GPJ-120型加压过滤机在潘集选煤厂的工艺效果

汤义春，桂洋洋，朱再胜，丁光耀，殷志杰，吴大为

(1.北京国华科技集团有限公司，北京 101300；2.淮南矿业(集团)公司 潘集选煤厂，安徽 淮南 232001)

1 概 述

随着煤炭市场竞争的日趋激烈，用户对煤炭产品质量的要求越来越严格[1-2]。精煤产品水分是最主要的质量指标之一，选煤厂浮选精煤在精煤产品中的比例一般在15%～30%之间[2-4]。处理浮选精煤最常用的脱水设备是精煤压滤机，但我国精煤压滤机滤饼水分约为25%，个别选煤厂甚至达到30%[5-6]。浮选精煤携带的水量占销售精煤产品水分的40%～60%[7-8]。因此，浮选精煤的脱水效果是决定精煤产品水分的关键[8]。

虽然加压过滤存在着设备价格较贵、基建投资费用较高、维修工作量较大、电力消耗较多等缺点，但多年来，它也广泛应用于浮选精煤脱水，在生产中表现出诸多优点，如其脱水技术先进，工艺过程全自动，滤饼松散且水分较低，能够较为均匀地掺入最终精煤产品中，较好地解决了仓储、放料、外运水分高的问题[9-10]。

2 GPJ-120型加压过滤机的结构、工作原理及技术特点

2.1 结构

加压过滤系统由加压过滤机主机、辅机、管道及阀门组成，其中加压过滤机主机主要由盘式过滤机、加压仓、排料装置、输送机、液压系统及电控系统组成; 辅机主要由高低压风机、加压过滤机入料泵及变频器、气水分离器等组成[11-13]。

2.2 工作原理

将1台圆盘过滤机置于封闭的加压仓内，从而组成了加压过滤机，圆盘过滤机落料槽下有刮板输送机，在机头处装有排料装置。煤浆由入料泵给入到过滤机的槽体中，加压仓内充进一定压力的压缩空气，在滤盘上，通过分配阀与通大气的气水分离器形成压差，在加压仓内的内压力作用下，槽体内的液体通过浸入煤浆中的过滤介质排出，而固体颗粒被收集到过滤介质上形成滤饼；随着滤盘的旋转，滤饼经过干燥后，到分配阀的卸料区卸落到刮板输送机上，由刮板输送机收集到排料装置中；这样连续地运行，当滤饼达到一定储量后，由排料装置间歇排出机外，整个工作过程自动进行[14-16]。

2.3 技术特点

(1)产品水分低。加压过滤机生成的滤饼较薄，进而减小了水体通过阻力，使产物水分得到大幅度降低，浮选精煤滤饼水分一般在20%左右。

(2)连续工作。加压过滤机可以连续工作，排料装置卸料间歇时间短，有利于浮选精煤和重介精煤的混合。

(3)操作自动化。工作步骤和程序虽然复杂，但设备启动、运转、停止等均由计算机控制，液位、料位可自动调整，运转情况通过监控室的屏幕实时显示，为实现智能化操作创造了条件[17]。

3 潘集选煤厂浮选工艺流程

潘集选煤厂为设计年入选12.0 Mt原料煤的特大型矿区型炼焦煤选煤厂，该厂工艺流程为：50～0.5 mm粒级原料煤采用无压三产品重介质旋流器分选，粗煤泥采用煤泥重介质旋流器分选，煤泥浮选(粗选、精选)。浮选精煤采用加压过滤机脱水，尾煤浓缩后压滤回收，实现了一级洗水闭路循环。该厂选用6台GPJ-120型加压过滤机处理浮选精煤，其浮选工艺流程见图1。

图1 潘集选煤厂浮选生产系统工艺流程示意

精煤泥弧形筛筛下水用泵输送至浮选系统，首先进入矿浆预处理器，然后由粗选浮选机进行粗选；粗选精煤再经精选浮选机进行精选，精选精煤由泵输送至加压过滤机脱水，脱水后的滤饼经刮板输送机转载进入精煤产品胶带输送机，其滤液返回精选浮选机。

4 加压过滤机的脱水工艺指标

为详尽掌握加压过滤机的工艺特性，对潘集选煤厂GPJ-120型加压过滤机进行了工业性试验。

加压过滤机属固液分离设备，其产物产率按浓度平衡原则进行计算。

a——入料百分浓度，%；

b——滤饼百分浓度，%；

c——滤液百分浓度，%。

由以上得：

γ固为滤饼的固体产率(又称脱水产物固体回收率)：

则得：γ固=89.16%，这表征滤饼所携带的固体占入料的89.16%，而滤液所携带的10.84%固体又进入精选浮选机，成为了煤泥循环量。

脱水率为滤液所携带的水量占入料的百分比值，脱水率的计算式为：

则得：加压过滤机脱水率=93.86%。

脱水作业综合指标脱水效率的计算式为：

脱水效率ητ=脱水产物固体回收率+

脱水率-100%

(4)

则得：脱水效率ητ=89.16%+93.86%-100%=83.02%。

由于此次试验的滤饼水分较低，而且滤液浓度也较低，所以《选煤厂—脱水设备工艺效果评定方法》(MT/T 995—2006)中所列的脱水产物水分、脱水产物固体回收率、脱水率和脱水效率4项指标都是令人满意的。加压过滤机脱水工艺指标见表1。

5 加压过滤机滤饼降灰幅度

因为滤液中携带的多数是灰分较高的细粒，所以作为浮选精煤脱水设备的加压过滤机兼有脱泥降灰作用。为了确定加压过滤机的滤饼降灰程度，进行了14次入料与滤饼灰分对照试验测定(见表2)，并根据测定结果绘制了降灰频数图(见图2)。14次试验的入料平均灰分为11.26%，滤饼平均灰分为10.47%，绝对降灰平均值0.79个百分点，相对降灰平均值为7.02%；绝对降灰频数多在降灰绝对值0.2～ 1.0个百分点区间，更主要集中在0.6～1.0个百分点区间。

表1 加压过滤机脱水工艺指标

表2 加压过滤机降灰数据

图2 滤饼降灰频数

需要指出的是，滤饼降灰程度还与滤液浓度有关，当滤液浓度高时，降灰幅度大；反之，降灰程度小。而滤液浓度与滤布使用时间、破损程度有关。滤液浓度越高，煤泥进入精选浮选机的循环量就越大，必然影响分选精度。因此，人为采用增大滤液浓度来提高滤饼降灰幅度的措施，在工艺上并不可取。

6 加压过滤机的分级作用

6.1 粒度分析

加压过滤入料、滤饼、滤液及计算入料的粒度组成见表3。根据表3数据作以下简要分析：

(1)无论是实际入料、计算入料，还是滤液、滤饼中，随着粒径变小，灰分随之增高的趋势是明显的。并且小于0.045 mm细泥产率最大，是主导粒级。总体上讲，均是粒度偏细，这也是滤饼水分高于20%的原因之一。

(2)入料和滤饼的粒度组成相近，但滤饼中小于0.045 mm细泥产率却高于入料1.67个百分点。

(3)该厂加压过滤机的滤布孔径为0.15 mm(100 网目)，滤液中大于0.15 mm粒级产率为12.02%，这是滤布孔径变形或破损造成的。

(4)滤饼各粒级灰分均略低于计算入料中相应粒级灰分，但滤液中各粒级灰分却明显高于计算入料中相应粒级的灰分。并且随着粒径减小，差值越明显(见图3)，而且细粒级在滤液中的比例也随之增大，这是滤饼降灰的一个主要原因。

图3 各粒级在滤饼中的降灰幅度

6.2 次生泥化增量

从理想角度出发，滤液携带出相当数量的小于0.045 mm细泥后，滤饼中的该粒级产率必定小于实际入料中小于0.045 mm细泥的产率。其实不然，滤饼中该粒级产率高于实际入料1.67个百分点。

计算入料中小于0.045 mm细泥产率为39.02%，与实际入料中该粒级产率36.81%相比，潘集选煤厂加压过滤机作业，次生泥化绝对增量为2.21个百分点，相对增量为6.03%。

浮选机精选泡沫由泵输送到加压过滤机，该泵的叶轮转速约为1 500 r/min，叶轮强烈搅拌，是产生次生泥化的主要原因。

6.3 分级情况

由于滤饼和滤液粒度组成的粗、细程度不同，加压过滤机可能存在分级情况。判定此分级情况，可从两个方面来定量评定。

(1)分配率。所谓滤液各粒级分配率就是滤液中各粒级产率与计算入料中相应粒级的百分比值。滤液中各粒级分配率见表4。

表3 实际入料、滤饼、滤液及计算入料的粒度组成

表4 滤液中各粒级的分配率

从表4数据可看出，以滤布孔径0.15 mm为分界点，大于0.15 mm的3个粒级分配率小于10%；小于0.15 mm的4个粒级分配率最多不超过12.50%，随粒级变细，各粒级分配率有增高的趋势，但增幅相当平缓。

(2)分级效率。滤液的分级效率是指滤液中细粒正配效率与粗粒误配效率之差值。若以计算入料中产率为41.20%、灰分为9.09%的大于0.075 mm为粗粒，以产率为58.80%、灰分为11.61%的小于0.075 mm为细粒。细粒正配效率为滤液中小于0.075 mm各粒级产率之和与计算入料中相应各粒级产率之和的百分比值。

粗粒误配效率为滤液中大于0.075 mm各粒级产率之和与计算入料中相应各粒级产率之和的百分比值：

则：分级效率=12.31%-9.68%=2.63%。

这说明加压过滤机对于粗、细颗粒的分级效果极其微弱。

7 结 语

对潘集选煤厂用于浮选精煤脱水的GPJ-120型加压过滤机进行的工业性试验表明，当测定的滤饼水分为21.76%时，脱水率为93.86%，即滤饼中残留水量仅为入料中的6.14%；当测定的滤液浓度为2.78%时，脱水产物固体回收率为89.16%，即滤液中携带的煤泥量为入料中的10.84%，这些煤泥又返回精选浮选机进行循环。

鉴于滤液中携带的煤泥灰分远高于入料灰分，因此滤饼灰分相应要降低。14次对比测定表明，滤饼绝对降灰平均值为0.79个百分点，相对降灰平均值为7.02%。

试验所测定的加压过滤机次生细泥(小于0.045 mm)绝对增量为2.21个百分点，相对增量为6.03%。数据分析还表明，加压过滤机对粗、细颗粒的分级效率非常微弱。