臥式沉降過濾離心脫水機工藝流程及參數優化研究

袁伯文

(唐山億思特選煤科技有限公司，河北 唐山 063000)

粗精煤泥分選技術及設備的不斷進步，促使粗精煤泥的有效分選下限不斷降低，從原來的0.25 mm降至0.15 mm左右，據統計，煤泥重介質旋流器有效分選下限甚至達到0.10 mm。另一方面，煤泥分級技術及設備的革新將煤泥分級效率上升到新的高度，從最初的簡易高頻篩到最新的重復造漿疊層篩，將煤泥的分級效率大幅提升。因此，粗煤泥的分選與分級的高效進步，必然對新技術及工藝條件下的煤泥脫水設備提出新的要求。

煤泥離心脫水機是選煤工藝中粗精煤泥脫水回收的關鍵設備，根據其結構、安裝特點的不同，選煤廠常用的煤泥離心脫水機主要有立式刮刀卸料煤泥離心脫水機和臥式刮刀卸料煤泥離心脫水機兩大類[1]。目前常用的粗煤泥離心脫水機很難滿足新工藝的回收粒度要求，未能將灰分合格的粗精煤泥全部回收。選煤廠生產中，煤泥離心脫水機離心液中一般有較多粗顆粒，有些選煤廠工藝中不允許將離心液直接去浮選，避免浮選機跑粗，只能將離心液返回煤泥水桶，造成局部循環[2-4]。基于上述原因，臥式沉降過濾離心脫水機依托較細的分級脫水粒度，不僅能夠用于粗精煤泥脫水，而且能夠用于浮選精礦脫水，緩解精煤壓濾難題，被多數選煤廠廣泛選用[5-6]。

1 臥式沉降過濾離心脫水機機理分析

臥式沉降過濾離心脫水機(以下簡稱沉降離心機)是一種連續處理物料的固液分離設備(圖1)。沉降離心機正常運轉后，煤漿通過入料管進入螺旋體內，在離心力作用下，煤漿過螺旋體的給料孔分配到轉鼓內壁，形成一個液環，煤漿中的固體顆粒迅速沉降在轉鼓內壁上，水和微細顆粒由轉鼓大端溢流口排出機外，即為離心液，沉降在轉鼓內壁上的煤顆粒及其它重物被螺旋輸送到篩網過濾段再次脫水后由轉鼓小端排料口排出機外，即為脫水產物[7-8]，過濾液與離心液合并。

圖1 沉降離心機結構示意圖

與一般的煤泥離心脫水機相比較，沉降離心機過濾段篩網篩縫尺寸同樣為0.30 mm或0.35 mm，但其離心液中<0.045 mm粒級細顆粒產率占到80%以上，分級粒度下限較低，固體回收率較高，這一方面歸功于離心沉降的作用，煤漿中的固體顆粒在離心力場中迅速沉降至轉鼓內壁，形成固體顆粒沉積層，由于粗、細顆粒離心沉降速度存在差異，粗顆粒比細顆粒更快到達轉鼓內壁，因此所形成的固體顆粒沉積層從內到外具有明顯的規律性，即顆粒沉積層從內到外顆粒粒度由細變粗，貼近轉鼓內壁的顆粒最粗，固體顆粒沉積層在螺旋刮刀的推動下進入篩網過濾段再次脫水，由于沉積層最外層顆粒最粗，透過篩網的數量很少，自然成為一層過濾媒介，與篩網一起共同形成更致密的過濾層，阻礙內層細顆粒的通過，達到降低分級粒度下限，提高固體回收率的目的；另一方面由于沉降離心機過濾段篩網為粘貼的陶瓷篩網，與常規的粗煤泥離心脫水機不銹鋼篩網相比開孔率低，也有利于細顆粒物料的回收。

2 沉降離心機工藝設置

任何一臺設備均在合理的工藝流程中才能發揮最佳的工況，由于沉降離心機具有較低的回收粒度下限，同時具備較高的處理能力，選煤工藝中常用于處理浮選精礦，替代部分精煤壓濾機，一方面有利于浮選精煤摻入總精煤時物料的松散與均勻，另一方面可以適當降低精煤泥水分[9-12]。但隨著煤泥分選工藝的優化和技術的進步，導致浮選入料中>0.25 mm粒級顆粒含量逐步降低，目前均值在3%左右，沒有足夠的粗顆粒形成的過濾層，因此沉降離心機單獨處理浮選精礦的效果自然很差，需要對浮選精礦摻入粗精煤泥，提升沉降離心機入料中的粗粒級含量，強化沉降離心機使用效果。將沉降離心機用于浮選精煤脫水的工藝原則流程如圖2所示。

圖2 浮選精煤脫水工藝原則流程示意圖

浮選精礦與粗精煤泥分級篩篩上產物分流的摻粗精煤泥合并后進入除雜、截粗篩，除雜、截粗篩篩縫為3 mm，防止雜物或極粗顆粒損壞沉降離心機篩籃[13-16]。除雜、截粗篩篩下物料進入沉降離心機，沉降離心機精煤產品并入總精煤產品中，沉降離心機離心液根據灰分值的差異，其工藝流程分為兩步，①若沉降離心機離心液灰分值不超標，直接壓濾回收；②若沉降離心機離心液灰分值超標，需要將離心液給入二次浮選機進一步分選降灰(圖2中虛線所示)，二次浮選精礦灰分合格后同樣采用壓濾回收，二次浮選尾礦排入濃縮。

上述工藝流程合理利用沉降離心機回收粒度下限低、處理量高的優勢，提升精煤泥的回收效率，降低已合格分選的粗精煤泥在系統中循環、積聚程度，同時優化浮選精礦的回收方式及摻入總精煤的均勻程度。

3 沉降離心機工藝參數

3.1 沉降離心機入料中粗粒級含量

沉降離心機的過濾層是篩網和粗顆粒層共同組成的，才能實現分級粒度遠低于篩網篩縫，才能夠將合格灰分的細顆粒全部回收。能否形成粗顆粒層是沉降離心機運行過程中的關鍵環節。因此，正常條件下沉降離心機對入料的粒度組成有一定的要求，統計了7座選煤廠沉降離心機入料中>0.25 mm粗粒級含量與產品水分的變化關系，結果見表1。

表1 沉降離心機入料中>0.25 mm粒級產率及水分Table 1 Proportion and moisture of >0.25 mm particles in centrifuge feed %

這7座選煤廠沉降離心機入料數據是在長期試驗檢測過程中積累的，主要研究了沉降離心機入料中>0.25 mm粒級(粗粒級)含量與產品水分之間的關系，沉降離心機入料中>0.25 mm粒級產率最低為21.65%，對應產品水分為19.35%，入料中>0.25 mm粒級產率平均值為27.74%，對應沉降離心機產品水分值處于13.29%～19.35%之間，基本伴隨著粗顆粒含量的增大而降低。因此，若將沉降離心機產品水分控制在20%以內，則入料中>0.25 mm粒級含量應該達到20%以上。若以選煤廠正常要求水份值18%計，則入料中>0.25 mm粒級含量應該達到24%以上。

另外，在試驗過程中通過進一步減少粗精煤泥分級篩篩上產物分流的摻粗精煤泥量，將沉降離心機入料中>0.25 mm粒級含量降至10%左右時，沉降離心機產品水份達到32%左右，且沉降離心機產品回收率大幅降低，離心液濃度大幅增高，說明未能有足夠的粗顆粒與篩網形成致密過濾層，導致分級粒度變大，大量精煤泥進入離心液中，影響產品脫水回收率。

3.2 入料濃度

一般情況下，浮選精礦濃度在250 g/L左右，粗精煤泥分級篩篩上產物分流的摻粗物料濃度常在800 g/L以上，因此為滿足摻粗物料在管道中具有較好的流動性及沉降離心機入料濃度要求，需要增加稀釋水將粗精煤泥分級篩篩上產物分流去摻粗的物料進行稀釋，保障沉降離心機入料濃度處于160～300 g/L，該范圍是設備廠家提供的參考值，結合實際運行效果，取得最佳入料濃度為250 g/L左右。

3.3 摻粗物料的配比計算

摻粗物料配比的計算是沉降離心機工藝流程中的關鍵步驟，摻粗物料過多，導致沉降離心機扭矩偏大，影響處理量；摻粗物料過少，則難以形成致密的過濾層，導致精煤泥產品水份過大，固體回收率低。因此，滿足沉降離心機產品水分在18%以下，則要求沉降離心機入料中>0.25 mm粒級產率必須達到24%以上。依據以上試驗數據及現場采集的經驗數值分析處理后，便可計算出摻粗物料與浮選精礦之間的配比數值。計算過程如下：浮選精礦中>0.25 mm粒級產率按3%計，粗精煤泥分級篩篩上產物分流的摻粗物料中>0.25 mm粒級產率按均值90 %計，設每小時浮選精礦量為M1，每小時粗精煤泥分級篩篩上產物分流的摻粗物料為M2，列方程計算：

解得M2∶M1=0.32∶1。

粗精煤泥分級篩篩上產物分流摻粗量與浮選精礦量比例為0.32∶1。因此，在沉降離心機使用過程中需要對摻粗量進行估算，若達不到上述比例值，沉降離心機產品水分及固體回收率將達不到要求。

4 結論

(1)沉降離心水機利用不同顆粒在離心場沉降速度差異，形成沿徑向方向由內到外，粒度由細變粗的顆粒沉積層，外層粗顆粒與篩網共同形成更致密的過濾層，具備較細的脫水分級粒度。

(2)沉降離心水機能夠兼顧粗精煤泥和浮選精礦的脫水回收，但在工藝流程的制定及參數的調節過程中還應滿足以下條件：①沉降離心機工藝流程中需要增加除雜、截粗篩，防止雜物或極大粗顆粒進入沉降離心機，損壞篩籃；②工藝流程中增設摻粗作業，由于摻粗物料濃度較高，需要增加稀釋水調節沉降離心機的入料濃度，有助于沉降離心機的平穩運行；③針對沉降過濾離心機離心液的后續處理，需要根據離心液的灰分值，確定是否采用二次浮選工藝；④上述離心沉降過濾機理，沉降離心機對運行過程中的工藝參數有極高的要求，研究表明正常情況下入料中>0.25 mm粒級產率需達到24%以上，最佳入料濃度為250 g/L左右，估算摻粗比例值不低于32%。

(3)沉降離心機在煤泥脫水環節具有較高的優勢，對其工藝流程及參數的研究有助于探尋設備的最佳工況，同時也為選煤設計選型提供基礎數據。