沉降過濾式離心機技術(shù)參數(shù)對煤泥分離效果的影響
技術(shù)支持
近年來，隨著我國煤炭工業(yè)的發(fā)展，煤炭洗選加工業(yè)取得了較大的進步。全國選煤廠的入洗能力不斷提高，目前原煤的入洗比例達到32%左右。同時為了滿足國內(nèi)市場和出口的需要，對精煤的質(zhì)量也提出了更高的要求。因此浮選精煤的水分成為當今選煤廠迫切需要解決的問題。沉降過濾式離心機是一種新型和高效的細粒煤脫水設(shè)備，在選煤廠主要用于煤泥的脫水。它具有產(chǎn)品水分低，處理能力大，占地面積小，沒有輔助設(shè)備，系統(tǒng)簡單和適應(yīng)物料濃度變化范圍大等優(yōu)點。
1 沉降過濾式離心機的工作原理
待分離的礦漿在離心機內(nèi)分別經(jīng)歷了離心沉降和離心過濾兩個過程。這種離心機主要由呈柱錐形的沉降轉(zhuǎn)鼓、圓柱形過濾轉(zhuǎn)鼓、與沉降過濾轉(zhuǎn)鼓形狀相配的螺旋輸送器和行星差速器組成。主電動機通過膠帶輪帶動轉(zhuǎn)鼓高速旋轉(zhuǎn)，在行星差速器的作用下，差速器的輸出軸帶動螺旋輸送器與轉(zhuǎn)鼓作同向轉(zhuǎn)動，但有一定的差轉(zhuǎn)速。礦漿由進料管通過位于螺旋輸送器內(nèi)筒上的加速器加速后，進入沉降轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的柱錐交界處，轉(zhuǎn)鼓高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的比重力高幾百倍的離心力，使固相顆粒從液體里分離出來，并沉降到轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁，該過程稱為離心沉降。經(jīng)初步脫水后的固相由螺旋推送器推送到帶篩網(wǎng)的過濾段，在離心力的作用下經(jīng)過進一步過濾脫水后由排料口排出，這一過程稱為離心過濾。
2 結(jié)構(gòu)參數(shù)對分離效果的影響
沉降過濾式離心機的結(jié)構(gòu)參數(shù)是在機械設(shè)計時確定的，因此在實際操作過程中是不可變更的參數(shù)。沉降過濾式離心機的結(jié)構(gòu)參數(shù)與生產(chǎn)能力及分離效果密切相關(guān)，結(jié)構(gòu)參數(shù)主要包括沉降段轉(zhuǎn)鼓直徑D與長度L1、錐段轉(zhuǎn)鼓的半錐角a、過濾段轉(zhuǎn)鼓的直徑Dg與長度Lg、篩縫寬度b、螺旋葉片的導(dǎo)程S等。
2.1 沉降段轉(zhuǎn)鼓直徑D與長度L1
轉(zhuǎn)鼓直徑D表征了這類離心機的生產(chǎn)能力，直徑越大則生產(chǎn)能力越大。國內(nèi)用于選煤廠的離心機直徑在900～1400mm，直徑900mm離心機的生產(chǎn)能力在10～20t/h，而直徑增大到1400mm時，生產(chǎn)能力則可增大到50～60t/h，L1的大小決定分離液在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)停留時間的長短，L1大則分離液在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的停留時間就長，離心液中帶走的固體顆粒就越少。
2.2 半錐角a
半錐角a是指轉(zhuǎn)鼓錐段母線與軸線的夾角。較大的錐角有利于固相的脫水，但是要增大軸向推力、輸渣功率、增加螺旋葉片的磨損并使輸渣效率降低。由于煤漿中的固相顆粒相對較大，屬于比較容易輸送的物料，一般取a=10～15°。
2.3 過濾段轉(zhuǎn)鼓的直徑Dg與長度Lg
過濾段轉(zhuǎn)鼓的直徑與溢流圓環(huán)直徑有關(guān)，設(shè)計時應(yīng)略小于溢流圓環(huán)直徑。過濾段轉(zhuǎn)鼓的長度Lg長，固相在過濾段的停留時間就越長，容易得到較干的煤泥濾餅。美國BIRD公司生產(chǎn)的SB6400離心機的Lg=1128mm，與沉降段轉(zhuǎn)鼓的直徑（1118mm）相仿，對浮選精煤脫水后的產(chǎn)品水分為18.5%。而國產(chǎn)WLG900×1800Ⅱ型離心機（以下簡稱G900Ⅱ）的Lg=552mm，其長度與沉降段轉(zhuǎn)鼓直徑的比值為0.61，對浮選精煤脫水后的產(chǎn)品水分為15.54%?？梢妼Ω∵x精煤這種礦漿，過長的Lg尺寸對降低產(chǎn)品水分的作用不明顯。
2.4 篩網(wǎng)材料與篩縫寬度b
安裝在過濾段轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的篩網(wǎng)是沉降過濾式離心機的一個關(guān)鍵易損部件，進口離心機的篩網(wǎng)多用碳化鎢材料制成，耐磨性好，使用壽命可達15000h；國產(chǎn)G900×1800型離心機（以下簡稱G900）所用篩網(wǎng)采用不銹鋼材料，壽命只有1000h，改進設(shè)計后的G900Ⅱ型離心機，篩網(wǎng)采用高鋁陶瓷材料，其耐磨系數(shù)為碳化鎢的1/6.5，價格為碳化鎢的1/6，有論文分析高鋁陶瓷濾網(wǎng)的使用壽命可達6000h。
濾網(wǎng)篩縫的寬度也是影響過濾效果的一個重要參數(shù)，篩縫過大有可能跑料，使產(chǎn)品回收率降低；篩縫過小，增大過濾比阻，增加產(chǎn)品的水分。BIRD公司生產(chǎn)的SB6400離心機的碳化鎢篩網(wǎng)縫隙為0.38mm，國產(chǎn)離心機的篩網(wǎng)縫隙為0.2～0.5mm，多少離心機篩縫在0.35mm。
2.5 螺旋葉片的導(dǎo)程S
螺旋葉片的導(dǎo)程影響到固相在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的停留時間、輸送效率、輸送功率、螺旋輸送器所受的軸向力和葉片的磨損。螺旋導(dǎo)程較大時，可減少輸送功率、軸向力和葉片的磨損。缺點是固相在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的停留時間短，可能達不到煤泥脫水所必需的時間，輸送效率低。導(dǎo)程過小會引起煤泥在螺旋葉片間搭橋，使螺旋通道堵塞，造成分離過程不能進行。G900Ⅱ型離心機的導(dǎo)程為305mm，約為轉(zhuǎn)鼓直徑的1/3，在過濾轉(zhuǎn)鼓內(nèi)走的路程不到2圈。
3 操作參數(shù)對分離效果的影響
沉降過濾式離心機的操作參數(shù)是操作者根據(jù)煤漿情況進行調(diào)節(jié)的，操作參數(shù)主要包括分離因數(shù)Fr（即轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速ng）、螺旋輸送器與轉(zhuǎn)鼓間的差轉(zhuǎn)速△n、處理量Q和液層深度h等。根據(jù)被分離物料的具體情況，選用合適的操作參數(shù)，除了可以得到理想的分離效果外，還可以起到較好的節(jié)能作用。
3.1 分離因數(shù)Fr
分離因數(shù)Fr是轉(zhuǎn)鼓中離心力場強弱的標志，它的物理意義是離心加速度與重力加速度之比，即Fr=rw2/g。
式中，r為沉降段圓柱轉(zhuǎn)鼓的內(nèi)半徑，m；w為轉(zhuǎn)鼓旋轉(zhuǎn)的角速度，rad/s；g為重力加速度，g=9.18m/s2。
Fr大，可以提高分離效果，增加生產(chǎn)能力，但同時也增加了機器的功率消耗、磨損及轉(zhuǎn)鼓壁上的應(yīng)力。轉(zhuǎn)速越高，消耗的功率越大。由于選煤廠煤漿的固液相重度差較大，固相顆粒比較疏松，因此所用的沉降過濾離心機的分離因數(shù)都比較低，而國產(chǎn)離心機的Fr比進口離心機要更低一些。
3.2 差速器△n
螺旋輸送器與轉(zhuǎn)鼓間的差轉(zhuǎn)速△n是由行星差速器產(chǎn)生的，目前用于這類離心機的差速器有漸開線行星齒輪差速器和擺線針輪差速器兩種。漸開線行星齒輪差速器具有傳遞功率大、傳動效率高的優(yōu)點，用于選煤廠的較多。擺線針輪差速器體積小、質(zhì)量輕，產(chǎn)品較成熟，在中小型離心機上用的較多。
差速較大，有利于提高輸送固相物料的能力，減輕差速器負載，但是過大的差轉(zhuǎn)速，會減少產(chǎn)品在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的停留時間，增加產(chǎn)品的水分，因此差轉(zhuǎn)速應(yīng)控制在一個合適的范圍。
由于差速器的速比是固定不變的，因此，差轉(zhuǎn)速△n也常用轉(zhuǎn)差率a表示， 即a=△n/ng×100%。
經(jīng)統(tǒng)計，沉降過濾離心機的轉(zhuǎn)差率一般在1.8%～2.5%之間。
3.3 處理量Q
離心機的處理量一般是指機器單位時間的進料流量，它是表示生產(chǎn)能力的一個重要指標，合適的處理量應(yīng)認為是在滿足產(chǎn)品分離要求下的進料量。處理量還與進料濃度有關(guān)，選煤廠常按進料干煤量（t/h）計。給料量小，生產(chǎn)效率低，經(jīng)濟性差；給料量過大，有可能達不到分離要求。通常，機器安裝后，要根據(jù)被分離物料的具體情況進行現(xiàn)場調(diào)試，通過調(diào)節(jié)不同的進料量來分析分離效果，從而確定該離心機的處理量。
3.4 液層深度h
液層深度h可由位于轉(zhuǎn)鼓大端蓋上的溢流孔的位置進行調(diào)節(jié)。液層深度大，螺旋葉片對轉(zhuǎn)鼓內(nèi)液池的擾動小，有利于降低離心液濃度從而獲得較高的回收率。由于這種離心機上增加了過濾段，產(chǎn)品的脫水主要在過濾段完成，因此在實際使用過程中，可以選用較高的液層深度。
4 進口與國產(chǎn)離心機分離效果的比較
20世紀80年代以前，我國選煤廠多采用盤式真空過濾機進行煤泥脫水，生產(chǎn)能力低，產(chǎn)品的水分比較高。從20世紀80年代初，我國開始研制沉降過濾式離心機，由于受制造技術(shù)的制約，生產(chǎn)的離心機使用壽命短，螺旋和濾網(wǎng)磨損快，檢修困難，影響了國產(chǎn)離心機的推廣應(yīng)用。改革開放以來，我國先后從美國DMI公司、BIRD公司和德國KHD公司引進了多臺不同型號的沉降過濾式離心機，應(yīng)用于國內(nèi)部分選煤廠，取得了較好的效果。進口與國產(chǎn)離心機分離效果的比較見下表：
型號 | 物料 | Q/t/h | -0.044*/% | 入料灰分/% | 產(chǎn)品水分/% | 離心液濃度/g/L | 濾液濃度/g/L |
SB6400 | 原生煤泥 | 35-45 | 32.66 | 17.13 | 19.60 | 40-70 | 275-310 |
LWZ1200 | 原生煤泥 | 30-40 | 20.38 | 40.12 | 15.70 | 187（含濾液） | |
SB6400 | 浮選精煤 | 35-45 | 22.74 | 20.13 | 18.50 | 40-70 | 275-310 |
WLG900 | 浮選精煤 | 11-14 | 43-53 | 10.19 | 20-24 | 109.00 | 446.00 |
WLG900Ⅱ | 浮選精煤 | 29.30 | 18.44 | 21.09 | 10.27 | 20.22 | |
WLG1100 | 浮選精煤 | 21.16 | 42.80 | 7.76 | 22.12 | 75.69 | 375.12 |
*指入料中小于0.044mm粒級所占的百分含量
由上表可以看出，對原生煤泥，國產(chǎn)設(shè)備與進口機的生產(chǎn)能力相近，其中產(chǎn)品水分國產(chǎn)設(shè)備要優(yōu)于進口機，其余分離效果由于入料性能不一，不能作簡單的比較。對浮選精煤，美國SB6400型與國產(chǎn)的WLG1100型離心機轉(zhuǎn)鼓內(nèi)徑相近，但生產(chǎn)能力要比國產(chǎn)機高近50%，產(chǎn)品水分比國產(chǎn)設(shè)備低18%左右，說明國產(chǎn)離心機與進口設(shè)備還存在較大的差距。
5 結(jié)論
（1）深入研究了被分離物料的性質(zhì)，分析了國內(nèi)外現(xiàn)有產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)參數(shù)和操作參數(shù)，提出了適合中國國情的設(shè)計參數(shù)。
（2）提高離心機分離因數(shù)的難度在于制造技術(shù)，重點要解決主軸的支承和潤滑問題，在制造過程中要確保主要零部件加工和整機組裝的同軸度，提高轉(zhuǎn)鼓和螺旋輸送器組件的動平衡精度。
（3）加強對篩網(wǎng)、螺旋輸送器葉片等易磨損件的研究，提高易磨損件的使用壽命。
（4）差速器是沉降過濾式離心機的一個關(guān)鍵部件，建議采用2-2K-H型漸開線行星齒輪差速器，以提高整機的工作可靠性。
（5）離心機主驅(qū)動電機和調(diào)節(jié)差速用的輔電機可采用變頻調(diào)速，既可以降低起動功率，也可以根據(jù)物料情況，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速和差速器。增加差速器轉(zhuǎn)臂的扭矩測量裝置和進料閥自動控制系統(tǒng)，以便在機器超載時起自動保護作用，確保機器的安全運行。
