沙坪選煤廠離心機(jī)篩籃及螺旋刮刀的改進(jìn)設(shè)計(jì)

李鼎

（晉神能源有限公司 沙坪洗煤廠，山西 沂州 036500）

1 概 況

為降低原煤中的雜質(zhì)、灰分和水分，達(dá)到煤炭質(zhì)量要求，需對(duì)原煤進(jìn)行分選。在分選工藝中，降低精煤中的水分是提高原煤質(zhì)量的關(guān)鍵。離心機(jī)由于分選效果好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單以及噪音低被廣泛應(yīng)用。但離心機(jī)的故障率高、維修量大，制約著原煤的分選效率。本文以沙坪洗煤廠離心機(jī)為例，對(duì)離心機(jī)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)。

2 離心機(jī)結(jié)構(gòu)

目前應(yīng)用于精煤脫水的離心機(jī)類型包括臥式振動(dòng)離心機(jī)、立式振動(dòng)離心機(jī)和刮刀卸料離心機(jī)。沙坪洗煤廠為刮刀卸料離心機(jī)，其工作部分主要包括篩籃、刮刀、鐘形罩以及篩網(wǎng)等。篩籃一般與鐘形罩連接為一體，并通過(guò)螺栓將鐘形罩固定與設(shè)備的外部軸上。刮刀為離心機(jī)的直接執(zhí)行部件，通過(guò)螺栓、花鍵與心軸進(jìn)行固定連接。在正常工況下，設(shè)備刮刀的轉(zhuǎn)動(dòng)速度慢于篩籃的轉(zhuǎn)動(dòng)速度。

刮刀卸料離心機(jī)的工作原理是待脫水的原煤送入篩籃與刮刀之間，在離心力的作用下將原煤中水與顆粒分離。其中，分離出的水通過(guò)排液管排出設(shè)備，脫水后的煤炭顆粒留在篩網(wǎng)內(nèi)側(cè)。由于刮刀與篩籃之間存在一定的速度差，刮刀將篩籃上滯留的煤炭顆粒刮出并落入設(shè)備下方的收料漏斗中。篩籃和刮刀的結(jié)構(gòu)如圖1、圖2所示。

圖1 離心機(jī)篩籃結(jié)構(gòu)Fig.1 Centrifuge basket structure

圖2 螺旋刮刀結(jié)構(gòu)Fig.2 Structure of spiral scraper

離心機(jī)篩籃由圓錐形的骨架和篩條組成，篩條間距通常為0.35～0.5 mm。圖中篩條按照錐形布置可降低煤炭顆粒在上方運(yùn)動(dòng)的阻力。

離心機(jī)刮刀呈現(xiàn)螺旋結(jié)構(gòu)，每個(gè)刮刀上有16個(gè)螺旋葉片。為方便后續(xù)更換刮刀，通過(guò)螺栓連接的方式將葉片固定在刮刀上，當(dāng)其中一片刮刀磨損嚴(yán)重時(shí)可進(jìn)行替換，降低離心機(jī)刮刀的維護(hù)費(fèi)用。

3 離心機(jī)現(xiàn)狀分析

（1）離心機(jī)處理能力偏低，可處理物料的粒度較小。

沙坪洗煤廠離心機(jī)在實(shí)際生產(chǎn)中存在一定的問(wèn)題，主要表現(xiàn)為：離心機(jī)的處理能力較低，僅為80 t/h；離心機(jī)可處理物料的粒度較小，最大粒度僅為13 mm；離心機(jī)在應(yīng)用中磨損嚴(yán)重，增加了設(shè)備的維修量。

離心機(jī)處理能力的計(jì)算公式：

式中：k為填充系數(shù)，一般取0.4；γ0為物料的散密度，煤炭的散密度取900 kg/m3；A為螺旋過(guò)料面積；V為煤炭顆粒沿著篩籃軸線的滑動(dòng)速度。

根據(jù)式（1）可知，離心處理能力低可能是螺旋過(guò)料面積小以及煤粒沿篩籃軸線滑動(dòng)速度小造成，與螺旋刮刀和篩籃之間的螺旋過(guò)料面積、螺旋外錐直徑、內(nèi)錐直徑以及螺旋刮刀的頭數(shù)相關(guān)。

（2）離心機(jī)的輸煤效率較低。

離心機(jī)篩籃滑動(dòng)速度在垂直方向的分量較小，導(dǎo)致輸煤效率偏低。在脫水操作中煤炭顆粒沿篩籃軸向方向的滑動(dòng)速度與螺旋的導(dǎo)程、篩籃與刮刀之間的速度差和輸煤效率相關(guān)，滑動(dòng)速度的垂直分量與上述3個(gè)因素成正比。因此，可通過(guò)提高煤炭顆粒沿篩籃滑動(dòng)速度的垂直分量，控制螺旋導(dǎo)程和篩籃與刮刀之間的速度差，達(dá)到增加離心機(jī)輸煤效率的目的。

（3）離心機(jī)設(shè)備磨損嚴(yán)重且維修成本高。當(dāng)離心機(jī)其中一個(gè)零部件出現(xiàn)故障時(shí)，需將整機(jī)分解檢查，導(dǎo)致離心機(jī)維修量大。采用獨(dú)立整體差速器解決離心機(jī)維修量大的問(wèn)題。

4 離心機(jī)的改進(jìn)設(shè)計(jì)

在對(duì)影響離心機(jī)效率原因分析的基礎(chǔ)上，對(duì)離心機(jī)的篩籃和螺旋刮刀進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)。

4.1 篩籃的改進(jìn)設(shè)計(jì)

當(dāng)煤炭物料從分配盤落在篩籃上時(shí)，由于分配盤與篩籃之間的距離不合理，導(dǎo)致篩籃僅有75%的面積被利用，設(shè)備利用率不高；當(dāng)物料落在篩籃上時(shí)，由于煤炭物料與篩籃之間存在速度差，煤炭物料滯留于篩籃上方，制約了離心機(jī)的處理能力。因此，針對(duì)篩籃結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。

（1）在原篩籃結(jié)構(gòu)上方增加一個(gè)預(yù)旋器，結(jié)構(gòu)形狀為錐體。在預(yù)旋器的作用下，煤炭顆粒進(jìn)入篩籃之前先在離心力的作用下沿著預(yù)旋器的內(nèi)壁下滑，當(dāng)物料到達(dá)篩籃上方時(shí)其速度與篩籃的速度相近，解決了煤炭顆粒與篩籃之間速度差較大的問(wèn)題。預(yù)旋器的結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 預(yù)旋器結(jié)構(gòu)Fig.3 Precyclone structure

（2）離心機(jī)分配盤的角度也是影響離心機(jī)處理能力的關(guān)鍵因素。當(dāng)分配盤角度過(guò)大時(shí)對(duì)預(yù)旋器的沖擊較大，導(dǎo)致處理量??；當(dāng)分配盤的角度過(guò)小時(shí)，雖然處理量大，但是精煤的脫水效果較差。因此，通過(guò)研究分析，分配盤的最佳角度為120°。

（3）篩籃半錐角的改進(jìn)。篩籃半錐角主要決定煤炭顆粒在篩面上停留的時(shí)間和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，影響離心機(jī)的排料效率。

當(dāng)待過(guò)濾物料容易被過(guò)濾時(shí)，由于過(guò)濾速度較快，對(duì)應(yīng)所需的脫水時(shí)間較短，因此篩籃的半錐角應(yīng)大于相應(yīng)的摩擦角，保證設(shè)備的排料能力，間接提升整體的處理能力；當(dāng)待過(guò)濾物料不容易被過(guò)濾時(shí)，篩籃的半錐角應(yīng)小于相應(yīng)的摩擦角，延長(zhǎng)停留時(shí)間，保證設(shè)備的脫水效果。

在參照國(guó)外離心機(jī)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，兼顧設(shè)備脫水效果和處理能力的情況下，最終將篩籃半錐角設(shè)計(jì)為18°。

（4）理論上說(shuō)篩籃越長(zhǎng)，物料滯留時(shí)間越長(zhǎng)，脫水效果越好。但由于在原篩籃結(jié)構(gòu)上方增設(shè)了一個(gè)預(yù)旋器，為保證篩籃與預(yù)旋器的機(jī)械性能，篩籃長(zhǎng)度不能過(guò)長(zhǎng)。因此將篩籃的長(zhǎng)徑比控制為0.5。

4.2 螺旋刮刀的改進(jìn)設(shè)計(jì)

原離心機(jī)螺旋刮刀采用的材質(zhì)為鑄鋼件，每個(gè)刮刀上均安裝16個(gè)螺旋葉片，螺旋升角約為50°。螺旋升角越大對(duì)應(yīng)設(shè)備的處理能力越大，但輸煤效率較低，對(duì)設(shè)備造成的磨損也越嚴(yán)重。

為解決當(dāng)前螺旋刮刀處理能力與輸煤效率不能兼顧的問(wèn)題，將螺旋刮刀的螺距減少至500 mm，頭數(shù)減少至4個(gè)，高度增大至500 mm，螺旋刮刀大端直徑1 000 mm，螺旋升角從50°減少至20°。螺旋刮刀改進(jìn)后如圖4所示。

圖4 螺旋刮刀改進(jìn)后的剖面圖Fig.4 Improved profile of spiral scraper

（1）將螺旋刮刀的升角和螺旋頭數(shù)均適當(dāng)減小，使物料能夠在篩籃表面停留更長(zhǎng)的時(shí)間，保證脫水效果。

（2）螺旋升角減小使物料與螺旋刮刀之間的摩擦力減小，提升設(shè)備的輸煤效率。

（3）螺旋刮刀對(duì)應(yīng)的高度和螺距減小，減少了物料對(duì)螺旋刮刀的磨損，降低了離心機(jī)設(shè)備的維修量和維修成本。

5 離心機(jī)改進(jìn)的效果驗(yàn)證

將篩籃和螺旋刮刀結(jié)構(gòu)改進(jìn)后的離心機(jī)應(yīng)用沙坪洗煤廠的實(shí)際生產(chǎn)中，對(duì)處理能力和脫水效率進(jìn)行驗(yàn)證。實(shí)踐表明，改進(jìn)后，設(shè)備的物料平均處理能力由之前的109 t/h增大至190.3 t/h，脫水率由之前的52%增大至74%。對(duì)篩籃有無(wú)預(yù)旋器的處理能力進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果見(jiàn)表1。有預(yù)旋器篩籃的處理能力明顯優(yōu)于無(wú)預(yù)旋器篩籃的處理能力，驗(yàn)證了篩籃增加預(yù)旋器的有效性。

表1 篩籃有無(wú)預(yù)旋器處理能力的對(duì)比Table 1 Comparison of the treatment capacity of sieve basket with or without pre-spinner

6 結(jié) 語(yǔ)

離心機(jī)為選煤工藝精煤脫水操作的關(guān)鍵設(shè)備，沙坪洗煤廠實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)當(dāng)前離心機(jī)存在處理能力低、設(shè)備磨損嚴(yán)重、脫水效果不佳等問(wèn)題。為此，對(duì)離心機(jī)的篩籃和螺旋刮刀的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)。改進(jìn)后，設(shè)備的物料平均處理能力增大至190.3 t/h，脫水率增大至74%，達(dá)到了改進(jìn)目的。