近年來, 隨著我G煤炭工業的發展, 煤炭洗選加工業取得了較大的進步. 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內市場和出口的需要, 對精煤的質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. 它具有產品水分低, 處理能力大, 占地面積小, 沒有輔助設備, 系統簡單和適應物料濃度變化范圍大等優點.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分別經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鼓、圓柱形過濾轉鼓、與沉降過濾轉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鼓高速旋轉,  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鼓作
同向轉動,  但有一定的差轉速.	礦漿由進料管通過位于螺旋
輸送器內筒上的加速器加速后,	進入沉降轉鼓內的柱錐交界
處,  轉鼓高速旋轉產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,  并沉降到轉鼓內壁,  該過程稱為離
心沉降;  經初步脫水后的固相由螺旋推送器推送到帶篩網的
過濾段,  在離心力的作用下經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  結構參數對分離效果的影響
 
沉降過濾式離心機的結構參數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. 沉降過濾式離心機的結構參數與生產能力及分離效果密切相關, 結構參數主要包括沉降段轉鼓直徑 D 與長度 L1、錐段轉鼓的半錐角 、過濾段轉鼓的直徑 D g 與長度 Lg、篩縫寬度 b、螺旋葉片的導程 S 等.
 
2 1  沉降段轉鼓直徑 D 與長度 L1
 
轉鼓直徑 D 表征了這類離心機的生產能力, 直徑越大則生產能力越大. G內用于選煤廠的離心機直徑在 900~ 1 400 mm, 直徑 900 mm 離心機的生產能力在 10~ 20 t/h, 而直徑增大到 1 400 mm 時, 生產能力則可增大到 50~ 60 t/h. L1 的大小決定分離液在轉鼓內停留時間的長短, L1 大則分離液在轉鼓內的停留時間就長, 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  過濾段轉鼓的直徑 D g 與長度 Lg
 
過濾段轉鼓的直徑與溢流圓環直徑有關,  設計時應略小于**小的溢流圓環直徑.  過濾段轉鼓的長度
 
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 公司生產的 SB6400離心機的 Lg = 1 128 mm, 與沉降段轉鼓的直徑 ( 1 118 mm ) 相仿, 對浮選精煤脫水后的產品水分為 18 5% . 而G產 W LG900 1800 II型離心機 ( 以下簡稱 G900Ⅱ ) 的 Lg = 552 mm, 其長度與沉降段轉鼓直徑的比值為 0 61, 對浮選精煤脫水后的產品水分為 15 54% . 可見對浮選精煤這種礦漿, 過長的 L g 尺寸對降低產品水分的作用不明顯.
 
2 4  篩網材料與篩縫寬度 b
 
安裝在過濾段轉鼓內的篩網是沉降過濾式離心機的一個關鍵易損部件,  進口離心機的篩網多用碳化鎢
 

材料制成,  耐磨性好,  使用壽命可達 15 000 h;  G產 G900  1800型離心機 ( 以下簡稱 G900)		所用篩網采
用不銹鋼材料,	壽命只有 1 000 h.  改進設計后的 G900Ⅱ型離心機,  篩網采用高鋁陶瓷材料,	其耐磨系數
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的使用壽命可達 6 000 h.

 
濾網篩縫的寬度也是影響過濾效果的一個重要參數, 篩縫過大有可能跑料, 使產品回收率降低; 篩縫過小, 增大過濾比阻, 增加產品的水分. BIRD公司生產的 SB6400離心機的碳化鎢篩網縫隙為 0 38 mm,
 

G產離心機的篩網縫隙為 0		2~ 0 5 mm,  多數離心機篩縫在 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鼓內的停留時間、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.								缺點是固相在轉鼓內的停留時間
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,  約為轉鼓直徑的 1 /3,						在過濾轉鼓
內走的路程不到 2圈.
2 6  進口與G產離心機結構參數的比較
	進口與G產離心機結構參數的比較見表 1.
				表 1	結構參數的比較
				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  操作參數對分離效果的影響
 
沉降過濾式離心機的操作參數是操作者根據煤漿情況進行調節的, 操作參數主要包括分離因數 F r (即轉鼓轉速 ng ) 、螺旋輸送器與轉鼓間的差轉速 n、處理量 Q 和液層深度 h 等. 根據被分離物料的具體
情況,  選用合適的操作參數,  除了可以得到理想的分離效果外,  還可以起到較好的節能作用.
 
3 1  分離因數 F r
 
分離因數 F r 是轉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為沉降段圓柱轉鼓的內半徑,  m; 為轉鼓旋轉的角速度,  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,  增加生產能力,  但同時也增加了機器的功率消耗、磨損及轉鼓壁上的應
 
力 . 轉速越高, 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都比較低, 而G產離心機的 F r 比進口離心機要更低一些.
 
3 2  差轉速 n
 
螺旋輸送器與轉鼓間的差轉速 n是由行星差速器產生的,  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、傳動效率高的優點, 用于選煤廠的較多. 擺線針輪差速器體積小、質量輕, 產品較成熟, 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. 但是過大的差轉速, 會減少產品在轉鼓內的停留時
 
間 ,  增加產品的水分,  因此差轉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,  差轉速 n 也常用轉差率 a 表示,  即
a =  _n ⁿ_g 100% .
經統計,  沉降過濾離心機的轉差率一般在 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, 它是表示生產能力的一個重要指標, 合適的處理量應認為是在滿足產品分離要求下的**大進料量. 處理量還與進料濃度有關, 選煤廠常按進料干煤量 ( t/h) 計. 給料量小, 生產效率低, 經濟性差; 給料量過大, 有可能達不到分離要求. 通常, 機器安裝后,要根據被分離物料的具體情況進行現場調試, 通過調節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 可由位于轉鼓大端蓋上的溢流孔的位置進行調節. 液層深度大, 螺旋葉片對轉鼓內液池的擾動小, 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產離心機操作參數的比較
 
進口與G產離心機操作參數的比較見表 2.
 

			表 2	操作參數的比較
		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, 生產能力低, 產品的水分比較高. 從 20世紀 80年代初, 我G開始研制沉降過濾式離心機, 由于受制造技術的制約, 生產的離心機使用壽命短, 螺旋和濾網磨損快, 檢修困難, 影響了G產離心機的推廣應用. 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內部分選煤廠, 取得了較好的效果. 進口與G產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產設備與進口機的生產能力相近, 其中產品水分G產設備要優于進口機, 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產的 W LG1100型離心機轉鼓內徑相近, 但生產能力要比G產機高近 50% , 產品水分比G產設備低 18% 左右,說明G產離心機與進口設備還存在較大的差距.
 
5  結 論
 
( 1) 深入研究了被分離物料的性質, 分析了G內外現有產品的結構參數和操作參數, 提出了適合中GG情的設計參數.
 
( 2) 提高離心機分離因數的難度在于制造技術, 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, 提高轉鼓和螺旋輸送器組件的動平衡精度.
 
( 3) 加強對篩網、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) 離心機主驅動電機和調節差速用的輔電機可采用變頻調速, 既可以降低起動功率, 也可以根據物料情況, 調節轉鼓轉速和差轉速. 增加差速器轉臂的扭矩測量裝置和進料閥自動控制系統, 以便在機器超載時起自動保護作用, 確保機器的安全運行.