某高原选矿厂真空脱水系统改造

张吉伟

(山东钢铁集团有限公司山东金岭铁矿)

某高原选矿厂真空脱水系统改造

张吉伟

(山东钢铁集团有限公司山东金岭铁矿)

金钢矿业选矿厂真空脱水系统存在真空泵效率低、自动排液装置落后等问题，造成铁精粉产品水分过高、运输中出现“跑、冒、滴、漏”现象。通过将原真空泵更换为SK-120型径向双作用水环真空泵、用新型强制排液装置取代原自动排液装置等措施对真空脱水系统进行改造，提高了真空泵真空度和过滤机过滤效率，降低了真空脱水系统运行时间、铁精粉水分和运输成本，每年综合经济效益205.55万元，收到了节能减排、降本增效的效果。

真空脱水系统 径向双作用水环真空泵 新型强制排液装置

金钢矿业选矿厂隶属山东金岭铁矿，是一家年产铁精粉50万t的国有大中型企业，于2013年9月正式投产运行。选厂地处新疆喀什塔什库尔干县帕米尔高原，海拔4 200 m，属严寒强烈大陆性高山气候，冬季漫长，昼夜温差大，氧气稀缺，环境相当恶劣，选矿生产造成了一定的困难。

选厂实际生产运行时，真空脱水系统存在真空泵效率低、自动排液装置落后等问题，最终产品铁精粉水分超标，皮带输送铁精粉过程中出现严重的“跑、冒、滴、漏”现象。不仅对当地的高原生态环境造成一定影响，还增加了产品的运输成本，因此有必要对其进行改造。

1 真空脱水系统及存在问题

1.1 系统组成

选厂真空脱水系统中1个系列给矿对应2台过滤机，运行中过滤机实行1开1备。脱水系统由4台GYW-20永磁筒型外滤式真空过滤机(沈阳矿山机械有限公司)、4台自动排液装置、4台SK-42型水环式真空泵和4台气水分离器、4台鼓风机组成，均为1对1使用。真空脱水系统组成见图1。

图1 真空脱水系统组成

1.2 存在问题

1.2.1 真空泵效率低

真空脱水系统在生产情况下过滤机转速一般设定在50～100 r/h，真空度仅为-0.038～-0.033 MPa，较低的真空度远不能满足现场生产需求，产品铁精粉水分超标，达到14%～15%。

通过1 a的试运行，真空泵故障率较高，对SK-42型水环式真空泵进行解体检查，并查阅有关资料发现，该泵从整体结构、作用原理、工作方式和特点、吸排气方向及泵体、叶轮形状等方面均不符合SK型径向双作用真空泵的特点，因此认定该泵是SZ型单作用真空泵的改良型。尽管从技术方面有所改进，但脱水效率偏低。

1.2.2 自动排液装置落后

自动排液装置是真空脱水系统中最主要的辅助设备，采用三桶机械控制四通阀式自动排液装置，对设备的高差要求低(一般1.5 m以上即可)，不需滤液系统，但结构复杂，运动器件较多，密封效果不理想，设备故障率较高，维修频繁。由于设计缺陷，气水分离效果不佳。真空脱水系统中滤液及粉状产物容易被吸入真空泵内沉积下来，损坏皮带、叶轮和主轴等部件，大大降低真空泵寿命和真空度，且电流高、噪音大。自动排液装置呈连通器布置，由于需长时间做往复运动，对密封要求严格。但使用一段时间后，气水分离器因密封不严而经常出现跑风、漏矿等现象，有时吸入大颗粒会出现卡死现象，引起自动排液装置失灵，甚至发生跑矿。不仅降低了真空泵的使用寿命和系统的真空度，还增大了铁精粉产品水分。

2 脱水系统改造

2.1 真空泵改造

SK型水环式真空泵是一种以水为工作液体的径向双作用泵，相比SZ轴向单作用真空泵，它采用径向吸排气，叶轮与泵体双偏心，叶轮旋转一周进行两次吸气和排气(双吸双排)，具有尺寸小、重量轻、径向受力对称、自动平衡、轴和轴承负荷大大降低等特点，寿命为原真空泵的2～3倍，且节能效果显著。SK型径向双作用水环式真空泵与SZ型轴向单作用水环式真空泵结构见图2。

图2 SK型径向双作用水环式真空泵与SZ型轴向单作用水环式真空泵结构

2.2 过滤机分料箱改造

把真空脱水系统中两系列2个给料箱合并为1个，为实现扩容将给料箱尺寸增大为1 500 mm×1 500 mm×1 000 mm，合理布置分料箱的位置，实现4台过滤机集中、均匀给矿。

2.3 自动排液装置改造

用新型强制排液装置取代原自动排液装置。新型强制排液装置分气水分离器和排液箱两部分，采用上下两桶结构，这样不但比三桶式少了1个排液箱和2个单向阀，而且滤液在分离器内流动性好、矿粉不易沉淀堆积。为了提高分离器的分离效果，可在分离器内增设分离隔板和挡水板，使分离器具有重力和惯性两种分离作用，并在排水箱底部安装滤液泵对滤液缸进行强制排水，使自动排液装置形成一个闭路循环。改造前后真空系统结构见图3。

3 改造方案的实施

(1)通过把脱水系统中原3台并联使用的SZ-42型轴向单作用真空泵改造为1台SK-120型径向双作用水环真空泵，同时将传动直连方式改为皮带传动，由于真空泵数量减少，设备的运行成本大大降低。

(2)将真空脱水系统中三桶式自动排液装置全部拆除，用1台由两桶相连的新型强制排液装置替代，过滤机抽气管用两根φ219 mm管连接在滤液缸中，替代原一根φ159 mm管。

(3) 单项阀改在滤液缸底部，用管路连接后接滤液泵。单向阀容易发生故障，为检修方便，将气水分离器内的单向阀移到外部新增加的单向阀箱内，排液箱下的单向阀移到侧面。将单向阀制成可拆卸式的，方便出现故障时进行组件更换，减少停机时间。

4 改造效果

SK-120型径向双作用真空泵安装灵活，优点是能防止因过负荷烧毁电机，满足了生产需要，节约了备件及维护成本。在1 a的使用过程中，运行平稳、径向受力对称平衡，大大减轻了轴和轴承负荷，从未发生机械故障，降低了工人的维修工作量，备件使用成本几乎为零。SK-120型径向双作用真空泵寿命长、效率高、抽气量大、振动小、噪音低，叶轮、分配器和主轴等磨损很小，性能稳定性高。较原真空泵，SK-120型径向双作用真空泵耗水量少，额定电流由150 A降低到120 A，实耗运行功率降低了55.94%，节电效果显著；真空度提高到-0.05 MPa以下，铁精粉水分降低到11%，同时避免了过滤皮带漏矿、漏水和铁精粉皮带频繁断裂现象。

图3 改造前后真空系统结构

过滤机分料箱改造后，4台过滤机生产不受脱水系列停车影响，选矿工艺流程更加合理，选矿指标有一定的提高；新型强制排液装置密闭性好，排液缸底部为倾斜型，铁精粉很容易被滤液泵强制排到精矿池；上下两桶式新型强制排液装置气水分离效果远远高于自动排液装置，既保护了真空泵，过滤机过滤效率由1.62 t/(m2· h)提高到1.87 t/(m2·h)，又大大减少了真空脱水系统运行时间。

按年产铁精粉50万t、运输价格100元/t计，改造后每年可减少路耗200万元；按年运转300 d计，因电流降低可节约电费3万元/a；每年检修费用由不低于2.5万元降低到0.15万元，年节约备件费、维修费2.35万元，合计每年综合经济效益达205.55万元。

5 结 语

金钢矿业选矿厂通过对真空脱水系统中真空泵和自动排液装置进行改造，真空泵真空度提高到-0.05 MPa以下，铁精粉水分由14%～15%降低到11%，过滤机过滤效率由1.62 t/(m2· h)提高到1.87 t/(m2·h)，大大降低了真空脱水系统运行时间。不仅解决了铁精粉产品水分超标的问题，还降低了工人的劳动强度和生产运输成本，具有显著的经济效益，为建成资源节约型、环境友好型的矿山企业打下了坚实的基础。

2016-08-29)

张吉伟(1982—)，男，工程师，255081 山东省淄博市张店区中埠镇。