宋 琛

（大地選煤工程有限責(zé)任公司同忻選煤廠，山西 大同 037001）

引言

選煤廠的深加工技術(shù)正逐步向著精細(xì)化方向改進(jìn)，在加工過程中煤泥的脫水是選煤廠必須經(jīng)過的一道關(guān)鍵工序。目前，過濾技術(shù)是煤泥脫水的主要手段方法，煤泥水在經(jīng)過過濾系統(tǒng)時(shí)流體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和過濾系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是現(xiàn)研究脫水效率的兩大關(guān)鍵因素[1-2]。

對(duì)于煤泥水等的細(xì)粒物料過濾方面，現(xiàn)社會(huì)上有真空過濾機(jī)、板框式壓濾機(jī)、箱式壓濾機(jī)、袋式過濾機(jī)等多種過濾設(shè)備，但是在對(duì)于煤泥水過濾的效率、運(yùn)行時(shí)間、投資使用等多個(gè)方面仍不能夠達(dá)到洗選工藝上的脫水工藝要求。因此這就需要從細(xì)粒物料脫水原理及裝備上進(jìn)行全方位的分析設(shè)計(jì)，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(nèi)部流體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律及顆粒在實(shí)施壓濾時(shí)固體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。煤泥水過濾的基本規(guī)律中主要以達(dá)西經(jīng)驗(yàn)公式（如式1）為基礎(chǔ)，分析過濾阻力和滲流理論的前提下，對(duì)濾餅的結(jié)構(gòu)變化及顆粒形狀的變化進(jìn)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(shù)，m2。

加壓過濾煤泥水成餅的過程大致可以分成三個(gè)環(huán)節(jié)，首先由于自身重力影響煤泥水中的粗、重顆粒會(huì)進(jìn)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(huì)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(fā)生改變，并且粗、重顆粒越大懸浮液中的較細(xì)的顆粒的容納率就越大。再加上大氣壓力的作用，較細(xì)顆粒能夠迅速“鉆隙”，具有相對(duì)較高的向下運(yùn)動(dòng)的速率，最終能夠形成粗、重顆粒作為較細(xì)顆粒的骨架，較細(xì)顆粒充填在骨架中間。該階段濾布上層會(huì)形成以顆粒為結(jié)構(gòu)的過濾層，濾布和顆粒形成的過濾層會(huì)導(dǎo)致過濾餅阻力的增大，過濾速率會(huì)相應(yīng)的降低[3]。加壓過濾發(fā)生在過濾的第三環(huán)節(jié)，通過對(duì)第一環(huán)節(jié)自然沉降和大氣壓作用下形成的結(jié)果增加ΔP的壓縮空氣壓力作用，增加過濾的動(dòng)力，提高更細(xì)顆粒繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng)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(dāng)煤泥水通過加壓水平過濾裝置的承壓區(qū)域內(nèi)時(shí)，由于此時(shí)沒有加壓，顆粒會(huì)在重力與大氣壓的作用下進(jìn)行主動(dòng)沉降，粗重顆粒會(huì)率先達(dá)到濾布的上端，形成濾餅的最底端。當(dāng)給料結(jié)束后，通過氣泵將壓縮氣體打入到穩(wěn)壓罐內(nèi)，穩(wěn)壓罐閥門打開，壓縮氣體與大氣壓之間會(huì)形成壓力差，增加過濾的動(dòng)能，由于剛開始時(shí)懸浮液濃度相對(duì)較低，濾餅同濾布之間形成的過濾阻力較小，細(xì)小顆粒會(huì)有較大的過濾速率，隨著細(xì)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(xì)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(xì)顆粒的濾餅[4]。這一過程不斷重復(fù)進(jìn)行，當(dāng)濾餅達(dá)到一定程度后，通過電機(jī)帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)，濾餅到達(dá)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(duì)其進(jìn)行高壓水沖洗，能夠循環(huán)往復(fù)使用。

3 同忻選煤廠優(yōu)化改造應(yīng)用

同忻選煤一廠設(shè)有兩個(gè)直徑40 m的濃縮機(jī)（一用一備），小時(shí)處理煤泥能力為200 t，3 臺(tái)傳統(tǒng)過濾機(jī)，合計(jì)小時(shí)處理煤泥能力為180 t，按照設(shè)計(jì)小時(shí)帶煤量2 000 t，細(xì)煤泥含量8.5%計(jì)算，每小時(shí)產(chǎn)生的煤泥量為170 t，如果有1 臺(tái)過濾機(jī)故障停機(jī)，或者遇火成巖細(xì)煤泥含量增多，煤泥系統(tǒng)處理能力不足和傳統(tǒng)過濾機(jī)細(xì)煤泥處理效果差的弊端就會(huì)暴露出來，嚴(yán)重制約生產(chǎn)。

為了不影響生產(chǎn)，在主廠房原變配電室北側(cè)新建空壓機(jī)房及配電室聯(lián)合建筑，待新空壓機(jī)房正常使用后拆除原空壓機(jī)房及儲(chǔ)氣罐，并在原空壓機(jī)房位置新建加壓過濾設(shè)備車間，同時(shí)在新建加壓過濾設(shè)備車間北側(cè)新建煤泥卸載站，701 帶式輸送機(jī)機(jī)尾后延，改造原主廠房514 濾餅刮板輸送機(jī)。全廠細(xì)煤泥可以落入后延的701 帶式輸送機(jī)進(jìn)入產(chǎn)品倉(cāng)，也可以落入新增的煤泥出廠帶式輸送機(jī)經(jīng)轉(zhuǎn)載進(jìn)入新建煤泥卸載站單獨(dú)落地，增加了工藝系統(tǒng)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(jī)分選，50～1.5 mm 末煤采用三產(chǎn)品重介旋流器分選，1.5～0.15 mm 粗煤泥采用螺旋分選機(jī)分選，0.15～0 mm 細(xì)煤泥采用加壓過濾機(jī)+板框壓濾機(jī)聯(lián)合脫水回收。同時(shí)，將細(xì)煤泥下料溜槽進(jìn)行改造，使一、二廠細(xì)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(jù)需要靈活調(diào)整。改造完成后煤泥水系統(tǒng)原則流程如圖1 所示。

圖1 煤泥水系統(tǒng)原則流程圖

4 結(jié)語(yǔ)

通過分析加壓過濾成餅的過程，利用加壓過濾裝置對(duì)同忻選煤廠進(jìn)行過濾系統(tǒng)的改造，與傳統(tǒng)過濾系統(tǒng)進(jìn)行比對(duì)效果分析（見表1），加壓過濾裝置在理論基礎(chǔ)、工作原理、實(shí)踐應(yīng)用上都有著很大的優(yōu)勢(shì)，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(tǒng)的運(yùn)行效率，也同時(shí)為今后研究更加高效、連續(xù)、可靠的脫水設(shè)備打下了基礎(chǔ)，能夠更好地促進(jìn)潔凈煤的發(fā)展，提高資源回收利用率。

表1 過濾結(jié)果對(duì)比