熱壓過濾交叉技術

降灰與降水乃選煤業兩大主題。降灰隨著新一代重介選煤技術的普及與提高，已達到物理選煤的極限。降水隨著加壓過濾機、Diaphragm Filter Press的應用，已由圓盤真空過濾機30%左右水分降到20%左右水分，而除褐煤等低階煤外，煤的內在水分一般僅為2%左右。所以，選煤降水仍蘊涵著相當大的技術潛能。目前的共識是再度降低水分只有用熱力干燥的方法，而干燥意味著耗能大、投資大和運行費用高，面對如此窘境，迫切需要另辟降水的蹊徑。

熱壓過濾脫水技術即是一項將真空、熱能、機械過濾與熱力干燥技術相結合技術，以此揚機械過濾簡捷、費用低和易于實現的優點，避熱力干燥耗能大、復雜和運行費用高之缺點，具有節能、高效和環保等技術特點，是傳統固液分離領域中一項具有自主知識產權的創新。在選煤廠的應用表明，浮選精煤水分可以降到10%以下。

脫水原理與技術特點

熱壓過濾干燥脫水原理圖。熱壓過濾由形成飽和濾餅的機械壓濾階段和濾餅熱壓過濾兩階段構成，將其應用于隔膜式壓濾機上，在隔膜壓濾機雙面擠壓隔膜濾板中間加入干燥板，將傳統的過濾室一分為二，待濾室內完成懸浮液過濾和成餅過程后，進入熱壓過濾干燥脫水階段,在單一設備上連續實現懸浮液的過濾、成餅、機械擠壓和熱壓過濾脫水的全過程。熱壓過濾脫水包括三種操作：

1） 干燥板內通人熱介質（如蒸汽），將干燥板加熱，靠近干燥板的濾餅毛細管水幵始傳導受熱而蒸發，所變成的蒸汽急劇膨脹，驅使其外側毛細管水涌出濾餅表面。

2） 隔膜開始壓榨，盡量達到機械脫水的極限。

3） 濾室抽真空，降低其內液體汽化溫度和抽出其內產生的蒸汽。

其明顯的技術特征有：

1） 可在干燥壓濾機上實現懸浮液過濾和干燥功能，突破機械脫水的極限，達到熱力干燥的脫水效果。

2） 釆用熱壓過濾原理，達到同樣的干燥脫水效果，僅需將其中部分水分汽化，其余水分靠濾餅自身產生的蒸汽壓力推動力予以脫除，所需熱能僅是為脫水提供推動力；而常規干燥脫水則需將全部脫除水分汽化，所需熱能是干燥傳質傳熱的需要，因此，節能效果顯著，大大降低脫水成本，生產運行費用僅為傳統滾筒干燥的25%。

3） 將濾布與濾板泄水溝槽之間的密閉空間抽成負壓,控制濾餅內毛細管水負壓汽化，使水的飽和蒸汽溫度低于大氣條件下水的汽化溫度，水分的汽化速度得以加快，顯著提高作業效率。

4） 隔膜壓榨可在泵送流體充滿濾室后，縮短恒壓入料時間和進一步降低濾餅水分，最大限度地為熱壓過濾脫水節省能量。

5）干燥后的濾餅已失去與濾布和干燥間的粘附力，可方便卸餅。

6）與其它干燥方式相比，無除塵系統，固體回收率100%。

3脫水動力學

3.1脫水面的形成

脫水動力學是研究其脫水機理及其影響因素。影響因素包括兩方面，其一內在因素，包括物料結構特性、理化特性及熱物理特性等；其二是外在因素，包括脫水機理的可行性、設備結構設計、工藝系統設計和熱能供給方式等。如圖3所示，隨著加熱時間的推移，與干燥板接觸的水分傳導受熱汽化，形成一與干燥板平行的飽和蒸汽面，謂之飽和蒸汽脫水峰面，并隨時間自左向右移動，如到達過濾介質處，則飽和蒸汽將穿透過濾介質與濾室抽真空的負壓相平衡。此時，如干燥板繼續加熱，則已經形成的飽和蒸汽會變成過熱蒸氣，繼而再形成第二個過熱蒸氣脫水峰面。圖2所示為某一時刻兩個峰面均已離開干燥板的情形。控制兩個峰面移動的時間和速度即可決定濾餅物料的最終水分。

與強氣壓穿流脫水氣流易短路相比，該操作不會因毛細管直徑大小不一而使脫水面呈現“峰谷現象”。因為，如較粗毛細管的飽和蒸汽由于毛細壓力較小而超前進入飽和濾餅，則因飽和濾餅溫度比較低，會將搶先到達的飽和蒸汽冷凝而將其峰尖削平，使脫水峰面變得平坦，從而避免飽和蒸汽在局部過早穿透過濾介質。

3.2飽和度與時間

飽和度為物料內部孔隙所含液體體積與其孔隙體積之比。如圖3,熱壓過濾干燥初始，濾餅呈飽和狀態（即S=Do時間z=0開始，將干燥板和靠近干燥板的濾餅加熱，直到時間t₀毛細管水開始汽化前濾餅都處于飽和狀態，時間匕為第一個“毛細水柱”被推離干燥板即飽和蒸汽脫水峰面離開干燥板時刻，此時蒸汽的飽和度迅速下降；時間為飽和蒸汽穿透過濾介質即飽和蒸汽脫水峰面離開過濾介質時刻，蒸汽的排除導致飽和度進一步下降；時間勺為過熱蒸氣產生即過熱蒸氣脫水峰面離開干燥板時刻，直到時間該峰面通過過濾介質結束。濾餅由飽和狀態變成非飽和狀態，再變成干飽和狀態，實際操作可根據水分要求控制在不同加熱階段。

4技術與裝備

物流系統與原壓濾系統基本一致，只是料漿進入后，分離出澄清濾液水的同時，較比普通壓濾機排除的是已經干燥的濾餅。真空系統共用物流系統濾液水管路，由于濾室處于高壓密閉狀態，且只是對濾布與濾板之間的小空間抽真空，小型真空泵即可。熱循環系統的流體熱介質可以是飽和蒸汽，也可以是導熱油，均為閉路循環系統，節能、無污染。控制系統可以手動、半自動和全自動。全自動控制要解決兩大工藝環節，一是入料階段結束判斷，目前，在普通壓濾機上采用濾液水流量和液位監控方法國內外已有實施，已無技術障礙；二是干燥階段結束的判斷，本項目采用植入式熱電偶實時監控干燥板上、下溫升和溫差方法判斷干燥過程的結束。配以系統各處的電動閥門，PLC程序控制全系統自動運行。

熱壓過濾單元機構是該項目的核心，要兼有過濾和干

燥兩種機能。一對熱壓隔膜過濾板和干燥板構成一個單元體，每臺設備可任意組合若干個過濾干燥單元體，置于干燥壓濾機機架之上。入料方式采用并聯入料，入料總管通過軟管與各干燥板相連，由每塊干燥板開設的入料口將料漿分向其兩側的濾室。泵送入料結束后，固體物料在干燥板兩側濾室形成飽和濾餅，濾液水透過過濾介質，沿熱壓隔膜過濾板上的濾液水通道進入外部濾液水與真空管道系統。之后，開始進入熱壓過濾脫水階段，開始隔膜壓榨、干燥板通入熱介質和通過濾液水管道對濾室抽真空，進而完成過濾與干燥兩種操作，之后，卸出干燥濾餅，完成一個周期的循環。

5應用效果

2006年10月，世界首臺大型干燥壓濾機在七臺河投入使用，尾煤濾餅水分控制在14%-16%，比壓濾機單獨處理降低了近幾十個百分點，而且濾餅呈松散粒狀，可完全與洗精煤混配，另外由于水分每降低1%,熱值的增加0.3MJ/kg,因此與洗中煤摻配后作為動力煤售出，年凈創450多萬元。同時使該廠真正實現了洗水閉路循環，煤泥廠內回收，并達到了二次全部利用。

太西煤集團3萬t/a超低灰精煤項目,生產系統中安裝了一臺GYJ150/1250型干燥壓濾機及其配套設施。加熱介質利用集團公司自備電廠的乏汽，構成一閉路循環。生產實踐表明，蒸汽壓力0.2MPa、熱壓過濾時間40min條件下，所選出的灰份小于2%的超低灰精煤，一次性脫水水分可以降至10%以下，并已用此精煤生產出灰份小于6%的超低灰活性炭，取得滿意效果。

總之，熱壓過濾脫水是以傳統機械過濾與熱力干燥相結合，具有耗能低、精煤水分低，浮選精煤水分可以達到10%₀是一個理想的固液分離和設備。