板框廂式隔膜壓濾機(jī)
引言
隨著機(jī)械化采煤程度的提高以及煤炭資源開(kāi)采條件的 惡 化，原 煤 逐 漸 向 著“細(xì)、泥、粘”的 方向發(fā)展，給選煤廠煤泥水處理造成很大的困難，尤其是細(xì)粒煤的脫水問(wèn)題。目前選煤行業(yè)普遍應(yīng)用的細(xì)粒煤脫水設(shè)備有廂式壓濾機(jī)、加壓過(guò)濾機(jī)、沉降過(guò)濾式離心機(jī)等。廂式壓濾機(jī)具有單位能耗低的優(yōu)點(diǎn)，但是其處理能力低、產(chǎn)品水分高;加壓過(guò)濾機(jī)具有處理量大、產(chǎn)品水分低的優(yōu)點(diǎn)，但是能耗高、檢修量大;沉降式過(guò)濾機(jī)處理后的濾液不澄清，不能作為最終的脫水設(shè)備。這些脫水設(shè)備各具特色，但也均有其局限性。立式板框壓濾機(jī)就是基于上述設(shè)備的不足而研發(fā)的一種新型細(xì)粒物料脫水設(shè)備。現(xiàn)有的立式板框壓濾機(jī)主要用于冶金、化 工、食品、制藥、環(huán)保等領(lǐng)域，它具有脫水效率高、產(chǎn)品水分低、處理量大、濾液澄清的優(yōu)點(diǎn)。為研究立式板框壓濾機(jī)對(duì)細(xì)粒煤的脫水效果，對(duì)廂式壓濾機(jī)與立式板框壓濾機(jī)工作原理、結(jié)構(gòu)和工作過(guò)程及過(guò)濾脫水過(guò)程進(jìn)行了分析，并對(duì)二者在梁北選煤廠實(shí)際生產(chǎn)中的精煤脫水效果進(jìn)行了對(duì)比，以為立式板框壓濾機(jī)在細(xì)粒煤脫水中的應(yīng)用提供參考。
1工作原理廂式壓濾機(jī)和立式壓濾機(jī)工作原理大致相同，均是通過(guò)入料泵將待脫水煤泥水壓入到由兩塊相鄰濾板和濾布形成的密閉濾室內(nèi)，利用濾布兩側(cè)的壓力差，使濾液透過(guò)濾布通過(guò)泄水孔排出，而濾餅則被截留在濾室內(nèi)，以此來(lái)脫除煤泥的水分。為了進(jìn)一步降低壓濾煤泥的水分，壓濾機(jī)還設(shè)置了膈膜擠壓脫水、風(fēng)干脫水的輔助脫水環(huán)節(jié)。整個(gè)過(guò)濾脫水過(guò)程可分為進(jìn)料過(guò)濾脫水、膈膜擠壓脫水、風(fēng)干脫水三個(gè)階段:(1)進(jìn)料過(guò) 濾 脫 水 階 段。該階段通過(guò)入料泵將煤泥水泵入密閉濾室內(nèi)，由煤泥泵的揚(yáng)程提供濾布兩側(cè)的壓力差，并以此為動(dòng)力實(shí)現(xiàn)濾液的過(guò)濾。隨著濾餅的增厚，過(guò)濾阻力不斷增大，濾布兩側(cè)的壓力差不斷降低，當(dāng)入料泵產(chǎn)生的壓力和濾餅的過(guò)濾阻力平衡時(shí)，停止進(jìn)料;此時(shí)濾餅內(nèi)煤泥顆粒相互支撐，形成了相對(duì)穩(wěn)定的毛細(xì)管，毛細(xì)管中仍然存在水分，但此時(shí)濾餅不再受到擠壓，進(jìn)料過(guò)濾過(guò)程結(jié)束。(2)膈膜擠 壓 脫 水 階 段。該階段是利用膈膜產(chǎn)生的二維變向剪切壓力來(lái)完成過(guò)濾脫水。本階段是通過(guò)改變煤泥顆粒間的空間結(jié)構(gòu)，脫除煤泥顆粒間的毛細(xì)水。該過(guò)程是借助彈性隔膜在濾板側(cè)的變形產(chǎn)生二維變向剪切壓力，進(jìn)而擠壓毛細(xì)管使毛細(xì)管變細(xì)，進(jìn)一步脫除濾餅中的水分。(3)風(fēng)干脫 水 階 段。本階段是采用高壓強(qiáng)空氣流穿過(guò)濾餅顆粒間形成的毛細(xì)管，置換出顆粒間的毛細(xì)水，從而完成風(fēng)干脫水過(guò)程。
2結(jié)構(gòu)與工作過(guò)程
2.1廂式壓濾機(jī)廂式壓濾機(jī)主要由機(jī)架部分、拉板部分、過(guò)濾部分、液壓部分、電器部分組成，如圖1所示。
廂式壓濾機(jī)工作過(guò)程可分為進(jìn)料過(guò)濾、反吹、膈膜擠壓脫水、風(fēng)干脫水、卸餅幾個(gè)過(guò)程。
(1)煤泥水由入料泵通過(guò)中心孔給入并排的濾板和濾布組成的密閉濾室空間(圖2(a) ) ，并利用濾布兩側(cè)的壓力差進(jìn)行脫水，直至整個(gè)進(jìn)料過(guò)濾過(guò)程結(jié)束，如圖2(b)所示。
(2)通過(guò)給料管反向吹入空氣，排 出 滯 留 在中心孔中的煤泥水，如圖2(c)所示。
(3)通過(guò)濾板上的進(jìn)氣孔通入壓縮空氣，使濾板上的膈膜變形，利用其產(chǎn)生的剪切力破壞煤泥顆粒形成的支架結(jié)構(gòu)，擠壓出毛細(xì)管中的水，并為下一步風(fēng)干脫水準(zhǔn)備條件，如圖2(d)所示。
(4)通過(guò)給料管通入高壓壓縮空氣，使 高 壓氣體通過(guò)濾餅、濾布和濾液孔排出。通過(guò)高壓風(fēng)的風(fēng)干作用進(jìn)一步降低濾餅中的水分，如 圖2(e)所示。
(5)當(dāng)風(fēng)干 過(guò) 程 完 成 后，兩個(gè)相鄰的濾板分開(kāi)，壓濾好的濾餅靠自身的重力作用脫離濾布形成最終產(chǎn)品，如圖2(f)所示。
2.2立式板框壓濾機(jī)立式板框壓濾機(jī)主要由壓濾機(jī)主體、高壓循環(huán)水站、高壓風(fēng)站、液壓系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)、自動(dòng)糾偏裝置、濾布清洗系統(tǒng)等組成，如圖3所示。
式板框壓濾機(jī)與廂式壓濾機(jī)最大的不同在于濾板的安裝方式，立式板框壓濾機(jī)的濾板是水平布置的，而廂式壓濾機(jī)的濾板則是垂直布置。雖濾板的安裝方式不同，但其工作過(guò)程基本相同。立式板框壓濾機(jī)的工作過(guò)程(圖4)如下［3］:
(1)首先是疊層的濾板重疊壓緊，由 下 濾 板上側(cè)面和上濾板下側(cè)膈膜形成密閉濾室，入料泵將煤泥水由膈膜板兩側(cè)的入料口，給入到密閉濾室內(nèi)，并利用濾布兩側(cè)的壓力差進(jìn)行脫水，直至整個(gè)進(jìn)料過(guò)濾過(guò)程結(jié)束，如圖4(a)所示。
(2)進(jìn)料過(guò) 濾 結(jié) 束 后，泵送擠壓水通過(guò)膈膜板上的入水孔給入到膈膜上腔，使膈膜向?yàn)V餅側(cè)壓縮，通過(guò)膈膜的擠壓作用將濾餅中的毛細(xì)水?dāng)D壓排出，如圖4(b)所示。
(3)通過(guò)膈膜板一側(cè)進(jìn)料孔再次通入高壓空氣，讓氣體充滿整個(gè)過(guò)濾腔，使膈膜形變恢復(fù)，將膈膜上的擠壓水排出過(guò)濾機(jī)，并通過(guò)濾餅的氣流攜帶出毛細(xì)水分，使濾餅的水分進(jìn)一步降低，如圖4(c)所示。
(4)當(dāng)脫水過(guò)程完成后，板 框 組 件 打 開(kāi)，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)濾布運(yùn)行，濾餅隨濾布從壓濾機(jī)兩邊卸出，如圖4(d)所示。
3過(guò)濾脫水過(guò)程分析綜上可知，廂式壓濾機(jī)和立式板框壓濾機(jī)的工作機(jī)理基 本 相 同，固液分離過(guò)程均是經(jīng)歷進(jìn)料過(guò)濾、膈膜擠壓脫水和風(fēng)干脫水三個(gè)階段。但是，由于立式板框壓濾機(jī)的結(jié)構(gòu)有所改變，因此其過(guò)濾效果發(fā)生了根本性改變。
3.1進(jìn)料過(guò)濾過(guò)程分析
3.1.1廂式壓濾機(jī)進(jìn)料過(guò)濾過(guò)程
(1)對(duì)圖5前半段某點(diǎn)做切線a，對(duì)曲線后半段做切線b，可以得出切線a的斜率明顯比切線b的斜率大，這說(shuō)明進(jìn)料過(guò)程前期過(guò)濾速度快而后期過(guò)濾速度慢。(2)對(duì)進(jìn)料20min和進(jìn)料10min時(shí)的進(jìn)料量進(jìn)行分析可以得出，進(jìn)料結(jié)束時(shí)的進(jìn)料量為5000kg，而 進(jìn) 料 到10min時(shí) 進(jìn) 料 量 就 達(dá) 到 了4250kg，已達(dá)到全部進(jìn)料量的85%。由 此 分 析，10min前入料泵做功主要用于脫水，而 后10min入料泵做功主要用于克服濾布和濾餅造成的過(guò)濾阻力。如果廂式壓濾機(jī)省去后半部分，就會(huì)產(chǎn)生物料不滿、產(chǎn)品水分高的問(wèn)題。也就是說(shuō)如果能解決這個(gè)問(wèn)題，就能提高壓濾機(jī)的工作效率。
3.1.2立式板框壓濾機(jī)進(jìn)料過(guò)濾過(guò)程基于廂式壓濾機(jī)在進(jìn)料過(guò)程中的不足，立式板框壓濾機(jī)采取了增大濾室和擴(kuò)大膈膜彈性變形及自由度的設(shè)計(jì)理念。立式板框壓濾機(jī)的濾板采用了以316L不銹鋼為骨架，以復(fù)合材料PP為襯板的結(jié)構(gòu)，增加了濾板的強(qiáng)度，從而為擴(kuò)大濾室、增大工作壓力提供了前提。此外，立式板框壓濾機(jī)的膈膜材質(zhì)采用了改性橡膠，這樣可以為膈膜提供更大的自由度。由于增大了膈膜的自由度，那么在進(jìn)料過(guò)濾階段就可以縮短進(jìn)料的時(shí)間，不必在達(dá)到給料壓力與過(guò)濾阻力平衡時(shí)再停止進(jìn)料，只需過(guò)濾阻力達(dá)到一定程度即可停止入料，進(jìn)料未滿造成的高水分可通過(guò)大自由度隔膜的擠壓作用排出，這樣既能提高工作效率，又降低了能量消耗。此外，由于濾室的增大，也保證了單個(gè)循環(huán)的處理量。
3.2濾布的自清洗設(shè)計(jì)壓濾機(jī)的濾液都是通過(guò)濾布排出的，濾布的過(guò)濾阻力是決定其脫水效果的一個(gè)因素。在過(guò)濾過(guò)程中，濾布上會(huì)粘附一層粘細(xì)物料，這部分物料會(huì)增加濾布的過(guò)濾阻力，這是壓濾機(jī)在使用中脫水效果越來(lái)越差的原因。基于這個(gè)原因，立式壓濾機(jī)的濾布采用了循環(huán)往復(fù)式定位設(shè)計(jì)，可以正反面同時(shí)利用。立式壓濾機(jī)濾布布置情況如圖6所示。
由圖6可以看出，當(dāng)壓濾第一板時(shí)A面為正面，B面為反面，當(dāng)再次壓濾，濾布由C點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到D點(diǎn)，定位走一個(gè)濾板加輥筒的長(zhǎng)度時(shí)，B面為正面、A面為反面。此時(shí)進(jìn)料過(guò)濾，濾液促使A面上粘附的細(xì)顆粒隨著濾液排出，濾布得到自清洗。這種設(shè)計(jì)可保證濾布在整個(gè)工作過(guò)程中始終保持較低的過(guò)濾阻力狀態(tài)，從而有利于提高脫水效率。
3.3煤泥的粒度分布由圖2(a)可知，廂式壓濾機(jī)的濾室是垂直的，因此其濾餅內(nèi)部的粒度分布是均勻的。也就是說(shuō)，其中的細(xì)顆粒和粗顆粒接觸濾布的幾率是相同的，那么細(xì)顆粒接觸濾布的幾率就與其所占比例成線性關(guān)系，當(dāng)細(xì)顆粒粘附在濾布上時(shí)，就增加了濾布的過(guò)濾阻力，增加了脫水難度。由圖3可知，立式板框壓濾機(jī)的濾室是水平的，由于重力的作用，會(huì)形成粗顆粒在下而細(xì)顆粒在上的分布特點(diǎn)，粗顆粒會(huì)首先形成骨架結(jié)構(gòu)，將細(xì)顆粒截留其上，這就降低了細(xì)顆粒物料接觸濾布的幾率，從而大大降低了過(guò)濾比阻，提高了脫水效率。
3.4風(fēng)干過(guò)程分析由圖2(e)可知，在廂式壓濾機(jī)的風(fēng)干階段，高壓氣體通過(guò)中心入料孔給入，由泄水孔排出。由風(fēng)的走向可以得出，大部分高壓風(fēng)只吹到了濾布的表面，而不能有效吹入濾餅內(nèi)部，因而不能完全起到氣排水的作用。然而，立式板框壓濾機(jī)的高壓風(fēng)首先占據(jù)濾餅上方 膈 膜 變 形 的 空 間，然后再透過(guò)整個(gè)濾餅。這就使得高壓氣體從濾餅的上側(cè)吹到濾餅的下側(cè)，完成整個(gè)氣 排 水 的 過(guò) 程。因 此，立式板框壓濾機(jī)氣排水的作 用 更 強(qiáng)，脫 水 效 率 更 高，產(chǎn) 品 水 分 更低。
3.5立式板框壓濾機(jī)的優(yōu)點(diǎn)通過(guò)以上分析，可以得出立式板框壓濾機(jī)在細(xì)粒物料脫水方面的優(yōu)勢(shì):(1)立式板框壓濾機(jī)的擴(kuò)大濾室和增大膈膜的設(shè)計(jì)，提高了處理量，節(jié)約了能耗，降低了物料的水分。(2)立式壓濾機(jī)濾布的走動(dòng)式定位設(shè)計(jì)，起到了自清洗濾布的作用，降低了濾布的過(guò)濾阻力，提高了過(guò)濾機(jī)的脫水效率。(3)濾板水平布置可使物料形成下粗上細(xì)的粒度分布，降低了細(xì)粒物料堵塞濾布的概率，有利于濾餅的脫除，有利于提高脫水效率。(4)濾板水平布置可為風(fēng)干脫水創(chuàng)造良好的條件，提高風(fēng)干脫水的效果。
4立式板框壓濾機(jī)應(yīng)用效果
梁北選煤廠是隸屬于河南省神火集團(tuán)煤電股份有限責(zé)任公司的一座礦井型選煤廠，設(shè) 計(jì) 能 力 為0.9Mt/a。選煤廠采用脫泥有壓給料三產(chǎn)品重介旋流器分選+粗 煤 泥TBS回 收+煤 泥 浮 選+浮 選 精煤加壓過(guò)濾機(jī)回收+尾煤壓濾機(jī)回收的聯(lián)合流程。選煤廠入選原煤的突出特點(diǎn)是粒度特別細(xì)，原煤中＜0.5mm粒級(jí)原生煤泥的含量為40.37%，再加上次生煤泥 量，煤泥含量達(dá)到了50%以 上。由 于 煤泥含量大，導(dǎo)致選煤廠的生產(chǎn)工藝不穩(wěn)定、精煤水分偏高、脫水成本高等諸多問(wèn)題，因而嚴(yán)重困擾了選煤廠正常生產(chǎn)。為了解決 此 問(wèn) 題，梁北選煤廠在浮選精煤脫水環(huán)節(jié)引進(jìn)了1臺(tái)HVPF－120立式板框壓濾機(jī)。立式板框 壓 濾 機(jī) 安 裝 完 畢，經(jīng)調(diào)試后投入正常生產(chǎn)。生產(chǎn)實(shí)踐表明，該立式板框壓濾機(jī)在梁北選煤廠應(yīng)用效果良好。新引入的HVPF－120立式板框壓濾機(jī)與入選相同煤質(zhì)的泉店選煤廠浮選精煤脫水用250/1600－U廂式壓濾機(jī)的技術(shù)指標(biāo)對(duì)照表。與廂式壓濾機(jī)相比，立式板框壓濾機(jī)具有產(chǎn)品水分低、處理能力大、產(chǎn)品狀態(tài)松散的優(yōu)點(diǎn)，由其處理后的浮選精煤水分一般可穩(wěn)定在16%左右(最低可達(dá)14.78%) ，處理能力可以達(dá)到0.4t/(m2·h)。
5結(jié)語(yǔ)通過(guò)對(duì)廂式壓濾機(jī)和立式板框壓濾機(jī)工作原理、結(jié)構(gòu)與工作過(guò)程、過(guò)濾脫水過(guò)程進(jìn)行對(duì)比分析，得出了立式板框壓濾機(jī)在細(xì)粒物料脫水方面的優(yōu)勢(shì):擴(kuò)大濾室和增大膈膜設(shè)計(jì)，提高了處理量，節(jié)約了能耗，降低了物料 的 水 分;濾布走動(dòng)式定位設(shè)計(jì)，起到了自清洗濾布的作用，降低了濾布的過(guò)濾阻力，提高了脫水效率;濾板水平布置降低了濾布堵塞概率，有利于濾餅脫除與脫水效率的提高，并提高了風(fēng)干脫水效果。梁北選煤廠的生產(chǎn)實(shí)踐表明，立式板框壓濾機(jī)各項(xiàng)指標(biāo)均能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，由其處理后的浮選精煤水分一般可穩(wěn)定在16%左右(最低可達(dá)14.78%) ，處 理 能 力 可 達(dá)0.4t/(m2·h)。可見(jiàn)，立式板框壓濾機(jī)在細(xì)粒煤的脫水方面具有很好的適應(yīng)性。
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