淺談臥式離心機在煤化工系統焦油脫渣的應用

陶東升

（攀枝花鋼釩有限公司煉鐵廠，四川 攀枝花 617000）

1 臥式螺旋沉降離心機介紹

1.1 臥式螺旋沉降離心機的工作原理

煤焦油混合物經進料管進入轉鼓。在主機高速旋轉產生的離心力作用下，比重較大的固相顆粒沉積在轉鼓內壁上，與轉鼓作相對運動的螺旋葉片連續將沉積在轉鼓內壁上的固相顆粒刮下并推出排渣口，分離后的清液經堰板開口流出轉鼓。螺旋與轉鼓之間的相對運動由差速器來實現。差速器的外殼與轉鼓聯接，輸出軸與螺旋聯接，輸入軸與副電機聯接。主電機帶動轉鼓旋轉的同時，也帶動了差速器外殼的旋轉，由于輸入軸與副電機相聯，副電機產生制動力矩，從而驅動行星輪按所設計的傳動關系運轉，并按一定的比例關系將扭矩傳遞給螺旋，實現了臥式螺旋沉降離心機對物料的連續分離。

1.2 分離原理

利用混合液中具有不同密度且互不相溶的輕、重液相和固相，在離心力場或重力場中獲得不同的沉降速度的原理，達到分離分層或使液體中固體顆粒沉降的目的。

混合液在重力場或離心力場中，具有不同密度且互不相溶的輕、重液相和固相，分別獲得不同的沉降速度，從而分離分層。在重力場中稱為重力分離，在離心力場中稱為離心分離（見圖1）。

圖1

由于混合液的密度不同，容器中的混合液經過一段時間后逐漸分為3層，混合液的重相顆粒下沉到容器底部，而且輕相則浮于上表面，重液相在輕液相和固相中間。分離的速度受到組成混合液的輕重相密度差的影響，密度差越大，分離的速度就越快。

當裝有混合液的容器圍繞自已的軸線作高速旋轉時，由于組成混合液的兩相密度不同，所以它們所受的離心力也不一樣，混合液中的重相受到較大的離心力的作用，迅速沉降到轉鼓的內壁，而輕相則較慢地貼附到重相表面，容器旋轉的速度越快，組成混合液的輕重相所受的離心力差越大，分離的速度也就越快，當容器中設置有進料、推料、出液等裝置后，此容器也就成了離心機，它與重力分離相比具有高效、快速、連續等優點（見圖2）。

圖2

臥螺機由電動機驅動。電動機軸帶有一驅動皮帶輪，運動的力通過V形皮帶帶動轉鼓皮帶輪，從而驅動轉鼓。

背驅動的目的是使差速器的中心齒輪軸速度得到控制并且得以調整轉鼓和輸送器之間的差速。背驅動有2種形式，一是輔電機軸通過聯軸器帶動差速器，從而控制差速；二是電動機通過V形皮帶帶動差速器皮帶輪，從而控制差速。

1.3 工作參數的選擇

可根據懸浮液的物料性能，分離后液相與固相的要求，以及處理能力等因素，合理選擇離心機的有關參數，如處理量Q、轉鼓轉速n、轉鼓與螺旋的差轉速△n、溢流板直徑D等，以獲得較滿意的分離效果。

1.3.1 轉鼓轉速

隨著轉鼓轉速的上升，分離因素上升，分離效果提高( 在差速帶輪確定后)，螺旋與轉鼓之間的差轉速隨之增大，處理能力加大，但離心機的振動、噪聲也隨之增加，使用壽命會有所下降，一般在能滿足分離要求的前提下，選用合適的轉速十分重要，因此本機轉鼓的轉速最高為3200r/min，工作轉速建議選用在2000～3000r/min的范圍內。

1.3.2 進料流量(處理量)

進料流量小，料液在轉鼓內的軸向流速也小，物料在機器內停留時間則長，分離效果提高;進料流量增大，軸向流速也增大，物料在機器內停留的時間減少，分離效果隨之下降。此外，進料流量還受到螺旋排渣能力的限制。當物料含固量較高，進料量過大，會造成分離后的沉渣因不能及時排出而引起轉鼓堵料，影響分離，極端狀態甚至不能分離，造成機器堵料的故障。因此在使用本機器時，應按物料的固相含量和分離要求選擇適當的進料流量(即處理量Q)，一般可在各種流量下進行分離效果比較后，確定最佳的進料流量,在△n=10r/min下的固相最大排渣量需小于1m3/h。

1.3.3 溢流板直徑

轉鼓大端溢流板直徑的調節，能改變轉鼓沉降區和干燥區的有效長度，溢流板直徑小，則沉降區增大，干燥區減少，轉鼓的液池深度增加，分離后液相中含固量可降低，但固相沉渣的含濕量增加，反之溢流板直徑增大，沉降區長度減少，干燥區長度增加，分離后液相中含固量將增加，分離效果變差，而固相沉渣含濕量會減少。

1.3.4 轉鼓與螺旋的差轉速

差轉速小，螺旋對流體擾動小，分離效果變好，固相沉渣在干燥區的停留時間長，固相含濕量減少，但固相排渣能力下降,易產生堵料;反之差轉速大，螺旋對流體的擾動加大，分離效果變差，固相沉降在轉鼓中的停留時間減少，固相沉渣的含濕量會增大，但固相排渣能力增加。差轉速的確定一般是根據物料含固量大小來定，含固量較大應選用較大的差速，含固量較少則可選用較小的差轉速，初始差轉速的最終確定是根據試驗，由分離要求、處理能力等因素來確定。初始差轉速的調整可在運行狀態下，通過調節液壓變頻器頻率來實現，初始差轉速的使用范圍一般在5～15r/min內。

1.3.5 懸浮液的特性

物料中固相粒子越大，則越易分離;固相顆粒大小不一，則能被分離極限粒子決定了最終的分離效果，部分小于極限粒子的小顆粒，將會隨分離清液夾帶出去。液固兩相的重度差愈大，則分離越容易，懸浮液的粘度越小，則越易分離，反之則難分離。為此可適當提高物料進料溫度或通過絮凝方法,加快自由沉降速度的預先處理，以降低粘度來改善分離條件。

2 煉鐵廠煤化工序焦油系統使用臥式螺旋沉降離心機

原廠家為德國福樂偉公司生產，經過我廠與國內廠家進行技術交流，根據技術參數進行改造、攻關，采用國內技術，降低采購成本，經過1年的努力，目前已經完全達到現場使用要求。

2.1 基本參數（見表1）

表1

臥螺機主要技術規格參數：

轉鼓直徑φ500mm；轉鼓工作長度2120mm；轉鼓轉速3000r/min (最高轉速)；進料最大密度1800kg/m3；螺旋差轉速5～30r/min （配雙變頻電控箱時，不配時按需要裝機,見銘牌）；分離因數2550；最大通水量25m3/h (處理量據物料不同而不同)；螺旋推料器單頭/左旋/超前；主電機Y200L-4B3，輔電機Y160M1-2B3（電機的具體型號見主機電機）。

轉鼓與螺旋的差轉速可通過下列公式改變差速器及副電機皮帶輪大小來調節，其計算公式如下：

式中：n——轉鼓螺旋差轉速r/min；

id——主電機與轉鼓皮帶輪的比值；

nx——輔電機的轉速；

nd——主電機的轉速；

i= 44。

2.2 設備的主要部件及材料的組成說明

主要部件有轉鼓、螺旋推料器、機座、不銹鋼外蓋、不銹鋼外蓋、減振器、電機、電氣控制柜。

（1）機器的整體設計采用最近幾年國際上先進機型的結構設計,電機旁置、外蓋平放于機座的結構,使機器的維修更方便,噪音低、振動小、安裝方便。

（2）不銹鋼的外蓋,采用密閉設計,機器在工作中的臭氣不外泄,使機器的工作場所更符合環保要求。

（3）轉鼓采用304不銹鋼材質。．

（4）機座采用方鋼焊管,而非拼裝焊接,使外觀更美觀,機座內部的焊接應力更低。

（5）機器減振裝置采用鼓形高彈性模量的吸振阻尼裝置，使機器的振動更小，對基礎的振動沖擊較以往的機型大為降低。

（6）電氣控制裝置。電氣控制采用雙變頻控制系統，變頻器采用臺達品牌產品，其它主要的元器件采用合資、獨資或國內名牌產品。

（7）控制柜的制造標準。所有用于低壓交流系統的控制柜和開關設備按照IEC439中有關電力系統保護回路安裝的技術要求進行安裝和試驗，380V電源直接供給電柜，進線方式為電纜下進線，控制柜的防腐處理為熱鍍鋅后噴塑。

2.3 臥式螺旋沉降離心機的主要優點

（1）適應性好。在設計上充分考慮焦油分離處理工藝對臥式螺旋沉降離心機提出的各種特殊要求，對主要功能部件實行專用性、可調性等優化設計。

（2）生產能力強。連續24h工作、處理能力大、分離效果好。

（3）人工成本低。完全自動化操作，運行可靠，無需人工干預。每班僅需1人即可，對工人操作技術要求低，降低人工成本。

（4）使用壽命長。正常操作條件下，臥式螺旋沉降離心機的無故障運行不小于8000h;且使用壽命不低于8年。

（5）結構緊湊。占地面積小，易于操作，維護方便且維護費用低。

（6）安全保護裝置齊全可靠。設有扭矩保護、功率控制、電器聯鎖、聲光報警等多重保護，能有效排除或減少突發故障對機器造成的損害。

（7）自動化程度高。進料、分離、卸料等工序在全速運轉下連續自動進行。設備控制可與微機進行通訊，實現工藝自動化控制。

（8）操作環境好。對懸浮液的分離是在完全封閉的條件下進行，對操作現場無任何污染，能保持生產環境的整潔衛生。

（9）耐腐蝕和銹蝕性能強。轉鼓、螺旋、機殼等與物料接觸的部件均采用優質不銹鋼制造，具備了充分的耐腐蝕和銹蝕能力。

（10）能耗低。該機型采用先進的變頻調速技術，對供電網絡沖擊小，能耗為同類產品的1/3～ 1/2。

（11）運轉平穩。實施了旋轉零件精密動平衡和整機工作轉速加載動平衡，臥式螺旋沉降離心機振動烈度按公司標準為5mm/s以下，遠遠低于JB/T 502-2004《臥式螺旋沉降離心機》規定的 7．1mm/s。

（12）噪音低。噪聲聲壓級低于85dB(A)，低于JB/T 502-2004《臥式螺旋沉降離心機》規定的 90dB(A)。

2.4 故障及處理

因臥螺機是高速旋轉設備，故在日常維護中發現有異常情況，應立即采取應急措施（停機檢查），采取相應對策。

表2