近年來, 隨著我G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G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G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, 沒有輔助設備, 系統(tǒng)簡單和適應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
 
沉降過濾式離心機工作原理^{[ 1]} 如圖 1所示. 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		圖 1  沉降過濾式離心機工作原理
排出,  這一過程稱為離心過濾.	F ig 1	W orking princ ip les of screen bow l cen trifug e

 
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 、過濾段轉(zhuǎn)鼓的直徑 D g 與長度 Lg、篩縫寬度 b、螺旋葉片的導程 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. G內(nèi)用于選煤廠的離心機直徑在 900~ 1 400 mm, 直徑 900 mm 離心機的生產(chǎn)能力在 10~ 20 t/h, 而直徑增大到 1 400 mm 時, 生產(chǎn)能力則可增大到 50~ 60 t/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
 
半錐角 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 = 10~ 15 .
 
2 3  過濾段轉(zhuǎn)鼓的直徑 D g 與長度 Lg
 
過濾段轉(zhuǎn)鼓的直徑與溢流圓環(huán)直徑有關(guān),  設計時應略小于**小的溢流圓環(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G B IRD 公司生產(chǎn)的 SB6400離心機的 Lg = 1 128 mm, 與沉降段轉(zhuǎn)鼓的直徑 ( 1 118 mm ) 相仿, 對浮選精煤脫水后的產(chǎn)品水分為 18 5% . 而G產(chǎn) W LG900 1800 II型離心機 ( 以下簡稱 G900Ⅱ ) 的 Lg = 552 mm, 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% . 可見對浮選精煤這種礦漿, 過長的 L g 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 15 000 h;  G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 1 000 h.  改進設計后的 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 6 000 h.

 
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 38 mm,
 

G產(chǎn)離心機的篩網(wǎng)縫隙為 0		2~ 0 5 mm,  多數(shù)離心機篩縫在 0 35 mm.
	2 5  螺旋葉片的導程 S

 
螺旋葉片的導程影響到固相在轉(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型離心機的導程為 305 mm,  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.
2 6  進口與G產(chǎn)離心機結(jié)構(gòu)參數(shù)的比較
	進口與G產(chǎn)離心機結(jié)構(gòu)參數(shù)的比較見表 1.
				表 1	結(jié)構(gòu)參數(shù)的比較
				Tab le 1  Comparison of struc ture p aram eters
	型 號	D /mm	L /D	L1  /mm	D g /mm	L g /mm	b /mm	S /mm	/  (  )	濾網(wǎng)材料
	SB6400[ 2]	1 118	3 00	1 539	876	1 128	0 38		10	碳化鎢
	G900[ 3]	900	2 00	407	640	495	0 50	250	12	不銹鋼
	G900Ⅱ[ 4]	900	2 00	675	730	552	0 50	305	13	高鋁陶瓷
	TCL- 1134[ 5]	1 100	2 92				0 300 35
	TCL- 1418[ 5]	1 358	1 38				0 250 35
	W LG1100[ 5]	1 100	2 39				0 200 35

 
 
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) F r (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) F r
 
分離因數(shù) F r 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
 
F r  =  r  ² /g,
 
式中,  r為沉降段圓柱轉(zhuǎn)鼓的內(nèi)半徑,  m; 為轉(zhuǎn)鼓旋轉(zhuǎn)的角速度,  rad /s;  g 為重力加速度,  g = 9 81 m /
 
s².
 
F r 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
 
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G產(chǎn)離心機的 F r 比進口離心機要更低一些.
 
3 2  差轉(zhuǎn)速 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 ⁿ_g 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, 合適的處理量應認為是在滿足產(chǎn)品分離要求下的**大進料量. 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.
3 5  進口與G產(chǎn)離心機操作參數(shù)的比較
 
進口與G產(chǎn)離心機操作參數(shù)的比較見表 2.
 

			表 2	操作參數(shù)的比較
		Tab le 2	Com parison of operational param eters
型	號	F r	a /%		Q /t	h- 1		h /mm	N /kW
SB6400[ 2]		624 /755	2	5	35~	45			283
G900[ 3]		196 /315	2	0	9 75				110
G900Ⅱ[ 4]		322 /504	1	8	12 2~	29		8	110
LW Z1200	1800[6, 7]	242 /329	2	1	30~	40			185
LW Z1100	2600[8]	400 /700			30~	35		50 /75 /100	250
DM I900	1800[ 5]	1 300			91 m3		/h		112
DM I1000	1800[ 5]	1 110			114 m3		/h		186
DM I1100	3300[ 5]	1 225			180 m3		/h		298
TCL- 1134[ 5]		301 /1 039							300
TCL- 1418[ 5]		175 /321							190
W LG1100[ 5]		302 /498			21 16				225

 
 
4  進口與G產(chǎn)離心機分離效果的比較
 
20世紀 80年代以前, 我G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G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G產(chǎn)離心機的推廣應用. 改革開放以來, 我G先后從美G DM I公司、B IRD 公司和德G KHD 公司引進了多臺不同型號的沉降過濾式離心機, 應用于G內(nèi)部分選煤廠, 取得了較好的效果. 進口與G產(chǎn)離心機分離效果的比較見表 3.
 

				表 3	分離效果的比較
			Tab le 3	Comparison of dewatering re su lts
型 號	物 料	Q /t	h- 1	- 0 044*		入料灰分		產(chǎn)品水分		離心液濃度	濾液濃度
				/%		/%		/%		/g  L- 1	/g  L- 1
SB6400[ 2]	原生煤泥	35	~ 45	32	66	17	13	19	60	40~ 70	275~ 310
LW Z1200[ 6]	原生煤泥	30	~ 40	20	38	40	12	15	70	187  (含濾液 )
SB6400[ 2]	浮選精煤	35	~ 45	22	74	20	13	18	50	40~ 70	275~ 310
W LG900[ 3]	浮選精煤	11	~ 14	43~ 53		10	19	20 ~ 24		109 00	446 00
W LG900Ⅱ[ 4]	浮選精煤			29	30	18	44	21	09	10 27	20 22
W LG1100[ 5]	浮選精煤	21 16		42	80	7	76	22	12	75 69	375 12

 
* 指入料中小于 0 044 mm 粒級所占的百分含量.由表 3可以看出, 對原生煤泥, G產(chǎn)設備與進口機的生產(chǎn)能力相近, 其中產(chǎn)品水分G產(chǎn)設備要優(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G SB6400型與G產(chǎn)的 W LG1100型離心機轉(zhuǎn)鼓內(nèi)徑相近, 但生產(chǎn)能力要比G產(chǎn)機高近 50% , 產(chǎn)品水分比G產(chǎn)設備低 18% 左右,說明G產(chǎn)離心機與進口設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G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GG情的設計參數(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)速和差轉(zhuǎn)速. 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.