Крис Вил

Обезвоживание угля: обзор современных технологий и новых разработок

Разнообразие углей делает сложным для производителей угля оптимизировать процесс обезвоживания и , несмотря на изобилие теории в научной литературе, существует реальная потребность использовать эту теорию для текущих ситуаций. Эта статья делает обзор современному статусу обезвоживания в австралийском контексте, главным используемым единицам оборудования и некоторым новым разработкам.

Обезвоживание угля продолжает быть главным приоритетом внутри промышленности со значимым акцентом, помещенным на необходимость:

• получать максимум производительности из текущих элементов операций, в частности, чтобы сокращать влажность продуктов до уровней сравниваемых с таковыми, получаемыми иностранными производителями;

• улучшать понимание главных параметров, которые влияют на процесс обезвоживания так, чтобы получить максимальную производительность машин;

• определять стоимостно-эффективную технику, которая может быть легко модернизирована в существующие установки, чтобы улучшить обезвоживание и уменьшить влажность продукта. Следующая главная направляющая, которая сводится не только к обезвоживанию, это необходимость снизить до минимума сложность производимых операций и стоимость, связанную с эксплуатацией оборудования.

Почему обезвоживание важно?

По сравнению со многими международными конкурентами австралийские угли в общем считаются высокими по влажности. Это в основном из-за отсутствия термической сушки на австралийских фабриках, и многие австралийские угли по сути тонкие или тонкоизмельченные обогащаются с большей эффективностью. Таким образом, существует рыночное давление, чтобы уменьшить влажность продукта. В дополнение, высокая влажновть продукта приводит к увеличению стоимости транспортировки и переработки, регулированию грузовместимости или энергии на поднятие груза, и может привести к проблемам при сортировке.

Почему обезвоживание составляет трудности?

Основные принципы обезвоживания угля одинаковые, независимо от разновидности угля, размера частиц или машины, которая используется. В каждом случае формируется постель частиц, через которые вода и воздух движутся под действием движущей силы. Частицы угля, которые составляют постель неизменно охватывают широкий диапазон размеров и состава. Например, частицы грубые и угловатые по форме, имеют внутреннюю полость, которая заполнена водой, часто склеиваются друг с другом и часто содержат долю глинистых частиц. Совместно с данными пунктами, многие фабрики промывают пласты различные по составу так, что состав и химические свойства поверхности угля и сопутствующих минералов могут быть разными; иногда уголь складируется, что ведет к окислению поверхности, и фактически при фильтрации на всех установках добавляются полимерные флокулянты, которые сами по себе сложны для характеристики. Ссылаясь на вышесказанное, не удивительно, что обезвоживание угля в центрифугах или фильтрах до сих пор недостаточно изучено. Проблема не настолько в недостаче теории или математических моделей, а, скорее, в понимании из применимости на прктике. В идеальных условиях пространство между частицами или поры угля, которые в реальности более угловатые, наревномерные по размеру и форме, извилистые и продолжительно меняющиеся, близки к гладко-стенным капилярным трубкам. Движущая сила, которая перемещает воду из любых каприляров, зависит от нескольких факторов, один из которых это радиус. Т.к. радиус капиляров уменьшается, отклонение нужного давления будет расти, наконец достигая значения, которого ни одна обезвоживающая машина не сможет достичью. Т.к. даже самые грубые фракции всегда будут содержать шламы, всегда будут мелкие капиляры или поры внутри постели угля. Отсюда, никакой процесс обезвоживания не сможет достичь 100% результата. Для центрифугирования грубых частиц возможно определить число дренажей, которое представляет собой отношение отклонения центрифугирующей силы и силы, удерживания капилляров, а также определить характеристику оборудования. Число дренажей присущее системе, которая достигла состояния равновесия, т.е. полного обезвоживания, принятно для грубых частиц. В прошлом это число дренажей коррелировалось с характеристикой центрифуг для грубых частиц угля. Обезвоживание тонких частиц, которое осуществляется в шнековых центрифугах или вакуумных фильтрах изменилось, т.к. на характеристику механизма влияет скорость удаления влаги. Предположения о размере машины и ее производительности обосновывают то, что продукт будет выделен до окончания обезвоживания. Для существующих установок оборудование и производительность предопределены, поэтому единственным регулируемым параметром является свойство кека или воды. Влажность кека обычно может быть определена легко в результате экспериментов в сушильном шкафу, но часто сложно измерять в фильтрах непрерывного действия. Однако даже простая теория может столкнуться с проблемами при попытке применения к фильтрам непрерывного действия. Разработки, цель которых соединить разрыв между теорией и практикой, проводились на протяжении последних лет, как для центрифуг, так и для фильтров, и некоторые из них будут описаны ниже.

Текущие технологии обезвоживания

Существует огромное разнообразие доступного оборудования, которое способно вызывать обезвоживающие движущие силы от 50 до >5000 g (для центрифуг) или 0,3-200 бар (для фильтров) и способны сократить влажность продукта до очень низких показателей. В общем случае, чем больше действует движущая сила машины, тем ниже производительность и выше цена. В результате, наиболее известные единицы оборудования – это вибрационная фильтрующая центрифуга для грубого угля, шнековая центрифуга для тонких углей (например, спиральные центрифуги) и вакуумные фильтры (ленточные, дисковые или барабанные) для сверхтонких углей (флотационный концентрат).

Вибрационная фильтрующая центрифуга

Практически весь уголь размером частиц от 0,5 до 50 мм подвергается предварительному обезвоживанию на вибрационных грохотах до приблизительной влажности 18-25 %, а после обезвоживается в вибрационных фильтрующих центрифугах. Химическая, угольная и промышленна служба Pty Ltd является поставщиком, они включают ассортимент вибрационных машин по чертежам Birtley и Tema Engineers Pty Ltd, производящих машины Siebetechnik. Эти типы центрифуг оснащены горизонтально вмонтированным фильтрующим ротором, сделанным из нержавеющей стальной клинообразной проволоки с отверстиями 4 мм и наклоном 13-15 градусов. Ротор, децентрированный валом, вибрирует вдоль своей оси на высокой скорости. Вибрация разрыхляет слой угля, таким образом, уменьшая трение между частицами, а также поверхностью вибрационного ротора. Это вызывает движение материала по ротору, хотя угол наклона стенок ротора меньше угла, при котором материал недвижим. Быстрые вибрации предотвращают забивание частицами близкими по размеру к размеру отверстий сита самого вибрационного ротора. К тому же нарушение слоя постели способствует удалению влаги между частицами. Технические характеристики машин:

Размер фильтрующего ротора 1300мм

Нагрузка 1000т/ч

Влажность продуктов 5-10%

Центрифугирующая сила 60-75 g

Регулируемая амплитуда вибраций 8 мм

Характеристика двигателя до 75 кВ.

Шнековые центрифуги

В последние годы шнековые центрифуги стали наиболее предпочитаемыми обезвоживающими машинами для мелких частиц по сравнению с другими центрифугами, такими как осадительные. Шнековые центрифуги состоят из вертикально расположенного фильтрующего ротора с отверстиями в виде клиньев, расположенного вокруг шнека. Фильтрующий ротор и шнек вращаются в одном направлении, но из скорости немного отличаются, так что скребки транспортируют уголь вниз вдоль фильтрующего ротора, поддерживая равномерное распределение угля и сохраняя постоянным время перемещения. В настоящее время наиболее широко распространенная модель FC1200, которая повсеместно заменила более маленькую HP36. Обе машины произведены CMI Pty Ltd. Технические характеристики машин для обезвоживания концентрата 0,1-0,5 мм следующие:

Максимальные диаметр фильтрующего ротора 1200 мм

Нагрузка 60-70 т/ч

Центрифугирующая сила 110 g

Влажность продуктов 12-16%

Влажность питания 40-55%.

Вакуумные фильтры

В угольной промышленности применяются 3 вида вакуумных фильтров: ленточные фильтры, барабанные и дисковые. Их производят Delkor, Dorr-Oliver, Eimco, Jord и Svedala. Хотя они различны по конструкции, однако все 3 включают следующие этапы процесса:

-Формирование кека, в котором шламовые частицы ударяются о поверхность фильтра и постепенно превращаются в кек необходимой толщины. Эта стадия характеризуется удалением воды из кека.

-Продувка кека, в котором вода и воздух проходят через кек под действием вакуума. Влажность кека падает, происходит продувка ваздуха через слой материала.

-Разгрузка кека, в котором частично обезвоженный продукт удаляется из машины.

-Промывка поверхности фильтра под давлением (не для дисковых фильтров). Осуществляется для предотвращения налипания мелких частиц и блокирования ими отверстий фильтра. В общем, примерно 20-35% эффективной поверхности фильтра занято формированием кека и 40-60% его продувкой, остальная площадь используется для разгрузки и промывки поверхности фильтра. Уровень влажности для частиц 0-0,5 мм может сильно изменятся, но обычно находится на уровне 18-25% при производительности фильтра 200-800 кг/м. Несмотря на высокий уровень влажности получаемых продуктов, вакуумное фильтрование имеет много преимуществ: это относительно низкая стоимость, полностью законченный процесс, в результате которого имеем продукт, пригодный для использования. Применение полимерных флокулянтов увеличило производительность фильтров. Некоторые фабрики уменьшают толщину кека на фильтре. Это приводит к уменьшению нагрузки на сам фильтр и, отсюда, увеличение производительности. Также это обычно приводит к более последовательным операциям.

Ленточные фильтры

Эти фильтры отличаются от дисковых и барабанных тем, что сверхтонкие частицы, которые формируют зону образования кека, оказываются вверху. Поэтому, такие вакуумные фильтры могут применяться для более широкой области размеров частиц и более гибки по отношению к изменениям характеристик поступающего питания. Скорость осуществления операций может регулироваться в зависимости от времени требуемого циклом (образование и продувка кека). Ткань фильтра размещается на прорезиненной ленте с пазами, которая находится напротив вакуумной секции. Горизонтальный ленточный фильтр прост в конструкции и требует относительно низких объемов флокулятнов и затрат на содержание. Его главным недостатком является большая площадь, занимаемая основанием. Данный недостаток обычно смягчается удобным расположением фильтра внутри фабрики. Это часто проводит к более высоким капитальным затратам. В данное время ленточные фильтры переживают новую волну популярности и несколько из них было установлено в Queensland и New South Wales.