超洁净煤浆液压滤工艺的研究与应用.pdf

超洁净煤浆液压滤工艺的研究与应用杨国辉(兖矿水煤浆气化及煤化工国家工程研究中心有限公司,山东 滕州 277527)摘 要:针对超洁净煤浆液在压滤机腔体中容易沉淀、滤饼固体含量偏低且在滤布上面粘连等问题,试验研究了超洁净煤浆液输送泵选型、浆液浓度、分散剂用量等因素对压滤效果的影响。结果表明,降低输送浆液浓度、适量添加分散剂可减弱超洁净煤浆液在压滤机腔体中的沉积,对提高滤饼固含量有利,但效果不明显;试验得出,合适的物料输送浓度在 13%左右,分散剂用量为超洁净煤干基的 0.3%;浆液输送泵由工业软管泵更换为型号合适的渣浆泵后,过滤压力增加明显,滤饼固体含量提高幅度较大,且滤饼不在滤布上面粘连;压滤工艺流程优化后对超洁净煤浆液实现了较好的压滤效果。关键词:压滤机;超洁净煤;滤饼;输送泵;研究中图分类号:TD946.2 文献标识码:A 文章编号:1005-8397(2023)07-0089-05Research and application in the technology of ultra clean coal slurry hydraulic filtrationYANG Guo-hui(Yankuang coal water slurry gasification and coal chemical National Engineering Research Center Co.,Ltd,tengzhou,Shandong 277527,China)Abstract:In order to improve the filtration efficiency of ultra-clean coal slurry and solve the problems of low solid content of filter cake and adhesion on the filter cloth,the ultra-clean coal slurry is prone to sedimentation in the chamber of the filter press.A comprehensive analysis and consideration of factors such as the selection of ultra clean coal slurry conveying pump,material concentration,and dispersant dosage were conducted through experiments.The results show that reducing the concentration of conveyed materials and adding an appropriate amount of dispersant can weaken the deposition of ultra-clean coal slurry in the chamber of the filter press,which is beneficial for improving the solid content of the filter cake,but the effect is not significant.The experiment shows that the appropriate material transportation concentration is around 13%,and the dosage of dispersant is 0.3%of the dry basis of ultra clean coal.After replacing the material delivery pump with an appropriate type of slurry pump from an industrial hose pump,the filtration pressure increased significantly,the solid content of the filter cake increased significantly,and the filter cake did not adhere to the filter cloth.After optimizing the pressure filtration process,good pressure filtration effect was achieved for ultra clean coal slurry.Keywords:filter press;ultra-clean coal;filter cake;delivery pump;research收稿日期:2023-05-04 DOI:10.16200/ki.11-2627/td.2023.07.021作者简介:杨国辉(1985),男,山东滕州人,2011 年毕业于曲阜师范大学有机化学专业,理学硕士,兖矿水煤浆气化及煤化工国家工程研究中心有限公司主任工程师,工程师。引用格式:杨国辉.超洁净煤浆液压滤工艺的研究与应用 J.煤炭加工与综合利用,2023(7):89-92,98.压滤机作为固液分离设备,具有分离效果好、适应性广等特点。不同压滤机过滤效率不同,对滤饼的处理效果也不一样1-4。近年来,在煤矿选煤厂推广应用了各种压滤机,带来了很大的经济效益。随着工业生产对固液分离作业需求的提高,为适应各领域的生产作业,压滤机的类型也不断增多。常见的主要有隔膜压滤机、板框压滤机、厢式压滤机等5。隔膜式压滤机在城镇污水处理厂污泥处理中应用较多,隔膜式压滤机在进泥后,利用隔膜压榨泵往压滤机隔膜板中注入高压水,利用隔膜张力对污泥进行强力挤压脱水6。随着机械化程度的提高,细粒煤的脱水问题给选煤厂煤泥脱水造成很大的困难。目前选煤行业普遍应用的细煤泥98煤炭加工与综合利用No.7,2023 COAL PROCESSING&COMPREHENSIVE UTILIZATION 脱水设备有隔膜压滤机、加压过滤机等。厢式压滤机具有单位能耗低的优点,但是其处理能力低、产品含水率高。加压过滤机处理量大,但能耗高、维修量大7-8。1 试验材料及方法1.1 试验材料超洁净煤是原煤经过化学处理后灰分含量不超 1%的洁净煤,经过微粉化处理为平均粒度 10 m 的浆液,经过压滤设备压滤为固体含量 47%左右的滤饼,然后与添加剂按比例加工成超洁净煤浆液,可作为一种替代能源,在发电、轮船上代替重柴油。试验采用的超洁净煤干基灰分含量小于 1%,经砂磨机磨制后超洁净煤浆液平均粒度 8 10 m,pH 值 78,浓度在 12%25%之间。压滤过程中添加的助剂为聚苯乙烯磺酸盐,经过超洁净煤分散试验,选择分子量在 810 万之间的聚苯乙烯磺酸钠作为助剂。超洁净煤的基本性质见表 1。表 1 超洁净煤基本性质样品编号水分Mr/%灰分/%ArAd挥发分/%VrVdB251130.930.881.2823.7334.451.2 压滤设备试验针对超洁净煤浆液物料粒度较细、灰分较低的特点,压滤过程中物料容易在腔体管道中沉积,因项目为小型中试装置,所以选用操作便捷的板框式压滤机,并经过试验选出配套的渣浆泵,可快速提高过滤压力,提高压滤效果,解决物料在管道中沉积等问题。兼顾使用方便、成本造价、压滤效果等综合因素,对不同型号压滤设备比较分析,具体见表 2。表 2 不同压滤设备比较分析压滤机类型优点缺点厢式压滤机单位能耗低处理能力低,产品含水率高隔膜式压滤机耐腐蚀性好,压榨压力尚可能效较低加压压滤机处理量大能耗高,检修量大板框压滤机操作灵活,适用于小型压滤中试装置设备投资偏高通过分析以上压滤设备特点,结合超洁净煤浆液物料特点,选择操作灵活的板框式压滤机作为压滤设备。板框压滤机结构紧凑,过滤面积大,可承受较高的压差,适用于小型中试压滤装置,对于压滤粒度较细的物料比较适合。压滤试验工艺设备主要包括压滤机、渣浆泵、气动隔膜泵等。渣浆泵电机功率 22 kW,转速 1 470 r/min,功率因数 0.86。采用全自动板框压滤机对超洁净煤浆液进行压滤试验,过滤机由滤板、压紧板、电控箱等组成,在进料泵的压力作用下,将料浆送入滤室,通过过滤介质将固体和液体分离,过滤压力控制在 0.6 MPa 以下。板框压滤机设备结构示意见图 1。图 1 板框压滤机结构示意1.3 压滤工作原理物料压滤前将滤布套在滤板上,板与框相间排列而成,在滤板的两侧覆有滤布,用压紧装置把板与框压紧,即在板与框之间构成压滤室。在板与框的上端中间相同部位开有小孔,压紧后成为一条通道,物料由该通道进入压滤室,滤板的表面刻有沟槽,下端钻有供滤液排出的孔道。在进料泵的压力作用下,清液透过滤布进入滤板上圆点式滤面,滤饼留在滤室中直至充满,滤液在压力下,通过滤布、沿沟槽与孔道排出滤机,使物料脱水。1.4 压滤过程出现的问题及解决措施对于超洁净煤浆液,在压滤过程中出现了滤饼发粘且固体含量较低等问题。根据超洁净煤粒度较细的特点,在压滤过程中加入了特定分子量的聚苯烯烃磺酸盐,并给出了合适的最佳用量,有效地防止了超洁净煤浆液容易在管道中沉积的问题。对超洁净煤浆液输送泵的选型进行了比较研究,功率较大的渣浆泵对超洁净煤浆液的压滤效09 煤炭加工与综合利用2023 年第 7 期果较好,并且在压滤装置中加入回流管道,最大限度的减小了脉冲,降低了滤饼的粘水分。1.5 试验工艺流程超洁净煤经砂磨机磨制完成后,由液压升降分散机打入低速搅拌釜,进行液位测试,然后补加等量的去离子水,添加适量的分散剂。开启压滤装置回流管道阀门,物料在低速搅拌釜中回流10 min。根据压滤机设备操作方法,压紧滤板。打开气动隔膜泵,打开压滤机进料阀门,关闭回流管道阀门,调节渣浆泵转速,使进料压力升至0.400.45 MPa 之间,通过调节回流管道阀门维持进料压力稳定,保压时间在15 min 左右。当压滤机水嘴几乎没有水滴时,调节渣浆泵转速至零。压滤工艺流程见图 2。图 2 压滤工艺流程2 试验结果与讨论超洁净煤浆液压滤考虑的因素主要包括压滤机给料泵的选型、煤浆浓度、分散剂用量等。由于超洁净煤粒度较细,试验过程主要是对以上条件进行摸索,并不断优化改进,最终压滤得到的滤饼固体含量适中,滤布上面没有滤饼粘连,达到了超洁净煤浆液的压滤效果。2.1 压滤试验第一阶段超洁净煤磨制后浆液浓度 25%左右,进入低速搅拌釜。物料输送采用工业软管泵,流量6.0 m3/h。试验过程中,进料压力波动较大,滤饼固体含量偏低,在 40%42%之间。超洁净煤浆液压滤操作步骤及相关参数见表 3。压滤过程结束后,卸料过程中滤饼上面有滴液,经水分测试仪分析,固体含量在 40%42%之间,且粘连在滤布上面,主要由于工业软管泵流量较大(6.0 m3/h),泵速较低,脉冲较大,导致物料在滤板中心通道腔体中沉积,滤板中的过滤压力达不到要求,因此滤饼固体含量较低。表 3 超洁净煤浆液第一阶段压滤操作步骤及相关参数操作步骤相关参数物料低速搅拌釜物料浓度约 25%回流物料在低速搅拌釜中自循环 10 min过滤压力压力小于 0.30 MPa,且波动较大过滤时间20 min卸料滤饼在滤布上粘连,卸料困难冲洗用高压水枪冲洗滤布滤饼滤饼固体含量较低,在 40%42%之间2.2 压滤试验第二阶段经过第一阶段压滤试验的认识,为减小压滤过程中的脉冲,物料输送泵更换为小流量的工业软管泵(2.0 m3/h),压力表更换为膜盒式压力表,超洁净煤浆液压滤试验过程见表 4。表 4 超洁净煤浆液第二阶段压滤操作步骤及相关参数操作步骤相关参数物料低速搅拌釜物料浓度约 25%回流物料在低速搅拌釜中自循环 10 min过滤压力压力约 0.30 MPa,有一定程度的波动过滤时间20 min卸料滤饼在滤布上部分粘连冲洗用高压水枪冲洗滤布滤饼滤饼固体含量偏低,44%左右进料过程中过滤压力 0.3 MPa 左右,且过滤压力有一定幅度的波动。滤饼固体含量偏低,44%左右,滤布粘连部分物料,不能满足要求。主要由于压滤过程中泵速仍较低,压力脉冲导致腔体物料仍有沉积,对过滤压力的传导有一定的影响,滤饼固体含量偏低。为了增强压滤效果,考察了超洁净煤浆液浓度对压滤效果的影响。更换 2.0 m3/h 流量的工业软管泵后,对超洁净煤 25%、20%、17%、13%、10%浓度的浆液分别开展压滤试验,结果见图 3。由图 3 得出,随着超洁净煤浆液浓度降低,滤饼固体含量有所提高,但提高幅度不明显。主要由于进入压滤机的物料浓度高,超洁净煤浆液中固态颗粒含量高,在压滤机腔体中容易沉积,因此滤饼产生速率较慢。当超洁净煤浆液浓度降低后,不容易在压滤机腔体中沉积,因此形成滤饼的速率加快,对提高滤饼的固体含量是有利因素。经试验得出,在超洁净煤浆液浓度 13%左右192023 年第 7 期杨国辉:超洁净煤浆液压滤工艺的研究与应用图 3 超洁净煤浆液浓度与滤饼固体含量的关系时,滤饼固体含量 44.7%,继续降低物料浓度对提高滤饼固体含量影响较小。由于滤饼固体含量提高幅度较小,部分滤饼仍粘连在滤布上面,为了减弱超洁净煤浆液在压滤机腔体中的沉积,在超洁净煤浆液浓度 13%的条件下,加入分散剂聚苯乙烯磺酸钠,不同用量条件下的压滤效果见图 4。图 4 分散剂用量与滤饼固体含量的关系由图 4 得出,随着分散剂聚苯乙烯磺酸钠用量的增加,滤饼固体含量有所提高,但提高幅度仍不明显。主要由于加入聚苯乙烯磺酸钠,提高了超洁净煤浆液的稳定性,压滤过程中物料渗透性增强,减弱了在压滤机腔体中的沉积。经试验得出,聚苯乙烯磺酸钠在超洁净煤干基用量的0.30%时,滤饼固体含量提高至 45.5%,加入聚苯乙烯磺酸钠对改善超洁净煤浆液的稳定性作用有限,继续增加用量,对提高滤饼固体含量影响较小。通过降低物料浓度,添加适量分散剂,滤饼固体含量有所提高,但滤布上面仍有部分滤饼粘连,工作量较大,因此,考虑采用渣浆泵对超洁净煤浆液进行压滤。2.3 压滤试验第三阶段针对工业软管泵脉冲较大的问题,物料输送泵改为渣浆泵,对浓度 13%的超洁净煤浆液进行压滤试验。压滤试验过程见表 5。表 5 超洁净煤浆液第三阶段压滤操作步骤及相关参数操作步骤相关参数物料低速搅拌釜物料浓度约 13%,加入 0.3%用量的聚苯乙烯磺酸钠回流物料在低速搅拌釜中自循环 10 min过滤压力压力约 0.45 MPa过滤时间15 min卸料滤饼水分低,可顺利卸料冲洗无需高压水枪冲洗滤布滤饼滤饼固体含量适中,47%左右采用渣浆泵作为物料输送泵,压滤过程中压力提高至 0.45 MPa 左右,压力比较稳定,最大限度的降低了压滤过程中的脉冲。随着滤饼的增厚,过滤阻力增大,但过滤压力增大后,过滤效率得到提升,压滤时间降低至 15 min,滤饼固体含量提高至 47%左右,滤饼干湿度适中,可顺利进行卸料。根据超洁净煤物料的特点,从压滤设备与物料输送泵的配套选型、超洁净煤浆液浓度及加入的助剂及用量、压滤时间等方面解决了滤饼固体含量较低且粘度较大的问题。3 结 语(1)根据超洁净煤浆液的特点,本项目为小型中试压滤装置,选择板框压滤机作为压滤设备,综合适用性较好。(2)对影响超洁净煤浆液压滤的因素进行了综合分析,降低浆液浓度、添加适量分散剂对提高滤饼固体含量有利,试验表明,合适的物料输送浓度在 13%左右,分散剂用量为超洁净煤干基的 0.3%。(3)物料输送泵的选型为关键因素,渣浆泵输送超洁净煤浆液,过滤压力较高,可最大程度地减弱物料在压滤机腔体中的沉积,提高滤饼固体含量,且滤饼在滤布上面不粘连,压滤效果较好。(下转第 98 页)29 煤炭加工与综合利用2023 年第 7 期析,最优处理为 A5 加入 20%客土和 13.5 t/hm2改良剂。表 5 各处理改良效果分析处理特征值PC1 得分PC2 得分总得分A08.97-5.838 20-2.135 99-7.974 19A14.01-2.961 840.323 05-2.638 79A22.12-0.324 594.197 763.873 17A31.711.712 560.060 191.772 75A40.872.895 10-0.390 032.505 07A50.623.744 09-2.804 220.939 87A60.490.754 191.268 122.022 31A70.211.215 79-0.084 201.131 59A88.41-1.197 10-0.434 68-1.631 783 结 语利用当下常见的几种环境材料为原料制备的粉煤灰土壤改良剂 G1,在不同 G1 添加量和客土施用量的条件下,考察 G1 改良剂对土壤的物理性质、化学性质的改良效果。与对照 A0 相比,结合效果分析,表明加入 20%客土和 13.5 t/hm2改良剂 G1 收获的玉米百粒重最大,效果最好。参考文献1 霍晓君.配施粉煤灰等三种废弃物改良包头砂化土壤生态特性研究 D.北京:中国地质大学(北京),2006.2 Bhatt Arpita,Priyadarshini Sharon,Acharath Mohanakrish-nan Aiswarya,et al.Physical,chemical,and geotechnical properties of coal fly ash:A global review J.Case Stud-ies in Construction Materials,2019,11:e263.3 Liu Weizhen,Guo Zhongping,Wang Chao,et al.Physico-mechanical and microstructure properties of cemented coal Gangue-Fly ash backfill:Effects of curing temperatureJ.Construction and Building Materials,2021,299.4 林家旭,刘 健,唐田甜,等.复合早强剂对大掺量粉煤灰水泥性能的影响 J.矿业研究与开发,2021,41(8):47-51.5 刘小真,杨子依.吹脱-粉煤灰吸附联合处理高氨氮废水 J.南昌大学学报(工科版),2022,44(1):65-72.6 Nadeesha L.Ukwattage,Yuncong Li,Yandong Gan,et al.Effect of Biochar and Coal Fly Ash Soil Amendments on the Leaching Loss of Phosphorus in Subtropical Sandy UltisolsJ.Water,Air,&Soil Pollution:An International Jour-nal of Environmental 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