浮選精煤間斷式螺旋卸料過濾離心機的設計研究

劉新

（北京華宇工程有限公司；北京100120）

    摘要：在對細物料在離心力場中濾餅過濾特點分析的基礎上，為浮選精煤脫水設計了一種新型的連續卸料的過濾機———間斷式螺旋刮刀卸料過濾離心機；獨特的間斷式螺旋設計，從根本上解決了現有過濾式離心機存在的問題，為浮選精煤脫水找到了一條經濟可行的新途徑。
    關鍵詞：脫水；離心過濾；濾餅過濾；斷開式螺旋
    中圖分類號：TD456文獻標識碼：A文章編號：1672-545X（2010）10-0063-02
    近年來，煤泥浮選技術的推廣，大大改善了細粒煤泥的分選效果和能源利用率。但同時由于粒度組成較細、比表面積大、吸附能力強等一系列原因，浮選精煤泥脫水，成為了選煤廠中投資大、能耗和運行費用相對較高但又不可缺少的工藝環節。連續卸料離心過濾，是一種較為經濟的脫水方法。然而由于浮選精煤自身的特性和過濾離心機的脫水機理．使得該方法在實際工業生產中難以得到廣泛應用。因此，分析研究離心力場中細煤泥脫水過程和改進現有離心脫水設備的結構，有十分重要的意義。     1·離心力場中的濾餅過濾
    現用的過濾式離心機中，被分離的物料在篩籃中所受到的離心力的方向，始終指向篩籃壁（即濾孔方向），混合物料在離心力作用下，液體通過濾孔被分離出去，固相被阻留在轉鼓內壁上，形成濾餅。離心過濾固液分離過程中，過濾介質的孔隙大小，決定濾液帶失的固體顆粒的粒度上限，濾餅結構決定濾渣中粒度限下物的含量，即決定綜合固體回收率。過濾離心機的基本脫水理論，就是綜合利用濾介質與濾餅截留相結合的方法，來實現降低截留粒度，提高濾餅固體回收率。
    過濾過程的濾液流速與濾餅層的厚度成反比，這主要是因為在過濾脫液過程中。液體在濾餅中的微細不規則通道構成的管網中，是沿著壓力梯度降低的方向運動的。隨著濾餅厚度的增加，滲流過程的濾餅阻力增大，也就是脫液過程中的液體的流動阻力增大[1]。因此如何動態改變濾餅的結構和厚度，是離心過濾機械設計的重中之重。
    本文設計的間斷式螺旋卸料過濾離心機，利用特定的機械結構，連續地控制濾餅的結構與脫水時間，即在過濾過程中，既有濾餅的形成與擠壓脫水過程，同時又避免濾餅的過度壓縮和過度增長，降低濾餅過濾過程的阻力，提高了過濾效率。間斷式螺旋刮刀卸料過濾離心機的工作原理及結構見圖1。

                   
    離心過濾過程對所分離的液相與固相，沒有密度差的要求。分離過程中，物料由進料管連續引入，均勻分布到轉鼓底段濾網壁上。懸浮液中的固相，被截留在過濾介質（濾網）上，并堆積形成濾餅，由于同心安裝的篩籃與斷開式輸料螺旋刮刀4存在轉速差，因此螺旋刮刀相對于篩籃3轉動，螺旋面與物料之間產生的接觸力，可分解為軸向分力和周向分力。在軸向分力的作用下，螺旋面推動物料沿著軸向運動。所以濾渣在離心力的錐面分力和輸料螺旋的共同作用下，連續不斷地向轉鼓大端移動排出轉鼓，經同相出口6排出機外；懸浮液中液相在離心力的作用下，透過多孔濾餅和過濾介質分離出去，經離心液排出口7排出機外。間斷式螺旋刮刀4是其核心部件．由間斷式螺旋面和刮刀基體組成。間斷螺旋面固定于刮刀基體，螺旋面由多段組成．兩個間斷面之間，保持一定間距。間斷式螺旋刮刀為多頭，每一頭螺旋面均是間斷式，每段螺旋的軸向高度，由螺旋的螺距和螺旋的頭數決定[2]。離心機工作時，當物料運動到每一個間斷處時，由于不存在螺旋面，物料突然失去前進的推動力，便會逐步堆積，并由下一個螺旋頭的螺旋段刮走，連續不斷地進入下一個螺旋段，實現連續過濾。螺旋段的多少及長度、螺旋刮刀的半錐角、螺旋的升角和篩籃刮刀轉速差，決定了物料在離心機內的停留時間[3]。
    過濾過程中，離心因數（離心加速度與重力加速度之比）根據工藝要求，由篩籃的直徑確定，并由篩籃的轉速來調節。因為離心力場屬于旋轉體系，離心力直接作用在濾餅中的所有液體單元上，而與液體的分布無關。所以離心分離體系的功效，要比間接作用的體系（如真空過濾等）高得多。
    3·間斷式螺旋的優點
    3.1動態控制濾餅層的結構
    物料在每一段螺旋獨立地完成一次脫水分離，前端脫水后，產物進入下一段螺旋，再次進行固液分離。所以說，在整個裝有間斷式螺旋刮刀的篩籃內，物料梯級脫水，多次分離。由于每一段螺旋的長度很短．所以篩籃內每段濾餅的長度也很短。濾餅的結構厚度和結構較易控制,濾餅的更新速度很快，解決了常規過濾離心機增大離心驅動力和濾餅過度壓實的矛盾，大大提高了脫水效果。
    3.2適應性強
    常規連續螺旋適應性較差，如入料濃度低或進料速度低時．脫水效果差；當入料濃度高時，設備又容易堵塞。而對于間斷式螺旋離心機，由于其特殊結構，當物料輸送到螺旋間斷處，便失去了推動力，物料便停滯不前，直到間斷處堆積的物料能被下一段螺旋刮掉，才能推進到下一段螺旋。物料濃度的大小，只會改變堆積速度的大小。這種間斷式螺旋，對物料濃度具有自適應性，能夠自動修正進料量和離心機處理速度之間的關系。
    3.3相對大的處理量
    由于間斷式螺旋在過濾時，濾餅可以由其結構動態控制，并且對物料的濃度不敏感，所以在保證脫水效果的前提下，可以實現較大的處理量。
    3.4增加了篩籃壽命
    螺旋結構的改變，改變了螺旋推料的過程。梯級脫水的實現，使過濾過程具有了階段性，改變了原來穩定的物料推進狀態，使得濾餅更新過程變得更加紊亂。因此，篩籃和刮刀之間的間隙適當加大，也不會影響濾餅的動態更新。大的刮刀和篩籃間的間隙，可以使得篩籃篩網和螺旋刮刀的使用壽命大大加長[4]，同時降低了篩籃和刮刀加工的動平衡要求，有利于提高經濟效益。
    4·結束語
    浮選精煤的特性，決定了其脫水的難度。間斷式螺旋刮刀卸料過濾離心機，符合濾餅過濾的要求，解決了常規過濾離心機在用于浮選精煤脫水時，遇到的脫水產品水份高、入料需要預濃縮或預沉降、設備易堵塞、篩籃壽命短等問題，使得低成本的離心過濾，能夠用于工業化浮選精煤脫水作業。隨著我國潔凈煤計劃的實施，該脫水設備必定能夠得到廣泛的應用。
參考文獻：
[1]張文軍．高效細分散煤泥懸浮液連續離心過濾脫水研究[D].徐州：中國礦業大學，2002．
[2]孫啟才，金鼎五．離心機原理結構與設計[M].北京：機械工業出版社，1987．
[3]（英）L·斯瓦羅夫斯基．周液分離[M]．朱企新，等，譯．北京：化學工業出版社，1987．
[4]武軍，范德順．間斷式螺旋擠壓過濾機[J].過濾與分離，2008，(01)：36-37．