板框厢式隔膜压滤机
引言
发展选煤，实现节能减排煤炭洗选是煤炭工业节能减排的重要手段，扩大原煤入洗量已是摆在我国选煤行业目前十分紧迫的任务，十一五期间还将新建煤矿规模4亿t左右。全国原煤入选率预计超过50％，入选动力煤达到6亿t，炼焦煤7亿t。在十一五发展规划中，我国政府对煤炭开发重点作出调整，由过去的“新建为主，整合为辅”转变为“整合为主，新建为辅”。专家认为)我国煤炭行业开始进入以资源整合、提升改造为主的“大整合时代”。因此，选煤工业正朝着集约化、大型化、自动化方向发展，与此同时，必须要求与之相配套的选煤设备大产能、大型化、自动化。
细粒级煤泥过滤脱水设备发展概述
选煤厂的洗选深度不断提高，用户对产品质量的高要求和煤质难选、泥化程度的严重，使得细粒煤脱水问题成为迫切需要解决的问题。随着环保政策的贯彻落实，对煤炭洗选的副产品——浮选尾煤、原生煤泥水的处理要求也十分严格。目前我国选煤行业的精煤和尾煤过滤脱水设备主要有加压过滤机和快速隔膜压滤机等。随着我国选矿业的发展，故障率高、运行成本高、单位能耗高的普通型压滤机、带式压滤机、圆盘真空过滤机逐渐被选煤行业淘汰。加压过滤机因其处理量大、自动化程度高、产品水分低而成为我国大型选煤厂精煤、原生煤泥脱水的主力设备。随着加压过滤机应用的扩大和运行时间的考验，其不足也表现得十分明显：单位产量能耗高、运行成本大，对细粒级煤泥、难过滤煤泥适应性差。KM系列快速隔膜压滤机，它的推出彻底改变了普通厢式压滤机故障多、运行成本高、自动化程度低、不适应国内选煤行业大发展的落后面貌，在选煤行业起到了领军作用。经过近几年的实践应用，KM系列快速隔膜压滤机表现出广泛的适用性，无论是动力煤选煤厂还是炼焦煤选煤厂，在处理精煤、原生煤泥和浮选尾煤等多方面，KM系列快速隔膜压滤机都能够满足用户使用要求，目前现场在用设备达至lJ300余台。但KM系列快速隔膜压滤机一般小于500m2，产能在50～100t/h左右，与需要加压过滤机的场合的处理量80～120t/h显然不匹配，在这种场合采用KM型快速隔膜压滤机就需要多台，厂房和作业面积都受到制约。
DMl000/2500型快速隔膜压滤机
为适应大型选煤厂需求和解决加压过滤机能耗高的问题，快速隔膜压滤机——DMl000/2500型快速隔膜压滤机，采用2500mm×2500mm的煤矿专用滤板，可与目前广泛采用的90～120m2加压过滤机一对一匹配，经过优化配置可以与目前世界上最大的160m2加压过滤机的产量相适应，这就为我国选煤行业践行节能减排事业提供了可靠的设备保障。
技术突破
DMl000/2500型快速隔膜压滤机是为适应目前的经济发展和满足现代化工业生产管理，利用先进的制造、液压及控制技术，依据现代压榨过滤理论，对结构进行优化组合及模块化设计的新一代快速隔膜压滤机。它克服了目前国内快速隔膜压滤机过滤面积小、滤板尺寸小的设计难题，以快速隔膜压滤机“大板短配置”的设计理念，并结合现代控制系统对压滤系统的全自动运行方案进行革命性升级，真正达到了无人值守、数据自行监测并调整、全过程自动运行，单位产能的运行成本、能耗和可靠性，相比其他过滤脱水设备有极大的优势。重要的技术突破反映在很多方面。
综合产能
大单台设备过滤面积达到1000m2，单循环产能25t，在快速隔膜压滤机的设计思路上有新的突破，小时处理量视煤泥性质，一般为60～120t左右。因此，在处理精煤时完全能够与160m2加压过滤机进行一对一匹配；而在处理尾煤或煤泥时，由于后者适应面较窄，快速隔膜压滤机更具备优势。3.2 采用2 500mm×2500mm型超大型煤炭专用滤板为了适应各种煤质条件下、各种选煤工艺中不同精煤及尾煤的特性。采集了300多种煤泥及精煤样品进行过滤性能试验，并对滤板的设计进行改进和创新，最终归纳总结了十几种精煤及尾煤过滤专用滤板，在此基础上，利用技术优势，开发DM型快速隔膜压滤机制作了目前世界上最大的煤炭专用滤板一–2500mm×2500mm型滤板。
过滤面积
达到1000m2由于采用2500mm×2500mm型滤板，单板过滤面积达到10m2，为“大板短配置”设计提供了基础，北京中水长推出了800～1000m2超大型DM系列快速隔膜压滤机。
水分脱除
(1)采用煤矿专用滤板，滤液排出速度更快(3～5min)；
(2)采用高压力水压榨(1.6MPa)式隔膜滤板，滤饼水分低，滤饼二次脱水快；
(3)采用高压干燥空气进行强力穿流吹饼，使滤饼中残余水分快速脱除。
多缸同步
采用多油缸同步怏速均匀压紧及开启技术，保证了滤板组可靠并压紧在使用2000mm×2000mm型滤板时，我们采用了五缸同步压紧技术，使用2500mm×2500mm型滤板后，采用9缸同步自适应压紧，确保滤板四周密封的压紧力均匀，解决了大规格滤板的变形难题，提高了滤板的使用寿命。
滤板分组拉开、自动卸料
分组拉开机构的液压桥式制动保证了滤板到位准确，自动运行有可靠的保障；由于分组快速拉开的间距较大，且滤饼的自重很大，加上滤板拉开过程中的偏转力矩设计，使得滤饼的卸除干净、完全自动化。
无人职守，自动化程度高，开车率高，可全天运行
为快速隔膜压滤机设计研制的自动控制装置通过非时间量参数控制(入料压力、入料流量、滤液流量等)，实现了压滤机从入料开始到卸料结束的自动控制，使得压滤系统能够真正全自动运行，无人职守。
安全、整洁的运行环境
DMl000/2500型快速隔膜压滤机进行了更加人性化的设计，充分考虑到了操作者及管理者的操作习惯以及外界环境的安全整洁等问题。在自身工艺与上下游系统配合、液压、电气、压榨、人身保护等各个方面作出了详尽的设计。由于产能大，减少了压滤机的配置台数，减少了操作工人数量，有利于现场环境的维护。
快速隔膜压滤机的发展之路
KM型快速隔膜压滤机的发展中国的选煤界很早就认识到了传统压滤机效率低下、处理量小、自动化程度低、劳动强度大等问题，并进行过试探性的引用外国快速隔膜压滤机，但最终由于煤泥过滤性质与压滤机适用范围存在差异，效果与预期差别巨大。国内的几家设计院、大学和压滤机生产商也进行了不同程度的探讨，最终均未达到理想的效果。基于国内选煤行业过滤系统存在的种种问题，中煤装备北京中水长固液分离技术有限公司就将全部力量用于快速高压隔膜压滤机的研制和生产上，在机器本身结构、过滤元件选择和过滤工艺设计等几方面下功夫，最终完成了KM系列快速高压隔膜压滤机的研制。先后推出了XKG型快速高压隔膜压滤机和KM型快速高压隔膜压滤机。邯郸某选煤厂研制了第一台XKG250型快速隔膜压滤机，之后于在中原某矿应用了KM250型快速隔膜压滤机，山东某矿成功运用了KM300型快速高压隔膜压滤机，淮南成功应用了KMS00型快速高压隔膜压滤机，成为细粒级煤泥过滤脱水设备的主力军。期间300多台快速隔膜压滤机先后投放市场，由于其处理量大、自动化程度高、节能效果明显等优点，得到了用户一致好评，改变了选煤厂煤泥水处理环节的落后面貌，引领我国压滤机行业的发展。
DM型快速隔膜压滤机的发展及系统特性
在KM500型快速隔膜压滤机的基础上，研制了DMl000/2500型快速隔膜压滤机，该机的推出，坚持了“大板短配置”的设计理念，在滤板数量增加不多的情况下，极大的提升了产能，解决了与加压过滤机处理量不匹配的问题。该机的系统工艺流程为：
(1)入料过滤阶段。利用泵压将料浆送入由隔膜板和厢式板组成的各个密封滤室内，利用泵压提供的过滤动力使滤液通过过滤介质排出，完成液固两相分离，直至物料充满滤室。该阶段采用变频入料的方式，从4～6各端口快速均匀入料，保证入料前期物料填充均匀、后期过滤脱水彻底，以最低能耗的方式最大限度的利用了入料泵的填充及过滤作用，并且极大的避免了腔室中偏压的产生，保护了滤板。
(2)压榨脱水阶段。在入料过滤阶段结束后，采用1.6MPa的高压水推动隔膜板的隔膜鼓起，对滤饼产生两维方向的压缩，破坏颗粒间形成的“拱桥”结构，使滤饼进～步压密，将残留在颗粒间隙的滤液挤出。
(3)穿流吹风阶段。在压榨脱水阶段的同时，干燥的压缩空气进入腔室中吹透滤饼，置换出滤饼中的自由间隙水和毛细水，使滤饼进一步脱水。
(4)反吹阶段。穿流吹风阶段结束后，压缩空气通入入料管道进行反吹，使中心孔残余的高水分浆料等返回搅拌桶。
(5)分组拉开阶段。反吹阶段结束后，液压系统将滤板快速分组拉开，卸料结束后自动将滤板再次快速合拢，完成整个工作循环，进入下一工作循环。
精煤过滤
目前，国内选煤行业的精煤过滤系统主要有加压过滤机和圆盘真空过滤机。其中圆盘真空过滤机和加压过滤机属于高能耗产品，一般情况下，圆盘真空过滤机处理精煤，产品水分为25％～32％，滤液浓度在30～509/L，过滤电耗在15kW·h/t以上。而加压过滤机处理精煤，产品水分16％～24％，单位面积处理能力达500～900kg/(Ill2·h)，滤液浓度8～lOg/L，过滤电耗17kW·h/t左右(见表2)。近年KM型快速高压隔膜压滤机的诞生，表现了处理量大的优点，又传承了板框压滤机能耗低、适应面广的特点，因此在处理精煤方面，快速高压隔膜压滤机都显示出了极大的优越性。 快速高压隔膜压滤机处理精煤，单位产能为120 kg/(m2·h)，产品水分一般为20％左右(压榨压力为1.5MPa)，滤液基本无固体物，滤液水可直接循环使用，同等处理量情况下电耗仅为0.7kW·h/t，大大节约了能耗和水耗。但由于长期以来，找不到能与加压过滤机生产能力一对一匹配的产品，因此，高耗能的加压过滤机的主导地位仍然难于撼动。但是DMl000/2500型快速隔膜压滤机的出现则彻底打破这一技术壁垒，使得精煤过滤方面出现了产品含水率低、精煤损失少、能耗低且产量能与加压过滤机一对一匹配的产品。与160m2加压过滤机相比，DMl000/2500型快速隔膜压滤机的产能与其相当，而能耗远小于加压过滤机，仅为加压过滤机的1/5。
并且从基础建设投资而言，加压过滤机需要多层设计，而压滤机只需要一层；从配套设备而言，加压过滤机需要的远多于压滤机(特别是空压机部分)；从维护成本来看，加压过滤机维护复杂，需要的维修工人的素质及能力较高，而压滤机则普通工人即可维护。总之，在我国选煤行业规模化、大型化、自动化和响应节能减排号召的形势下，在选煤厂的精煤过滤系统中，DMl000/2500型快速高压隔膜压滤机是一个既经济又实用，既环保又现代的设备，很有必要进行推广使用。
原生煤泥过滤
在煤泥过滤方面，目前国内选煤厂的选型依据主要是煤泥的泥化程度，煤泥的泥化程度较大的主要选择隔膜压滤机或快速隔膜压滤机，泥化程度较小的、粒度分布均匀、且没有粗煤泥回收工艺的多选用加压过滤机甚至有部分选煤厂选用带式压滤机，其他混合类型的选型各不相同，主要都是依据自身煤泥的特性来决定。随着国家对节能减排的日益重视，以及厢式(隔膜)压滤机设计、制作的日益精良，其处理量大、效率高、水分低、自动化程度高等优点逐步显现，用以替代能耗较高的加压过滤机和圆盘真空过滤机已成为过滤行业的趋势。
但由于长期以来加压过滤机以其较大的处理能力、连续生产且产品无需破碎直接可以配煤等优势一直占领原生煤泥过滤的半壁江山，而其能耗大、物料适应面窄等问题成为一直困扰大型选煤厂的痛楚。因此DMl000/2500型快速隔膜压滤机的出现，适应了选煤厂原生煤泥以较低成本进行彻底脱水的要求。以处理原生煤泥为例，加压过滤机产品水分20％～30％，单位面积处理能力达150～300kg/h，滤液浓度<10％，过滤电耗15kW·h/t；而用快速隔膜压滤机，产品水分～般为22％～26％，滤液基本无固体物，过滤电耗<2kW·h/t。因此，在处理原生煤泥的能耗成本上，加压过滤机既浪费电能，又增加运行成本。由于它对物料的粘度和粒度有较苛刻的要求，适应面较窄。若将其应用于灰分较大(超过40％)、细颗粒含量较大(–0.045mm超过50％)的煤泥时，不但达不到理想的效果，反而会因为煤泥水中难过滤物聚集过多，造成过滤系统瘫痪，增加运行成本。以东北某矿为例，该矿煤泥为原生煤泥，但粘度大、粒度细，加压过滤机一直不能正常生产，需要大量加药，处理每立方米煤泥料浆需加生石灰(Ca(OH)。)5kg：2.5元/m3；聚合氯化铝(固态)5kg：10元/m3；阴离子聚丙烯酰胺0.1kg：1.3元/m3；合计加药成本达到13.8元/m3。而且由于煤泥或尾煤的过滤性能较差，其产量只能达到6～8t/h，吨干煤泥电耗高达48kW，电费24元/t，综合处理成本高达37.8元/t。
在我国选煤届的高端市场中，原生煤泥一般采用进口隔膜压滤机或加压过滤机脱水，价格均在600万元以上。但很多地方，使用效果并不理想。例如，山西某矿，煤泥泥化现象较严重，致使原采用的德国和西班牙的压滤机运行效果很差。具体表现为西班牙压滤机成饼情况较差，夹心现象严重，循环时间长(30～40min)，设计产量9.5t/h，滤饼含水率32％~35％，而实际产量6t/h左右，水分36％’～42％；德国压滤机循环时间45～55min，设计产量15t/h，滤饼含水率25％～30％，而实际产量13t/h左右，水分3％0～35％。最终该厂采用我公司一台KM500型快速隔膜压滤机，实际产量22.4t/h，含水率为24％～26％。
浮选尾煤过滤
在处理浮选尾煤时，国内选煤厂大多选择普通隔膜压滤机或快速隔膜压滤机，也有部分选厂采用圆盘真空过滤机或加压过滤机。以河南某矿为例，将圆盘真空过滤机与快速隔膜压滤机对比发现，两种设备的平均滤液水浓度分别为25.59/L和0.69/L，真空过滤机较高的滤液水浓度严重影响了浮选效果，降低了分选效率。使用快速隔膜压滤机后，实现了煤泥水闭路循环每年可多回收煤泥2000t，年净增收入40万元，同时减少了因外排水超标罚款5000″–12000元。某矿采用加压过滤机过滤浮选尾煤，最终效果极差，产能仅为8t/h，且能耗惊人，一年仅电费就要160万元左右。快速隔膜压滤机在处理尾煤和煤泥上优势很大，一般能够达到70～80kg/(m2·h)，仍以一座300万t的选煤厂为例，煤泥比例为12％，则年需要处理煤泥36万t，只需要400m2的快速隔膜压滤机2台即可完成任务。滤液基本为澄清液，可作为洗煤循环水，无需加药，维护简单。吨干煤泥电耗仅为1～2kw·h。而DMl000/2500型压滤机的出现则为600～2000万t级的选煤厂提供了良好且数量较少的选型方案，如若上例为i000万t选厂，则DMl000/2500型压滤机只需要3台即可解决全部煤泥处理问题，这与部分动力煤选厂用于过滤煤泥而选用的加压过滤机数量相同。
与加压过滤机能耗对比
为了进一步显示快速隔膜压滤机的低能耗、经济效益显著的优点，分别选择了两个实例进行对比，两种情况下，加压过滤机和快速隔膜压滤机都正常工作。以450万t/a某选煤厂处理浮选精煤为例，将KM350/2000型快速隔膜压滤机与96m2型加压过滤机进行了对比分析(见表2)，这两种机型的处理量基本相当，但KM350/2000型快速隔膜压滤机处理吨干精煤用电量仅为0.7kW·h，而GPJ96型加压过滤机吨干煤泥耗电为11.44kW·h，仅此一项KM350/2000型快速隔膜压滤机每年LLGPJ96型加压过滤机年节约电费152.3万元(电费以0.5元/(kW·h)计)。此外KM350/2000型快速隔膜压滤机}=LGPJ96型加压过滤机节约备件费用10万元，节约运行成本18万元，总经济效益180.3万元/a。以某400万t/a动力煤选煤厂处理原生煤泥，煤泥含量为10％的动力煤选煤厂为例，根据现场实际运行情况，对KM500/2000型快速高压隔膜压滤机和国产120m2加压过滤机、进口120m2型加压过滤机进行了对比分析，KMS00/2000型快速高压隔膜压滤机处理吨干煤泥用电量仅为1.85kW·h，而国产加压过滤机吨干煤泥耗电为17kW·h，进口加压过滤机耗电为18.5kW·h。仅节约电能一项KM500/2000型快速高压隔膜压滤机每年比国产加压过滤机年节约电能606万kW·h，比进口加压过滤机节约电能666万kW·h，电费以0.5元/(kW·h)计，比国产加压过滤机和进口加压过滤机分别节约303万元/年和333万元/年。此外，由于运行费用的节约，KM500型快速高压隔膜压滤机的运行费用仅为1.1元/t干煤泥，而国产加压过滤机为7.16元/t，进口加压过滤机为7元/t。这一项KM500型快速压滤机又可比国产加压过滤机节约242.4万元/a，比进口加压过滤机节约236万元/a。总之，该案例中KM500型快速高压隔膜压滤机比国产加压过滤机和进口加压过滤机分别节约费用总和为545.2万元/a和569万元/a。
总 结
KM系列快速隔膜压滤机是中煤装备北京中水长固液分离技术有限公司原创设计的一种新型大产能、适应面广、能耗低、自动化程度高、运行可靠的环境友好型压滤机，它的问世具有划时代的意义，解决了多年来困扰选煤行业发展的煤泥水系统问题，已经成为粘性煤泥过滤脱水的必选设备，开创了中国压滤机行业高效、自动的新局面。
DMl000/2500型快速隔膜压滤机从设计到生产再到应用，都是中水长自主创新、原创设计的结果，都体现了科学性、合理性和时代性，它采用了世界上最大的、最先进的LENSER技术的KM型快速隔膜压滤机专用滤板，具有处理量大、自动化程度高、运行稳定性好、性价比好等特点，是新建大型或超大型选煤厂以及改扩建压滤车间的最佳选择。随着我国选煤行业日益大型化，KM系列快速隔膜压滤机仍然会朝着更适应选煤行业发展的方向继续前进。
综上所述，DMl000/2500型快速隔膜压滤机是顺应时代潮流，既符合当前国内选煤行业大发展的形式，又为我国节能减排事业贡献一份力量。它的投入运行必将引领压滤机行业开创一条新的道路，必将为中国的选煤行业走节能减排、环境友好、可持续发展之路做出卓越的贡献。
作者简介：王辉锋教授
