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筛网沉降离心机在美国选煤厂粉煤脱水中的应用
更新时间:2015/2/8 14:36:06

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美国是世界上的产煤大国,其产量和消费量仅次于中国,列世界第二位。美国有200多座选煤厂,根据入洗原煤煤质和最终产品质量要求,粉煤处理工艺主要有三种典型流程:一段水力旋流器与螺旋分选机流程,两段水力旋流器与螺旋分选机流程和一段水力旋流器与浮选流程。这三种流程生产的精煤粒度组成分别为:100~0149mm,100mm~325目和100~0mm[1]。由于美国选煤厂对产品水分要求比较高,所以多数选煤厂,尤其是新建或改造的选煤厂,粉煤脱水都采用了筛网沉降离心机。筛网沉降离心机以其独特的结构、先进的性能和完备的保护、控制功能成为美国最主要的粉煤脱水设备。
1 筛网沉降离心机的构造和工作原理
图1是筛网沉降离心机结构示意图。整机由入料、主机、传动、保护、润滑、冲洗和排料等部分组成。
该机的脱水包括沉降脱水和过滤脱水两过程。矿浆由入料管给入旋转的转筒中部,受离心力作用,矿浆开始沉降,固体颗粒沉降到转筒内壁,液体越过溢流堰形成主滤液。转筒内装有与转筒旋转方向相同、但速度略低的螺旋推进器。固体颗粒在螺旋推进器的带动下,向前移动,通过转筒内的坡形段,进入筛网段。此为沉降过程。进入筛网段的固体颗粒在离心力作用下,其中剩余的液体通过筛网被排出,形成离心液,固体颗粒在螺旋推进器的作用下继续向前移动,至排料口排除。此为过滤过程。最先进入筛网段的物料,排除部分小于筛网开孔尺寸的颗粒后,在筛网内壁形成过滤“介质”,阻止随后进入的物料中小颗粒被排出,这也是筛网沉降离心机采用大开孔筛网却能够实现小粒级回收的原因。
筛网沉降离心机的脱水兼有沉降离心机和筛网过滤离心机的特点。在沉降段排出大部分液体,形成主滤液,这部分滤液浓度低、粒度细;筛网段进一步脱水,形成筛网液,这部分液体量少、浓度高、粒度大。因此,筛网沉降离心机同其他的粉煤脱水设备(如真空过滤机、加压过滤机、板框压滤机、沉降离心机等)相比,处理能力大,产品水分低,但固体回收率也比较低。
2 筛网沉降离心机在美国的研究与应用
21 加工制造
DMI公司是美国最大的筛网沉降离心机制造商,在美国市场占有90%的份额。目前该公司生产6种型号的筛网沉降离心机。最大的机型转筒直径达到1118mm,长3352mm,其加强型在处理10~0105mm精煤时单台处理能力可以达到71~89t/h,即使细粒煤泥含量(-0149mm)在20%~25%时,处理能力也可达到53~58t/h,产品水分可以保证在15%以下。表1列出了DMI公司生产的筛网沉降离心机的处理能力。
DMI公司的筛网沉降离心机由美国实验材料标准A36碳化钢制造,在沉降段、排料口、入料管等部位镶有耐磨陶瓷,增加抗磨性。设备附带筛网冲洗系统、齿轮润滑系统、过载保护等辅助功能。与选煤厂控制系统配套,还可实现集中启停机、自动调整入料量、过载自动放料等。
22 应用场合与工艺
筛网沉降离心机在美国选煤厂主要做为细粒精煤脱水设备,入料粒度上限200mm。根据美国的粉煤分选工艺,筛网沉降离心机的入料主要有三种:水力旋流器的溢流与螺旋分选机的精煤,粒度范围100~0149mm;第二段水力旋流器的溢流与螺旋分选机的精煤(或者第一段、第二段水力旋流器的溢流与螺旋分选机混合的精煤),粒度范围100~325目(10mm~325目);水力旋流器的溢流、螺旋分选机的精煤与浮选精煤,粒度范围100~0mm。由于筛网段的存在和强大的离心力作用,无论哪种入料,应用筛网沉降离心机脱水后,产品水分都比较理想。
为了提高固体回收率,美国选煤厂对两种滤液采用不同方式分别处理:因主滤液流量大、浓度低、粒度细,直接进入尾矿系统;而筛网液因流量小、浓度高、粒度大,多数情况下返回上一工艺环节循环处理。图2是美国典型的炼焦煤选煤厂粉煤处理工艺流程图。从图中可以看出,这种流程采用水力旋流器和螺旋分选机分选10~0149mm的粉煤,其精煤与浮选精煤(0149~0mm)混合在一起进入筛网沉降离心机脱水,离心机的主滤液直接进入了尾矿,筛网液则返回水力分级旋流器循环处理。
由于筛网沉降离心机脱水过程中在筛网段形成“滤层”,对细粒煤也有一定的回收作用,因此真正损失到尾矿的固体颗粒只有沉降段的细颗粒。这种筛网液循环处理工艺大大提高了固体回收率。按照这一原则,筛网沉降离心机的固体回收率可以用表2近似计算。

23 添加药剂提高回收率
筛网沉降离心机的不足之处在于固体颗粒回收率相对较低,尤其是-200目和325目的极细颗粒容易损失在滤液中。为了提高细颗粒回收率,除调整、改善设备本身的结构、参数(溢流堰高度、筛网尺寸、转速、工艺流程等)外,美国近年开展了多方面的研究,其中添加药剂是效果比较明显的措施之一。
一种是常规添加方式,即将药剂加入到矿浆中,矿浆与药剂混合后进入离心机。根据美国能源部能源实验室Wu-WeyWen等人的实验研究结果[2],在处理超细浮选精煤时(-0105mm占45%,浓度17%),添加5%的沥青类乳胶药剂后,固体回收率由874%提高到了976%,固体在主滤液中的损失由51%下降到14%,在离心液中的损失由75%下降到10%。
另一种添加方式是由美国弗吉尼亚技术学院RTBurcheet等人[3]提出的,通过改进沉降离心机的给料管,将专用的药剂直接添加到离心机内部,依靠离心机的旋转实现药剂与矿浆的混合。这种药剂及添加方式在Moss第三选煤厂的DMI914×1828型离心机上的实验结果表明,主滤液中的固体含量由354%分别下降到了033%和025%,产品水分略有增高,由1284%分别上升到1303%和1413%。实验同时说明,这种专用药剂和添加方式,效果优于在矿浆中加入普通絮凝剂。
3 筛网沉降离心机应用前景
筛网沉降离心机是目前除火力干燥以外最有效的粉煤脱水设备。中国煤炭工业在20世纪90年代末期先后多次引进了美国的筛网沉降离心机,但只有兖矿集团兴隆庄矿选煤厂使用的效果较理想[4],主要原因是筛网沉降离心机的固体回收率较低,不利于资源回收和洗水闭路循环。近年,随着美国赛吉满公司进入中国市场,筛网沉降离心机又重新得到重视,从2004年开始,赛吉满公司在开滦集团东欢坨矿,淮南集团潘一、潘三矿选煤厂和湘水、红陵等地方选煤厂设计中采用了美国DMI筛网沉降离心机,用于粉煤脱水。与此同时,国内厂家(唐山森普)也开始加工制造筛网沉降离心机,唐山国华、北京华宇等设计单位也开始在设计中采用筛网沉降离心机。根据中国资源现状和环保政策要求及选煤工艺特点,赛吉满公司和国内设计单位,研究设计了一种新的组合,即筛网沉降离心机与压滤机配合使用。前者作为+200目(或+325目)煤泥的脱水设备,产品水分低,处理能力大,后者作为最终把关设备,保证资源回收和洗水闭路循环。这种新型工艺发挥了两种设备的优点,提高了系统的效率,尤其是在降低粉煤产品水分方面显示了很大优势。通过不断与国外进行技术交流、合作和设备引进,再加上国内加工制造水平的提高,会有越来越多的中国选煤厂使用筛网沉降离心机作为原生煤泥、浮选精煤和尾煤脱水设备。

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