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有限責任公司，貴州 貴陽 561601； 2.山西恩必謳重工有限公司，山西 太原 046000)

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

1 主要離心脫水方式

目前多數選煤廠精煤產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混合脫水，1(0.5)～0.25 mm粒級的粗煤泥采用煤泥離心機或臥式沉降過濾離心機脫水，小于0.25 mm的細煤泥采用壓濾機或加壓過濾機脫水。

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

選煤廠中煤泥離心機主要用于處理1(0.5)～0.25 mm粒級的粗煤泥，煤泥離心機常見有立式和臥式，采用刮刀卸料方式。離心因數在150左右，通常產品外水分為15%～18%。煤泥離心機篩縫通常為0.35 mm，小于篩縫的細顆粒含量高，會導致透篩嚴重，處理量降低，同時產品水分偏高；如果入料中大顆粒含量高，通常是大于3 mm的顆粒，則會導致能耗增大，篩籃磨損嚴重、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處理，簡稱“臥脫”。臥脫相對煤泥離心機來說，可以處理更細一點的顆粒，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通常為250左右，產品外水分為15%～20%，回收率約60%[1]。

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

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，塊煤離心機的離心因數只有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，比表面積增大，同時細粒導致的過濾層比阻增大。通常認為13～0.5 mm的末煤，需要的離心因數為100～150左右，所以用塊煤離心機代替末煤離心機顯然是不夠的。試驗證明，如果采用50的離心因數處理13～0.5 mm粒級的末煤，產品水分為12%～14%，如果采用150的離心因數處理13～0.5 mm粒級的末煤，產品水分為6%～8%。由此可見，采用塊煤離心機混合脫水的產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，煤泥離心機的處理下限高，雖然煤泥離心機的產品水分不高，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，經濟效益差，煤泥綜合水分高。臥脫的應用相對煤泥離心機又更進一步，臥脫加大了設備的離心因數，同時降低了設備的處理下限，雖然看上去臥脫的水分和煤泥離心機產品水分差不多，但是由于臥脫回收了部分細煤泥，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，還需要壓濾機進行把關。

3 合理的脫水方式

物料離心脫水曲線近似于指數曲線，每一粒級物料都有一最佳脫水離心力(或離心因數)，在此之前隨著離心力的增大，水分快速降低；達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。也就是離心力繼續增大已無意義。其中50～13 mm塊煤的最佳離心因數為50～75，13～0.5 mm末煤的最佳離心因數為100～150，1～0.25 mm粗煤泥的最佳離心因數為250～300，小于0.25 mm粒級的細煤泥的最佳離心因數為300～500，小于0.074 mm細泥的最佳離心因數為800～1 100[3]。

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

離心因數大小即設備能產生的離心力的大小，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，產品水分隨著離心力的增大而降低，但是當離心力到達拐點A點之后，離心力的增加對產品水分的影響就不大了，而且不同的粒度組成和煤質，拐點所在的位置也是不一樣的，所以要根據實際情況選擇適當的離心因數。

圖1 離心力與產品水分關系示意

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，煤比表面積越大，即在相同質量下，細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，產品水分越高；過濾比阻是指液體通過濾層時，濾層對液體產生的阻力，在相同的離心力下，粒度越細濾層的比阻越大，脫水越困難，產品水分越高，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，體現不出比阻對脫水的影響，顆粒粒度越細，比阻對離心脫水的影響就越大。筆者通過試驗證明，對于特別細的顆粒(細泥)，小于0.045 mm含量大于90%的物料，用不同的離心因數進行過濾脫水，產品水分的變化不大，說明此時濾層比阻已經很大，脫水很困難，即使增大離心因數，產品水分也無法大幅度降低。對于細泥含量高的細煤泥，由于其過濾比阻增加速度大于離心力增加速度，所以窄粒級細泥不適合離心脫水。

要想降低細顆粒濾層的比阻，就要有合適的粒度組成、合理的級配，為了驗證顆粒級配對煤泥脫水的影響，筆者設計如下實驗：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離心因數做離心過濾脫水，產品水分為20.36%，低于2個粒級分別脫水后的加權水分。也就是說，對于煤泥而言，粗細顆粒混合后，產品綜合水分比分級脫水降低了[5]。

根據上述分析，筆者認為合理的離心脫水方式為：粗顆粒分級脫水，細顆粒混合脫水。即對于0.5 mm以上的顆粒進行分級脫水：50～13 mm粒級采用塊煤離心機脫水，離心因數50左右，13～0.5 mm采用末煤離心機脫水，離心因數100～150；小于0.5 mm粒級煤泥進行混合脫水，離心因數800～1 100，不同粒級選用合理離心因數的脫水設備，最終達到綜合水分最低的目標[6]。

4 結 語

為了充分發揮離心機的脫水能力，遵循“粗顆粒分級脫水，細顆粒混合脫水”的原則，不同粒級選擇不同離心因數的脫水設備，以保證產品水分最低。

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備脫水。其中50～13 mm粒度級，采用離心因數50左右的塊煤離心機，產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150左右的末煤離心機，產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或者沉降離心機處理，若煤泥中小于0.045 mm含量小于40%，可以用沉降過濾離心機處理，離心因數250～300左右，產品水分在15%～20%；若煤泥中小于0.045 mm含量大于40%，則應當選用離心因數更高的沉降離心機，離心因數選在800以上，產品水分可以控制在30%以下，且產品相對均勻松散，易于摻混。