精煤離心脫水方式的合理選擇

李秋華，張振陽，魏樹海

(1.貴州中礦興誼選礦技術(shù)有限責(zé)任公司，貴州 貴陽 561601； 2.山西恩必謳重工有限公司，山西 太原 046000)

2020年全國原煤產(chǎn)量38.5 億t，原煤入洗率達(dá)到69%，入洗比例逐年增加。由于濕法選煤的精煤產(chǎn)品必須進(jìn)行脫水處理，精煤水分的高低影響到產(chǎn)品質(zhì)量、銷售價格、用戶使用等。因此降低產(chǎn)品水分既非常必要也意義重大，如何合理選擇精煤產(chǎn)品脫水方式是降低產(chǎn)品水分的關(guān)鍵。

1 主要離心脫水方式

目前多數(shù)選煤廠精煤產(chǎn)品采用如下脫水工藝。即50～0.5 mm粒級精煤采用塊煤離心機(jī)混合脫水，1(0.5)～0.25 mm粒級的粗煤泥采用煤泥離心機(jī)或臥式沉降過濾離心機(jī)脫水，小于0.25 mm的細(xì)煤泥采用壓濾機(jī)或加壓過濾機(jī)脫水。

塊煤離心機(jī)多為臥式振動卸料，故又稱為振動離心機(jī)，離心因數(shù)在50～75之間，通過塊煤離心機(jī)處理50～0.5 mm粒級的入料，通常產(chǎn)品外水分為7%～9%，如果入料中13～0.5 mm粒級的末煤比例高，則產(chǎn)品水分還會更高一些。

選煤廠中煤泥離心機(jī)主要用于處理1(0.5)～0.25 mm粒級的粗煤泥，煤泥離心機(jī)常見有立式和臥式，采用刮刀卸料方式。離心因數(shù)在150左右，通常產(chǎn)品外水分為15%～18%。煤泥離心機(jī)篩縫通常為0.35 mm，小于篩縫的細(xì)顆粒含量高，會導(dǎo)致透篩嚴(yán)重，處理量降低，同時產(chǎn)品水分偏高；如果入料中大顆粒含量高，通常是大于3 mm的顆粒，則會導(dǎo)致能耗增大，篩籃磨損嚴(yán)重、壽命降低。還有一些選煤廠的粗煤泥采用臥式沉降過濾離心機(jī)處理，簡稱“臥脫”。臥脫相對煤泥離心機(jī)來說，可以處理更細(xì)一點(diǎn)的顆粒，一般要求入料中小于0.045 mm含量不大于40%，臥脫的過濾段離心因數(shù)通常為250左右，產(chǎn)品外水分為15%～20%，回收率約60%[1]。

小于0.25 mm粒級的細(xì)煤泥通常使用壓濾機(jī)和加壓過濾機(jī)處理，壓濾機(jī)處理后的浮選精煤和原生煤泥的水分約為23%～30%，加壓過濾機(jī)處理后這部分細(xì)煤泥的水分大約在18%～22%，粒度越細(xì)，產(chǎn)品水分越高。

2 離心脫水特性及目前脫水方式存在的問題

隨著入選原煤中末煤含量的增大，精煤中末煤含量也隨之增大，混合脫水的水分也越來越高，塊煤離心機(jī)的離心因數(shù)只有50左右，對于50～13 mm的塊煤來說，這樣的離心力已滿足脫水要求，可以脫去大部分外在水分。但是對于13～0.5 mm的末煤來說，由于粒度變細(xì)，比表面積增大，同時細(xì)粒導(dǎo)致的過濾層比阻增大。通常認(rèn)為13～0.5 mm的末煤，需要的離心因數(shù)為100～150左右，所以用塊煤離心機(jī)代替末煤離心機(jī)顯然是不夠的。試驗(yàn)證明，如果采用50的離心因數(shù)處理13～0.5 mm粒級的末煤，產(chǎn)品水分為12%～14%，如果采用150的離心因數(shù)處理13～0.5 mm粒級的末煤，產(chǎn)品水分為6%～8%。由此可見，采用塊煤離心機(jī)混合脫水的產(chǎn)品水分是明顯偏高的，說明混合脫水是不合理的[2]。

對于1(0.5)～0.25 mm粒級的粗煤泥而言，煤泥離心機(jī)的處理下限高，雖然煤泥離心機(jī)的產(chǎn)品水分不高，但是剩余的處理不了的煤泥只能通過壓濾方式脫水，壓濾煤泥水分高，松散性差，經(jīng)濟(jì)效益差，煤泥綜合水分高。臥脫的應(yīng)用相對煤泥離心機(jī)又更進(jìn)一步，臥脫加大了設(shè)備的離心因數(shù)，同時降低了設(shè)備的處理下限，雖然看上去臥脫的水分和煤泥離心機(jī)產(chǎn)品水分差不多，但是由于臥脫回收了部分細(xì)煤泥，使得煤泥的綜合水分下降了，但是臥脫還是存在回收率低的問題，還需要壓濾機(jī)進(jìn)行把關(guān)。

3 合理的脫水方式

物料離心脫水曲線近似于指數(shù)曲線，每一粒級物料都有一最佳脫水離心力(或離心因數(shù))，在此之前隨著離心力的增大，水分快速降低；達(dá)到最佳脫水離心力之后，水分隨離心力降低速率急劇變緩并逐漸趨于水平。也就是離心力繼續(xù)增大已無意義。其中50～13 mm塊煤的最佳離心因數(shù)為50～75，13～0.5 mm末煤的最佳離心因數(shù)為100～150，1～0.25 mm粗煤泥的最佳離心因數(shù)為250～300，小于0.25 mm粒級的細(xì)煤泥的最佳離心因數(shù)為300～500，小于0.074 mm細(xì)泥的最佳離心因數(shù)為800～1 100[3]。

離心脫水方式對產(chǎn)品水分的影響主要集中在2個因素：離心因數(shù)的大小和入料粒度的粗細(xì)。

離心因數(shù)大小即設(shè)備能產(chǎn)生的離心力的大小，離心力越大，脫水效果越好，但離心力也不是越大越好，如圖1所示，產(chǎn)品水分隨著離心力的增大而降低，但是當(dāng)離心力到達(dá)拐點(diǎn)A點(diǎn)之后，離心力的增加對產(chǎn)品水分的影響就不大了，而且不同的粒度組成和煤質(zhì)，拐點(diǎn)所在的位置也是不一樣的，所以要根據(jù)實(shí)際情況選擇適當(dāng)?shù)碾x心因數(shù)。

圖1 離心力與產(chǎn)品水分關(guān)系示意

入料的粒度組成主要影響2個方面，一個是比表面積，一個是濾層的比阻[4]。粒度越細(xì)，煤比表面積越大，即在相同質(zhì)量下，細(xì)顆粒的表面積總和大于粗顆粒的，這樣即使單位表面積上含水率相同，比表面積大的顆粒水分也會高，所以粒度越細(xì)，產(chǎn)品水分越高；過濾比阻是指液體通過濾層時，濾層對液體產(chǎn)生的阻力，在相同的離心力下，粒度越細(xì)濾層的比阻越大，脫水越困難，產(chǎn)品水分越高，而且在相同的粒度組成下，比阻隨著離心力的增大而增大。比阻主要對細(xì)粒煤泥的離心脫水影響大，對于末煤和塊煤來說，由于粒度大，濾層中顆粒間隙大，比阻很低，體現(xiàn)不出比阻對脫水的影響，顆粒粒度越細(xì)，比阻對離心脫水的影響就越大。筆者通過試驗(yàn)證明，對于特別細(xì)的顆粒(細(xì)泥)，小于0.045 mm含量大于90%的物料，用不同的離心因數(shù)進(jìn)行過濾脫水，產(chǎn)品水分的變化不大，說明此時濾層比阻已經(jīng)很大，脫水很困難，即使增大離心因數(shù)，產(chǎn)品水分也無法大幅度降低。對于細(xì)泥含量高的細(xì)煤泥，由于其過濾比阻增加速度大于離心力增加速度，所以窄粒級細(xì)泥不適合離心脫水。

要想降低細(xì)顆粒濾層的比阻，就要有合適的粒度組成、合理的級配，為了驗(yàn)證顆粒級配對煤泥脫水的影響，筆者設(shè)計如下實(shí)驗(yàn)：取一定量小于0.5 mm的煤泥，按照0.045 mm粒度分級，分成0.5～0.045 mm和小于0.045 mm 2個粒度級，分別以800離心因數(shù)做離心過濾脫水，0.5～0.045 mm粒級水分為12.53%，小于0.045 mm粒級水分為35.18%，然后將這2個粒級煤泥按1∶1比例混合均勻后，同樣以800離心因數(shù)做離心過濾脫水，產(chǎn)品水分為20.36%，低于2個粒級分別脫水后的加權(quán)水分。也就是說，對于煤泥而言，粗細(xì)顆?；旌虾?，產(chǎn)品綜合水分比分級脫水降低了[5]。

根據(jù)上述分析，筆者認(rèn)為合理的離心脫水方式為：粗顆粒分級脫水，細(xì)顆粒混合脫水。即對于0.5 mm以上的顆粒進(jìn)行分級脫水：50～13 mm粒級采用塊煤離心機(jī)脫水，離心因數(shù)50左右，13～0.5 mm采用末煤離心機(jī)脫水，離心因數(shù)100～150；小于0.5 mm粒級煤泥進(jìn)行混合脫水，離心因數(shù)800～1 100，不同粒級選用合理離心因數(shù)的脫水設(shè)備，最終達(dá)到綜合水分最低的目標(biāo)[6]。

4 結(jié) 語

為了充分發(fā)揮離心機(jī)的脫水能力，遵循“粗顆粒分級脫水，細(xì)顆?；旌厦撍钡脑瓌t，不同粒級選擇不同離心因數(shù)的脫水設(shè)備，以保證產(chǎn)品水分最低。

對于50～0.5 mm粒度級的煤炭而言，分級脫水是正確的，即不同的粒級采用不同的離心設(shè)備脫水。其中50～13 mm粒度級，采用離心因數(shù)50左右的塊煤離心機(jī)，產(chǎn)品外水分可以控制在5%以下，13～0.5 mm粒度級，采用離心因數(shù)150左右的末煤離心機(jī)，產(chǎn)品外水分可以控制在5%～8%。

對于0.5～0 mm的煤泥而言，不用分級，采用沉降過濾離心機(jī)或者沉降離心機(jī)處理，若煤泥中小于0.045 mm含量小于40%，可以用沉降過濾離心機(jī)處理，離心因數(shù)250～300左右，產(chǎn)品水分在15%～20%；若煤泥中小于0.045 mm含量大于40%，則應(yīng)當(dāng)選用離心因數(shù)更高的沉降離心機(jī)，離心因數(shù)選在800以上，產(chǎn)品水分可以控制在30%以下，且產(chǎn)品相對均勻松散，易于摻混。