論煤焦油的三相分離

李強

海申機電總廠（象山）（浙江象山 315718）

煤焦油三相分離是指煤在高爐焦化過程中生產的化學產品，經氣液分離后進行的煤焦油、粗氨水和焦渣的三相分離。傳統的煤焦油三相分離主要采用機械化氨水澄清槽法進行處理，雖然運行成本低，但卻存在占地面積大、對環境污染嚴重（揮發出的氨氣對環境及現場操作人員均造成嚴重危害）、處理后的煤焦油品質低（含水及含固量一般分別在8%和5%左右）等弊端。采用三相臥式螺旋卸料離心機（簡稱“三相離心機”）進行煤焦油的三相分離具有占地面積小、密閉分離無污染、效率高、連續運行可靠和分離效果佳等優點，同時也可打破國外三相離心機在該行業的壟斷地位，有利于我國煤化工、精細化工等行業的可持續發展，同時具有重大的經濟效益和社會效益。

1 工藝流程

煤焦油三相分離工藝流程如圖1所示。

圖1 煤焦油三相分離工藝流程

2 三相離心機的結構、工作原理、技術特點及分離效果

2.1 三相離心機的主要結構、工作原理和技術參數

以目前國內最為成熟的LWS430EE型三相離心機為例，該離心機由主副電機、減速器、螺旋體、轉鼓、主軸承、機座、機罩及傳動裝置等部件組成。主要技術參數如表1所示。

表1 離心機主要技術參數

離心機的工作原理為煤焦油混合液（懸浮液）經進料管和螺旋進料口進入轉鼓，在高速旋轉產生的離心力的作用下，因各相存在密度差而產生分層。固相顆粒（焦渣）沉積在轉鼓內壁上，與轉鼓作相對旋轉運動的螺旋葉片不斷將其刮下并推出排渣口。焦油和氨水相則形成同心圓環：輕相液體（氨水）在轉鼓最內層，通過輕相液層調節片開口溢流出轉鼓；重相液體（焦油）在轉鼓外層，經重相液層調節片開口溢流出轉鼓。螺旋與轉鼓之間的相對運動通過差速器實現，其速度大小由副電機控制，從而實現了離心機對物料的連續分離。

離心機電器控制系統采用智能控制模式（可編程邏輯控制器+觸摸屏），以界面友好的彩色液晶觸摸屏為人機操作界面，其與節能優良的雙電機雙變恒扭矩控制等組成了穩定可靠的離心機電器控制系統。程序運行采用一鍵式操作，初始運行參數自動設定，整個流程按照編制好的程序自動運行，無需人為干預，實現真正的全自動操作。在進料運行過程中，通過恒力矩與恒差速兩種控制方式，適應煤焦油物料濃度、流量的變化，提高離心機對生產工藝的適應性，保證良好的分離效果和穩定的運行狀態。由此可見，該離心機電器控制系統操作簡便、功能完備。

2.2 離心機技術特點及處理效果、處理量分析

2.2.1 技術特點

（1）專有的螺旋結構設計

螺旋進料采用“雙S”型結構，符合液體力學的流線型設計，使得物料注入順暢，并且“雙S”型結構內表面有若干耐磨棒，可防止物料的磨損；螺旋采用變螺距和葉片開口設計，處理能力提高20%；螺旋體的錐段采用方孔結構設計，消除了螺旋內部積料，改善了螺旋錐段軸承的使用環境，將其使用壽命提高了10%。

（2）轉鼓防磨保護技術設計

煤焦油中焦渣對離心機的磨損是影響離心機穩定性和使用壽命的重要因素。因此轉鼓出料口采用“馬鞍型”出渣口，使離心機出料順暢，無死角積料現象，并且出渣口鑲嵌可更換的硬質合金瓦（耐磨且易于維修）以減輕磨損。

（3）大長徑比

離心機采用大長徑比結構。大的長徑比可以增加物料的沉降區域，延長物料在轉鼓內的停留時間，使固形物去除率提高（分離技術行業所追求的目標）。

（4）變螺距技術

采用國際上較為先進的變螺距技術，可有效降低螺旋推料扭矩，提高處理能力，真正實現了“小個子大能力”。相對于標準螺距的LW430離心機，變螺距離心機的處理能力可提升10%以上。

（5）雙電機雙變頻驅動，節能省電

主/副電機運行采用主/副變頻控制，在螺旋滯后時，副電機工作時處于發電機狀態，再生的能量送到副變頻器的直流母線上，由于主/副變頻器的直流母線并聯，該能量就經過主變頻器被主電機利用。該控制方式比差速控制節能15%,且啟動平穩。

2.2.2 分離效果及影響因素

（1）分離效果

進料密度為1.194～1.200 g/cm3，進料中氨水含量（質量分數，下同）為6%～8%，進料溫度為80～100℃；處理量為12～14 m3/h；分離后焦油中含水量不大于2%，分離后氨水中焦油含量不大于0.3%。

2.2.3 影響分離效果的諸因素

（1）進料溫度

溫度越高，煤焦油混合液中固相內部油脂液化浸出進入液相的效果較佳；同時，可浮油含量增長越快，混合液體的黏度小、流動性也較好，固（焦渣）、液（氨水）、液（焦油）的分離效果也就越好。實踐證明，進料溫度控制在80～100℃為宜，否則會影響分離后的油中含水率、水中含油率以及渣相含油率等。

（2）分離因數

分離因數是評價離心機分離能力的主要指標，是代表離心機性能的重要標志之一。分離因數越大，物料所受的離心力越大，分離效果也就越好。因此，對于顆粒較小、液相黏度大和難分離的煤焦油懸浮液來說，分離因數的調整會直接影響到離心機在單位時間內的處理量和固、液、液三相處理效果。

（3）差轉速

差轉速決定了螺旋推料器的排料速度，其大小影響離心機的分離效果和處理能力。在進料量恒定的情況下，差轉速增大，清液在被排出離心機之前經過的路徑將增加。但由于螺旋排料速度會加快而減少了固相部分在離心機內的停留時間，所以可在獲得更好分離效果的同時降低渣相干度。

（4）液層深度

根據油相、水相實測不同密度來分析油相與水相的分離界面，選擇合適的液層深度。液層調節板（片）的開口越接近轉鼓中心，液層越深，反之則越淺。

（5）螺旋體耐磨性能

焦渣的沖蝕性對螺旋葉片及螺旋出料口的耐磨性提出了更高的要求，螺旋葉片邊緣及表面采用可更換的碳化鎢硬質合金或噴涂，對全長予以保護；螺旋出料口采用可拆卸的硬質合金耐磨瓦，有效地防止了砂粒對螺旋出料口的磨損。

（6）沖洗清潔程度

煤焦油混合液黏性較大，尤其在低溫狀態下較難沖洗。如沖洗不徹底，則會造成離心機停機后沉渣堆積，甚至再次開機時因轉鼓受力不平衡而產生強烈震動，導致設備損壞，影響離心機的正常運行。采用自動化控制在線就地清洗（CIP）系統，離心機停機后按照編制好的程序自動進行轉鼓內外部的沖洗，避免了因離心機堵料造成的分離效果不佳和離心機故障的發生。

3 用離心機進行煤焦油三相分離的優點

（1）用離心機進行煤焦油的三相分離，解決了原有焦化設備占地面積大、污染環境等問題，符合國家環保政策。

（2）采用雙電機變頻共直流母線控制技術和變螺距技術，可降低能耗15%～20%。

（3）使用離心機進行煤焦油三相分離，與傳統工藝相比，具有操作簡單、效率高、分離效果好、后期運行成本低等優點。

（4）與國外三相離心機相比較，具有價格低、易操作、維修方便、售后服務有保障等優勢。

4 結語

用離心機進行煤焦油三相分離的生產實踐證明，無論從環境保護、生產效率、分離效果，還是從離心機穩定性、可靠性等方面來講，三相離心機都是一種較為理想的選擇。該三相離心機可以替代部分同類進口產品，為國家節約外匯，為我國煤化工、石油化工行業提供可靠、高效的設備，社會環保效益顯著，值得在行業內進行推廣。

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