

隔膜壓濾機與廂式壓濾機的區別

在于隔膜壓濾機中濾板有 ２ 個可前后移動的過濾面 (隔膜),當過濾工序完成后,在隔膜與基板之間形成的擠壓腔中,通入擠 壓介質 (如壓縮空氣或液體),可對濾餅進行二次 擠壓,使得 “囊心”在二次擠壓的作用下均勻脫 水,形成含水率更低和更加均勻的濾餅.由于隔膜 濾板擠壓的壓力與相鄰的隔膜濾板的工作壓力相 等,二者壓力可以相互抵消,所以隔膜濾板即使在 更高的二次擠壓作用下對濾餅進行深度脫水時也不 會形成壓差,不會造成濾板的基板變形. 一般情況下,隔膜濾板的擠壓介質采用壓縮空 氣或不可 壓 縮 液 體 (例 如 水).當 擠 壓 壓 力 低 于 ０８ MPa 時,選用壓縮空氣較多,主要原因是由 于 ０８ MPa 的空壓機價格相對低廉,選擇余地大, 而且壓縮空氣單元的控制系統簡單且成本較低;當 擠壓壓力大于 １６ MPa,使用壓縮空氣作為擠壓介 質的安全隱患較大,為了安全考慮,不可壓縮液體 成為首選.但是使用不可壓縮流體作為擠壓介質時 也有一個缺點,特別是在高壓擠壓完成前,由于濾 餅的壓縮性近乎消失,擠壓壓力會迅速升高,為了 控制壓力,設計的壓榨單元較為復雜,成本較高. 與廂式濾板類似,隔膜濾板的強度和剛性也會 受到溫度的影響,所能承受的過濾/水洗壓力以及 擠壓壓力也因此受到影響,０８ MPa 額定壓力下 隔膜濾板的溫度和過濾/水洗壓力關系曲線以及溫 度和擠壓壓力的關系。但由于隔膜擠壓壓力不產生壓差,所以在同等溫度下,擠 壓壓力比過濾/水洗壓力大很多. 此外,隔膜擠壓壓力的升高速率與溫度也有明 顯的關系,０８ MPa 額定壓力下隔膜擠壓壓力的 升高速率與溫度的關系。這是由于低溫 時濾板材料脆性比較大,材料響應時間長,擠壓壓 力升高不能太快.當溫度高了以后,濾板材料強度 減弱,也不宜升壓太快,但由于高溫時隔膜材料變 軟,升壓速率可以比低溫時高. 綜合考慮壓力與溫度是正確使用高分子材料濾 板的必要條件.為了節約設備投資成本,目前全球 普遍采用廂式濾板和隔膜濾板相間排列的組合方 式,稱之為 “混合組件”.混合組件對濾餅施加的壓力與純隔膜濾板配置一樣,但隔膜的位移比純隔 膜濾板配置增加了一倍,會影響部分隔膜濾板的壽命。

干燥壓濾機

隨著對濾餅含水率的要求越來越低,僅靠提高 隔膜擠壓壓力這種機械脫水方法已經很難達到要 求,此時干燥壓濾機應運而生.干燥壓濾機是將隔 膜壓濾機和熱力干燥合二為一的一種設備,某些情 況下可以將濾餅水分脫 至 １％ 以 下,其 系 統 結 構 見圖 ５.由圖 ５ 可見,干燥壓濾機由機架、干燥濾板 (混合組件)、加熱系統以及真空冷凝等系統組成. 干燥濾板組中的隔膜濾板不作任何改變,而其中廂 式濾板的材料換成了導熱系數更高的金屬材料.由 于聚丙烯隔膜濾板的最大工作溫度為 １ ００ ℃,為了 提高干燥的溫差驅動力,通常采用真空泵將過濾腔 室抽至－１ ０ ~－２０ kPa 的真空狀態,降低濾液的 沸點.同時采用加熱系統循環加熱水至 ８０ ℃~９ ５ ℃,并從下端將水泵入干燥濾板,帶盤形的熱水流 道的干燥濾板見圖 ６,以保證干燥板處于較高的傳 熱溫度,并采用熱力學的方法降低濾餅水分.在干 燥階段,必須保持隔膜處于擠壓狀態,保證濾餅始 終完全緊貼干燥濾板,沒有空氣縫隙,保證傳熱效 率.如果隔膜沒有對濾餅進行擠壓,就會隨著不斷 脫水而收縮變薄,濾餅則有可能與干燥濾板脫離, 導致濾餅處于懸空狀態,干燥并不充分.所以干燥 時,壓濾機必須處于擠壓、加熱、真空三者同時工 作的狀態見圖 ７. 壓濾機干燥可分為兩個階段: (１)熱間歇泉階段.熱間歇泉階段是熱力學和 機械脫水的過渡階段,在正常機械脫水后的濾餅中含有許多毛細管,當緊貼干燥濾板一側的濾餅被加 熱時,該側毛細管中的液體會隨著溫度的升高汽化 形成氣泡,當氣泡中的壓力大于毛細管壓力時,氣 泡猶如柱塞一般可將毛細管中其余液體頂出毛細 管,類似于熱間歇泉的自然現象,形成氣/液兩相 瞬間噴發.與蒸發干燥消耗的熱能相比,壓濾機干 燥僅在汽化一側濾餅毛細管中的水分時消耗熱能, 而大部分水分無需汽化就會被脫除,因此能耗顯著 減小.在利用熱間歇泉階段脫水時,需注意濾餅可 以達到水分,這是干燥/脫水的經濟點,可以達到 此點能耗小、效率高.物料不同經濟點也不同,精 煤大約在 １ ４％左右。

真空熱傳導干燥

在 -２０ kPa 真 空 度 時,水的沸點約為 ６ ０ ℃,此時若能將干燥濾板的 溫度控制在 ９ ５ ℃左右,那么可以產生約 ３５ ℃的溫 差驅動對濾餅進行接觸干燥.溫差越大效果越好, 但受到濾板材料以及濾板耐化學腐蝕性能的限制. 提高干燥濾板材料的導熱系數是提高熱傳導干燥效 率的一個途徑,但干燥濾板的選擇也需根據化學性 能要求進行綜合評估.在真空環境下干燥效率高于 常壓條件,但要維持高真空度,對設備也提出了更 高的要求.目前世界上干燥濾板的形式多種多樣, 材料以金屬 (不銹鋼、鋁)和高分子材質 (聚丙烯) 為主,形式上有平板型和廂式板型,功能上也從單 一干燥功能向干燥和過濾多功能轉換.此外,為了 提高熱效率,很多金屬干燥板安裝在聚丙烯的框架 內,這種做法不僅保證隔熱效果,同時解決了不同 材料由于熱膨脹系數不同而產生的濾板變形的問題。

?濾板與壓濾機的壓緊力

當濾板組件在壓濾機中壓緊時,塑料的濾板及 濾布會被壓縮,并且操作溫度的變化也會造成濾板 及濾布材料的熱膨脹和冷收縮.由于有很大的伸縮 量,所以壓緊力在長度方向上應有伸縮的補償功 能,這個伸縮補償功能主要由壓濾機的壓緊裝置來 完成.壓濾機的壓緊裝置所產生的壓力不僅要抵消過濾壓力和擠壓壓力,而且還必須保證過濾腔室的 密封性,所以在壓濾機工作時,必須保證有一個有 效的最小壓緊力 F min,同時為了防止濾板的永久變 形和機架的過載損壞,根據操作壓力和溫度的不 同,必須將 壓 緊 力 限 制 在 最 大 壓 緊 力 F max 以 下. 壓濾機的 操 作 壓 緊 力 必 須 介 于 F min 和 F max 之 間. 壓緊力太小,會導致板間漏液,物料擠出,而極端 情況下會導致設備損壞,還有可能影響人身安全. 當壓濾機的操作壓力高于 １６ MPa 時,壓緊 力則必須隨著工作壓力的提高而逐級提高,減壓時 則逐級遞減,以免損壞設備。

濾布的選擇

從材質上講,聚丙烯的使用范圍最廣,耐酸堿 性優良,而且在市場上作為可選的透氣率范圍也最 廣;尼龍濾布有更好的耐磨蝕性能,所以在煤泥和 精煤過濾中,一般尼龍布作為首選;滌綸布則能在 １５ ０ ℃的溫度下工作,當然 PEEK 的耐溫性更好, 可以達到２００ ℃.一般情況下精煤過濾的濾布透氣 率在６ ００~７００ L/m２s,而原 生 煤 泥 則 選 用 透 氣 率在 ２ ５ ０~４００ L/m２s 的單絲尼龍濾布.在濾布 背面 安 裝 大 透 氣 率 的 底 布,可 延 長 濾 布 的 壽 命 １ ０％~２ ５％.對濾布做砑光處理可以減小其與濾餅 的實際接觸面積,從而降低濾餅在濾布上的附著 力,有利于自動卸餅,同時砑光處理還可以將濾布 的透氣率向下做一些調整.然而盡管過度的砑光處 理可以使濾布的表面更加光滑,但對濾布的強度和 壽命明顯有害。

結語

壓濾機作為煤泥水處理系統的把關設備,必須 具有設備大型化、運行快速化和系統穩定可靠等基 本特征.隨著對泥餅含水率越來越低的要求,對煤 用壓濾機的要求也逐步提高,干燥壓濾機應運而生 并逐漸在煤泥脫水中推廣應用.濾板是壓濾機的核 心部件,過濾中起到非常重要的作用,因此選擇濾 板時,一定要綜合考慮溫度和壓力的影響.正確的 壓緊力是保證壓濾機系統正常工作和使用壽命的一 個前提,尼龍單絲濾布是煤礦用壓濾機的首選。