湯義春，桂洋洋，朱再勝，丁光耀，殷志杰，吳大為

(1.北京國華科技集團(tuán)有限公司，北京 101300；2.淮南礦業(yè)(集團(tuán))公司 潘集選煤廠，安徽 淮南 232001)

1 概 述

隨著煤炭市場競爭的日趨激烈，用戶對煤炭產(chǎn)品質(zhì)量的要求越來越嚴(yán)格[1-2]。精煤產(chǎn)品水分是最主要的質(zhì)量指標(biāo)之一，選煤廠浮選精煤在精煤產(chǎn)品中的比例一般在15%～30%之間[2-4]。處理浮選精煤最常用的脫水設(shè)備是精煤壓濾機(jī)，但我國精煤壓濾機(jī)濾餅水分約為25%，個別選煤廠甚至達(dá)到30%[5-6]。浮選精煤攜帶的水量占銷售精煤產(chǎn)品水分的40%～60%[7-8]。因此，浮選精煤的脫水效果是決定精煤產(chǎn)品水分的關(guān)鍵[8]。

雖然加壓過濾存在著設(shè)備價格較貴、基建投資費用較高、維修工作量較大、電力消耗較多等缺點，但多年來，它也廣泛應(yīng)用于浮選精煤脫水，在生產(chǎn)中表現(xiàn)出諸多優(yōu)點，如其脫水技術(shù)先進(jìn)，工藝過程全自動，濾餅松散且水分較低，能夠較為均勻地?fù)饺胱罱K精煤產(chǎn)品中，較好地解決了倉儲、放料、外運水分高的問題[9-10]。

2 GPJ-120型加壓過濾機(jī)的結(jié)構(gòu)、工作原理及技術(shù)特點

2.1 結(jié)構(gòu)

加壓過濾系統(tǒng)由加壓過濾機(jī)主機(jī)、輔機(jī)、管道及閥門組成，其中加壓過濾機(jī)主機(jī)主要由盤式過濾機(jī)、加壓倉、排料裝置、輸送機(jī)、液壓系統(tǒng)及電控系統(tǒng)組成; 輔機(jī)主要由高低壓風(fēng)機(jī)、加壓過濾機(jī)入料泵及變頻器、氣水分離器等組成[11-13]。

2.2 工作原理

將1臺圓盤過濾機(jī)置于封閉的加壓倉內(nèi)，從而組成了加壓過濾機(jī)，圓盤過濾機(jī)落料槽下有刮板輸送機(jī)，在機(jī)頭處裝有排料裝置。煤漿由入料泵給入到過濾機(jī)的槽體中，加壓倉內(nèi)充進(jìn)一定壓力的壓縮空氣，在濾盤上，通過分配閥與通大氣的氣水分離器形成壓差，在加壓倉內(nèi)的內(nèi)壓力作用下，槽體內(nèi)的液體通過浸入煤漿中的過濾介質(zhì)排出，而固體顆粒被收集到過濾介質(zhì)上形成濾餅；隨著濾盤的旋轉(zhuǎn)，濾餅經(jīng)過干燥后，到分配閥的卸料區(qū)卸落到刮板輸送機(jī)上，由刮板輸送機(jī)收集到排料裝置中；這樣連續(xù)地運行，當(dāng)濾餅達(dá)到一定儲量后，由排料裝置間歇排出機(jī)外，整個工作過程自動進(jìn)行[14-16]。

2.3 技術(shù)特點

(1)產(chǎn)品水分低。加壓過濾機(jī)生成的濾餅較薄，進(jìn)而減小了水體通過阻力，使產(chǎn)物水分得到大幅度降低，浮選精煤濾餅水分一般在20%左右。

(2)連續(xù)工作。加壓過濾機(jī)可以連續(xù)工作，排料裝置卸料間歇時間短，有利于浮選精煤和重介精煤的混合。

(3)操作自動化。工作步驟和程序雖然復(fù)雜，但設(shè)備啟動、運轉(zhuǎn)、停止等均由計算機(jī)控制，液位、料位可自動調(diào)整，運轉(zhuǎn)情況通過監(jiān)控室的屏幕實時顯示，為實現(xiàn)智能化操作創(chuàng)造了條件[17]。

3 潘集選煤廠浮選工藝流程

潘集選煤廠為設(shè)計年入選12.0 Mt原料煤的特大型礦區(qū)型煉焦煤選煤廠，該廠工藝流程為：50～0.5 mm粒級原料煤采用無壓三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器分選，粗煤泥采用煤泥重介質(zhì)旋流器分選，煤泥浮選(粗選、精選)。浮選精煤采用加壓過濾機(jī)脫水，尾煤濃縮后壓濾回收，實現(xiàn)了一級洗水閉路循環(huán)。該廠選用6臺GPJ-120型加壓過濾機(jī)處理浮選精煤，其浮選工藝流程見圖1。

圖1 潘集選煤廠浮選生產(chǎn)系統(tǒng)工藝流程示意

精煤泥弧形篩篩下水用泵輸送至浮選系統(tǒng)，首先進(jìn)入礦漿預(yù)處理器，然后由粗選浮選機(jī)進(jìn)行粗選；粗選精煤再經(jīng)精選浮選機(jī)進(jìn)行精選，精選精煤由泵輸送至加壓過濾機(jī)脫水，脫水后的濾餅經(jīng)刮板輸送機(jī)轉(zhuǎn)載進(jìn)入精煤產(chǎn)品膠帶輸送機(jī)，其濾液返回精選浮選機(jī)。

4 加壓過濾機(jī)的脫水工藝指標(biāo)

為詳盡掌握加壓過濾機(jī)的工藝特性，對潘集選煤廠GPJ-120型加壓過濾機(jī)進(jìn)行了工業(yè)性試驗。

加壓過濾機(jī)屬固液分離設(shè)備，其產(chǎn)物產(chǎn)率按濃度平衡原則進(jìn)行計算。

a——入料百分濃度，%；

b——濾餅百分濃度，%；

c——濾液百分濃度，%。

由以上得：

γ固為濾餅的固體產(chǎn)率(又稱脫水產(chǎn)物固體回收率)：

則得：γ固=89.16%，這表征濾餅所攜帶的固體占入料的89.16%，而濾液所攜帶的10.84%固體又進(jìn)入精選浮選機(jī)，成為了煤泥循環(huán)量。

脫水率為濾液所攜帶的水量占入料的百分比值，脫水率的計算式為：

則得：加壓過濾機(jī)脫水率=93.86%。

脫水作業(yè)綜合指標(biāo)脫水效率的計算式為：

脫水效率ητ=脫水產(chǎn)物固體回收率+

脫水率-100%

(4)

則得：脫水效率ητ=89.16%+93.86%-100%=83.02%。

由于此次試驗的濾餅水分較低，而且濾液濃度也較低，所以《選煤廠—脫水設(shè)備工藝效果評定方法》(MT/T 995—2006)中所列的脫水產(chǎn)物水分、脫水產(chǎn)物固體回收率、脫水率和脫水效率4項指標(biāo)都是令人滿意的。加壓過濾機(jī)脫水工藝指標(biāo)見表1。

5 加壓過濾機(jī)濾餅降灰幅度

因為濾液中攜帶的多數(shù)是灰分較高的細(xì)粒，所以作為浮選精煤脫水設(shè)備的加壓過濾機(jī)兼有脫泥降灰作用。為了確定加壓過濾機(jī)的濾餅降灰程度，進(jìn)行了14次入料與濾餅灰分對照試驗測定(見表2)，并根據(jù)測定結(jié)果繪制了降灰頻數(shù)圖(見圖2)。14次試驗的入料平均灰分為11.26%，濾餅平均灰分為10.47%，絕對降灰平均值0.79個百分點，相對降灰平均值為7.02%；絕對降灰頻數(shù)多在降灰絕對值0.2～ 1.0個百分點區(qū)間，更主要集中在0.6～1.0個百分點區(qū)間。

表1 加壓過濾機(jī)脫水工藝指標(biāo)

表2 加壓過濾機(jī)降灰數(shù)據(jù)

圖2 濾餅降灰頻數(shù)

需要指出的是，濾餅降灰程度還與濾液濃度有關(guān)，當(dāng)濾液濃度高時，降灰幅度大；反之，降灰程度小。而濾液濃度與濾布使用時間、破損程度有關(guān)。濾液濃度越高，煤泥進(jìn)入精選浮選機(jī)的循環(huán)量就越大，必然影響分選精度。因此，人為采用增大濾液濃度來提高濾餅降灰幅度的措施，在工藝上并不可取。

6 加壓過濾機(jī)的分級作用

6.1 粒度分析

加壓過濾入料、濾餅、濾液及計算入料的粒度組成見表3。根據(jù)表3數(shù)據(jù)作以下簡要分析：

(1)無論是實際入料、計算入料，還是濾液、濾餅中，隨著粒徑變小，灰分隨之增高的趨勢是明顯的。并且小于0.045 mm細(xì)泥產(chǎn)率最大，是主導(dǎo)粒級?？傮w上講，均是粒度偏細(xì)，這也是濾餅水分高于20%的原因之一。

(2)入料和濾餅的粒度組成相近，但濾餅中小于0.045 mm細(xì)泥產(chǎn)率卻高于入料1.67個百分點。

(3)該廠加壓過濾機(jī)的濾布孔徑為0.15 mm(100 網(wǎng)目)，濾液中大于0.15 mm粒級產(chǎn)率為12.02%，這是濾布孔徑變形或破損造成的。

(4)濾餅各粒級灰分均略低于計算入料中相應(yīng)粒級灰分，但濾液中各粒級灰分卻明顯高于計算入料中相應(yīng)粒級的灰分。并且隨著粒徑減小，差值越明顯(見圖3)，而且細(xì)粒級在濾液中的比例也隨之增大，這是濾餅降灰的一個主要原因。

圖3 各粒級在濾餅中的降灰幅度

6.2 次生泥化增量

從理想角度出發(fā)，濾液攜帶出相當(dāng)數(shù)量的小于0.045 mm細(xì)泥后，濾餅中的該粒級產(chǎn)率必定小于實際入料中小于0.045 mm細(xì)泥的產(chǎn)率。其實不然，濾餅中該粒級產(chǎn)率高于實際入料1.67個百分點。

計算入料中小于0.045 mm細(xì)泥產(chǎn)率為39.02%，與實際入料中該粒級產(chǎn)率36.81%相比，潘集選煤廠加壓過濾機(jī)作業(yè)，次生泥化絕對增量為2.21個百分點，相對增量為6.03%。

浮選機(jī)精選泡沫由泵輸送到加壓過濾機(jī)，該泵的葉輪轉(zhuǎn)速約為1 500 r/min，葉輪強(qiáng)烈攪拌，是產(chǎn)生次生泥化的主要原因。

6.3 分級情況

由于濾餅和濾液粒度組成的粗、細(xì)程度不同，加壓過濾機(jī)可能存在分級情況。判定此分級情況，可從兩個方面來定量評定。

(1)分配率。所謂濾液各粒級分配率就是濾液中各粒級產(chǎn)率與計算入料中相應(yīng)粒級的百分比值。濾液中各粒級分配率見表4。

表3 實際入料、濾餅、濾液及計算入料的粒度組成

表4 濾液中各粒級的分配率

從表4數(shù)據(jù)可看出，以濾布孔徑0.15 mm為分界點，大于0.15 mm的3個粒級分配率小于10%；小于0.15 mm的4個粒級分配率最多不超過12.50%，隨粒級變細(xì)，各粒級分配率有增高的趨勢，但增幅相當(dāng)平緩。

(2)分級效率。濾液的分級效率是指濾液中細(xì)粒正配效率與粗粒誤配效率之差值。若以計算入料中產(chǎn)率為41.20%、灰分為9.09%的大于0.075 mm為粗粒，以產(chǎn)率為58.80%、灰分為11.61%的小于0.075 mm為細(xì)粒。細(xì)粒正配效率為濾液中小于0.075 mm各粒級產(chǎn)率之和與計算入料中相應(yīng)各粒級產(chǎn)率之和的百分比值。

粗粒誤配效率為濾液中大于0.075 mm各粒級產(chǎn)率之和與計算入料中相應(yīng)各粒級產(chǎn)率之和的百分比值：

則：分級效率=12.31%-9.68%=2.63%。

這說明加壓過濾機(jī)對于粗、細(xì)顆粒的分級效果極其微弱。

7 結(jié) 語

對潘集選煤廠用于浮選精煤脫水的GPJ-120型加壓過濾機(jī)進(jìn)行的工業(yè)性試驗表明，當(dāng)測定的濾餅水分為21.76%時，脫水率為93.86%，即濾餅中殘留水量僅為入料中的6.14%；當(dāng)測定的濾液濃度為2.78%時，脫水產(chǎn)物固體回收率為89.16%，即濾液中攜帶的煤泥量為入料中的10.84%，這些煤泥又返回精選浮選機(jī)進(jìn)行循環(huán)。

鑒于濾液中攜帶的煤泥灰分遠(yuǎn)高于入料灰分，因此濾餅灰分相應(yīng)要降低。14次對比測定表明，濾餅絕對降灰平均值為0.79個百分點，相對降灰平均值為7.02%。

試驗所測定的加壓過濾機(jī)次生細(xì)泥(小于0.045 mm)絕對增量為2.21個百分點，相對增量為6.03%。數(shù)據(jù)分析還表明，加壓過濾機(jī)對粗、細(xì)顆粒的分級效率非常微弱。