В.И. Аснер и др.

Новое оборудование для эффективного обезвоживания крупнозернистого шлама илонакопителей

Описаны конструкции центрифуг для обезвоживания угольного шлама, мелкого концентрата и осветления шламовых вод, а также результаты их эксплуатации. Ключевые слова: центрифуга вертикальные и горизонтальные фильтрующие, вибросито, осадительная центрифуга, конструкция и принцип работы.

Вовлечение в промышленный оборот угольных шламов, находящихся в илонакопителях, для угольной промышленности является актуальной задачей. Для ее реализации необходимо решить проблему обезвоживания класса 0-1 мм при его обогащении.

В Гипромашуглеобогащении разработан комплекс оборудования, позволяющего эффективно обезвоживать этот класс с повышенным содержанием влаги. Комплекс включает сито СтВГд-3,0-МП (вибросито) и центрифугу ЦфШнГ-1,00 (рисунок). Сгущенный продукт после гидроциклона поступает на вибросито, где теряет часть жидкой фазы. Предварительно обезвоженный шлам поступает в центрифугу для окончательного обезвоживания.

Рисунок 1 - Комплекс оборудования для обезвоживания крупнозернистого шлама

Сито СтВГд-3,0-МП состоит из короба, где установлены фильтрующие элементы из нержавеющей сетки, вибровозбудителя с электродвигателем, распределителя и упругих связей.

Обрабатываемый материал (суспензия) подается в распределитель через патрубок, который находится в его крышке, и поступает на фильтрующую поверхность. Под совместным действием центробежных сил, образовавшихся при движении обрабатываемого материала по дугообразной поверхности сита, силы тяжести и силы инерции, возникающей при колебании короба, происходит разделение суспензии на жидкую и твердую фазы. Жидкая фаза сквозь щели сита проникает в емкость короба и выводится в приемник, а твердая (дешламированная и обезвоженная), называемая осадком, выгружается в бункер.

При испытании вибросита влажность надрешетного продукта составляла 45...50%, что оптимально для центрифуги ЦфШнГ-1,00, производительность колебалась от 34 до 50 т/ч.
Для окончательного обезвоживания класса 0-1 мм в углеобогатительной практике применяются пульсирующие или шнековые фильтрующие центрифуги типа "Контурбекс".
Пульсирующие центрифуги более чувствительны к колебаниям в характеристике подаваемого материала по качеству и концентрации твердых веществ.
Шнековые центрифуги лишены таких недостатков, однако нормально работают при определенной степени сгущения (600...800 г/л).

Конусность ротора, число заходов шнека, а также относительная скорость между ротором и шнеком позволяют их приспособить к любым условиям эксплуатации, что делает центрифугу универсальной. При значительной центробежной силе (в сотни раз превышающей силу тяжести) положение оси ротора (вертикальное или горизонтальное) не влияет на эффект обезвоживания. Однако у вертикальных машин осадок выгружается по всему диаметру корпуса и при его выгрузке на конвейер требуется бункер соответствующих размеров, а у горизонтальных - осадок выбрасывается из узкой камеры. Но главное то, что у горизонтальной машины сборочные единицы (привод, редуктор с коренными подшипниками, камеры фильтрата и осадка, загрузочное устройство, шнек и ротор) легкодоступны, поэтому она удобнее для техобслуживания, чем вертикальная.

В отечественном углеобогащении горизонтальные шнековые фильтрующие центрифуги до настоящего времени не применялись. В Гипромашуглеобогащении проведены исследования по отработке динамического режима и конструктивных элементов на модели центрифуги. Экспериментально определены абсолютная и относительная угловые скорости вращения ротора и шнека, фактор разделения и время центрифугирования, обеспечивающие кондиционную влажность осадка; конструктивные размеры и элементы ротора и шнека.

Отличительная особенность новой центрифуги ЦфШнГ-1,00 - расположение конического ротора меньшим основанием в сторону выгрузки осадка. Это позволяет в зоне загрузки иметь развитую фильтрующую поверхность, что благоприятно сказывается на режиме фильтрации, с одной стороны, а с другой - исключает утечку жидкой фазы по внутренней поверхности ротора в зону выгрузки осадка. Благодаря такому расположению ротора достигнута возможность обезвоживать исходный материал с повышенным содержанием влаги.

Внутри ротора вращается шнек, транспортирующий осадок к разгрузочным окнам. Для сообщения ротору и шнеку различных угловых скоростей служит планетарно дифференциальный редуктор. Ротор закреплен на ведущем полом валу редуктора, а шнек - на ведомом валу.

Ротор и шнек вращаются с небольшой разницей оборотов, пока центральная вал-шестерня редуктора неподвижна. Если момент трения между ротором и шнеком превысит допустимый момент вращения, то относительное движение прекращается, т.е. ротор и шнек вращаются с одинаковым числом оборотов. В этом случае в действие вступает предохранительное устройство, которое защищает редуктор от поломок.

Для придания вращательного движения поступающему в центрифугу материалу имеются раскручивающий конус и разбрасыватель, рабочие поверхности которого защищены твердосплавной наплавкой и минералокерамическим материалом. Вращающиеся части центрифуги находятся в корпусе, разделенном перегородкой на камеры фильтрата и осадка. Сборочные единицы центрифуги смонтированы на раме, установленной на амортизаторах, снижающих динамические нагрузки, на перекрытие.

Благодаря тому, что осадок движется по ротору от большего диаметра к меньшему, на его внутренней поверхности образуется подслой из перерабатываемого материала, толщина которого равна зазору между кромкой витка шнека и внутренней поверхностью ротора. Подслой уменьшает унос твердой фазы с фильтратом и защищает ротор от износа.

Последние усовершенствованные центрифуги ЦфШнГ-1,00 используются для обезвоживания обогащенного шлама крупностью 1-0 мм, добытого из илонакопителей. На установке "Донуглекон" центрифуга эксплуатируется с мая 2000 г. Технологические показатели ее работы: производительность по осадку колеблется от 5 до 40 т/ч в зависимости от количества обогащенного шлама, подаваемого на обезвоживание; влажность осадка 8... 11%; содержание твердого в питании центрифуги составляет до 700 г/л; унос твердого с фугатом 40...60 г/л.

Комплекс сито СтВГд-3,0-МП (вибросито) - центрифуга ЦфШнГ-1,00 работает на ЦОФ "Краснолиманская" на обезвоживании первичных шламов. Сгущенный шлам с гидроциклона диаметром 1000 мм поступает на вибросито, где предварительно обезвоживается, затем подается на центрифугу для окончательного обезвоживания. Производительность центрифуги по обезвоженному осадку колеблется от 17 до 25 т/ч, влажность осадка 9,8... 11,0%.

По сравнению с ленточным фильтром комплекс вибросито-центрифуга имеет меньшие габариты, массу и эксплуатационные расходы. Для повышения эффективности обезвоживания угля класса 0-13 мм институтом разработана центрифуга ЦфШнВ - 1,00, которая по сравнению с центрифугой ФВШ - 1000, применяемой на этой операции, имеет ряд конструктивных особенностей, значительно улучшивших ее эксплуатационные показатели: усовершенствована конструкция загрузочной части, что позволяет равномерно распределять исходный материал по ротору; увеличено время обезвоживания материала и изменен динамический режим центрифуги, что снижает влажность осадка на 1,5...2%; рама центрифуги в местах соприкосновения с обезвоженным материалом эффективно защищена, что допускает увеличить срок ее службы вдвое; применена защита центрифуги от перегрузки и заклинивания ротора и шнека посторонними предметами.

Исходный материал подается в центрифугу через загрузочный патрубок и поступает на крышку, расположенную в верхней части шнека. Благодаря центробежной силе инерции исходный материал с крышки отбрасывается на фильтрующую поверхность ротора. Обезвоженный материал остается на роторе, с которого подается скребками шнека к разгрузочным окнам крестовины, затем поступает в бункер под центрифугу, а жидкая фаза проходит сквозь щели ротора и собирается в кольцевом желобе, по которому стекает в водно-шламовую систему.

Центрифуга ЦфШнВ-1,00 внедрена на ЦОФ "Чумаковская" (г. Донецк), где обеспечивает следующие показатели: производительность по исходному материалу 80 т/ч; влажность осадка 6...8%. Габаритные размеры центрифуги 2350x1950x1400 мм, масса 3350 кг.
Центрифуга ЦфШнВ-1,00 максимально взаимозаменяема с центрифугой ФВШ-1000.

Институт работает над созданием осадительных центрифуг, предназначенных для осветления оборотных вод. В зависимости от гидродинамики внутрироторного потока осадительные центрифуги делятся на противо- и прямоточные. В противоточных центрифугах жидкая и твердая фазы движутся в роторе в противоположных направлениях, а в прямоточных - в одном.

Гипромашуглеобогащением проведены исследования по отработке оптимальных параметров центробежного обезвоживания, обеспечивающих требуемые технологические показатели.

В результате спроектирован и изготовлен опытный образец осадительной шнековой непрерывно-действующей центрифуги ЦоШнГ-0,80. По организации внутрироторного потока центрифуга относится к противоточным машинам. Отличительные особенности центрифуги - уменьшенная зона осаждения, что дает возможность повысить унос тонких илов с фугатом, и увеличенная зона обезвоживания, способствующая снижению влажности осадка.

Центрифуга работает следующим образом. Исходная суспензия по пульпопродводу подается во внутреннюю полость шнека, откуда через отверстия попадает во внутреннее пространство ротора, где при движении суспензии в канале, образованном витками шнека, под действием центробежной силы твердая фаза осаждается на внутренней поверхности ротора, а жидкая фаза продолжает движение к сливным окнам ротора, и дальше в камеру фугата. Осадок витками шнека транспортируется к разгрузочным окнам ротора, а затем в камеру осадка.

Испытания опытного образца были проведены на установке ООО "Но-ваторспецстрой". Исходным продуктом служил слив гидроциклонов диаметром 500 мм, фильтрат дуговых сит и центрифуги ЦфШнГ, предварительно сгущенный в гидроциклонах малого диаметра. При испытаниях получены такие показатели: производительность по исходной суспензии 70...80 м3/ч, производительность по осадку 10...15 т/ч, общая влажность осадка 28...35%. Габаритные размеры 3000x2440x1440 мм, масса 3800 кг.

Сейчас институт работает над созданием центрифуги для обезвоживания флотоконцентрата, что даст возможность снизить его влажность и эксплуатационные расходы, связанные с сушкой.Описанное оборудование изготовляется экспериментальной базой Гипромашугле-обогащения.