结构参数和操作参数对压滤机过滤效果的影响.pdf

试验研究DevelopmentManagementtandMechanicalNo.7,20232023年第7 期Total2243机械管理开发总第2 4 3 期D0I:10.16525/14-1134/th.2023.07.027结构参数和操作参数对压滤机过滤效果的影响史文亮（华阳集团新景公司洗煤厂，山西阳泉045000)摘要：压滤机作为固液相分离的关键核心设备，其结构参数和操作工艺参数对最终的过滤效果有着直接的影响。为提升压滤机过滤效果，在对压滤机基本结构研究的基础上，建立其数值模拟仿真模型并完成网格划分、边界条件设置等；重点对孔隙率、进料压力和浓度对过滤效果的影响展开研究，为后续优化压滤机的应用奠定基础。关键词：压滤机；过滤效果；孔隙率；操作参数；进料压力中图分类号：TQ051.8文献标识码：A文章编号：10 0 3-7 7 3 X(2023)07-0069-030引言煤炭洗选过程中，固液分离是其中的一项关键核心工艺流程，该项工艺的技术水平和质量直接决定了最终的选煤效果。压滤机为实现固液分离技术的核心设备，采用压滤机所得到的滤饼非常平整，而且所得到的滤液也非常清澈。尤其是对过滤面积要求大且应用条件限制的情况下对压滤机的性能要求越高 。故而设计性价比最高，即过滤效率和生产能力以及生产成本等因素兼顾的压滤机尤为重要。本文主要开展结构参数和操作参数对压滤机压滤效果和生产能力影响的仿真研究，为压滤机的设计提供依据。1压滤机概述选煤厂中悬浮液的分离是其中的关键环节，对应的最佳设备为压滤机。本文以板框压滤机为例开展研究，该类型压滤机有操作简单、使用寿命长等优势；而且，该型压滤机对所过滤物料的适应能力强、固相的回收率高且所得滤饼的含湿量低等高性能特点。板框压滤机的实物如图1所示，板框压滤机的主要结构包括有滤板、滤框、压紧板、止推板以及预警装置等。在实际工作中，板框压滤机需经历压紧、压滤、松板以及卸饼四个关键步骤完成其过滤功能。其中,压紧是在液压系统的作用下，通过活塞杆推动压紧板将待过滤的物料压紧，并形成一个封闭的滤室。压滤在压力泵或压缩空气压力的作用下，将滤室内待过滤的物料进行固液分离操作；当出液量非常少时，压滤操作终止2。松板,当压滤操作结束后,系统会控制进料阀和进料泵将其关闭，并通过液压系统的活塞杆将其压紧板图1板框压滤机实物退回。卸饼，当压紧板完全退回后将滤饼卸下，并且在其中重力作用下主动脱落，并将滤饼运走。本文将重点通过数值模拟方式对影响压滤机过滤效果的结构参数和操作参数展开研究，为后续优化压滤机的设计，提高设备的压滤效率和生产能力奠定基础。2压滤机数值模拟模型的搭建斤研究压滤机的关键结构参数如表1所示。本文所研究压滤机的关键结表1压滤机关键结构参数过滤介质厚参数值滤室直径/mm滤室厚度/mm进口直径/mm度/mm数值25030141为了保证数值仿真模拟结果的准确性和全面性，在建立压滤机仿真模型时需要对其作一些简化。本着不影响仿真结果准确性的基础上，对建模中的如下问题作出简化：将压滤机的操作过程简化为固相和液相两种状态；对压滤机结构中的滤板的凸台忽略不计，其不会影响过滤效果；认为过滤所得的滤液直接从滤布表面流出；假定认为在整个过滤过程中反应温度处于恒定不变的状态图；过滤机中所配套的过滤介质中孔的分布是相对均匀的,而且表现为各向同性的特点。设定压滤机的操作压力为0.13 MPa，操作过程中的温度为2 0。为了提高压滤机数值仿真模拟的精度，并有效对其计算量进行有效控制，对所建立的压滤机三维模型进行网格划分。其中，滤液的排出通道和所采用的过滤介质将其划分为六面体网格结构；将滤室等结构划分为四面体网格结构；总的网格数量为5200004。经网格划分后的网格模型如图2 所示。3压滤机过滤效果数值模拟仿真结果分析在上述模型搭建的基础上，重点对结构参数、操作参数对压滤机过滤效果进行仿真分析。3.1结构参数对压滤机过滤效果仿真分析本文所述的结构参数重点指的是压滤机过滤介收稿日期：2 0 2 2-0 4-2 6作者简介：史文亮（19 8 4 一)，男，山西阳泉人，本科，毕业于太原理工大学电气工程及其自动化专业，选煤助理工程师，现从事煤泥水处理技术工作，研究方向为煤泥水处理设备。70第3 8 卷机械管理开发图2数值模拟仿真模型网格划分结果质的孔隙率。从理论上讲，孔隙率过小，会影响滤液的排出效率，导致其过滤效率低；孔隙率过大，会导致过滤所得滤液不够清澈。本小节对应孔隙率8 分别为0.1、0.2 和0.4 下对应的压滤机的过滤效果进行对比。仿真结果如图3 所示。0.4580=0.10.4080=0.20.35一8 0=0.4(S/1)/0.300.250.200.150.100.050123456789时间/s图3孔隙率对压滤机过滤速度的影响如图3 所示，孔隙率越小，在同一时间段内，对应过滤速度越小。经分析，导致上述现象的主要原因包括有两方面，第一方面，由于孔隙率小对应的单位面积内滤液的通道面积小；第二个方面，孔隙率小对应的通道孔径直径较小，滤液通过时阻力较大，从而导致过滤速度低5 。而且,不同孔隙率对应的滤液中固相的含量如图4 所示，当孔隙率为0.4 中滤液中的固相含量大于孔隙率为0.1和0.2 的情况；同时，孔隙率为0.1和0.2 对应的滤液中固相含量相差不大。因此，综合考虑孔隙率对应滤液的过滤速度和最终滤液中固相含量的影响。针对此型过滤机将其孔隙率确定为0.2。3.2操作参数对压滤机过滤效果的影响操作参数重点对压滤机的进料压力和进料浓度两项参数展开研究。进料压力将会直接影响压滤机的生产效率。从理论上讲，当压滤机的操作压力过小时，对应过滤的效率较低。当压滤机的操作压力过大时，在过滤操作的初期会将过滤孔堵塞，从而影响设备的过滤效率；同时，进料压力过大对设备结构等方面的要求较高，从2.01 号一8 0=0.11.82号8 0=0.21.63号8 0=0.41.41.21.00.80.60.40.20.01号2号3号孔隙率8 0图4不同孔隙率对应滤液中固相的含量而对设备的安全运行造成影响。因此，合理确定压滤机的进料压力是十分重要。本小节分别对进料压力p为0.10 MPa、0.15 M P a、0.2 0 M P a 和0.2 5 MPa对应的过滤效果进行仿真分析。仿真结果如图5 所示，在同一时段内，随着进料压力的增加对应压滤机的过滤速度增加；而且，在过滤初期过滤速度下降较快。但是，可以看出在同一时间段内，随着进料压力的增加，对应过滤速度的增加趋势逐渐减缓；而且当进料压力大于0.2 MPa时，过滤速度的增加幅度较小。0.60p=0.10MPa0.55一p=0.15MPap=0.20 MPa0.50p=0.25 MPa0.45(/)/0.400.350.300.250.200.150.100.0501234567时间/s图5不同进料压力对应压滤机压滤速度对比因此，综合考虑进料压力对过滤速度和压滤机性能要求的影响。最终将最佳进料原理设定在0.2 MPa。同理，得出对应过滤效果最佳的进料质量分数为15%。4结论压滤机为实现固液相分离的关键设备，其过滤性能对于选煤厂最终的分选效果和效率有着重要的影响。本文通过数值模拟仿真分析的方法重点对结构参数和操作参数对压滤机过滤效果的影响进行研究,并得出如下结论：1)综合考虑孔隙率对应滤液的过滤速度和最终滤液中固相含量的影响。针对此型过滤机将其孔隙率确定为0.2。（编辑：王慧芳）上接第6 8 页编辑：柴晓峰）上接第6 6 页sesInfli(编辑：王婧）71史文亮：结构参数和操作参数对压滤机过滤效果的影响2023年第7 期2)综合考虑进料压力对过滤速度和压滤机性能要求的影响。最终将最佳进料原理设定在0.2 MPa。同理，得出对应过滤效果最佳的进料质量分数为15%。参考文献1 谭蔚，耿亚梅，冯国红，等.新型动态扫流板框压滤机滤室流动形态研究J.高校化学工程学报，2 0 13，2 7（6）：9 3 1-9 3 6.2董利民，王晨，李兆新，等.壳聚糖微球/磷酸钙骨水泥复合材料细胞亲和性研究J.稀有金属材料与工程，2 0 0 7（S2)：5 8-6 0.3尤中源，刘文言，陈荣，等.相含量对新型亚稳钛合金动态力学性能的影响J.稀有金属，2 0 2 1,4 5（7)：8 9 1-8 9 6.4胡明江，马步伟，王忠.无氧条件下TiO2薄膜界面光催化反应的XPS研究J.分析化学,2 0 13,4 1(10)：15 3 1-15 3 6.5李腾飞，钟哲强，张彬.用于超快束匀滑的动态波前调控新方案J.物理学报,2 0 18,6 7(17)：14 4-15 1.uence of Structural and Operational Parameters on the Filtration Effect of Filter PresShi Wenliang(Coal Washing Plant,XinjingCompany,Huayang Group,Yangquan Shanxi 045000,ChinaAbstract:As the key core equipment for solid-liquid phase separation,the structural parameters and operating parameters of the filterpress have a direct influence on the final filtration effect.The study focuses on the effects of porosity,feed pressure and concentration onthe filtration effect,and lays the foundation for the subsequent application of the optimized filter press.Key words:filter press;filtration effect;porosity;operating parameters;feed pressure产品重介质旋流器对应最终-0.5 mm的比例最大可达9 6.8 7%，MA1150型有压两产品重介质旋流器对应最终-0.5 mm的比例仅为18.19%。2)MA1150型有压两产品重介质旋流器所产生的次生煤泥量仅为0.9 5%，而GDMC1400-000AP型无压三产品重介质旋流器所产生的次生煤泥量为5.24%。参考文献1赵卫，沈丽娟，陈建中.磁铁矿粉粒度对煤泥重介质旋流器分选效果影响的研究J.中国煤炭，2 0 14，4 0（3）：8 1-8 4.2蔚志恒，郭德，张秀梅原煤性质对重介质旋流器分选效果的影响J.煤炭科学技术,2 0 16,4 4(1)：2 0 7-2 0 9;17 7.3陈彦杰，何青松，唐联松，等.TRIZ理论在新型煤泥重介质旋流器设计中的应用J.煤炭科学技术，2 0 14，4 2（5）：110-113.4刘文秋，李海军，LiuWenqiu，等.人料角对重介质旋流器流场影响的数值模拟研究J.中国煤炭，2 0 14,4 0（1)：9 0-9 4.5白景启，杨阳，申克忠.三产品重介质旋流器悬浮液分配特性的实验研究J.煤炭工程，2 0 13,4 5（10）：10 9-111.Analysis of the Effect of Heavy Media Cyclone System on Coal Slurry PropertiesZhang Kai(Coal Washing Plant,Xinjing Company,Huayang Group,Yangquan Shanxi 045000,China)Abstract:Coal slurry water treatment as a key production link of coal processing plant,its can be used as the main reference and basis forcoal processing plant design.Based on the analysis of the key technical parameters and characteristics of the MA1150 type pressurizedtwo-product heavy media cyclone and GDMC1400-000AP type non-pressurized three-product heavy media cyclone,a design test wasconducted to compare the two types of heavy media cyclones on coal slurry properties including coal slurry yield and secondary coal slurryamount,and the conclusion that the pressurized two-product heavy media cyclone has less influence on coal slurry properties was reached.Key words:heavy media cyclone;coal preparation plant;coal slurry properties;secondary coal slurry;flotation5郝志勇，周正，袁智，等.基于实验测试的采煤机截割载荷的分形分布规律研究J.应用力学学报，2 0 19（2）：7 8Numerical Simulation Study of Coal Miningg Machine CuttingCoal RockHao Wei(Production and Dispatching Command Centre,Tunlan Mine,Shanxi Coking Coal Group CompanyLimited,Gujiao Shanxi 030200,China)Abstract:In the actual production process of coal mining machine,the load on the cutting section is alternating,and the performance ofthe cutting tooth is affected by the harsh environment.Based on computer analysis software,the assembly model of cut-off teeth and coalrock layer is established,and the parameters in the model are set by combining with the field parameters;the numerical simulation study ofcutting speed,cutting depth and cutting angle on the stress occasion temperature field of cut-off teeth when cutting coal rock layer iscarried out,so as to lay the foundation for determining the best cutting process parameters and improving the performance of the equipment.Key words:coal mining machine;coal rock;cutting speed;cutting angle;cutting depth;cutting teeth