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          篩網沉降離心機在美國選煤廠粉煤脫水中的應用

          發布時間:2015-05-09

          美國是世界上的產煤大國,其產量和消費量僅次于中國,列世界第二位。美國有200多座選煤廠,根據入洗原煤煤質和最終產品質量要求,粉煤處理工藝主要有三種典型流程:一段水力旋流器與螺旋分選機流程,兩段水力旋流器與螺旋分選機流程和一段水力旋流器與浮選流程。這三種流程生產的精煤粒度組成分別為:1 00~0 149mm,1 00mm~325目和1 00~0mm[1]。由于美國選煤廠對產品水分要求比較高,所以多數選煤廠,尤其是新建或改造的選煤廠,粉煤脫水都采用了篩網沉降離心機。篩網沉降離心機以其獨特的結構、先進的性能和完備的保護、控制功能成為美國最主要的粉煤脫水設備。
              1 篩網沉降離心機的構造和工作原理
              圖1是篩網沉降離心機結構示意圖。整機由入料、主機、傳動、保護、潤滑、沖洗和排料等部分組成。
              該機的脫水包括沉降脫水和過濾脫水兩過程。礦漿由入料管給入旋轉的轉筒中部,受離心力作用,礦漿開始沉降,固體顆粒沉降到轉筒內壁,液體越過溢流堰形成主濾液。轉筒內裝有與轉筒旋轉方向相同、但速度略低的螺旋推進器。固體顆粒在螺旋推進器的帶動下,向前移動,通過轉筒內的坡形段,進入篩網段。此為沉降過程。進入篩網段的固體顆粒在離心力作用下,其中剩余的液體通過篩網被排出,形成離心液,固體顆粒在螺旋推進器的作用下繼續向前移動,至排料口排除。此為過濾過程。最先進入篩網段的物料,排除部分小于篩網開孔尺寸的顆粒后,在篩網內壁形成過濾“介質”,阻止隨后進入的物料中小顆粒被排出,這也是篩網沉降離心機采用大開孔篩網卻能夠實現小粒級回收的原因。 
              篩網沉降離心機的脫水兼有沉降離心機和篩網過濾離心機的特點。在沉降段排出大部分液體,形成主濾液,這部分濾液濃度低、粒度細;篩網段進一步脫水,形成篩網液,這部分液體量少、濃度高、粒度大。因此,篩網沉降離心機同其他的粉煤脫水設備(如真空過濾機、加壓過濾機、板框壓濾機、沉降離心機等)相比,處理能力大,產品水分低,但固體回收率也比較低。
              2 篩網沉降離心機在美國的研究與應用
              2 1 加工制造
              DMI 公司是美國最大的篩網沉降離心機制造商,在美國市場占有90%的份額。目前該公司生產6種型號的篩網沉降離心機。最大的機型轉筒直徑達到1118mm,長 3352mm,其加強型在處理1 0~0 105mm精煤時單臺處理能力可以達到71~89t/h,即使細粒煤泥含量(-0 149mm)在 20%~25%時,處理能力也可達到53~58t/h,產品水分可以保證在15%以下。表1列出了DMI公司生產的篩網沉降離心機的處理能力。
              DMI公司的篩網沉降離心機由美國實驗材料標準A36碳化鋼制造,在沉降段、排料口、入料管等部位鑲有耐磨陶瓷,增加抗磨性。設備附帶篩網沖洗系統、齒輪潤滑系統、過載保護等輔助功能。與選煤廠控制系統配套,還可實現集中啟停機、自動調整入料量、過載自動放料等。
              2 2 應用場合與工藝
              篩網沉降離心機在美國選煤廠主要做為細粒精煤脫水設備,入料粒度上限2 00mm。根據美國的粉煤分選工藝,篩網沉降離心機的入料主要有三種:水力旋流器的溢流與螺旋分選機的精煤,粒度范圍1 00~0 149mm;第二段水力旋流器的溢流與螺旋分選機的精煤(或者第一段、第二段水力旋流器的溢流與螺旋分選機混合的精煤),粒度范圍100~325目(1 0mm~325目);水力旋流器的溢流、螺旋分選機的精煤與浮選精煤,粒度范圍1 00~0mm。由于篩網段的存在和強大的離心力作用,無論哪種入料,應用篩網沉降離心機脫水后,產品水分都比較理想。
              為了提高固體回收率,美國選煤廠對兩種濾液采用不同方式分別處理:因主濾液流量大、濃度低、粒度細,直接進入尾礦系統;而篩網液因流量小、濃度高、粒度大,多數情況下返回上一工藝環節循環處理。圖2是美國典型的煉焦煤選煤廠粉煤處理工藝流程圖。從圖中可以看出,這種流程采用水力旋流器和螺旋分選機分選1 0~0 149mm的粉煤,其精煤與浮選精煤(0 149~0mm)混合在一起進入篩網沉降離心機脫水,離心機的主濾液直接進入了尾礦,篩網液則返回水力分級旋流器循環處理。
               由于篩網沉降離心機脫水過程中在篩網段形成“濾層”,對細粒煤也有一定的回收作用,因此真正損失到尾礦的固體顆粒只有沉降段的細顆粒。這種篩網液循環處理工藝大大提高了固體回收率。按照這一原則,篩網沉降離心機的固體回收率可以用表2近似計算。
                            
              2 3 添加藥劑提高回收率
               篩網沉降離心機的不足之處在于固體顆粒回收率相對較低,尤其是-200目和325目的極細顆粒容易損失在濾液中。為了提高細顆粒回收率,除調整、改善設備本身的結構、參數(溢流堰高度、篩網尺寸、轉速、工藝流程等)外,美國近年開展了多方面的研究,其中添加藥劑是效果比較明顯的措施之一。   
              一種是常規添加方式,即將藥劑加入到礦漿中,礦漿與藥劑混合后進入離心機。根據美國能源部能源實驗室Wu-WeyWen等人的實驗研究結果[2],在處理超細浮選精煤時(-0 105mm占45%,濃度17%),添加5%的瀝青類乳膠藥劑后,固體回收率由87 4%提高到了97 6%,固體在主濾液中的損失由5 1%下降到1 4%,在離心液中的損失由7 5%下降到1 0%。
              另一種添加方式是由美國弗吉尼亞技術學院 R T Burcheet等人[3]提出的,通過改進沉降離心機的給料管,將專用的藥劑直接添加到離心機內部,依靠離心機的旋轉實現藥劑與礦漿的混合。這種藥劑及添加方式在Moss第三選煤廠的DMI914×1828型離心機上的實驗結果表明,主濾液中的固體含量由3 54%分別下降到了0 33%和 0 25%,產品水分略有增高,由12 84%分別上升到13 03%和14 13%。實驗同時說明,這種專用藥劑和添加方式,效果優于在礦漿中加入普通絮凝劑。
              3 篩網沉降離心機應用前景
              篩網沉降離心機是目前除火力干燥以外最有效的粉煤脫水設備。中國煤炭工業在20世紀 90年代末期先后多次引進了美國的篩網沉降離心機,但只有兗礦集團興隆莊礦選煤廠使用的效果較理想[4],主要原因是篩網沉降離心機的固體回收率較低,不利于資源回收和洗水閉路循環。近年,隨著美國賽吉滿公司進入中國市場,篩網沉降離心機又重新得到重視,從2004年開始,賽吉滿公司在開灤集團東歡坨礦, 淮南集團潘一、潘三礦選煤廠和湘水、紅陵等地方選煤廠設計中采用了美國DMI篩網沉降離心機,用于粉煤脫水。與此同時,國內廠家(唐山森普)也開始加工制造篩網沉降離心機,唐山國華、北京華宇等設計單位也開始在設計中采用篩網沉降離心機。根據中國資源現狀和環保政策要求及選煤工藝特點,賽吉滿公司和國內設計單位,研究設計了一種新的組合,即篩網沉降離心機與壓濾機配合使用。前者作為+200目(或+325目)煤泥的脫水設備,產品水分低,處理能力大,后者作為最終把關設備,保證資源回收和洗水閉路循環。這種新型工藝發揮了兩種設備的優點,提高了系統的效率,尤其是在降低粉煤產品水分方面顯示了很大優勢。通過不斷與國外進行技術交流、合作和設備引進,再加上國內加工制造水平的提高

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