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彈性振桿篩在原煤干法深度篩分中的應(yīng)用

1　前言
        煤炭的綜合加工利用可提高企業(yè)的經(jīng)濟效益、降低環(huán)境污染,篩分作業(yè)是煤炭加工的重要環(huán)節(jié)。對于洗煤廠,從原煤中篩除粉、末煤可降低煤泥水的處理費用和環(huán)境污染,增加入洗能力;對于氮肥廠,從原煤中篩除粉、末煤可降低入爐含粉率,優(yōu)化造氣爐工藝條件,降低生產(chǎn)成本;對于發(fā)電廠,對原煤進行分級得到塊煤或末煤以適應(yīng)不同燃燒爐的特性要求,提高燃燒效率;對于煉焦化工,篩除末煤可降低煤炭的重復(fù)破碎,提高破碎機的處理量和壽命。所有這些都要用到煤炭的干法深度篩分工藝和設(shè)備,而原煤干法深度篩分是世界公認(rèn)的難題,嚴(yán)重制約著煤礦、化工、電力等行業(yè)對煤炭的合理應(yīng)用和效益的提高。經(jīng)過十幾年的潛心研究,中國礦業(yè)大學(xué)在這一領(lǐng)域取得了重大突破,成功地研制了彈性振桿篩。
2　粘濕原煤干法深度篩分設(shè)備
        原料煤在露天堆放中水分變化較大,末粉煤遇水后變得粘濕,在篩分過程中粘堵在篩網(wǎng)上,造成篩分效率急劇下降以至末粉煤不能透篩。對于煤質(zhì)條件差、原煤水分大、末煤含量大、粘度大、泥質(zhì)頁巖含量高、泥化嚴(yán)重的煤炭深度篩分,常規(guī)振動篩很難進通過跳線設(shè)置,允許對旋式局部通風(fēng)機一級工作一級備用。
(2)一機多用　一是完成風(fēng)機倒臺、閉鎖控制和狀態(tài)監(jiān)測;二是實現(xiàn)風(fēng)電閉鎖控制并以電壓方式監(jiān)測被控開關(guān)負(fù)荷側(cè)狀態(tài);三是與監(jiān)測系統(tǒng)分站配合使用將風(fēng)機開關(guān)和被控開關(guān)負(fù)荷側(cè)的狀態(tài)信號傳輸至地面中心站,同時監(jiān)測系統(tǒng)能夠根據(jù)異常情況對裝置發(fā)出控制指令,如瓦斯電閉鎖。
(3)適應(yīng)性強　裝置接受監(jiān)測系統(tǒng)分站發(fā)出的控制信號可以是觸點或電壓型,裝置的控制輸出可以是常開型或常閉型;在其它井下工作場所與監(jiān)測系統(tǒng)配合使用可以單獨做斷電控制使用,延時時間可調(diào)。
(4)當(dāng)風(fēng)機配用開關(guān)防爆型式為“ExdI”時,該裝置開停及斷電控制板必須由監(jiān)測系統(tǒng)KDW-2A型電源箱提供電源;如果風(fēng)機配用開關(guān)防爆型式為“ExdibII”時,裝置的AC36V可取自磁力啟動器控制變壓器副端。制變壓器副端。
3　技術(shù)經(jīng)濟效果分析
　　KJD11型局部通風(fēng)機自動切換監(jiān)控器已于2001年二季度通過國家安全監(jiān)察局組織的專家鑒定。該裝置將掘進工作面的安全監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用集于一身,功能齊全,可有效防止因局部通風(fēng)機停風(fēng)造成的瓦斯超限,促進了安全生產(chǎn),具有較好的社會效益。
使用該裝置,可以取代掘進工作面原配備的投入近4000元的3臺設(shè)備開停傳感器和1臺斷電控制器。其優(yōu)點是功能更加完善合理,安裝使用便利,投入費用并未增加。以平煤集團公司為例,需用量約為150臺,銷售額約70萬元。全國600對礦井有近1200個掘進工作面,進入商品化后,年產(chǎn)值可達數(shù)百萬元,具有一定的經(jīng)濟效益。

3　技術(shù)經(jīng)濟效果分析
　　KJD11型局部通風(fēng)機自動切換監(jiān)控器已于2001年二季度通過國家安全監(jiān)察局組織的專家鑒定。該裝置將掘進工作面的安全監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用集于一身,功能齊全,可有效防止因局部通風(fēng)機停風(fēng)造成的瓦斯超限,促進了安全生產(chǎn),具有較好的社會效益。
    使用該裝置,可以取代掘進工作面原配備的投入近4000元的3臺設(shè)備開停傳感器和1臺斷電控制器。其優(yōu)點是功能更加完善合理,安裝使用便利,投入費用并未增加。以平煤集團公司為例,需用量約為150臺,銷售額約70萬元。全國600對礦井有近1200個掘進工作面,進入商品化后,年產(chǎn)值可達數(shù)百萬元,具有一定的經(jīng)濟效益。行13mm以下的分級。因此13mm以下的粘濕原煤干法深度篩分工藝被認(rèn)為是世界性的難題,各國科技人員一直在不斷地研究開發(fā),取得了一些成果。這方面的研究和發(fā)展主要集中在兩個方面:一是振動篩的結(jié)構(gòu)形式和運動形式;二是篩網(wǎng)(板)的結(jié)構(gòu)設(shè)計和材質(zhì)選用。
2.1　振動篩結(jié)構(gòu)的發(fā)展
    在篩型、篩體結(jié)構(gòu)方面主要研制了概率篩、等厚篩、弛張篩等機型,用于粘濕物料的深度篩分。概率分機篩是利用物料透篩概率統(tǒng)計篩分原理研制而成,采用大篩孔、大傾角、短篩面的篩體結(jié)構(gòu),物料透篩概率的原理得到充分利用,因而對于粘性煤泥對篩孔的堵塞具有一定的抵抗作用。但其篩分精度、限上率、限下率相對較差,概率篩的應(yīng)用受到限制。
    等厚篩是基于物料群在篩面上的運動學(xué)分析而得出等厚篩分理論研制而成,篩面縱向斷面成折線形式,篩上物料厚度從入料端到排料端盡量保持一致。在篩分過程中,由于小顆粒和篩面接觸的概率大大增加,篩分效率明顯提高,同時由于入料段的拋擲強度增大,物料運行速度增大,處于飛擲狀態(tài),對篩網(wǎng)具有沖刷作用,因而能夠減少篩孔的堵塞。但這種沖刷作用對于篩面的清理效果是有限的,并且等厚篩占用空間較大,需增加基礎(chǔ)投資。
    弛張篩的篩體不振動,它是通過拉緊與松弛彈性篩面,使物料快速彈起與落下,在這一過程中物料得以分層,增加了小顆粒和篩面接觸的機率。同時由于彎曲運動中篩網(wǎng)的中性層具有不變性,因而可獲得較大的透篩率,高分子材料制成的篩面具有較大彎曲變形的能力,能夠清理掉部分粘堵篩網(wǎng)的物料。這種篩型的分級下限為6mm,低于此值時粘濕物料的篩分已不能進行,并且對篩網(wǎng)材質(zhì)的抗彎曲和拉伸疲勞強度要求較高,因而篩網(wǎng)壽命短,維護工作量大,高分子材料價格高,使用成本居高不下,嚴(yán)重影響弛張篩的推廣使用。
    上述幾種篩型雖然能夠?qū)Τ睗裨哼M行篩分,但其篩網(wǎng)的自清理能力是有限的,實際生產(chǎn)中主要用于13mm以上的分級作業(yè)。當(dāng)分級粒度降低或原煤粘度增加時,篩孔的堵塞現(xiàn)象較為明顯。在這種情況下要想獲得較好的篩分效率還可以利用以下途徑:一是增大篩面面積來降低物料層厚度,但面積的增大也增加了設(shè)備和土建基礎(chǔ)投資;二是提高篩機振動強度以獲得較高的透篩率。按深度篩分的要求,振動強度應(yīng)為10g左右甚至更高,而通常篩機的振動強度在5g以下。振動強度提高后篩體側(cè)板、管梁、激振器的疲勞強度和疲勞壽命大大降低,設(shè)備損壞嚴(yán)重,可見以上方法極不經(jīng)濟。
2.2　篩網(wǎng)(板)的發(fā)展
為了實現(xiàn)潮濕細(xì)粒級物料的深度篩分,篩網(wǎng)的研究也得到足夠的重視。如流齒篩網(wǎng)、變徑篩網(wǎng)、電熱篩網(wǎng)、弛張篩網(wǎng)、琴弦篩網(wǎng)、棒條篩網(wǎng)等。高分子材料如聚胺脂、橡膠、尼龍也用于制造篩網(wǎng)。在這些篩網(wǎng)中琴弦篩網(wǎng)曾一度得到普遍重視,10年前琴弦篩是唯一能夠進行細(xì)粒級粘濕物料深度篩分的設(shè)備。這種篩網(wǎng)由多根柔性篩絲(多股鋼絲繩、單根彈簧鋼絲)順煤流方向在篩網(wǎng)框架上張緊裝配而成。
    篩網(wǎng)鋼絲受到篩體振動的激勵,在跟隨主振頻率振動的同時自身由于彈性拉伸變形而產(chǎn)生幅度較大的二次相對振動,這樣篩上物料獲得很高的透篩率,粘附在篩絲上的粘性煤泥受到比主振頻率更大的振動加速度的作用,加上物料對篩絲的沖刷作用,使得琴弦篩網(wǎng)具有很強的自清理能力,徹底解決了細(xì)粒級粘濕物料深度篩分的堵孔難題。但是琴弦篩在應(yīng)用中由于篩絲處于強力拉緊狀態(tài),其壽命極短,有時一班就要換一套篩網(wǎng),使用成本高,生產(chǎn)維護工作量繁重。同時篩絲容易松弛,篩分精度、限上率很低,不能滿足化工、電力等行業(yè)的要求。
3　彈性振桿篩的工作原理
    針對粘濕細(xì)粒級原煤干法深度篩分技術(shù)領(lǐng)域存在的諸多問題,我們對振動篩的振動形式、篩體結(jié)構(gòu)、篩網(wǎng)結(jié)構(gòu)作了大量的調(diào)查研究。在用普通篩網(wǎng)進行深度篩分的過程中發(fā)現(xiàn):壓裝不牢的篩網(wǎng)和能夠隨意跳動的篩絲周圍,粘性物料透篩較為順利。為此,對其機理進行了研究,并用平板車輻條制作了早期的振動桿篩板,進行了工業(yè)性實驗,使用效果令人振奮。經(jīng)過不斷的改進、深入的理論研究以及諸多工業(yè)應(yīng)用,到現(xiàn)在振桿篩整機以及彈性桿篩板結(jié)構(gòu)、工裝夾具已經(jīng)設(shè)計完善,成為粘濕物料深度篩分的定型產(chǎn)品。
    綜采設(shè)備的應(yīng)用使原煤中的末煤、水分含量增加,末煤與煤泥的含水量在7%～15%時粘性最大,水分子與粘性煤泥之間相互鏈接形成粘性鏈條,粘性鏈接向空間發(fā)展形成粘性料團。要打破料團的粘性鏈接,篩網(wǎng)必須具有很強的自身清理能力。彈性振桿篩采用振動碰撞型篩板,振動桿和篩板框架壁采用少約束的大孔隙配合,因而振動桿在一定空間內(nèi)可活動自如。當(dāng)篩板隨篩體主振頻率和振幅振動時,具有較大剛度,一定質(zhì)量和慣性的振動桿與篩板框架在振動方向發(fā)生碰撞,并隨著物料的沖刷作用產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動。由于碰撞作用使篩桿具有比振動篩更大的振動強度,無阻尼裝配和振動桿的彈性變形使其具有更大的振動幅度,其旋轉(zhuǎn)作用又防止了粘結(jié)料團的堆積增大,振動桿的彈性變形勢能在碰撞結(jié)束后轉(zhuǎn)化為加速物料運動的動能,所有這些功能打破了粘結(jié)物料之間的粘性鏈接,物料受到的振動力大于粘附篩桿的粘附力,振動桿碰撞、旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)化為篩絲擠壓、切割粘性料團的加速度,使粘濕物料能夠松散、分層并順利透篩,篩分運動得以正常進行。振桿篩具有以下特點:
(1)振動桿篩板具有很強的自身清理作用,防止了篩網(wǎng)的粘堵,有效地解決了粘濕原煤深度篩分難題,3mm原煤深度篩分已在山西煤炭進出口公司成功運行半年。
(2)對各種物料適應(yīng)性強、篩分效率高,通常在85%以上。處理能力強,在同等篩分條件下處理能力是普通篩機的兩倍左右。
(3)振動桿篩之所以具有很強的自清理作用,是因為彈性桿篩絲除隨篩體主振頻率振動外,還做附加的碰撞振蕩、彈性彎曲變形和自身旋轉(zhuǎn)運動,這4種運動的復(fù)雜合成賦予了振動桿篩很強的自清理能力,這是振動桿篩能夠進行粘濕物料深度篩分的實質(zhì)。
(4)振動桿采用優(yōu)質(zhì)高碳合金鋼材并經(jīng)熱處理加工,具有較大的剛性,變形較小,篩分精度比琴弦篩、梯流棒條篩高,通常限上率(或限下率)小于6%(可調(diào)),能夠滿足化工、電力等部門使用。
(5)振動桿在篩板孔中處于自由梁狀態(tài),不受附加外力的彎曲和拉伸,因而壽命成倍提高,約為半年左右。振動桿篩絲更換方便,篩框可重復(fù)使用,大大降低維護工作量和使用成本。
(6)振動桿篩板不僅可以配套系列振桿篩主機,而且可以對用戶原有振動篩進行配套改造。振動桿篩板為塊狀結(jié)構(gòu),有利于振桿篩的大型化發(fā)展,適合當(dāng)今振動篩大型化的趨勢。
4　彈性振桿篩的應(yīng)用實例
    由于彈性振桿篩具有自清理、篩分精度相對較高、篩分效率高、篩網(wǎng)壽命長等諸多優(yōu)點,得到了煤炭、電力、化工等行業(yè)的青睞。陳四樓礦選煤廠主要工藝流程為原煤分級入洗,原設(shè)計13mm為入洗下限,礦井投產(chǎn)后發(fā)現(xiàn)地質(zhì)賦予條件與設(shè)計不符,煤質(zhì)變化較大,末煤灰分偏高,經(jīng)濟效益損失較大。為降低末煤灰分,確定入洗下限為8mm,即小于8mm的末煤直接作為最終產(chǎn)品銷售,大于8mm的塊煤進入跳汰機洗選。由于該礦原煤水分一般在8%～10%之間,粘性大,這種情況下若使用常規(guī)普通篩網(wǎng)進行干法篩分,現(xiàn)場篩分表明13mm的分級已很難進行,需要人工不斷清理篩面,8mm的篩分堵孔嚴(yán)重、篩面糊死。1999年初該礦采用振動桿篩板對其2臺ZDS1894等厚篩進行了8mm深度篩分技術(shù)改造,其篩分效率達到86.71%,限下率為9.2%,限上率為4.6%,篩分效果良好。由于13～6mm高灰分粒級煤的分離,使末原煤的灰分下降了近2%,提高了煤質(zhì)和發(fā)熱量,銷售利潤增加;同時13～8mm粒級作為塊煤入洗,塊煤入洗量增加,精煤產(chǎn)率提高了8%,年增加收入1600多萬元,經(jīng)濟效益顯著,并且減輕了工人的勞動強度。
5　結(jié)語
    經(jīng)過不斷改進和優(yōu)化設(shè)計,振桿篩已形成系列化,振桿篩板的掉桿、卡桿故障得到了解決。振桿篩板適用于以圓振動和直線振動為主體的分級篩的改造,而針對現(xiàn)場設(shè)計的振桿篩整機更能發(fā)揮出其優(yōu)良的性能。實踐證明,彈性振桿篩是粘濕細(xì)粒級原煤進行深度篩分的新一代篩機,已達到國際先進水平,是我國科技人員獨創(chuàng)的、具有較高科技含量的篩型,基本解決了原煤深度篩分的難題,已在全國上百家煤炭、電力、化工企業(yè)使用,給企業(yè)帶來明顯的經(jīng)濟效益。

參考文獻:
[1]　陳國平.彈性碰撞桿篩板在洗煤廠的應(yīng)用[J].選煤技
術(shù),1999,(4).
收稿日期:2001-10-24
作者簡介:左廣斌(1970-),男。1990年7月畢業(yè)于上海交通大學(xué)
機械工程系?，F(xiàn)為中國礦業(yè)大學(xué)信電學(xué)院在讀研究生,在兗礦集團
物資部設(shè)備科從事物資供應(yīng)工作,工程師。