新型精煤压滤机与脱水工艺

摘要　介绍了中国浮选精煤脱水现状及存在的问题，新研制的精煤压滤机及脱水工艺在工业现场应用的情况。结果表明：该精煤压滤机压滤速度快、滤饼水分低，操作方便，具有广阔的推广应用前景。
关键词　精煤压滤　脱水工艺　浮选精煤

　　中国洗精煤水分偏高，平均达到12.5%，其中水分大于13％的占13％，水分在10％～13％的占70％，水分小于10％的仅占18％左右，难以达到国家规定总精煤水分10％以下的要求。精煤水分高的关键是细粒浮选精煤。据统计，全国平均滤饼水分约29％，一些选煤厂达到30％～34％，含水量较高的浮选精煤占总精煤平均约15％～25％，而浮选精煤的含水量占总精煤水分平均约45％，最高达60％，因此解决好浮选精煤脱水问题是降低产品水分的关键。

1　浮选精煤脱水现状
1.1　圆盘真空过滤机存在的问题。浮选精煤传统的脱水设备是真空过滤机，即以真空为动力造成压力差，进行固液分离，但真空泵产生的真空压力差最高只能达到0.06MPa，实际过滤表面的压力差则更低，一般小于0.02MPa，所以真空过滤机指标存在脱水效率低、滤饼水分高、能耗大的问题。尤其处理细而粘的物料时，过滤更为困难。具体表现在：①滤饼脱落困难，老在盘上打转，不得不借助人工捅饼；②真空过滤机滤液不能出清水，滤液浓度高，必须返回浮选，导致细煤泥在系统内循环，无疑增加了无用功的消耗，并恶化了浮选和过滤效果；③真空泵动力消耗大；④滤布更换麻烦，成本也较高。
1.2　传统尾矿压滤机用于浮精压滤的难点及存在问题。①目前国内选煤厂使用的压滤机一般最小过滤面积340m²，最大1050m²，一次循环工作时间长，单块滤饼体积大，不易破碎，脱水后的产品间断集中卸料，用于浮选精煤脱水，难于保证出厂最终精煤的粒度、水分和质量的均匀性。②大型压滤机最适宜的入料浓度为500g/L左右，用泵压入。而浮选精矿是含有大量泡沫的矿浆，浓度通常小于300g/L，尤其是采用底流大排放和直接浮选的选煤厂，其浓度一般小于200g/L，用泵加压过滤难度较大，其原因：一是矿浆内的泡沫会加重水泵使用中的汽蚀现象，使泵的工作效率大幅度下降；二是低浓度压滤成饼所需时间长，效果差，生产效率低。③大型压滤机的脱水功能单一，只单纯依靠给料泵的压力脱水，致使压滤时间长，滤饼水分偏高。而且浮选精煤的比重轻，吸水毛细管发达，其泵压脱水成饼的效果要差于尾煤和原矿煤泥的脱水成饼。
　　综上所述，若要实现浮选精煤的压滤脱水，必须在压滤机的选型与功能上有新的突破，并研究能够有效提高脱水速度，降低滤饼水分的压滤脱水工艺。
1.3　国内外加压过滤机与精煤板框压滤机的研究现状。①加压过滤机研究现状：国内自行研制生产和国外引进的加压过滤机在我国选煤厂均有应用。从应用的情况看，脱水指标均较为先进。滤饼水分可以达到18％～22％，滤液浓度为6～19g/L，处理能力达到0.4～0．8t／m²·h，比真空过滤机滤饼水分降低10％，滤液浓度降低30～40g/L。但存在的共同问题是运行故障较多，电控系统复杂，机体笨重，体积大，可靠性差，且设备价格贵（国外引进1台120m²加压过滤机不含税价约496万元人民币，国产1台60m²加压过滤机主机及配套约250万元人民币），在国内市场上推广应用的局限性较大。②精煤压滤机的研究现状：精煤压滤机，结构简单，能耗大大降低，脱水指标先进，倍受用户亲睐。国外引进精煤压滤机价格较贵，一台200m²精煤压滤机约170万美元，国内用户难以承受。国产精煤压滤机自株洲选煤厂和徐州东城选煤厂先后采用20m²和40m²压滤机取得成功后，又先后开发了70m²、100m²、200m²精煤压滤机。从精煤压滤机应用情况来看，精煤压滤机脱水指标均较好，精煤水分可达到18％～22％，比真空过滤机降低6％～10％，滤液可以出清水，处理量可达0.1～0．15t/m²·h，动力消耗可节省60％以上。精煤压滤机是我国浮选精煤脱水的首选设备和发展方向。

2　XMZG型新型精煤压滤机开发研究
　　XMZG型精煤压滤机是在原尾煤压滤机的基础上，进一步改进发展成的一种高效脱水设备，由中国矿业大学矿物加工工程研究中心研究设计、河南省汤阴机械制造有限责任公司制造，1998年9月完成了样机的试制,10月开始在河南省平顶山市选煤厂进行工业性试验，1999年5月通过了省级鉴定。生产实践证明，该机运转正常、可靠，取得了理想的工艺效果。
2.1　新型精煤压滤机设计原则。①改进压滤机结构，增加脱水功能，即在精煤压滤机上能同时实现高压流体进料、滤饼压榨与压缩空气强气流风吹滤饼三位一体，有层次综合运用，得以强化物料脱水；②克服传统尾矿压滤机机型大，单块滤饼体积大，不易破碎，单循环时间长，间断集中装卸导致不易保证总精煤质量均匀和产生运输事故，即要求压滤速度快；③解决好因浮选精矿浓度低且含有大量泡沫，易产生气蚀现象，既解决泡沫矿浆的泵压困难又最大限度地提高流体静压力，从而提高过滤速度；④努力降低精煤水分，提高滤饼脱落效果，并产生低浓度可以直接进入循环水系统的滤液，克服真空过滤机因滤液浓度高，必须返回浮选，导致恶化浮选效果的缺点。
2.2　压滤机主要过滤元件——压榨板的设计。压榨板部件是压滤机的主要过滤元件，它由压榨板、压榨隔膜板、滤布、滤液管等组成。压滤板是采用分子量在150万以上的超高分子量聚乙烯压塑而成。入料孔置于中央，两侧与把手连接，使压榨板与把手成为一体。压榨板上端左右两侧设有高压风进风管，实现二维剪切变压力脱水。压榨隔膜由装有尼龙骨架的橡胶板制成，具有弹性、韧性和耐酸、耐碱、耐热、耐有机溶剂的性能。
2.3　过滤面积和过滤容积的确定。根据使用厂家生产的需要并考虑通用化、系列化，并参考国内外大中型压滤机滤板尺寸，确定压榨板的外形尺寸为1090mm×1090mm，选用压滤板数量为50块，过滤面积为100m²；参照国内外压滤机滤室宽度选择和生产实践中使用情况一般选用滤室宽度为30～40mm，考虑到精煤水分要求，选择了滤室宽度为34mm，滤室总容积为1.7m³。

3　脱水工艺系统的设计
　　平顶山市选煤厂生产能力为100万t/a。现有PG—120和PG—78圆盘真空过滤机各1台。该厂入选外来煤，煤质、煤泥含量、粒度组成变化较大。生产中当煤泥含量大或生产能力加大时，由于过滤机滤饼水分高，滤饼脱落率低导致过滤机能力不足，经常停选煤，有时一个班需停好几次，加至过滤机滤液必须返回浮选，导致细粒循环，恶化浮选和过滤。因此，经协商，由中国矿业大学开发100m²精煤压滤机，能力达到8～10t/h·台，一方面解决能力不足，另一方面节能。当煤泥量及生产能力合适时，替代PG—78过滤机，从而停1台185kW真空泵，同时使滤液出清水直接进入循环水系统。图1为脱水工艺系统示意图。整个压滤工作过程全部实行程序自动化操作。

图1　精煤压滤机脱水工艺系统图

1、4—手动闸门；2、3—气动蝶阀；5、6、7、8、9—电磁截止阀；10、11—粒位计；12、13—压力表；14—浮选精矿槽；15、16—料罐；17—水池；18—精煤压滤机；19—风包；20—压风机

4　精煤压滤机与真空过滤机效果对比
4.1　PG-78真空过滤机检查结果。PG-78真空过滤机过滤面积78m²，滤网孔0.12mm，真空度0.023MPa，脱饼率约65％，转速为0.30r/min，滤饼厚度约12mm，滤饼全水分为28.9％，处理能力为：

　　Q=Δ·n·s·h·T(1-M_t)　　(1)

式中：Δ——湿滤饼容重，1.18t/m³；
　　　n——转速，19.0r/h；
　　　S——过滤面积，78m²；
　　　h——过滤饼厚度，0.012m；
　　　M_t——过滤饼全水分，28.9%；
　　　T——滤饼的脱落率，65％。
　　将各值代入（1）式，得：Q=9.7t干煤泥/h·台。
4.2　精煤压滤机检查结果。压滤机过滤面积为100m²，顶紧时间（t₁)50s，进料时间（t₂）3min30s，吹风时间（t₃)15s，压榨时间（t₄)15s，松开头板时间（t₅）40s，卸料时间（t₆）4min30s，进料压力0.6MPa，顶板压力13.5MPa，滤饼厚度33.4mm，因为机头松开浮选精矿就开始入罐，滤饼卸完约一半,料罐就已充满，所以入罐时间不计入压滤时间。单循环时间t=t₁+t₂+t₃+t₄+t₅+t₆=10min，滤饼水分为22.2%，单循环处理能力：

　　q=Δ·s·x·h(1-M_t)　　(2)

式中：Δ——湿压滤饼容重，1.25t/m³；
　　s——压滤单块滤饼面积，1.0m²；
　　x——单台压滤机总滤板块数，50块；
　　h——过滤滤饼厚度，0.0334mm。
　　代入（2）式，得q=1.66t/单循环·台，则处理能力为：Q=1.66×60/10=9.96t干煤泥/h·台。
4.3　单机检查对比结果分析。从以上检查结果看，PG—78真空过滤机的产品水分维持在28.9%左右，处理量为9.7t干煤泥/台·h，而100m²精煤压滤机产品水分为22.2%，处理量为9.96t干煤泥/台·h。从台时处理能力比较，100m²精煤压滤机与PG—78真空过滤机相当，但工艺指标显著优越。

5　精煤压滤机与真空过滤机效益对比分析
5.1　工艺效益分析。由于压滤机是强制性脱水设备，固液分离彻底，从而可以杜绝真空过滤机存在的因滤液必须返回浮选而导致细泥循环的现象。有利于改善浮选效果，增加浮选机的入浮煤泥量，从而提高浮选精煤产量。另外，使用精煤压滤机还可以防止因煤泥细粘造成过滤效果差，而导致大量煤泥流向尾煤浓缩机，来不及沉淀，复用水质量差影响选煤全过程的现象发生，从而保证清水选煤，由此产生的经济效益潜力很大。
5.2　节电效果显著。正常给煤量下，1台PG—120与1台PG—78能处理完全部煤泥，此时可以用100m²精煤压滤机替代PG—78过滤机处理浮选精煤，当选煤量加大，或因煤质条件变化，原煤中煤泥含量大时光靠2台过滤机经常出现精矿槽冒槽现象。无精煤压滤机时，经常停下选煤机，待浮选精矿处理完后再开机，造成设备起停频繁，生产指标不稳定。有了精煤压滤机可以适应原煤的变化而连续稳定生产。
　　1台PG—78真空过滤机需开1台功率为185kW的YK—110真空泵，过滤机自身电机功率为4.4kW，滤液泵折合功率5.5kW，总计194.9kW；而精煤压滤机自身功率为5.5kW，需配1台功率为55kW、风量为12m³/min的压风机，此时滤液为清水可自流到循环水中复用，省去了滤液泵，总功率为60.5kW。节电为：194.9-60.5=134.4kW，节电率达到68.9%。按年平均300天生产，平均每天过滤开车时间为16h，每度电以0.5元计，则全年节电效益为：300×16×0．5×134．4＝32．256万元。
5.3　节运效益。选煤厂每年精煤产量为60万t，其中浮精约18万t，浮选精煤水分平均降低6％，每年可减少无用运输量1.08万t，既缓和了铁路运输的压力，又为用户节省了运费。若按平均运价35元/t计，则年节省运费37.8万元。

6　结　论
　　XMZG100/1090-U型精煤压滤机以强化物料脱水为目的，改造了传统的压滤机结构与脱水工艺，取得了理想的工艺效果：
　　（1）该精煤压滤机结构设计新颖独特：采用大梁中间无支腿，彻底解决了滤饼、滤液二次混污现象；采用独立进气结构，气道不堵塞，易维护；滤板结构设计带有高强度双面隔膜，可实现高压强流体进料、强气流风吹滤饼和隔膜压榨挤压滤饼脱水，增加脱水功能，且滤布寿命长，不喷料，滤饼脱落率高；采用超高分子量聚乙烯滤板，重量轻，寿命长，耐磨蚀，不老化。
　　（2）压滤脱水工艺设计合理，可靠。采用自流与风压给料，克服因精矿浓度低且含有大量泡沫导致泵压给料的困难，脱水过程采用PC程序自动控制，运行可靠，配置合理，调节灵活。
　　（3）脱水工艺指标先进。当精矿浓度为160～250g／L时，处理能力可达8～10t/h，滤饼水分降到18％～22％，与相同处理能力的圆盘真空过滤机相比较，滤饼水分降低6％～10％，滤饼脱落率可提高30％～40％，节电可达60％～70％，且滤液出清水，可直接作循环水，减少了细泥在系统中的循环，有利于改善浮选和过滤效果。具有显著的经济效益和社会效益。
　　（4）精煤压滤机结构参数设计、辅助设备选型、脱水工艺系统及程序自动控制设计等科学、合理，能协调、可靠、稳定正常运行，满足了生产的需要，为解决我国选煤厂浮选精煤脱水难提供了一种成功的新方法。