論煤焦油的三相分離
技術(shù)支持
煤焦油三相分離是指煤在高爐焦化過程中生產(chǎn)的化學(xué)產(chǎn)品，經(jīng)氣液分離后進(jìn)行的煤焦油、粗氨水和焦渣的三相分離。傳統(tǒng)的煤焦油三相分離主要采用機(jī)械化氨水澄清槽法進(jìn)行處理，雖然運(yùn)行成本低，但卻存在占地面積大、對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重（揮發(fā)出的氨氣對(duì)環(huán)境及現(xiàn)場操作人員均造成嚴(yán)重危害）、處理后的煤焦油品質(zhì)低（含水及含固量一般分別在8%和5%左右）等弊端。采用三相臥式螺旋卸料離心機(jī)（簡稱“三相離心機(jī)”）進(jìn)行煤焦油的三相分離具有占地面積小、密閉分離無污染、效率高、連續(xù)運(yùn)行可靠和分離效果佳等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也可打破國外三相離心機(jī)在該行業(yè)的壟斷地位，有利于我國煤化工、精細(xì)化工等行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，同時(shí)具有重大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
1 三相離心機(jī)的結(jié)構(gòu)、工作原理、技術(shù)特點(diǎn)及分離效果
1.1 三相離心機(jī)的主要結(jié)構(gòu)、工作原理和技術(shù)參數(shù)
以目前國內(nèi)較為成熟的LWS430EE型三相離心機(jī)為例，該離心機(jī)由主副電機(jī)、減速器、螺旋體、轉(zhuǎn)鼓、主軸承、機(jī)座、機(jī)罩及傳動(dòng)裝置等部件組成。主要技術(shù)參數(shù)如下表所示：
技術(shù)參數(shù) | 指標(biāo) | 技術(shù)參數(shù) | 指標(biāo) |
轉(zhuǎn)鼓內(nèi)直徑（mm） | 430 | 工作轉(zhuǎn)速（r/min） | 2950 |
設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速（r/min） | 2450 | 主電機(jī)功率（kW） | 37 |
分離因數(shù)（G） | 2866 | 副電機(jī)功率（kW） | 11 |
離心機(jī)的工作原理為煤焦油混合液（懸浮液）經(jīng)進(jìn)料管和螺旋進(jìn)料口進(jìn)入轉(zhuǎn)鼓，在高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力的作用下，因各相存在密度差而產(chǎn)生分層。固相顆粒（焦渣）沉積在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁上，與轉(zhuǎn)鼓作相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的螺旋葉片不斷將其刮下并推出排渣口。焦油和氨水相則形成同心圓環(huán)：輕相液體（氨水）在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)層，通過輕相液層調(diào)節(jié)片開口溢流出轉(zhuǎn)鼓；重相液體（焦油）在轉(zhuǎn)鼓外層，經(jīng)重相液層調(diào)節(jié)片開口溢流出轉(zhuǎn)鼓。螺旋與轉(zhuǎn)鼓之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)通過差速器實(shí)現(xiàn)，其速度大小由副電機(jī)控制，從而實(shí)現(xiàn)了離心機(jī)對(duì)物料的連續(xù)分離。
離心機(jī)電器控制系統(tǒng)采用智能控制模式（可編程邏輯控制器+觸摸屏），以界面友好的彩色液晶觸摸屏為人機(jī)操作界面，其與節(jié)能優(yōu)良的雙電機(jī)雙變恒扭矩控制等組成了穩(wěn)定可靠的離心機(jī)電器控制系統(tǒng)。程序運(yùn)行采用一鍵式操作，初始運(yùn)行參數(shù)自動(dòng)設(shè)定，整個(gè)流程按照編制好的程序自動(dòng)運(yùn)行，無需人為干預(yù)，實(shí)現(xiàn)真正的全自動(dòng)操作。在進(jìn)料運(yùn)行過程中，通過恒力矩與恒差速兩種控制方式，適應(yīng)煤焦油物料濃度、流量的變化，提高離心機(jī)對(duì)生產(chǎn)工藝的適應(yīng)性，保證良好的分離效果和穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)。由此可見，該離心機(jī)電器控制系統(tǒng)操作簡便、功能完備。
1.2 離心機(jī)技術(shù)特點(diǎn)及處理效果、處理量分析
1.2.1 技術(shù)特點(diǎn)
（1）專有的螺旋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
螺旋進(jìn)料采用“雙S”型結(jié)構(gòu)，符合液體力學(xué)的流線型設(shè)計(jì)，使得物料注入順暢，并且“雙S”型結(jié)構(gòu)內(nèi)表面有若干耐磨棒，可防止物料的磨損；螺旋采用變螺距和葉片開口設(shè)計(jì)，處理能力提高20%；螺旋體的錐段采用方孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，消除了螺旋內(nèi)部積料，改善了螺旋錐段軸承的使用環(huán)境，將其使用壽命提高了10%。
（2）轉(zhuǎn)鼓防磨保護(hù)技術(shù)設(shè)計(jì)
煤焦油中焦渣對(duì)離心機(jī)的磨損是影響離心機(jī)穩(wěn)定性和使用壽命的重要因素。因此轉(zhuǎn)鼓出料口采用“馬鞍型”出渣口，使離心機(jī)出料順暢，無死角積料現(xiàn)象，并且出渣口鑲嵌可更換的硬質(zhì)合金瓦（耐磨且易于維修）以減輕磨損。
（3）大長徑比
離心機(jī)采用大長徑比結(jié)構(gòu)。大的長徑比可以增加物料的沉降區(qū)域，延長物料在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的停留時(shí)間，使固形物去除率提高（分離技術(shù)行業(yè)所追求的目標(biāo)）。
（4）變螺距技術(shù)
采用國際上較為 的變螺距技術(shù)，可有效降低螺旋推料扭矩，提高處理能力，真正實(shí)現(xiàn)了“小個(gè)子大能力”。相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)螺距的LW430離心機(jī)，變螺距離心機(jī)的處理能力可提升10%以上。
（5）雙電機(jī)雙變頻驅(qū)動(dòng)，節(jié)能省電
主/副電機(jī)運(yùn)行采用主/副變頻控制，在螺旋滯后時(shí)，副電機(jī)工作時(shí)處于發(fā)電機(jī)狀態(tài)，再生的能量送到副變頻器的直流母線上，由于主/副變頻器的直流母線并聯(lián)，該能量就經(jīng)過主變頻器被主電機(jī)利用。該控制方式比差速控制節(jié)能15%，且啟動(dòng)平穩(wěn)。
1.2.2 分離效果及影響因素
（1）分離效果
進(jìn)料密度為1.194處理厚1.200g/cm3，進(jìn)料中氨水含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）為6%～8%，進(jìn)料溫度為80～100℃；處理量為12～14m3/h；分離后焦油中含水量不大于2%，分離后氨水中焦油含量不大于0.3%。
1.2.3 影響分離效果的諸因素
（1）進(jìn)料溫度
溫度越高，煤焦油混合液中固相內(nèi)部油脂液化浸出進(jìn)入液相的效果較佳；同時(shí)，可浮油含量增長越快，混合液體的黏度小、流動(dòng)性也較好，固（焦渣）、液（氨水）、液（焦油）的分離效果也就越好。實(shí)踐證明，進(jìn)料溫度控制在80～100℃為宜，否則會(huì)影響分離后的油中含水率、水中含油率以及渣相含油率等。
（2）分離因數(shù)
分離因數(shù)是評(píng)價(jià)離心機(jī)分離能力的主要指標(biāo)，是代表離心機(jī)性能的重要標(biāo)志之一。分離因數(shù)越大，物料所受的離心力越大，分離效果也就越好。因此，對(duì)于顆粒較小、液相黏度大和難分離的煤焦油懸浮液來說，分離因數(shù)的調(diào)整會(huì)直接影響到離心機(jī)在單位時(shí)間內(nèi)的處理量和固、液、液三相處理效果。
（3）差轉(zhuǎn)速
差轉(zhuǎn)速?zèng)Q定了螺旋推料器的排料速度，其大小影響離心機(jī)的分離效果和處理能力。在進(jìn)料量恒定的情況下，差轉(zhuǎn)速增大，清液在被排出離心機(jī)之前經(jīng)過的路徑將增加。但由于螺旋排料速度會(huì)加快而減少了固相部分在離心機(jī)內(nèi)的停留時(shí)間，所以可在獲得更好分離效果的同時(shí)降低渣相干度。
（4）液層深度
根據(jù)油相、水相實(shí)測不同密度來分析油相和水相的分離界面，選擇合適的液層深度。液層調(diào)節(jié)板（片）的開口越接近轉(zhuǎn)鼓中心，液層越深，反之則越淺。
（5）螺旋體耐磨性能
焦渣的沖蝕性對(duì)螺旋葉片及螺旋出料口的耐磨性提出了更高的要求，螺旋葉片邊緣及表面采用可更換的碳化鎢硬質(zhì)合金或噴涂，對(duì)全長予以保護(hù)；螺旋出料口采用可拆卸的硬質(zhì)合金耐磨瓦，有效地防止了砂粒對(duì)螺旋出料口的磨損。
（6）沖洗清潔程度
煤焦油混合液黏性較大，尤其在低溫狀態(tài)下較難沖洗。如沖洗不徹底，則會(huì)造成離心機(jī)停機(jī)后沉渣堆積，甚至再次開機(jī)時(shí)因轉(zhuǎn)鼓受力不平衡而產(chǎn)生強(qiáng)烈震動(dòng)，導(dǎo)致設(shè)備損壞，影響離心機(jī)的正常運(yùn)行。采用自動(dòng)化控制在線就地清洗（CIP）系統(tǒng)，離心機(jī)停機(jī)后按照編制好的程序自動(dòng)進(jìn)行轉(zhuǎn)鼓內(nèi)外部的沖洗，避免了因離心機(jī)堵料造成的分離效果不佳和離心機(jī)故障的發(fā)生。
2 用離心機(jī)進(jìn)行煤焦油三相分離的優(yōu)點(diǎn)
（1）用離心機(jī)進(jìn)行煤焦油的三相分離，解決了原有焦化設(shè)備占地面積大、污染環(huán)境等問題，符合 環(huán)保政策。
（2）采用雙電機(jī)變頻共直流母線控制技術(shù)和變螺距技術(shù)，可降低能耗15%～20%。
（3）使用離心機(jī)進(jìn)行煤焦油三相分離，與傳統(tǒng)工藝相比，具有操作簡單、效率高、分離效果好、后期運(yùn)行成本低等優(yōu)點(diǎn)。
（4）與國外三相離心機(jī)相比較，具有價(jià)格低、易操作、維修方便、售后服務(wù)有保障等優(yōu)勢。
3 結(jié)語
用離心機(jī)進(jìn)行煤焦油三相分離的生產(chǎn)實(shí)踐證明，無論從環(huán)境保護(hù)、生產(chǎn)效率、分離效果，還是從離心機(jī)穩(wěn)定性、可靠性等方面來講，三相離心機(jī)都是一種較為理想的選擇。該三相離心機(jī)可以替代部分同類進(jìn)口產(chǎn)品，為 節(jié)約外匯，為我國煤化工、石油化工行業(yè)提供可靠、高效的設(shè)備，社會(huì)環(huán)保效益顯著，值得在行業(yè)內(nèi)進(jìn)行推廣。
