张忠全
                      (晋城煤业集团,山西省晋城市, 048006)

    摘　要：阐述了煤泥水处理工艺现状及存在的问题,介绍了新型筛网沉降离心机的工作原理、主要结构、工作过程、运行控制及特点,从经济效益和社会效益两个方面分析了新型筛网沉降离心机的优点。
    关键词：筛网沉降离心机　选煤厂　煤泥水系统
    中图分类号：TD455·5　　文献标识码：B
    1·煤泥水处理工艺现状及问题分析
    1·1　工艺现状
    古书院选煤厂(以下简称古矿选煤厂)末煤车间采用跳汰选煤工艺,煤泥水采用斗子捞坑进行水力分级,选用耙式浓缩机作为浓缩澄清设备,根据煤泥水质的硬度,在浓缩池中添加絮凝剂加速煤泥的沉降,浓缩机底流直接进入压滤机进行煤泥脱水回收。工艺流程图见图1。
              
    1·2　问题分析
    (1)以滤饼价格销售,造成了资源的浪费。煤泥全部进入压滤打饼,若将其掺入末煤(混煤)销售,灰分偏高,影响产品煤质量,且滤饼水分高、粘结成团,入仓装车时易堵仓口。
    (2)煤泥水恶化。当煤泥中的微细粘土类矿物质含量多时,压滤机的处理量降低,无法及时回收全部煤泥,致使大量细泥在洗水系统中积聚,洗水浓度猛增,造成连锁反应、恶性循环,影响洗选效果。
    2·新型筛网沉降离心机
    古矿选煤厂为矿井型选煤厂,近年来9#煤入洗量增加,入洗煤粘湿,煤泥水对沉降离心机机件的腐蚀、磨损严重。在设备设计时,重点考虑处理能力强、运行安全可靠、使用寿命长等要求,专门设计、安装、使用了新型筛网沉降离心机,回收直径大于0·075 mm的煤泥,完善工艺流程,达到固液分离彻底、煤泥水良性循环、增加经济效益的目的。改造后的工艺流程图见图2。
              
    2·1　工作原理
    筛网沉降离心机是一个在电机驱动下旋转的筒体,其两端支撑在轴承上,由一根静置的送料管将物料输送到机内。由于高速旋转和摩擦,物料在机器内部被加速。在离心力场的作用下,固体首先沉降到转筒的内壁,液体则通过后端的溢流口流出机外。为了使累积在转筒内壁的固体排出机外,机内安装了一台螺旋输送器。驱动螺旋使螺旋和转筒产生一个相对的差速,沉降在转筒内壁的固体被螺旋输送器往前推送,经过锥段第一次压榨脱水,固体经过筛网段时,在离心力场的作用下再次脱水,固体到达排渣口后,在离心力的作用下排出机外。
    2·2　主要结构
    卧式沉降过滤离心机主要由转毂、螺旋转子、大扭矩行星齿轮差速器、润滑系统等组成,卧式沉降过滤离心机结构图见图3。
             
    新型筛网沉降离心机在故障自诊断、自排除方面实现了智能化。整机采用电机和皮带驱动;设计吸取了转鼓排料端轴向排料和径向排料的优点,防止了堵料事故的发生;选用了优质钢材制作设备的结构件,延长设备的使用寿命;在易磨损部位,采用喷焊合金和贴瓷等技术方案以提高设备的耐磨性能和耐腐蚀性能,保证机器的运行安全可靠。
    由于采用了混合驱动,在电气控制方面实现了智能化。整机采用了触摸屏以显示设备的运行状态;散布在机器各部位的传感器实时监测设备的运行状态,通过中央计算机处理,可实现故障自诊断、自排除功能。主轴承采用油润滑,延长了轴承的使用寿命。整机采用振动和噪声两种监测手段监测设备的运行,突发性运行事件会自动报警并自动记录存储,自动分析判断。重大运行事件则自动关机,停止运行。
    螺旋送料实现了负载自感应。当负载增大,输送螺旋会自动加快转速排料;当负载减小,输送螺旋又会自动恢复正常运行。
    离心机控制系统和进料系统、加药系统、滤饼输送系统互锁,操作人员可以通过电脑编辑,使设备选择安全经济的工艺参数运行。设备停机后,自动清洗设备启动,可自动清洗排料口、筛网部分,为设备的修理和下次运行作好准备。
    主轴承采用稀油润滑方案,以适应高转速的需要;增设了停机喷淋清洗系统,改善主机再启动的工作环境。
    主机零部件在设计中采用有限元法进行了受力分析,以保证设备的长期安全运行。
    2·3　工作过程
    卧式沉降过滤离心脱水机将分离过程的不同阶段优化组合在一个有限的空间内完成。
    (1)混合与加速阶段:煤泥水在特殊设计的进料室内进行混合并得到加速,确保煤泥以最佳状态进入分离室。
    (2)澄清阶段:在离心力的作用下,煤泥颗粒在转毂的沉降段快速分离并沉降,分离的澄清液通过设在转鼓尾端的溢流堰排出。
    (3)压缩阶段:螺旋推进器将沉降固体推送至压缩段,煤泥在挤压力的作用下得到进一步压缩,并释放出空隙水。
    (4)过滤阶段:螺旋推进器将沉降固体推送至筛网过滤段,煤泥在离心力的作用下得到进一步过滤脱水。
    (5)排料阶段:螺旋推进器将脱水煤泥推送至卸料端,由卸料刮刀排出。
    2·4　运行控制
    触摸屏和PLC组成控制系统,整机工作状态和连机系统工作状态在触摸屏动画显示并能进行运行参数设定。系统运行参数在触摸屏同步显示,历史运行参数具备存储和调阅功能。并留有控制系统预留通讯接口,可实现与中央控制计算机的通讯功能,联网后中央计算机应能调阅历史运行参数和现场运行参数,通过中央计算机可以修改现场运行设定参数。
    (1)运行。设手动调整和自动运行转换开关。控制具备单机各部分(润滑系统、液压系统、主机系统)分项调试运行和联机自动运行两种工作状态。可通过中央控制计算机对上述两项现场操作功能实现远程操控。现场操控和远程操控互为闭锁状态。控制系统预留联机控制接口,备用编辑联机控制程序。
    主机启动通过手动转换开关或触摸屏控制分为手动调整、自动运行两种方式。停机有故障停机和生产停机两种状态。主机启动、停机顺序方框图见图4。
                  
    (2)故障停机。螺旋输送物料时,能根据扭矩大小(压力传感)自行判断运行状态和故障。控制系统通过压力传感器、PLC、变频调速电机、电磁阀和溢流阀及液压马达进行整合,具备故障自诊断、自排除功能(常压范围运行和压力超出设定范围即高压高速运行两种状态);扭矩减小(压力降低)时,自动恢复常规运行。在设定压力参数内不能排除故障时,能自动报警并按设定延时自动停机。当设备运行中压力信号突然消失时,能控制入料关断,报警并顺序停机。
    振动传感器在手动调整和自动运行中实时监测设备的运行状态,超过设定振动数值即报警并自动停机。
    在手动调整和自动运行中,主轴承无润滑(流量、压力传感)或轴承温度(温度传感)超过设定值即应报警并延时停机。
    润滑油油温、油位不在设定值内,润滑电机不能启动。
    液压油油温、油位不在设定值内,液压泵电机不能启动。
    主轴承无润滑信号,主机不能启动。设定液压泵电机启动后延时6 min后,主电机才能启动。液压传感器无压力信号输出,主电机不能启动。低于额定电压设定参数,整机不能启动。超过设定额定电流,整机自动报警停机。
    (3)停机运行。全自动运行状态中停机和自检故障停机时,在主机停机15 min后,螺旋电机才允许停止运转;主机运转停止后(速度传感器无输出信号),润滑电机才允许停止运转。
    正常停机或故障停机后,清洗水自动打开,按3 min切换一次,交替清洗排料口和筛网段。转速信号无输出或25~30 min后断电停止清洗。主机停机后清洗水如无压力信号自动报警。
    故障停机时同时报警,正常生产停机时不报警。两种停机状态在延时设定时执行两种延时制度,即故障停机延时缩短,生产停机将延时适当延长。液压油、润滑油加温采用手动上电,达到设定油温45℃时自动断开。加热器不做自动功能设置。
    2·5　特点
    (1)采用较小的离心强度和长径比结构参数。部件结构设计合理,延长了部件的使用寿命,增加了设备的可靠性,降低了设备的价格。
    (2)易磨损部位采用特殊耐磨衬层,使整机的使用寿命大大延长。离心机转鼓内壁镶嵌增韧氧化铝陶瓷,螺旋转子采用氧化铝陶瓷或碳化钨耐磨层,过滤段筛网采用碳化钨栅条,排料端镶嵌增韧氧化铝陶瓷并喷涂特殊耐磨层,这些设计都大大提高了离心机的工作稳定性和使用寿命。
    (3)排料部件采用异性硬质合金刮刀,既解决了易磨损的问题,又克服了粘性物料堵塞排料口的问题。
    (4)采用工作负荷实时监测技术,自动控制系统可靠、实用。备有螺旋推料超量、润滑油压超限、主电动机过载和保险销切断等多项声光报警设施。并采用螺旋推料力矩控制来调节入料量,比传统的根据主电机电流调节入料量更为合理,对于因入料变化所产生的负荷波动适应力强。
    (5)离心机过滤段筛网采用定期喷淋的技术,解决了离心机长时间运转易出现筛网段筛缝堵塞,造成脱水效率下降的问题。
    3·效益分析
    3·1　经济效益
    增收:古矿选煤厂筛网离心机每天运行8 h,每小时筛网沉降离心机生产量为8 t,煤泥和末煤的差价按照230元计算,每年运行330天,增加效益约为485·76万元。
    投入:新型筛网沉降离心机功率为120 kW,每天工作8 h,每度电费0·53元,每年运行330天,则电费消耗为1·679万元;维护成本为24万元/年;设备及管路安装为70万元。年效益为390万元。
    3·2　社会效益
    (1)筛网沉降离心机可以有效脱除细粒物料中的水分,提高固体回收率,改善循环水质量,有利于环境保护。
    (2)由于产品水分下降,企业不仅节约了开支,更提高了产品的市场竞争力。