浮選精煤間斷式螺旋卸料過濾離心機(jī)的設(shè)計研究

劉新

（北京華宇工程有限公司；北京100120）

    摘要：在對細(xì)物料在離心力場中濾餅過濾特點分析的基礎(chǔ)上，為浮選精煤脫水設(shè)計了一種新型的連續(xù)卸料的過濾機(jī)———間斷式螺旋刮刀卸料過濾離心機(jī)；獨特的間斷式螺旋設(shè)計，從根本上解決了現(xiàn)有過濾式離心機(jī)存在的問題，為浮選精煤脫水找到了一條經(jīng)濟(jì)可行的新途徑。
    關(guān)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(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1672-545X（2010）10-0063-02
    近年來，煤泥浮選技術(shù)的推廣，大大改善了細(xì)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(xì)、比表面積大、吸附能力強(qiáng)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(huán)節(jié)。連續(xù)卸料離心過濾，是一種較為經(jīng)濟(jì)的脫水方法。然而由于浮選精煤自身的特性和過濾離心機(jī)的脫水機(jī)理．使得該方法在實際工業(yè)生產(chǎn)中難以得到廣泛應(yīng)用。因此，分析研究離心力場中細(xì)煤泥脫水過程和改進(jìn)現(xiàn)有離心脫水設(shè)備的結(jié)構(gòu)，有十分重要的意義。     1·離心力場中的濾餅過濾
    現(xiàn)用的過濾式離心機(jī)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(zhuǎn)鼓內(nèi)壁上，形成濾餅。離心過濾固液分離過程中，過濾介質(zhì)的孔隙大小，決定濾液帶失的固體顆粒的粒度上限，濾餅結(jié)構(gòu)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(jī)的基本脫水理論，就是綜合利用濾介質(zhì)與濾餅截留相結(jié)合的方法，來實現(xiàn)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(xì)不規(guī)則通道構(gòu)成的管網(wǎng)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(tài)改變?yōu)V餅的結(jié)構(gòu)和厚度，是離心過濾機(jī)械設(shè)計的重中之重。
    本文設(shè)計的間斷式螺旋卸料過濾離心機(jī)，利用特定的機(jī)械結(jié)構(gòu)，連續(xù)地控制濾餅的結(jié)構(gòu)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(jī)的工作原理及結(jié)構(gòu)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(jìn)料管連續(xù)引入，均勻分布到轉(zhuǎn)鼓底段濾網(wǎng)壁上。懸浮液中的固相，被截留在過濾介質(zhì)（濾網(wǎng)）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(zhuǎn)速差，因此螺旋刮刀相對于篩籃3轉(zhuǎn)動，螺旋面與物料之間產(chǎn)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(xù)不斷地向轉(zhuǎn)鼓大端移動排出轉(zhuǎn)鼓，經(jīng)同相出口6排出機(jī)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(zhì)分離出去，經(jīng)離心液排出口7排出機(jī)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(shù)決定[2]。離心機(jī)工作時，當(dāng)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(jìn)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(xù)不斷地進(jìn)入下一個螺旋段，實現(xiàn)連續(xù)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(zhuǎn)速差，決定了物料在離心機(jī)內(nèi)的停留時間[3]。
    過濾過程中，離心因數(shù)（離心加速度與重力加速度之比）根據(jù)工藝要求，由篩籃的直徑確定，并由篩籃的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)。因為離心力場屬于旋轉(zhuǎn)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(guān)。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(yōu)點
    3.1動態(tài)控制濾餅層的結(jié)構(gòu)
    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(chǎn)物進(jìn)入下一段螺旋，再次進(jìn)行固液分離。所以說，在整個裝有間斷式螺旋刮刀的篩籃內(nèi)，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(nèi)每段濾餅的長度也很短。濾餅的結(jié)構(gòu)厚度和結(jié)構(gòu)較易控制,濾餅的更新速度很快，解決了常規(guī)過濾離心機(jī)增大離心驅(qū)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(yīng)性強(qiáng)
    常規(guī)連續(xù)螺旋適應(yīng)性較差，如入料濃度低或進(jìn)料速度低時．脫水效果差；當(dāng)入料濃度高時，設(shè)備又容易堵塞。而對于間斷式螺旋離心機(jī)，由于其特殊結(jié)構(gòu)，當(dāng)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(jìn)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(yīng)性，能夠自動修正進(jìn)料量和離心機(jī)處理速度之間的關(guān)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(jié)構(gòu)動態(tài)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(xiàn)較大的處理量。
    3.4增加了篩籃壽命
    螺旋結(jié)構(gòu)的改變，改變了螺旋推料的過程。梯級脫水的實現(xiàn)，使過濾過程具有了階段性，改變了原來穩(wěn)定的物料推進(jìn)狀態(tài)，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(dāng)加大，也不會影響濾餅的動態(tài)更新。大的刮刀和篩籃間的間隙，可以使得篩籃篩網(wǎng)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(jīng)濟(jì)效益。
    4·結(jié)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(jī)，符合濾餅過濾的要求，解決了常規(guī)過濾離心機(jī)在用于浮選精煤脫水時，遇到的脫水產(chǎn)品水份高、入料需要預(yù)濃縮或預(yù)沉降、設(shè)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(yè)化浮選精煤脫水作業(yè)。隨著我國潔凈煤計劃的實施，該脫水設(shè)備必定能夠得到廣泛的應(yīng)用。
參考文獻(xiàn)：
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[3]（英）L·斯瓦羅夫斯基．周液分離[M]．朱企新，等，譯．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1987．
[4]武軍，范德順．間斷式螺旋擠壓過濾機(jī)[J].過濾與分離，2008，(01)：36-37．