摘 要 主要介绍了三相卧式螺旋卸料离心机(简称“三相离心机”)在煤焦油三相分离中的应用。分析了煤焦油的生产工艺，三相离心机的结构、工作原理、技术特点及分离效果，总结了三相离心机的优点。无论从环境保护、生产效率、分离效果，还是从离心机稳定性、可靠性等方面来考虑，三相离心机都是一种较为理想的选择，值得在行业内进行推广。
关键词 三相分离 离心机 煤焦油
煤焦油三相分离是指煤在高炉焦化过程中生产的化学产品，经气液分离后进行的煤焦油、粗氨水和焦渣的三相分离。传统的煤焦油三相分离主要采用机械化氨水澄清槽法进行处理，虽然运行成本低，但却存在占地面积大、对环境污染严重(挥发出的氨气对环境及现场操作人员均造成严重危害)、处理后的煤焦油品质低(含水及含固量一般分别在 8%和 5% 左右)等弊端。采用三相卧式螺旋卸料离心机(简称 “三相离心机”) 进行煤焦油的三相分离具有占地面积小、密闭分离无污染、效率高、连续运行可靠和分离效果佳等优点，同时也可打破国外三相离心机在该行业的垄断地位，有利于我国煤化工、精细化工等行业的可持续发展，同时具有重大的经济效益和社会效益。
1 工艺流程
煤焦油三相分离工艺流程如图 1 所示。
2 三相离心机的结构、工作原理、技术特点及分离效果
2.1 三相离心机的主要结构、工作原理和技术参数
以目前国内最为成熟的 LWS430EE 型三相离心机为例，该离心机由主副电机、减速器、螺旋体、转鼓、主轴承、机座、机罩及传动装置等部件组成。主要技术参数如表 1 所示。
离心机的工作原理为煤焦油混合液(悬浮液)经进料管和螺旋进料口进入转鼓，在高速旋转产生的离心力的作用下，因各相存在密度差而产生分层。固相颗粒(焦渣)沉积在转鼓内壁上，与转鼓作相对旋转运动的螺旋叶片不断将其刮下并推出排渣口。焦油和氨水相则形成同心圆环：轻相液体(氨水)在转鼓最内层，通过轻相液层调节片开口溢流出转鼓;重相液体(焦油)在转鼓外层，经重相液层调节片开口溢流出转鼓。螺旋与转鼓之间的相对运动通过差速器实现，其速度大小由副电机控制，从而实现了离心机对物料的连续分离。
离心机电器控制系统采用智能控制模式 (可编程逻辑控制器 + 触摸屏)，以界面友好的彩色液晶触摸屏为人机操作界面，其与节能优良的双电机双变恒扭矩控制等组成了稳定可靠的离心机电器控制系统。程序运行采用一键式操作，初始运行参数自动设定，整个流程按照编制好的程序自动运行，无需人为干预，实现真正的全自动操作。在进料运行过程中，通过恒力矩与恒差速两种控制方式，适应煤焦油物料浓度、流量的变化，提高离心机对生产工艺的适应性，保证良好的分离效果和稳定的运行状态。由此可见，该离心机电器控制系统操作简便、功能完备。
2.2 离心机技术特点及处理效果、处理量分析
2.2.1 技术特点
(1)专有的螺旋结构设计
螺旋进料采用“双 S”型结构，符合液体力学的流线型设计，使得物料注入顺畅，并且“双 S”型结构内表面有若干耐磨棒，可防止物料的磨损;螺旋采用变螺距和叶片开口设计，处理能力提高 20%;螺旋体的锥段采用方孔结构设计，消除了螺旋内部积料，改善了螺旋锥段轴承的使用环境，将其使用寿命提高了 10%。
(2)转鼓防磨保护技术设计
煤焦油中焦渣对离心机的磨损是影响离心机稳定性和使用寿命的重要因素。因此转鼓出料口采用 “马鞍型”出渣口，使离心机出料顺畅，无死角积料现象，并且出渣口镶嵌可更换的硬质合金瓦(耐磨且易于维修)以减轻磨损。
(3)大长径比
离心机采用大长径比结构。大的长径比可以增加物料的沉降区域，延长物料在转鼓内的停留时间，使固形物去除率提高 (分离技术行业所追求的目标)。
(4)变螺距技术
采用国际上较为先进的变螺距技术，可有效降低螺旋推料扭矩，提高处理能力，真正实现了“小个子大能力”。相对于标准螺距的 LW430 离心机，变螺距离心机的处理能力可提升 10%以上。
(5)双电机双变频驱动，节能省电
主 / 副电机运行采用主 / 副变频控制，在螺旋滞后时，副电机工作时处于发电机状态，再生的能量送到副变频器的直流母线上，由于主 / 副变频器的直流母线并联，该能量就经过主变频器被主电机利用。该控制方式比差速控制节能 15%, 且启动平稳。
2.2.2 分离效果及影响因素
(1)分离效果
进料密度为 1.194~1.200 g/cm3 ，进料中氨水含量(质量分数，下同)为 6%~8%，进料温度为 80~100 ℃;处理量为 12~14 m3 /h;分离后焦油中含水量不大于 2%，分离后氨水中焦油含量不大于 0.3%。
2.2.3 影响分离效果的诸因素
(1)进料温度
温度越高，煤焦油混合液中固相内部油脂液化浸出进入液相的效果较佳;同时，可浮油含量增长越快，混合液体的黏度小、流动性也较好，固(焦渣)、液(氨水)、液(焦油)的分离效果也就越好。实践证明，进料温度控制在 80~100 ℃为宜，否则会影响分离后的油中含水率、水中含油率以及渣相含油率等。
(2)分离因数
分离因数是评价离心机分离能力的主要指标，是代表离心机性能的重要标志之一。分离因数越大，物料所受的离心力越大，分离效果也就越好。因此，对于颗粒较小、液相黏度大和难分离的煤焦油悬浮液来说，分离因数的调整会直接影响到离心机在单位时间内的处理量和固、液、液三相处理效果。
(3)差转速
差转速决定了螺旋推料器的排料速度，其大小影响离心机的分离效果和处理能力。在进料量恒定的情况下，差转速增大，清液在被排出离心机之前经过的路径将增加。但由于螺旋排料速度会加快而减少了固相部分在离心机内的停留时间，所以可在获得更好分离效果的同时降低渣相干度。
(4)液层深度
根据油相、水相实测不同密度来分析油相与水相的分离界面，选择合适的液层深度。液层调节板(片)的开口越接近转鼓中心，液层越深，反之则越浅。
(5)螺旋体耐磨性能
焦渣的冲蚀性对螺旋叶片及螺旋出料口的耐磨性提出了更高的要求，螺旋叶片边缘及表面采用可更换的碳化钨硬质合金或喷涂，对全长予以保护;螺旋出料口采用可拆卸的硬质合金耐磨瓦，有效地防止了砂粒对螺旋出料口的磨损。
(6)冲洗清洁程度
煤焦油混合液黏性较大，尤其在低温状态下较难冲洗。如冲洗不彻底，则会造成离心机停机后沉渣堆积，甚至再次开机时因转鼓受力不平衡而产生强烈震动，导致设备损坏，影响离心机的正常运行。采用自动化控制在线就地清洗(CIP)系统，离心机停机后按照编制好的程序自动进行转鼓内外部的冲洗，避免了因离心机堵料造成的分离效果不佳和离心机故障的发生。
3 用离心机进行煤焦油三相分离的优点
(1)用离心机进行煤焦油的三相分离，解决了原有焦化设备占地面积大、污染环境等问题，符合国家环保政策。
(2)采用双电机变频共直流母线控制技术和变螺距技术，可降低能耗 15%~20%。
(3)使用离心机进行煤焦油三相分离，与传统工艺相比，具有操作简单、效率高、分离效果好、后期运行成本低等优点。
(4)与国外三相离心机相比较，具有价格低、易操作、维修方便、售后服务有保障等优势。
4 结语
用离心机进行煤焦油三相分离的生产实践证明，无论从环境保护、生产效率、分离效果，还是从离心机稳定性、可靠性等方面来讲，三相离心机都是一种较为理想的选择。该三相离心机可以替代部分同类进口产品，为国家节约外汇，为我国煤化工、石油化工行业提供可靠、高效的设备，社会环保效益显著，值得在行业内进行推广。——论文作者：李 强
参考文献：
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