宋 婕

（晉能控股裝備制造集團(tuán)芬雷洗選設(shè)備有限公司，山西 大同 037305）

引言

長期以來，我國生產(chǎn)的潔凈煤含水量高，質(zhì)量無法得到有效提高。如果清潔煤的水分含量過高則會(huì)對下游設(shè)備造成一定程度的影響，同時(shí)對環(huán)境保護(hù)造成很大壓力，導(dǎo)致能源浪費(fèi)[1-3]。為了盡可能減小清潔煤產(chǎn)品的水分，在過去的10 年中，我國從國外購買了許多類型的干燥機(jī)[4]，對潔凈煤進(jìn)行干燥處理。雖然通過干燥處理可以將潔凈煤產(chǎn)品的水分降低到一定程度，但成本較高，且整個(gè)干燥過程復(fù)雜，將在一定程度上污染環(huán)境。而煤泥沉淀離心機(jī)在洗煤廠中的應(yīng)用具有很大的優(yōu)勢，占地面積小，單機(jī)處理能力強(qiáng)，整個(gè)處理過程相對簡單，脫水效果好[5-6]。

1 沉降離心機(jī)原理

如圖1 所示：懸浮液從進(jìn)料管進(jìn)入螺旋腔，并通過靠近螺旋頭圓錐形端部底部的噴嘴進(jìn)入旋轉(zhuǎn)鼓；漿料中的液體在離心力場的作用下出現(xiàn)分層；通過設(shè)置在旋轉(zhuǎn)壁上的篩網(wǎng)分離結(jié)構(gòu)，固體顆粒被捕獲在旋轉(zhuǎn)鼓中；同時(shí)，在離心力和螺桿與轉(zhuǎn)鼓之間速度差的作用下，轉(zhuǎn)鼓中的固體顆粒從轉(zhuǎn)鼓中旋轉(zhuǎn)出來，由轉(zhuǎn)鼓的小端朝鼓的大端移動(dòng)；在該運(yùn)動(dòng)期間，隨著旋轉(zhuǎn)直徑的增加，離心力迅速增加，固相從最初進(jìn)入時(shí)的高水分含量固相轉(zhuǎn)變?yōu)殡x開轉(zhuǎn)鼓時(shí)的低水分含量固相。測量固相，以實(shí)現(xiàn)固液相的自動(dòng)連續(xù)分離。

圖1 臥式螺旋沉降離心機(jī)原理圖

本研究采用的LW800 臥式泥漿脫水離心機(jī)技術(shù)參數(shù)如表1 所示，它可以提供高達(dá)5 000 r/min的轉(zhuǎn)速，每小時(shí)處理能力為40～100 m3。分離過程中的進(jìn)料、洗滌、脫水、卸料等工序連續(xù)完成，具有生產(chǎn)效率和自動(dòng)化程度高、能耗低、適應(yīng)性強(qiáng)、性能穩(wěn)定、分離效果好的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用于礦山行業(yè)。

表1 LW800 臥式泥漿脫水離心機(jī)技術(shù)參數(shù)

2 沉降離心機(jī)參數(shù)分析

2.1 轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速對分離性能的影響

采用控制變量法研究轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速對分離性能的影響。為保證處理能力相同，以水分含量為60%的粉煤灰化水為原料，保持1 m/s的進(jìn)料速度，選擇從250～5 000 r/min 中選擇5 組不同轉(zhuǎn)速，分析排出口處物料的水含量的變化，如下頁圖2 所示。從圖2 可以看出，排出口處的物料的含水量隨著轉(zhuǎn)速的增加而降低，但降低的程度隨著轉(zhuǎn)速的增加而減緩。當(dāng)轉(zhuǎn)速從250 r/min 上升到2 000 r/min 時(shí)，排出口處物料的含水量下降高達(dá)7%；當(dāng)轉(zhuǎn)速從2 000 r/min 上升到5 000 r/min 時(shí)，排出口處的物料含水量降低不超過1%。這是由于轉(zhuǎn)鼓高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，物料類的顆粒物料受離心力的作用而聚集在一起擠出了顆粒之間的液相。在2 000 r/min 以前，顆粒還未達(dá)到堆積極限，轉(zhuǎn)速的增加使物料擠壓程度變高，從而大幅度降低排出口物料含水量；在超過2 000 r/min 后，粉煤灰顆粒基本達(dá)到其堆積極限，堆積區(qū)域的孔隙率達(dá)到最小，此時(shí)再增加轉(zhuǎn)速對含水量的下降意義不大。因此將轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速設(shè)定為2 000 r/min，可在能耗較低的工況下，實(shí)現(xiàn)含水量的大幅度降低，同時(shí)保證離心機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性和較高的葉片壽命。

圖2 不同轉(zhuǎn)速下的粉煤氣化灰水含水率

2.2 轉(zhuǎn)鼓錐角對分離性能的影響

為了進(jìn)一步減少物料的水分含量，計(jì)劃通過改變轉(zhuǎn)鼓的錐角來優(yōu)化現(xiàn)有的臥式螺旋沉降離心機(jī)的結(jié)構(gòu)，以獲得具有更高分離效率的離心機(jī)結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)有轉(zhuǎn)鼓的錐角為9°。為了探討轉(zhuǎn)鼓錐角對物料水分含量的影響，將轉(zhuǎn)速統(tǒng)一設(shè)定為為2 000 r/min。從6°開始增加錐角至12°，分析排出口處水分含量，結(jié)果如圖3 所示。從圖中可以看出，排出口處水分含量隨著錐角的增加呈先減小、后增加的趨勢，在10°時(shí)達(dá)到最小值。一方面，由于轉(zhuǎn)鼓錐角的增加，對物料的擠壓和脫水效果增強(qiáng)，有利于含水量的降低，另一方面，在設(shè)計(jì)臥式螺旋沉降離心機(jī)時(shí)，為了確保右側(cè)小端的直徑保持不變，增大轉(zhuǎn)鼓的錐角必然會(huì)導(dǎo)致臥式螺旋沉降離心機(jī)錐段長度減小進(jìn)而將導(dǎo)致粉化氣化灰水的擠壓和脫水時(shí)間變短，不利于水分含量的降低。在這項(xiàng)研究中，當(dāng)旋轉(zhuǎn)滾筒的錐角增加到12°時(shí)，錐段長度減小26%。盡管對物料的擠壓作用最強(qiáng)，但減少了物料在轉(zhuǎn)筒中的停留時(shí)間，導(dǎo)致水含量幾乎與錐角為10°或11°時(shí)相同。另外，粉煤灰顆粒組達(dá)到堆積極限后，仍有少量液體仍占據(jù)粉煤灰顆粒的內(nèi)部間隙，增加轉(zhuǎn)鼓的錐角也無法完全擠壓這一部分液體，最終將與粉煤灰顆粒組一起被排出。因此，當(dāng)轉(zhuǎn)鼓的錐角增加到10°～11°時(shí)，繼續(xù)增加轉(zhuǎn)鼓的錐角不會(huì)顯著降低物料的水分含量，反而會(huì)增加轉(zhuǎn)鼓的錐角，將導(dǎo)致螺旋推桿的扭矩增加，螺旋葉片的磨損也會(huì)相應(yīng)增加，這會(huì)降低離心機(jī)的使用壽命。綜合考慮，為了提高離心機(jī)的脫水能力，可以將原始的臥式螺旋沉降離心機(jī)的轉(zhuǎn)鼓錐角增加1°～2°，以獲得較低水分含量的物料。

圖3 不同轉(zhuǎn)鼓錐角下的含水率

2.3 螺距對分離性能的影響

為了探究螺距對煤粉氣化灰水水分含量的影響，仍保持速度在2 000 r/min，對不同螺距的離心效果進(jìn)行研究，結(jié)果如圖4 所示。從圖中可以看出，隨著螺距的增加，臥式螺旋沉降離心機(jī)出口處的水含量持續(xù)上升。因此，降低螺距可有效降低出口處的物料含水量，這是因?yàn)殡x心機(jī)的螺距越小，螺旋槳葉片的轉(zhuǎn)數(shù)越多，提高了臥式螺旋沉降離心機(jī)內(nèi)部的旋流的穩(wěn)定性。但是，不建議為了增加臥式螺旋沉降離心機(jī)的分離效率而減小螺距，因?yàn)楫?dāng)螺距太小時(shí)，輸送力將嚴(yán)重不足會(huì)導(dǎo)致沉淀物堵塞葉片，并影響臥式螺旋沉降離心機(jī)的使用壽命。因此，臥式螺旋沉降離心機(jī)的螺距不應(yīng)太小。從圖4 可以看出，現(xiàn)有的螺距為208 mm，當(dāng)螺距小于或等于208 mm 時(shí)，水分含量滿足45%的工程要求。同時(shí)，考慮臥式螺旋沉降離心機(jī)的泥沙輸送能力，將螺旋槳的螺距保持在原來的208 mm。

圖4 不同螺距下出口處物料的含水量

3 結(jié)論

1）排出口的水分含量隨著滾筒速度的增加而降低，但是，考慮到所需的能量消耗、操作穩(wěn)定性和使用壽命，更合適的轉(zhuǎn)速為2 000 r/min。

2）在轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速為2 000 r/min的條件下，將現(xiàn)有臥式螺旋沉降離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓的錐角增加1°～2°可以進(jìn)一步提高離心機(jī)的脫水效率。

3）將螺旋槳的螺距保持在原來的208 mm的水平，可以保證臥式螺旋沉降離心機(jī)排出口的水含量低，并具有良好的輸送能力。