洗煤廠用離心脫水機發(fā)展歷程與展望

離心脫水機是選煤廠中主要用于末精煤脫水的設(shè)備，具有脫水效率高、產(chǎn)品水分低、占地面積小等優(yōu)點。起初國內(nèi)離心脫水機種類少、單機處理能力小、脫水效果不好、故障率高；經(jīng)過幾十年的發(fā)展，離心脫水設(shè)備的種類不斷豐富，適用范圍不斷細(xì)化，主要機型有：用于末煤脫水的立式刮刀卸料離心脫水機、臥式振動卸料離心脫水機；用于粗煤泥脫水的立式刮刀卸料煤泥離心脫水機、臥式刮刀卸料離心脫水機；用于細(xì)煤泥脫水的臥式沉降過濾式離心脫水機。隨著選煤廠大型化的推進(jìn)，離心脫水機的機型不斷更迭，處理能力不斷攀升，其中末煤離心脫水機單機處理能力可達(dá) 350 t/h，產(chǎn)品水分在 5%～9% 之間，粗煤泥離心脫水機單機處理能力可達(dá)110t/h，產(chǎn)品水分在12%～20%之間，已達(dá)到GJXJ水平。立式刮刀卸料離心脫水機、臥式刮刀卸料離心脫水機的差速器和臥式振動離心脫水機的激振系統(tǒng)是關(guān)鍵部件，行業(yè)內(nèi)不斷深入研究，取得了一些進(jìn)展，使離心脫水機的穩(wěn)定性不斷提升。 

       國內(nèi)眾多文獻(xiàn)主要介紹了新研發(fā)的大型離心脫水機的參數(shù)設(shè)計、結(jié)構(gòu)特點和新技術(shù)，或?qū)煞N不同種類離心脫水機進(jìn)行對比分析，缺乏對所有種類離心脫水機的發(fā)展過程的系統(tǒng)介紹與分析。文章回顧離心脫水機發(fā)展歷程與技術(shù)更迭，闡明技術(shù)現(xiàn)狀，并展望未來發(fā)展趨勢。 

       煤用離心脫水機靠離心力實現(xiàn)固液分離，是選煤廠中煤炭脫水的關(guān)鍵設(shè)備。根據(jù)用途的不同，可分為三類：末煤離心脫水機、粗煤泥離心脫水機和細(xì)煤泥離心脫水機。煤用離心脫水機分類如圖1所示。 

       由圖1可知：末煤離心脫水機主要用于末精煤和塊精煤脫水，根據(jù)結(jié)構(gòu)形式的不同可分為立式刮刀卸料離心脫水機和臥式振動卸料離心脫水機；粗煤泥離心脫水機分為立式刮刀卸料煤泥離心脫水機和臥式刮刀卸料離心脫水機；細(xì)煤泥離心脫水機主要為臥式沉降過濾式離心脫水機。

       經(jīng)過幾十年的優(yōu)化與改進(jìn)，離心脫水機技術(shù)不斷發(fā)展，設(shè)備不斷更迭，已形成完備的系列化產(chǎn)品。近年來不斷加強對能源安全、環(huán)保、綠色發(fā)展的高度重視，煤炭企業(yè)在倡導(dǎo)工藝設(shè)備大型化、的同時又提出了智能化的需求，中煤科工集團唐山研究院有限公司（原煤炭科學(xué)研究總院唐山分院、煤炭科學(xué)研究總院唐山研究院，以下簡稱唐山研究院）研制成功的離心脫水機智能監(jiān)控系統(tǒng)，可應(yīng)用于各類離心脫水機設(shè)備，提供實時狀態(tài)監(jiān)測，故障預(yù)警，實現(xiàn)無人值守。

       在13～0.5mm粒級末煤脫水方面，國內(nèi)早期研發(fā)的立式、臥式振動卸料離心脫水機應(yīng)用效果不理想，以 LL3-9立式刮刀卸料離心脫水機為例，其處理能力小，不能滿足大型化選煤廠建設(shè)需要。1988年唐山研究院設(shè)計了TLL1000立式刮刀卸料離心脫水機，傳動系統(tǒng)采用獨立差速器，潤滑系統(tǒng)采用獨立強制潤滑，整機傳動、潤滑可靠、檢修方便。在此基礎(chǔ)上，唐山研究院采用磨齒技術(shù)及雙潤滑系統(tǒng)等方式不斷優(yōu)化差速器和潤滑系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，并不斷提高加工精度，研制出結(jié)構(gòu)簡單實用、可靠性高、適應(yīng)性強、處理能力大的立式刮刀卸料離心脫水機，并形成TLL700到TLL1400的系列化產(chǎn)品，目前大機型為 TLL1400，處理能力可達(dá)250t/h。

      在粗煤泥脫水方面，國內(nèi)早期主要采用直線振動篩、高頻振動篩和沉降過濾式離心脫水機，存在產(chǎn)品水分高、處理能力小、噪聲高、設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價高、維修量大等問題。1995年唐山研究院設(shè)計了LLL930×550 型立式刮刀卸料煤泥離心脫水機，用于< 2mm粒級煤泥脫水。

    1995—2005年，唐山研究院相繼開發(fā)了LLL1030、第52卷第2期楊杰等：煤用離心脫水機發(fā)展歷程與展望2024年4月25日17LLL1200×680立式刮刀卸料煤泥離心脫水機 ， 成功提高了該設(shè)備的處理能力，經(jīng)鑒定達(dá)到技術(shù)水平 。在提高差速器可靠性和整機穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，已形成LLL930到LLL1400的完備系列化產(chǎn)品，目前大機型 LLL1400處理能力可達(dá)80t/h

       立式刮刀卸料煤泥離心脫水機經(jīng)過多年的使用和改進(jìn)，技術(shù)已經(jīng)成熟，對細(xì)粒煤和黏結(jié)性強的煤脫水效果較好，設(shè)備可靠性高，但易損件較多。唐山研究院近幾年的研究主要集中在提高易損件的壽命、降低使用成本和智能監(jiān)控方面，主要研究成果如圖3所示。

       立式刮刀卸料離心脫水機作為國內(nèi)早期的過濾式離心脫水機，以其煤質(zhì)適應(yīng)性強、脫水效果好、可靠性高等優(yōu)點，至今仍是諸多選煤廠的常用機型，如果易損件壽命和使用成本問題得到有效改善，必將獲得更廣泛的應(yīng)用。

       臥式振動卸料離心脫水機主要用于選煤廠50～0.5mm塊煤脫水，與立式刮刀卸料離心脫水機相比，具有易損件少、處理能力大、入料粒度上限大、維修方便、噸煤耗電量低等優(yōu)點。

       我國早期臥式振動卸料離心脫水機存在振動參數(shù)不穩(wěn)定，調(diào)整頻繁且困難，主軸承、彈簧、連接螺栓易損壞，支座易開裂，箱體漏油嚴(yán)重、設(shè)備噪聲大等問題。為了提高我國臥式振動卸料離心脫水機的技術(shù)水平，1998年唐山研究院成功研制了ZWP1000臥式振動卸料離心脫水機，該設(shè)備采用遠(yuǎn)共振原理，結(jié)構(gòu)上采用偏心質(zhì)量的慣性激振器與環(huán)形主振橡膠彈簧，基本解決了上述問題。

       2000年后，國內(nèi)以唐山研究院 、中機偉林 、天津（奧瑞）、衡水天鷹、株洲舜臣等為代表的各研發(fā)單位，在末煤脫水方面研發(fā)臥式振動卸料離心脫水機。2004年唐山研究院成功開發(fā)了 WZY1400臥式振動卸料離心脫水機，大大簡化了振動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，設(shè)備振動性能穩(wěn)定、運行可靠、維護(hù)方便，解決了我國早期臥式振動卸料離心脫水機的諸多技術(shù)問題，推動了我國臥式振動卸料離心脫水機技術(shù)的發(fā)展，迅速在國內(nèi)得到推廣應(yīng)用。同時期也有一些研發(fā)單位應(yīng)用國外技術(shù)生產(chǎn)臥式振動卸料離心脫水機，在生產(chǎn)現(xiàn)場得到應(yīng)用。

       2005—2010年，唐山研究院采用亞共振原理相繼研制了雙質(zhì)體臥式振動卸料離心脫水機，采用新的激振方式，并優(yōu)化了激振彈簧結(jié)構(gòu)，篩籃振幅較大的同時，整機振幅極小。設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、拆裝方便、激振彈簧易更換，大機型處理能力達(dá)到350t/h，并形成了WZYT1200到 WZYT1600的系列化產(chǎn)品。圖4為WZYT1600臥式振動卸料離心脫水機 ，具有處理能力大、脫水效果好、濾液濃度低、能耗小等特點，振幅易控制，整機穩(wěn)定性得到大幅提升，經(jīng)鑒定整體技術(shù)達(dá)到水平。

       臥式振動卸料離心脫水機經(jīng)過多年的技術(shù)改進(jìn)與大型化設(shè)計，技術(shù)已經(jīng)成熟；設(shè)備處理能力大、可靠性高。唐山研究院近幾年的研究主要集中在離心脫水機智能化領(lǐng)域，并在智能監(jiān)控系統(tǒng)和故障預(yù)警方面取得良好的效果。臥式振動離心脫水機智能監(jiān)控系統(tǒng)界面如圖5所示。

       臥式振動卸料離心脫水機正在以其易損件少、處理能力大等優(yōu)勢逐步取代立式刮刀卸料離心脫水機。但由于臥式振動卸料離心脫水機對入料粒度組成要求嚴(yán)格，對于細(xì)粒煤和黏結(jié)性高、吸水力強的煤，選用立式刮刀卸料離心脫水機脫水效果會更好。 

       臥式振動卸料離心脫水機已逐漸成為大型選煤廠末煤脫水的主力機型，但物料適應(yīng)性差和離心強度低兩大問題是制約其取代立式刮刀卸料離心脫水機的技術(shù)壁壘。

       臥式刮刀卸料離心脫水機正在逐步取代立式刮刀卸料煤泥離心脫水機，但其與臥式振動卸料離心脫水機相似，對于粒度細(xì)、黏結(jié)性強的煤，使用效果不如立式刮刀卸料煤泥離心脫水機。

       臥式沉降過濾式離心脫水機主要用于< 0.5 mm細(xì)煤泥脫水，用作浮選精煤和尾煤的脫水，是一種連續(xù)生產(chǎn)的固液分離設(shè)備。 

       20世紀(jì)80年代以前，我國選煤廠中用于煤泥和尾煤脫水的國產(chǎn)離心脫水機為沈陽礦山機械廠生產(chǎn)的WX-1 型沉降式離心脫水機。1985 年唐山研究院與洛陽礦山機械廠(今洛陽弘實機械設(shè)備有限公司）合作制造了國內(nèi) WLG900臥式沉降過濾式離心脫水機。利用高速回轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)鼓將礦漿中的煤泥沉降后，由螺旋推進(jìn)到過濾段再脫水，而后排出機外完成脫水。應(yīng)用表明，該設(shè)備是一種用于浮選精煤脫水的有效設(shè)備，提高了我國的煤泥脫水技術(shù)水平。 

       隨后，洛陽礦山機械廠引進(jìn)美國 BIRD公司技術(shù)，制造了TCL-1418沉降過濾式離心脫水機。該設(shè)備分離因數(shù)低，實際處理能力、脫水效果和固體回收率因達(dá)不到設(shè)計要求，未能得到很好地推廣。 

       近些年，唐山研究院一直致力于提高臥式沉降過濾式離心脫水機的處理能力、易損件壽命及可靠性，研制了WLG1100×2600臥式沉降過濾式離心脫水機圖7。轉(zhuǎn)鼓過濾段采用粘貼陶瓷篩網(wǎng)片工藝，提高了易損件壽命。隨后又通過改進(jìn)轉(zhuǎn)鼓不合理比例結(jié)構(gòu)、更換碳化鎢篩網(wǎng)、調(diào)整技術(shù)參數(shù)等方式成功研制了WLG900（Ⅱ）臥式沉降過濾式離心脫水機，提高了設(shè)備整體可靠性。

       2000年后唐山森普礦山裝備有限公司借鑒國第52卷第2期楊杰等：煤用離心脫水機發(fā)展歷程與展望 2024年4月25日19外沉降離心脫水機的技術(shù)，開始研制LWZ型臥式沉降過濾式離心脫水機。經(jīng)歷了“四代”的創(chuàng)新發(fā)展，于2013年研制成功第四代 LWZ（AⅡ）型沉降過濾式離心脫水機。該設(shè)備改進(jìn)了傳動系統(tǒng)，調(diào)整了離心強度，多處采用人性化設(shè)計結(jié)構(gòu)，使整機性能得到進(jìn)一步優(yōu)化。

   之后，唐山研究院成功研制了WLG1600×2400臥式沉降過濾式離心脫水機，改進(jìn)了排料系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，解決了脫水產(chǎn)物溜槽易堵塞等問題，延長了螺旋和篩網(wǎng)壽命，提高了差速器的可靠性。該設(shè)備的成功應(yīng)用標(biāo)志著我國臥式沉降過濾式離心脫水機的大型化技術(shù)水平邁上了新臺階。 

       臥式沉降過濾式離心脫水機兼具沉降和過濾脫水兩個功能，因此在細(xì)煤泥脫水領(lǐng)域不可被其他機型替代，然而易損件壽命短和維修更換難是亟待解決的問題。

       經(jīng)過幾十年的技術(shù)更迭與改進(jìn)，離心脫水機的機型多樣化，整機可靠性和智能化程度更上一個臺階。其處理能力和產(chǎn)品水分這兩項重要指標(biāo)與煤質(zhì)、入料水分、入料粒度組成密切相關(guān)，因為細(xì)粒級含量高會導(dǎo)致處理能力降低，產(chǎn)品水分升高，所以根據(jù)煤質(zhì)特點和粒度組成進(jìn)行離心脫水機的選型至關(guān)重要。通過對比四種不同類型的離心脫水機，得到以下結(jié)論： 

     （1）立式刮刀卸料離心脫水機通過改變篩籃半錐角和刮刀半錐角，即可兼顧13～0.5mm末 煤脫水和< 3mm粗煤泥脫水，目前大機型篩籃直徑為1400mm。與臥式離心脫水機相比，立式刮刀卸料離心脫水機對細(xì)粒煤和黏結(jié)性高的煤脫水效果更好，但易損件多且使用壽命短制約了其發(fā)展，目前已采用新材料（關(guān)鍵部位粘貼耐磨塊）和新結(jié)構(gòu)（鐘形罩分體式設(shè)計），使該問題得到有效改善。

     （2）臥式振動卸料離心脫水機易損件少、處理能力大、入料粒度上限可達(dá) 50 mm，已由單質(zhì)體振動發(fā)展為雙質(zhì)體振動 ， 大機型篩籃直徑為1600mm，設(shè)備穩(wěn)定可靠，解決了漏油、開裂等問題。 

     （3）為彌補立式刮刀卸料煤泥離心脫水機易損件多、處理能力小的缺點，從國外引進(jìn)臥式刮刀卸料離心脫水機用于 < 3 mm 粗煤泥脫水，國產(chǎn)化后，目前大機型為唐山研究院的 WLL1300。該設(shè)備采用新型的結(jié)構(gòu)形式，易損件更換簡便，排料順暢，大幅提升了單機處理能力。 

     （4）臥式沉降過濾式離心脫水機用于 < 0.5 mm細(xì)煤泥脫水，發(fā)展至今單機處理能力大的機型為WLG1600×2400，不僅處理能力大幅提高，而且采用新材料提高了易損件壽命，但該機型一直存在易損件更換困難的問題。

      在煤炭脫水領(lǐng)域，與國外技術(shù)相比：一方面，國產(chǎn)離心脫水機雖然在性能參數(shù)上與之不相上下，但在加工精度、可靠性和使用壽命等方面還存在差距；另一方面，隨著選煤廠自動化、智能化程度越來越高，國產(chǎn)離心脫水機智能化水平仍有待提高，特別是在故障預(yù)警和自我診斷方面。 

       在經(jīng)濟發(fā)展趨勢下，應(yīng)加快離心脫水機的發(fā)展步伐，開展自主創(chuàng)新，研發(fā)具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的大型、、智能的技術(shù)裝備，來替代進(jìn)口設(shè)備，助力我國煤炭行業(yè)發(fā)展。結(jié)合國內(nèi)外煤用離心脫水機現(xiàn)狀和加快發(fā)展我國潔凈煤技術(shù)的需求，提出以下幾點展望： 

     （1）研制處理能力大、產(chǎn)品水分低、可靠性高的大型臥式振動離心脫水機和立式刮刀卸料離心脫水機，力求易損件少、壽命長、維護(hù)簡便，以順應(yīng)選煤廠日益大型化的需求。 

     （2）著力發(fā)展細(xì)粒煤和粗煤泥脫水領(lǐng)域的立式刮刀卸料離心脫水機，在提高固體回收率的前提下，增大處理能力，保證產(chǎn)品水分，同時優(yōu)化結(jié)構(gòu)，改善加工精度，提高運行可靠性。此外，應(yīng)用新材料或新結(jié)構(gòu)，延長易損件壽命，降低選煤廠使用成本。 

    （3）突破臥式沉降過濾式離心脫水機受結(jié)構(gòu)、材質(zhì)、制造工藝等方面限制，解決更換易損件和維修困難等問題，是國產(chǎn)臥式沉降過濾式離心脫水機的發(fā)展方向。

     （4）提高離心脫水機智能化水平，在設(shè)備運行參數(shù)實時顯示、智能調(diào)節(jié)、故障預(yù)警、自我診斷等環(huán)節(jié)實現(xiàn)無人值守，使設(shè)備達(dá)到智能的要求，同時滿足今后智能化選煤廠建設(shè)的需要，這也是未來幾年的努力方向