双级活塞推料离心机在煤矿高盐水处理中的应用

陈 哲

(中煤西安设计工程有限责任公司，陕西 西安 710054)

1 概 述

陕北及鄂尔多斯地区部分煤矿井下排水量大、含盐高，处理后多余的产品水需要用于周边的煤化工或电厂等用户，达到环境保护和资源的合理利用的目的。高盐矿井水经高度浓缩后产生的高浓盐水，一般需经过蒸发结晶工艺进行分盐结晶，提取高纯度的氯化钠、硫酸钠工业盐。

煤矿高盐矿井水在处理过程中，通过重介速沉装置、高效沉淀池、V型滤池、超滤、反渗透、高密度沉淀池、多介质过滤器、弱酸阳离子交换器、脱碳塔、臭氧氧化、MVR降膜蒸发、MVR硫酸钠结晶等典型工艺，实现水质达标，同时从中提取硫酸钠进行资源化利用。硫酸钠及杂盐工段均使用双级推料离心机进行脱水。

中煤西安设计有限责任公司在陕西延长石油10.00 Mt/a的巴拉素煤矿井下水处理工程中，在硫酸钠工业盐回收环节选用双级活塞推料离心机，本文对该设备实际运行中存在的问题进行了分析，并提出了改进方案，可取得较好的运行效果。

2 双级活塞推料离心机工作原理及运行特点

2.1 工作原理

双级活塞推料离心机主要由泵机组、机座、轴承组合、推料机构、转鼓、筛网、机壳、电控系统等组成。主机全速运行，悬浮液通过进料管进入装在外转鼓上的分配盘，在离心力的作用下将悬浮液均匀分布在转鼓内板网，液态相经过板网缝隙泄出，固态相被板网截留形成滤渣层，经内转股往复运动，滤渣沿转鼓向外推移，通过集液槽排出。工作原理如图1所示。

图1 工作原理

其工作过程简述：需要分离的物料A经调整固液比例后，通过进料管连续地供入离心机，由进料分配器将物料均匀地撒到第一级转鼓上，通过筛网，大部分的母液在这里得到过滤，并由机壳汇集，经出口D排出机外，固体物料被截留在筛网上形成滤饼，在既旋转又往复运动的第一级转鼓的作用下，第一级转鼓内的滤饼被推料盘逐渐推到第二级转鼓内，使得它在筛网上的位置结构发生变化，并获得更大的离心力。因滤饼在转鼓内有足够的停留时间，在强大的离心力作用下，它能达到很低的含水率。同时第二级转鼓内的滤饼被第一级转鼓逐渐向外推出，最后由机壳出口C排出机外。

当对固体纯度有要求时，可在离心机内进行非常有效的洗涤，通过洗涤管B，洗涤液连续地喷洒到固体滤饼上，再经筛网、机壳排出机外。分离出来的母液与洗涤液可以分别收集排出。

2.2 运行特点

双级活塞推料离心机是一种连续操作运行的过滤式离心机。全速条件下，可以实现进料、脱液、洗涤、干燥等过程。分离物料为0.07～5 mm、悬浮液固相体积比在30%～80%的短纤维状物料。结构及性能特点：全自动连续运行，连续排渣，人工劳动强度小；结构紧凑，占地面积小，安装维护方便；生产能力大，滤饼含水率低；布料均匀，振动小；滤饼可洗涤；可防止晶粒破碎。广泛用于化工、制盐、制药、制碱、食品等行业。典型应用物料有：氯化钠、硫酸钠、芒硝等。

3 基本参数

3.1 分离因数

离心机转鼓内的悬浮液或者乳浊液在离心力场中所受的离心力与其重力的比值，其反映分离强度大小，即是离心加速度与重力加速度的比值。分离因数以Fr表示：

式中，R——被分离物料在转鼓内位置的半径，m；

W——转鼓的旋转角速度，弧度/s；

g——重力加速度，9.81 m/s2；

n——转鼓转速，r/min；

m——转鼓内物料的质量，kg。

分离因数是衡量离心机性能的主要指标，Fr越大，离心分离的推动力就越大，离心分离性能就越好。但对具有可压缩变形滤渣的悬浮液，Fr过大会使滤渣层和过滤介质的孔隙堵塞，影响分离效果。

3.2 生产能力

双级活塞推料离心机的生产能力以Ls表示，t/h，计算公式为：

Ls=(D-h)×π×h×Ln×(i×60)×ρ×η

式中，D——第一级转鼓的直径，m；

h——第一级转鼓内滤饼的厚度，m；

Ln——推料行程，m；

i——推料次数，次/min；

ρ——滤饼堆积密度，t/m3；

η——滤饼压缩率，%。

离心机的生产能力与转鼓直径、滤饼厚度、推料行程及推料次数有关。而直接影响离心机生产能力的可变参数是推料次数。在允许的滤饼水分条件下，提高推料次数将直接增加产量。

3.3 推料次数

双级活塞推料离心机的推料次数以I表示，计算公式为：

I=q×n/v

式中，q——油泵的转排量，mL/r；

n——油泵转速，r/min；

v——活塞移动体积，dm3。

一般上式中双级活塞推料离心机活塞移动体积是确定的，只要改变压力油的排量，即可调整推料次数。

4 设备应用及存在问题

巴拉素煤矿矿井水处理站工程处理规模为54 720 m3/d，其中蒸发结晶工艺段处理规模为160.0 m3/h。处理工艺流程为：预处理+脱盐+二次浓缩+蒸发结晶+零排放。蒸发结晶产出无水硫酸钠最低要求达到工业盐Ⅱ类合格品指标。混盐含水率不大于10%。硫酸钠资源化利用率达到95%以上，混盐排放量小于5%。其主要技术参数为：HR800双级活塞推料离心机2台，用于分离硫酸钠；HR400双级活塞推料离心机2台，用于分离杂盐。

HR800双级活塞推料离心机是一种连续操作连续运行的过滤式离心机，其工作原理见图1。设备配置、物料性质、设备主要技术参数见表1～表3。

表2 物料性能及操作条件

表3 设备主要技术参数

在陕西延长石油巴拉素煤矿井下水处理站工程，HR800双级活塞推料离心机处理硫酸钠溶液时出现2个问题：

(1)离心机偶尔出现不推料情况；

(2)离心机出现一次油缸密封憋坏情况。

5 问题原因分析及解决方法

5.1 影响离心机分离效果的因素分析

HR800双级活塞推料离心机的分离能力取决于固、液两相密度差和沉降区长度，密度差越相近，即物料粘度越大，分离沉降效果越差。实际生产过程中，影响离心机分离效果主要有3个因素：进料温度、进料速率、异常工艺条件。

(1)进料温度可以直接影响母液的粘度，物料温度越高，粘度越低，固相液膜越薄，细小物料越易沉降，毛细孔中所含物料越少，固相干燥度效果越好。

(2)进料速率越大，物料在转筒内沉降不够，分离效果差。固相物料沉降到转鼓壁上的时间要小于物料在转鼓内的停留时间。对同一种物料，不同的进料速率分离效果相差较大。

(3)异常工艺条件使物料呈现絮状或者结晶含量不足，在这种条件下，分离效果受到很大影响。

(4)对于硫酸钠等较难分离的物料，用高于物料温度的蒸汽或热水经常进行清洗，既能替换离心机中的母液，也可以把堵塞在转筒内的固相物料清洗出来。离心机正常清洗1～2次/d。

5.2 运行问题的解决方案

经过运行分析发现，造成离心机偶尔出现不推料和离心机油缸密封憋坏的主要原因有2个方面。一是前期进料不稳定，经常出现断料、浓度变低的情况。HR800双级活塞推料离心机是一种连续进料的离心机，物料出现浓度太低或断料情况时硫酸钠会板结，从而造成离心机推不动的现象，离心机推不动时油缸压力会过大，使油缸密封有憋坏情况产生。二是硫酸钠是一种十分容易板结的物料，当离心机转速过高时离心力过大使得硫酸钠板结，从而造成离心机推不动的现象，离心机推不动时油缸压力会过大，使油缸密封有憋坏情况产生。

通过调整前段MVR降膜蒸发工艺，保证离心机进料稳定，使得离心机在正常状态下持续推料。另外更换离心机的皮带轮，使离心机的转速从1 100 r/min降为950 r/min(产量不受影响，产量和推料次数有关)。最终离心机出口硫酸钠化验报告见表4，达到离心机出口硫酸钠指标要求。

表4 硫酸钠检验结果

6 结 语

(1)双推料离心机是连续进料、连续出料的操作过程，双级推料离心机转速快，推料频率高，物料进出连续性强，对动平衡的要求特别敏感，要求分离的进料有一定的固液比及稳定性，否则，转鼓内形成滤饼或物料的偏重易造成设备的强烈震动。因此，控制好连续进料、连续出料将更加有利于双级推料离心机的高效稳定运行。

(2)采用双级活塞推料离心机分离硫酸钠，在进料浆液温度稳定，双推料离心机连续进料、连续出料的情况下，适当调整离心机转速，保证硫酸钠不会板结，可以减少离心机油缸密封憋坏情况的发生。