煤泥水压滤脱水的规律研究

刘壮 何婷婷 马超 蒋延桂

摘 要：针对煤泥压滤存在的煤泥压滤循环周期长、压滤机处理量小、滤饼水分高等问题，本研究以公乌素高硫原煤为研究对象，利用实验室小型煤泥压滤装置，将入料性质（入料粒度组成、煤浆浓度）和操作参数（入料压力）3种主要影响因素的全部水平相互交叉组合进行试验，探究不同影响因素下压滤效果随过滤时间的变化规律，进而分析总结出煤泥水压滤脱水的动态规律。论文最后对课题存在的问题及未来发展作了分析与展望。

关键词：煤泥水；压滤；规律

1.研究背景

煤泥水压滤是选煤厂实现洗水闭路循环的关键环节。如果压滤机不能很好的适应入料煤泥水的性质，将会造成滤饼致密、透气性差、滤布堵塞等问题，进而引起压滤机的压滤周期过长、处理能力降低、滤饼水分过高等问题，严重影响选煤厂固液分离的效果及企业的经济效益。因此研究与总结影响压滤效果因素及其影响规律对于选煤厂压滤生产具有重要的指导意义[1] 。

作者以公乌素高硫原煤为研究对象，利用实验室小型煤泥压滤装置，将入料性质（入料粒度组成、煤浆浓度）和操作参数（入料压力）3种主要影响因素的全部水平相互交叉组合进行试验，探究不同影响因素下滤饼水分、脱水速度等随过滤时间的变化规律，进而分析总结出煤泥水压滤脱水的规律[2] 。

2.实验系统及方法

2.1 实验系统的搭建

本次研究针对国内选煤厂煤泥压滤脱水普遍存在的问题，在调研了大量的国内外有关于煤泥压滤脱水方面的文献，对煤泥压滤脱水理论与技术现状及未来压滤技术发展趋势有了较为全面的了解之后，为探索几个主要影响因素对压滤效果的影响规律，而建立了该压滤脱水系统[3]，如图2.1所示，系统实物图如图2.2所示。

2.2 试验煤样

试验煤样为乌海公乌素选煤厂高硫原煤，对原煤通过破碎、筛分，得到-0.074mm、-0.074mm～-0.125mm、-0.125mm～-0.3mm、-0.3mm～-0.5mm四种粒度级别的试验煤样。

3.试验研究及结论

3.1试验因素及水平

通过在压滤过程中，入料性质（入料的粒度组成、入料浓度）和入料压力等是影响压滤效果的主要变量。为更加系统全面的了解几种因素对压滤效果的影响规律，本研究将3种影响因素的全部水平相互交叉组合进行试验，试验因素及其水平如表3.1中所示。

3.2研究结论

通过本论文的研究，可以得出以下结论：

（1） 入料粒度组成对压滤效果的影响规律。在其他影响因素（入料浓度、入料压力）一定的情况下，入料粒度组成中细粒级（-0.074mm）含量越大，脱水速度越慢，压滤的时间越长，最终滤饼的水分越高，渗透率也越小。且入料粒度組成中-0.074mm粒度级所占比例为10%和30%时对压滤效果的影响与其他粒度组成的影响效果差别区分比较明显，在一定情况下，-0.074mm粒度级占60%、80%和100%时对压滤效果的影响差别开始变得不明显，即当细粒级含量达到一定程度时，继续增加其含量对压滤效果的影响差别不大。同种入料浓度下，入料压力越大，不同粒度组成对压滤效果的影响差别越大；同种入料压力下，入料浓度越大，不同粒度组成也对压滤效果的影响差别越大[4]。

（2） 入料浓度对压滤效果的影响规律。在其他影响因素（入料粒度组成、入料压力）一定的情况下，入料浓度越高，过滤的速度越快，压滤时间越短，最终滤饼的水分越低。低浓度时（200g/L）与高浓度（400g/L）滤饼水分随时间的变化规律不同，即入料浓度为200g/L滤饼水分变化率由慢逐渐变快，压滤速度达到最大值后又开始逐渐减慢，直至过滤结束滤饼水分变化率趋于零；而入料浓度为400g/L时，随后速度逐渐变慢，直至过滤的结束滤饼水分变化率趋于零。当入料压力相同的时候，随着入料粒度组成中细粒级（-0.074mm）含量的增加，两种浓度对压滤效果的影响差别由小变大，然后又逐渐变小；当入料粒度组成相同的时候，随着入料压力的增大，两种浓度对压滤效果（最终滤饼水分）的影响逐渐变小。

（3） 压力对压滤效果的影响规律。压力从0.2MPa到0.4MPa，出现拐点时滤饼水分下降很多，压力从0.4MPa到0.6MPa，滤饼水分下降相对较少，同时，压力从0.2MPa到0.4MPa和从0.4MPa到0.6MPa，脱水速度均有较大提高，表明压力达到一定程度后，继续增加压力，对最终滤饼水分影响并不大，但脱水速度仍会有明显提高。

（4） 综合考虑三种对压滤效果（最终滤饼水分和压滤时间）的影响因素，就影响程度大小而言，煤粒度组成影响最大（尤其是其中细粒级含量），入料压力的影响次之，而煤浆浓度的影响相对较小。

（5） 不同粒度组成和入料浓度下的最佳压力。因为在实际生产中入料性质一般很难改变，而入料压力的改变相对比较容易操作，所以为达到对产品要求的结果，往往需要通过改变入料压力做到。当入料粒度组成中细粒级含量较少时（10%左右），一般的入料压力都能达到较好的压力效果，故为节约生产成本，选择较低的入料压力；当入料粒度组成中细粒级含量增加到一定程度时（约30%～60%），入料浓度低的情况下选择较高的入料压力以降低压滤时间达到较高的生产效率，入料浓度高的情况下选择的入料压力小于等于入料浓度低的；当入料粒度组成中细粒级含量过高（>60%）时，低浓度的情况下继续提高入料压力对过滤效果的影响并不显著，故选择合适的入料压力即可，当高浓度时为达到较高的生产效率可以考虑较高的入料压力（>0.6MPa）。

3.3主要创新点及不足之处

本研究的主要创新点在于：

（1） 通过自行搭建的小型过滤装置系统的探究入料性质（煤浆浓度、粒度组成）与操作操作参数（过滤压力）对压滤效果（压滤时间、滤饼水分）的影响规律；

（2） 研究不同入料性质（煤浆浓度、粒度组成）和过滤压力下不同时间段内滤饼水分的变化规律，找出最佳的入料压力。

由于作者研究水平、时间条件有限，在使用了压滤脱水装置做了大量试验的基础上，实验仍存在一些尚未解决的问题，作者总结了可分为以下几点[5]：

（1） 压滤循环操作时间较长。虽然系统总体操作比较简单，保证了试验的可操作性和可行性，但是由于零部件较多，在拆卸清洗以及组装运行上会花费大量的时间，后期研究人员可以在本文研究的基础上改进或者研究出操作性更好、更有效、更简单的实验系统；

（2） 对压滤机理的研究不够透彻。由于研究时间有限，因此并未对滤饼做微观结构分析。

由于本研究诸多不完善的地方，需要在今后的研究工作中进一步改进，针对未解决的问题，今后的研究工作将主要从以下方面展开：

（1） 增加实验的入料压力，探究当细粒级含量较多时（-0.074mm粒级含量>80%）时能使压滤效果达到最佳的入料压力；

（2） 由于本课题中采用的煤样属于高变质程度的煤，即所研究的也只是高变质程度煤关于压滤影响的主要因素。所以需要增加对低变质程度煤压滤的相关研究。

（3） 对压滤所得到的滤饼进行微观结构分析，从根本上发掘煤泥水压滤影响因素的影响机理。

参考文献：

[1] 王瑞萍，侯伟中. 长期国际能源需求展望——煤炭的能源地位[J]. 科技情报开发与经济，2010（25）：118-120.

[2] 王慧. 洗煤生产过程中的煤泥水处理研究[J]. 能源与节能，2014（2）：155-157.张德友，周进.

[3] 中国压滤机行业现状和发展前景浅析[J]. 过滤与分离，2010（4）：39-42.

[4] 张明旭. 选煤厂煤泥水处理[M]. 徐州：中国矿业大学出版社，2005.

[5] 李佰云. 煤泥压滤性试验方法及应用[J]. 煤炭加工与综合利用.2001（3）：29—32.

作者简介：

刘壮，男（1991-），汉族，2016年毕业于中国矿业大学（北京），硕士学位，矿业工程专业，助理工程师。工作于韩城市能源局煤矿安全监察大队，现任办公室副主任。