新型篩網(wǎng)沉降離心機在古礦選煤廠煤泥水系統(tǒng)中的應用

                                   張忠全
                      (晉城煤業(yè)集團,山西省晉城市, 048006)

    摘　要：闡述了煤泥水處理工藝現(xiàn)狀及存在的問題,介紹了新型篩網(wǎng)沉降離心機的工作原理、主要結構、工作過程、運行控制及特點,從經濟效益和社會效益兩個方面分析了新型篩網(wǎng)沉降離心機的優(yōu)點。
    關鍵詞：篩網(wǎng)沉降離心機　選煤廠　煤泥水系統(tǒng)
    中圖分類號：TD455·5　　文獻標識碼：B
    1·煤泥水處理工藝現(xiàn)狀及問題分析
    1·1　工藝現(xiàn)狀
    古書院選煤廠(以下簡稱古礦選煤廠)末煤車間采用跳汰選煤工藝,煤泥水采用斗子撈坑進行水力分級,選用耙式濃縮機作為濃縮澄清設備,根據(jù)煤泥水質的硬度,在濃縮池中添加絮凝劑加速煤泥的沉降,濃縮機底流直接進入壓濾機進行煤泥脫水回收。工藝流程圖見圖1。
              
    1·2　問題分析
    (1)以濾餅價格銷售,造成了資源的浪費。煤泥全部進入壓濾打餅,若將其摻入末煤(混煤)銷售,灰分偏高,影響產品煤質量,且濾餅水分高、粘結成團,入倉裝車時易堵倉口。
    (2)煤泥水惡化。當煤泥中的微細粘土類礦物質含量多時,壓濾機的處理量降低,無法及時回收全部煤泥,致使大量細泥在洗水系統(tǒng)中積聚,洗水濃度猛增,造成連鎖反應、惡性循環(huán),影響洗選效果。
    2·新型篩網(wǎng)沉降離心機
    古礦選煤廠為礦井型選煤廠,近年來9#煤入洗量增加,入洗煤粘濕,煤泥水對沉降離心機機件的腐蝕、磨損嚴重。在設備設計時,重點考慮處理能力強、運行安全可靠、使用壽命長等要求,專門設計、安裝、使用了新型篩網(wǎng)沉降離心機,回收直徑大于0·075 mm的煤泥,完善工藝流程,達到固液分離徹底、煤泥水良性循環(huán)、增加經濟效益的目的。改造后的工藝流程圖見圖2。
              
    2·1　工作原理
    篩網(wǎng)沉降離心機是一個在電機驅動下旋轉的筒體,其兩端支撐在軸承上,由一根靜置的送料管將物料輸送到機內。由于高速旋轉和摩擦,物料在機器內部被加速。在離心力場的作用下,固體首先沉降到轉筒的內壁,液體則通過后端的溢流口流出機外。為了使累積在轉筒內壁的固體排出機外,機內安裝了一臺螺旋輸送器。驅動螺旋使螺旋和轉筒產生一個相對的差速,沉降在轉筒內壁的固體被螺旋輸送器往前推送,經過錐段第一次壓榨脫水,固體經過篩網(wǎng)段時,在離心力場的作用下再次脫水,固體到達排渣口后,在離心力的作用下排出機外。
    2·2　主要結構
    臥式沉降過濾離心機主要由轉轂、螺旋轉子、大扭矩行星齒輪差速器、潤滑系統(tǒng)等組成,臥式沉降過濾離心機結構圖見圖3。
             
    新型篩網(wǎng)沉降離心機在故障自診斷、自排除方面實現(xiàn)了智能化。整機采用電機和皮帶驅動;設計吸取了轉鼓排料端軸向排料和徑向排料的優(yōu)點,防止了堵料事故的發(fā)生;選用了優(yōu)質鋼材制作設備的結構件,延長設備的使用壽命;在易磨損部位,采用噴焊合金和貼瓷等技術方案以提高設備的耐磨性能和耐腐蝕性能,保證機器的運行安全可靠。
    由于采用了混合驅動,在電氣控制方面實現(xiàn)了智能化。整機采用了觸摸屏以顯示設備的運行狀態(tài);散布在機器各部位的傳感器實時監(jiān)測設備的運行狀態(tài),通過中央計算機處理,可實現(xiàn)故障自診斷、自排除功能。主軸承采用油潤滑,延長了軸承的使用壽命。整機采用振動和噪聲兩種監(jiān)測手段監(jiān)測設備的運行,突發(fā)性運行事件會自動報警并自動記錄存儲,自動分析判斷。重大運行事件則自動關機,停止運行。
    螺旋送料實現(xiàn)了負載自感應。當負載增大,輸送螺旋會自動加快轉速排料;當負載減小,輸送螺旋又會自動恢復正常運行。
    離心機控制系統(tǒng)和進料系統(tǒng)、加藥系統(tǒng)、濾餅輸送系統(tǒng)互鎖,操作人員可以通過電腦編輯,使設備選擇安全經濟的工藝參數(shù)運行。設備停機后,自動清洗設備啟動,可自動清洗排料口、篩網(wǎng)部分,為設備的修理和下次運行作好準備。
    主軸承采用稀油潤滑方案,以適應高轉速的需要;增設了停機噴淋清洗系統(tǒng),改善主機再啟動的工作環(huán)境。
    主機零部件在設計中采用有限元法進行了受力分析,以保證設備的長期安全運行。
    2·3　工作過程
    臥式沉降過濾離心脫水機將分離過程的不同階段優(yōu)化組合在一個有限的空間內完成。
    (1)混合與加速階段:煤泥水在特殊設計的進料室內進行混合并得到加速,確保煤泥以最佳狀態(tài)進入分離室。
    (2)澄清階段:在離心力的作用下,煤泥顆粒在轉轂的沉降段快速分離并沉降,分離的澄清液通過設在轉鼓尾端的溢流堰排出。
    (3)壓縮階段:螺旋推進器將沉降固體推送至壓縮段,煤泥在擠壓力的作用下得到進一步壓縮,并釋放出空隙水。
    (4)過濾階段:螺旋推進器將沉降固體推送至篩網(wǎng)過濾段,煤泥在離心力的作用下得到進一步過濾脫水。
    (5)排料階段:螺旋推進器將脫水煤泥推送至卸料端,由卸料刮刀排出。
    2·4　運行控制
    觸摸屏和PLC組成控制系統(tǒng),整機工作狀態(tài)和連機系統(tǒng)工作狀態(tài)在觸摸屏動畫顯示并能進行運行參數(shù)設定。系統(tǒng)運行參數(shù)在觸摸屏同步顯示,歷史運行參數(shù)具備存儲和調閱功能。并留有控制系統(tǒng)預留通訊接口,可實現(xiàn)與中央控制計算機的通訊功能,聯(lián)網(wǎng)后中央計算機應能調閱歷史運行參數(shù)和現(xiàn)場運行參數(shù),通過中央計算機可以修改現(xiàn)場運行設定參數(shù)。
    (1)運行。設手動調整和自動運行轉換開關。控制具備單機各部分(潤滑系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、主機系統(tǒng))分項調試運行和聯(lián)機自動運行兩種工作狀態(tài)?？赏ㄟ^中央控制計算機對上述兩項現(xiàn)場操作功能實現(xiàn)遠程操控?，F(xiàn)場操控和遠程操控互為閉鎖狀態(tài)?？刂葡到y(tǒng)預留聯(lián)機控制接口,備用編輯聯(lián)機控制程序。
    主機啟動通過手動轉換開關或觸摸屏控制分為手動調整、自動運行兩種方式。停機有故障停機和生產停機兩種狀態(tài)。主機啟動、停機順序方框圖見圖4。
                  
    (2)故障停機。螺旋輸送物料時,能根據(jù)扭矩大小(壓力傳感)自行判斷運行狀態(tài)和故障?？刂葡到y(tǒng)通過壓力傳感器、PLC、變頻調速電機、電磁閥和溢流閥及液壓馬達進行整合,具備故障自診斷、自排除功能(常壓范圍運行和壓力超出設定范圍即高壓高速運行兩種狀態(tài));扭矩減小(壓力降低)時,自動恢復常規(guī)運行。在設定壓力參數(shù)內不能排除故障時,能自動報警并按設定延時自動停機。當設備運行中壓力信號突然消失時,能控制入料關斷,報警并順序停機。
    振動傳感器在手動調整和自動運行中實時監(jiān)測設備的運行狀態(tài),超過設定振動數(shù)值即報警并自動停機。
    在手動調整和自動運行中,主軸承無潤滑(流量、壓力傳感)或軸承溫度(溫度傳感)超過設定值即應報警并延時停機。
    潤滑油油溫、油位不在設定值內,潤滑電機不能啟動。
    液壓油油溫、油位不在設定值內,液壓泵電機不能啟動。
    主軸承無潤滑信號,主機不能啟動。設定液壓泵電機啟動后延時6 min后,主電機才能啟動。液壓傳感器無壓力信號輸出,主電機不能啟動。低于額定電壓設定參數(shù),整機不能啟動。超過設定額定電流,整機自動報警停機。
    (3)停機運行。全自動運行狀態(tài)中停機和自檢故障停機時,在主機停機15 min后,螺旋電機才允許停止運轉;主機運轉停止后(速度傳感器無輸出信號),潤滑電機才允許停止運轉。
    正常停機或故障停機后,清洗水自動打開,按3 min切換一次,交替清洗排料口和篩網(wǎng)段。轉速信號無輸出或25~30 min后斷電停止清洗。主機停機后清洗水如無壓力信號自動報警。
    故障停機時同時報警,正常生產停機時不報警。兩種停機狀態(tài)在延時設定時執(zhí)行兩種延時制度,即故障停機延時縮短,生產停機將延時適當延長。液壓油、潤滑油加溫采用手動上電,達到設定油溫45℃時自動斷開。加熱器不做自動功能設置。
    2·5　特點
    (1)采用較小的離心強度和長徑比結構參數(shù)。部件結構設計合理,延長了部件的使用壽命,增加了設備的可靠性,降低了設備的價格。
    (2)易磨損部位采用特殊耐磨襯層,使整機的使用壽命大大延長。離心機轉鼓內壁鑲嵌增韌氧化鋁陶瓷,螺旋轉子采用氧化鋁陶瓷或碳化鎢耐磨層,過濾段篩網(wǎng)采用碳化鎢柵條,排料端鑲嵌增韌氧化鋁陶瓷并噴涂特殊耐磨層,這些設計都大大提高了離心機的工作穩(wěn)定性和使用壽命。
    (3)排料部件采用異性硬質合金刮刀,既解決了易磨損的問題,又克服了粘性物料堵塞排料口的問題。
    (4)采用工作負荷實時監(jiān)測技術,自動控制系統(tǒng)可靠、實用。備有螺旋推料超量、潤滑油壓超限、主電動機過載和保險銷切斷等多項聲光報警設施。并采用螺旋推料力矩控制來調節(jié)入料量,比傳統(tǒng)的根據(jù)主電機電流調節(jié)入料量更為合理,對于因入料變化所產生的負荷波動適應力強。
    (5)離心機過濾段篩網(wǎng)采用定期噴淋的技術,解決了離心機長時間運轉易出現(xiàn)篩網(wǎng)段篩縫堵塞,造成脫水效率下降的問題。
    3·效益分析
    3·1　經濟效益
    增收:古礦選煤廠篩網(wǎng)離心機每天運行8 h,每小時篩網(wǎng)沉降離心機生產量為8 t,煤泥和末煤的差價按照230元計算,每年運行330天,增加效益約為485·76萬元。
    投入:新型篩網(wǎng)沉降離心機功率為120 kW,每天工作8 h,每度電費0·53元,每年運行330天,則電費消耗為1·679萬元;維護成本為24萬元/年;設備及管路安裝為70萬元。年效益為390萬元。
    3·2　社會效益
    (1)篩網(wǎng)沉降離心機可以有效脫除細粒物料中的水分,提高固體回收率,改善循環(huán)水質量,有利于環(huán)境保護。
    (2)由于產品水分下降,企業(yè)不僅節(jié)約了開支,更提高了產品的市場競爭力。