浮选精煤间断式螺旋卸料过滤离心机的设计研究

浮选精煤间断式螺旋卸料过滤离心机的设计研究

刘新

（北京华宇工程有限公司；北京100120）

    摘要：在对细物料在离心力场中滤饼过滤特点分析的基础上，为浮选精煤脱水设计了一种新型的连续卸料的过滤机———间断式螺旋刮刀卸料过滤离心机；独特的间断式螺旋设计，从根本上解决了现有过滤式离心机存在的问题，为浮选精煤脱水找到了一条经济可行的新途径。
    关键词：脱水；离心过滤；滤饼过滤；断开式螺旋
    中图分类号：TD456文献标识码：A文章编号：1672-545X（2010）10-0063-02
    近年来，煤泥浮选技术的推广，大大改善了细粒煤泥的分选效果和能源利用率。但同时由于粒度组成较细、比表面积大、吸附能力强等一系列原因，浮选精煤泥脱水，成为了选煤厂中投资大、能耗和运行费用相对较高但又不可缺少的工艺环节。连续卸料离心过滤，是一种较为经济的脱水方法。然而由于浮选精煤自身的特性和过滤离心机的脱水机理．使得该方法在实际工业生产中难以得到广泛应用。因此，分析研究离心力场中细煤泥脱水过程和改进现有离心脱水设备的结构，有十分重要的意义。     1·离心力场中的滤饼过滤
    现用的过滤式离心机中，被分离的物料在筛篮中所受到的离心力的方向，始终指向筛篮壁（即滤孔方向），混合物料在离心力作用下，液体通过滤孔被分离出去，固相被阻留在转鼓内壁上，形成滤饼。离心过滤固液分离过程中，过滤介质的孔隙大小，决定滤液带失的固体颗粒的粒度上限，滤饼结构决定滤渣中粒度限下物的含量，即决定综合固体回收率。过滤离心机的基本脱水理论，就是综合利用滤介质与滤饼截留相结合的方法，来实现降低截留粒度，提高滤饼固体回收率。
    过滤过程的滤液流速与滤饼层的厚度成反比，这主要是因为在过滤脱液过程中。液体在滤饼中的微细不规则通道构成的管网中，是沿着压力梯度降低的方向运动的。随着滤饼厚度的增加，渗流过程的滤饼阻力增大，也就是脱液过程中的液体的流动阻力增大[1]。因此如何动态改变滤饼的结构和厚度，是离心过滤机械设计的重中之重。
    本文设计的间断式螺旋卸料过滤离心机，利用特定的机械结构，连续地控制滤饼的结构与脱水时间，即在过滤过程中，既有滤饼的形成与挤压脱水过程，同时又避免滤饼的过度压缩和过度增长，降低滤饼过滤过程的阻力，提高了过滤效率。间断式螺旋刮刀卸料过滤离心机的工作原理及结构见图1。

                   
    离心过滤过程对所分离的液相与固相，没有密度差的要求。分离过程中，物料由进料管连续引入，均匀分布到转鼓底段滤网壁上。悬浮液中的固相，被截留在过滤介质（滤网）上，并堆积形成滤饼，由于同心安装的筛篮与断开式输料螺旋刮刀4存在转速差，因此螺旋刮刀相对于筛篮3转动，螺旋面与物料之间产生的接触力，可分解为轴向分力和周向分力。在轴向分力的作用下，螺旋面推动物料沿着轴向运动。所以滤渣在离心力的锥面分力和输料螺旋的共同作用下，连续不断地向转鼓大端移动排出转鼓，经同相出口6排出机外；悬浮液中液相在离心力的作用下，透过多孔滤饼和过滤介质分离出去，经离心液排出口7排出机外。间断式螺旋刮刀4是其核心部件．由间断式螺旋面和刮刀基体组成。间断螺旋面固定于刮刀基体，螺旋面由多段组成．两个间断面之间，保持一定间距。间断式螺旋刮刀为多头，每一头螺旋面均是间断式，每段螺旋的轴向高度，由螺旋的螺距和螺旋的头数决定[2]。离心机工作时，当物料运动到每一个间断处时，由于不存在螺旋面，物料突然失去前进的推动力，便会逐步堆积，并由下一个螺旋头的螺旋段刮走，连续不断地进入下一个螺旋段，实现连续过滤。螺旋段的多少及长度、螺旋刮刀的半锥角、螺旋的升角和筛篮刮刀转速差，决定了物料在离心机内的停留时间[3]。
    过滤过程中，离心因数（离心加速度与重力加速度之比）根据工艺要求，由筛篮的直径确定，并由筛篮的转速来调节。因为离心力场属于旋转体系，离心力直接作用在滤饼中的所有液体单元上，而与液体的分布无关。所以离心分离体系的功效，要比间接作用的体系（如真空过滤等）高得多。
    3·间断式螺旋的优点
    3.1动态控制滤饼层的结构
    物料在每一段螺旋独立地完成一次脱水分离，前端脱水后，产物进入下一段螺旋，再次进行固液分离。所以说，在整个装有间断式螺旋刮刀的筛篮内，物料梯级脱水，多次分离。由于每一段螺旋的长度很短．所以筛篮内每段滤饼的长度也很短。滤饼的结构厚度和结构较易控制,滤饼的更新速度很快，解决了常规过滤离心机增大离心驱动力和滤饼过度压实的矛盾，大大提高了脱水效果。
    3.2适应性强
    常规连续螺旋适应性较差，如入料浓度低或进料速度低时．脱水效果差；当入料浓度高时，设备又容易堵塞。而对于间断式螺旋离心机，由于其特殊结构，当物料输送到螺旋间断处，便失去了推动力，物料便停滞不前，直到间断处堆积的物料能被下一段螺旋刮掉，才能推进到下一段螺旋。物料浓度的大小，只会改变堆积速度的大小。这种间断式螺旋，对物料浓度具有自适应性，能够自动修正进料量和离心机处理速度之间的关系。
    3.3相对大的处理量
    由于间断式螺旋在过滤时，滤饼可以由其结构动态控制，并且对物料的浓度不敏感，所以在保证脱水效果的前提下，可以实现较大的处理量。
    3.4增加了筛篮寿命
    螺旋结构的改变，改变了螺旋推料的过程。梯级脱水的实现，使过滤过程具有了阶段性，改变了原来稳定的物料推进状态，使得滤饼更新过程变得更加紊乱。因此，筛篮和刮刀之间的间隙适当加大，也不会影响滤饼的动态更新。大的刮刀和筛篮间的间隙，可以使得筛篮筛网和螺旋刮刀的使用寿命大大加长[4]，同时降低了筛篮和刮刀加工的动平衡要求，有利于提高经济效益。
    4·结束语
    浮选精煤的特性，决定了其脱水的难度。间断式螺旋刮刀卸料过滤离心机，符合滤饼过滤的要求，解决了常规过滤离心机在用于浮选精煤脱水时，遇到的脱水产品水份高、入料需要预浓缩或预沉降、设备易堵塞、筛篮寿命短等问题，使得低成本的离心过滤，能够用于工业化浮选精煤脱水作业。随着我国洁净煤计划的实施，该脱水设备必定能够得到广泛的应用。
参考文献：
[1]张文军．高效细分散煤泥悬浮液连续离心过滤脱水研究[D].徐州：中国矿业大学，2002．
[2]孙启才，金鼎五．离心机原理结构与设计[M].北京：机械工业出版社，1987．
[3]（英）L·斯瓦罗夫斯基．周液分离[M]．朱企新，等，译．北京：化学工业出版社，1987．
[4]武军，范德顺．间断式螺旋挤压过滤机[J].过滤与分离，2008，(01)：36-37．