精煤离心脱水方式的合理选择

李秋华，张振阳，魏树海

(1.贵州中矿兴谊选矿技术有限责任公司，贵州 贵阳 561601； 2.山西恩必讴重工有限公司，山西 太原 046000)

2020年全国原煤产量38.5 亿t，原煤入洗率达到69%，入洗比例逐年增加。由于湿法选煤的精煤产品必须进行脱水处理，精煤水分的高低影响到产品质量、销售价格、用户使用等。因此降低产品水分既非常必要也意义重大，如何合理选择精煤产品脱水方式是降低产品水分的关键。

1 主要离心脱水方式

目前多数选煤厂精煤产品采用如下脱水工艺。即50～0.5 mm粒级精煤采用块煤离心机混合脱水，1(0.5)～0.25 mm粒级的粗煤泥采用煤泥离心机或卧式沉降过滤离心机脱水，小于0.25 mm的细煤泥采用压滤机或加压过滤机脱水。

块煤离心机多为卧式振动卸料，故又称为振动离心机，离心因数在50～75之间，通过块煤离心机处理50～0.5 mm粒级的入料，通常产品外水分为7%～9%，如果入料中13～0.5 mm粒级的末煤比例高，则产品水分还会更高一些。

选煤厂中煤泥离心机主要用于处理1(0.5)～0.25 mm粒级的粗煤泥，煤泥离心机常见有立式和卧式，采用刮刀卸料方式。离心因数在150左右，通常产品外水分为15%～18%。煤泥离心机筛缝通常为0.35 mm，小于筛缝的细颗粒含量高，会导致透筛严重，处理量降低，同时产品水分偏高；如果入料中大颗粒含量高，通常是大于3 mm的颗粒，则会导致能耗增大，筛篮磨损严重、寿命降低。还有一些选煤厂的粗煤泥采用卧式沉降过滤离心机处理，简称“卧脱”。卧脱相对煤泥离心机来说，可以处理更细一点的颗粒，一般要求入料中小于0.045 mm含量不大于40%，卧脱的过滤段离心因数通常为250左右，产品外水分为15%～20%，回收率约60%[1]。

小于0.25 mm粒级的细煤泥通常使用压滤机和加压过滤机处理，压滤机处理后的浮选精煤和原生煤泥的水分约为23%～30%，加压过滤机处理后这部分细煤泥的水分大约在18%～22%，粒度越细，产品水分越高。

2 离心脱水特性及目前脱水方式存在的问题

随着入选原煤中末煤含量的增大，精煤中末煤含量也随之增大，混合脱水的水分也越来越高，块煤离心机的离心因数只有50左右，对于50～13 mm的块煤来说，这样的离心力已满足脱水要求，可以脱去大部分外在水分。但是对于13～0.5 mm的末煤来说，由于粒度变细，比表面积增大，同时细粒导致的过滤层比阻增大。通常认为13～0.5 mm的末煤，需要的离心因数为100～150左右，所以用块煤离心机代替末煤离心机显然是不够的。试验证明，如果采用50的离心因数处理13～0.5 mm粒级的末煤，产品水分为12%～14%，如果采用150的离心因数处理13～0.5 mm粒级的末煤，产品水分为6%～8%。由此可见，采用块煤离心机混合脱水的产品水分是明显偏高的，说明混合脱水是不合理的[2]。

对于1(0.5)～0.25 mm粒级的粗煤泥而言，煤泥离心机的处理下限高，虽然煤泥离心机的产品水分不高，但是剩余的处理不了的煤泥只能通过压滤方式脱水，压滤煤泥水分高，松散性差，经济效益差，煤泥综合水分高。卧脱的应用相对煤泥离心机又更进一步，卧脱加大了设备的离心因数，同时降低了设备的处理下限，虽然看上去卧脱的水分和煤泥离心机产品水分差不多，但是由于卧脱回收了部分细煤泥，使得煤泥的综合水分下降了，但是卧脱还是存在回收率低的问题，还需要压滤机进行把关。

3 合理的脱水方式

物料离心脱水曲线近似于指数曲线，每一粒级物料都有一最佳脱水离心力(或离心因数)，在此之前随着离心力的增大，水分快速降低；达到最佳脱水离心力之后，水分随离心力降低速率急剧变缓并逐渐趋于水平。也就是离心力继续增大已无意义。其中50～13 mm块煤的最佳离心因数为50～75，13～0.5 mm末煤的最佳离心因数为100～150，1～0.25 mm粗煤泥的最佳离心因数为250～300，小于0.25 mm粒级的细煤泥的最佳离心因数为300～500，小于0.074 mm细泥的最佳离心因数为800～1 100[3]。

离心脱水方式对产品水分的影响主要集中在2个因素：离心因数的大小和入料粒度的粗细。

离心因数大小即设备能产生的离心力的大小，离心力越大，脱水效果越好，但离心力也不是越大越好，如图1所示，产品水分随着离心力的增大而降低，但是当离心力到达拐点A点之后，离心力的增加对产品水分的影响就不大了，而且不同的粒度组成和煤质，拐点所在的位置也是不一样的，所以要根据实际情况选择适当的离心因数。

图1 离心力与产品水分关系示意

入料的粒度组成主要影响2个方面，一个是比表面积，一个是滤层的比阻[4]。粒度越细，煤比表面积越大，即在相同质量下，细颗粒的表面积总和大于粗颗粒的，这样即使单位表面积上含水率相同，比表面积大的颗粒水分也会高，所以粒度越细，产品水分越高；过滤比阻是指液体通过滤层时，滤层对液体产生的阻力，在相同的离心力下，粒度越细滤层的比阻越大，脱水越困难，产品水分越高，而且在相同的粒度组成下，比阻随着离心力的增大而增大。比阻主要对细粒煤泥的离心脱水影响大，对于末煤和块煤来说，由于粒度大，滤层中颗粒间隙大，比阻很低，体现不出比阻对脱水的影响，颗粒粒度越细，比阻对离心脱水的影响就越大。笔者通过试验证明，对于特别细的颗粒(细泥)，小于0.045 mm含量大于90%的物料，用不同的离心因数进行过滤脱水，产品水分的变化不大，说明此时滤层比阻已经很大，脱水很困难，即使增大离心因数，产品水分也无法大幅度降低。对于细泥含量高的细煤泥，由于其过滤比阻增加速度大于离心力增加速度，所以窄粒级细泥不适合离心脱水。

要想降低细颗粒滤层的比阻，就要有合适的粒度组成、合理的级配，为了验证颗粒级配对煤泥脱水的影响，笔者设计如下实验：取一定量小于0.5 mm的煤泥，按照0.045 mm粒度分级，分成0.5～0.045 mm和小于0.045 mm 2个粒度级，分别以800离心因数做离心过滤脱水，0.5～0.045 mm粒级水分为12.53%，小于0.045 mm粒级水分为35.18%，然后将这2个粒级煤泥按1∶1比例混合均匀后，同样以800离心因数做离心过滤脱水，产品水分为20.36%，低于2个粒级分别脱水后的加权水分。也就是说，对于煤泥而言，粗细颗粒混合后，产品综合水分比分级脱水降低了[5]。

根据上述分析，笔者认为合理的离心脱水方式为：粗颗粒分级脱水，细颗粒混合脱水。即对于0.5 mm以上的颗粒进行分级脱水：50～13 mm粒级采用块煤离心机脱水，离心因数50左右，13～0.5 mm采用末煤离心机脱水，离心因数100～150；小于0.5 mm粒级煤泥进行混合脱水，离心因数800～1 100，不同粒级选用合理离心因数的脱水设备，最终达到综合水分最低的目标[6]。

4 结 语

为了充分发挥离心机的脱水能力，遵循“粗颗粒分级脱水，细颗粒混合脱水”的原则，不同粒级选择不同离心因数的脱水设备，以保证产品水分最低。

对于50～0.5 mm粒度级的煤炭而言，分级脱水是正确的，即不同的粒级采用不同的离心设备脱水。其中50～13 mm粒度级，采用离心因数50左右的块煤离心机，产品外水分可以控制在5%以下，13～0.5 mm粒度级，采用离心因数150左右的末煤离心机，产品外水分可以控制在5%～8%。

对于0.5～0 mm的煤泥而言，不用分级，采用沉降过滤离心机或者沉降离心机处理，若煤泥中小于0.045 mm含量小于40%，可以用沉降过滤离心机处理，离心因数250～300左右，产品水分在15%～20%；若煤泥中小于0.045 mm含量大于40%，则应当选用离心因数更高的沉降离心机，离心因数选在800以上，产品水分可以控制在30%以下，且产品相对均匀松散，易于掺混。