GE水煤漿氣化煤漿制備棒磨機的改造及運行總結

(神華包頭煤化工有限責任公司，內蒙古 包頭 014010)

神華包頭煤化工有限責任公司甲醇中心煤漿制備采用江陰市亞特機械制造有限公司制造的濕式溢流鼓形給料棒磨機，共有6臺，滿負荷運行時5開1備；是國內外運行規模最大數量最多單機能力最強的磨煤系統，磨煤7 500 t/d。可是，在原始開車過程中出現了好多問題，如達不到設計能力、漏漿嚴重、振動大等一系列讓人頭疼的問題。經過我們的不懈努力，不斷地優化，實現了棒磨機的穩定、可靠運行，為后系統的穩定生產打下了良好的基礎。

1 棒磨機的工作原理

1.1 鋼棒與煤在磨機內部的運動分析

在磨機中，破碎介質的運動狀態與筒體的轉速和破碎介質與筒體襯板的摩擦系數有關。我們在磨機的選型時選擇了鋼襯板，以增加鋼棒與筒體、煤的相互摩擦，更大限度使磨機得到高的出力率。磨機在恒定的轉速下旋轉，內部的鋼棒與煤順筒體旋轉方向轉一定的角度在離心力的作用下以拋物線的軌跡運行；當鋼棒與煤被拋到一定高度克服不了自身重力與堆積角時快速落下，煤與鋼棒相互擠壓研磨，如此不斷反復，在煤漿添加劑的作用下形成一定濃度一定級配的水煤漿。

1.2 磨機筒體襯板的選擇

磨機的筒體襯板一般分為兩種，一種是鋼襯板，另一種是橡膠襯板。鋼襯板材質為70SiMnMo，耐磨性能好，不容易破碎，鋼棒對煤的研磨性能好，能夠磨出合格級配的水煤漿，但容易從固定螺栓孔泄漏煤漿。采用橡膠襯板，筒體密封性能好，不容易泄漏，但在磨機旋轉過程中鋼棒與橡膠襯板之間有反沖擊性，對磨煤不利，會降低磨機的出力率，并且橡膠經過多次碾壓，撞擊粉碎會堵塞滾筒篩，弊大于利。所以，選擇鋼襯板更有利于棒磨機性能的發揮。

1.3 棒磨機的工藝流程

由煤貯運系統來的小于10 mm的碎煤進入煤貯斗后，經稱量給料機稱量送入磨機。粉末狀的添加劑由人工送至添加劑地下槽中，溶解成一定濃度的水溶液，由添加劑地下槽泵送至添加劑槽中貯存，并由添加劑泵送至磨機中。添加劑槽可以貯存若干天使用的添加劑。添加劑槽底部設有蒸汽盤管，冬季維持添加劑溶液溫度在20～30 ℃，以防凍結。甲醇廢水、低溫變換冷凝液、循環上水和灰水送入研磨水槽，正常生產時用灰水來控制研磨水槽液位，當灰水不能維持研磨水槽液位時，才用循環上水來補充。工藝水由研磨水泵加壓經磨機給水閥控制水量送至磨機。煤、工藝水和添加劑一同送入磨機中，研磨成一定粒度分布的濃度60%～65%合格的水煤漿。水煤漿經滾筒篩濾去3 mm以上的大顆粒后溢流至磨機出料槽中，完成棒磨工作。

2 棒磨機的結構特點與技術特性

(1)磨機為單室中心排料棒磨機，主要由溜槽進料裝置、回轉部、出料裝置、主傳動裝置、主軸承裝置、慢速驅動裝置、潤滑系統、筒體頂起裝置、電控系統、管路系統及加棒機等組成。

(2)水煤漿棒磨機回轉部筒體里面裝有粉磨介質棒，粉磨原料由溜槽進料裝置進入回轉部鼓形給料器強制進料，從進料中空軸內襯料口送入磨機筒體內，電動機經聯軸器、減速器、氣動離合器、大小齒輪裝置帶動裝有介質棒的筒體旋轉，物料受到介質棒的撞擊以及棒之間和棒與筒體襯板之間的粉磨，被粉磨后的物料(即氣化水煤漿)從排料中空軸內襯料口溢流，流入出料裝置中的滾筒篩，篩下物(即氣化水煤漿)從密封下罩溜管進入煤漿攪拌槽，篩上雜物從排渣口排出，熱氣從出料裝置排氣口排出。

(3)回轉部由筒體、進出料端蓋、襯板等零件組成。筒體采用優質碳素鋼焊接而成，進、出料端蓋采用ZG270-500材料制造。筒體內主襯板采用耐磨性能優良的合金鑄鋼襯板。進、出料口與端蓋之間襯有硅酸石棉繩填料。筒體、端蓋和襯板間設有耐酸堿橡膠墊，筒體端蓋外設有密封墊，可有效防止滲漏。

(4)主軸承裝置采用動靜壓滑動軸承，軸瓦采用錫基軸承合金，軸承密封采用引進技術環形密封，確保無泄漏。主軸承出油管預留雙金屬溫度計管座(帶套管)；每個主軸承上裝有兩個端面熱電阻，測量軸瓦的溫度；滑動軸承工作表面上鑄有巴氏軸承合金層，合金層下面埋設有蛇形冷卻水管，能有效冷卻合金層；軸瓦與軸承座之間呈線接觸，以便磨機轉動時調位。

(5)主傳動裝置中主電機與主減速機之間采用彈性柱銷聯軸器，主減速機與小齒輪間采用氣動離合器，小齒輪材質為40CrMnMo鍛件，大齒輪材質為ZG42CrMo。大、小齒輪精度不低于GB/T10095-88要求的9-8-8級的規定。小齒輪表面經淬火處理、磨機齒輪經熱處理后，大齒輪布氏硬度不小于250BHN、小齒輪布氏硬度不小于320BHN。

(6)慢速驅動裝置，用于磨機檢修及更換襯板，啟動主電機前用慢驅盤車，以達到松動物料之目的。電氣保護實現與主電機互鎖。筒體下部設有筒體頂起裝置，以方便安裝和檢修，同時減少停磨后筒體因自重產生撓度而引起不良的后果。為減輕工人的勞動強度，主機增設電動加棒裝置，保證加棒到位。

(7)棒磨機出料口設置不銹鋼滾筒篩，篩子內焊有軸向大顆粒溢流螺旋導料板，并配置沖洗水接管。棒磨機有一個軸向(溢流)出料口，防止大量不合格物料積聚在滾筒篩內。

(8)潤滑油站所有設備和儀表，均安裝在一個共用底座上，所有同用戶相連接的水管線均帶配對法蘭、密封墊片、螺栓、螺母。潤滑油系統管線、管件、閥門采用不銹鋼材質，墊片均采用金屬纏繞墊或四氟墊。油站冷卻器采用可拆板式換熱器，棒磨機軸承溫度、油溫應滿足要求，各回油管上設有觀察視鏡。油系統焊縫采用氬弧焊打底，不得有焊渣；對接焊縫要焊透，光滑過渡，不得有殘留物。

(9)φ4.3×6 m棒磨機技術參數

① 溜槽進料裝置：溜槽材質 Q235-A，焊接件；進水口尺寸 DN150。

② 回轉裝置：筒體(內徑×壁厚×長度)φ4 300×45×6 000 mm；筒體材質 Q235-C；進、出料端蓋材質 ZG270-500；襯板及連接件，筒體襯板及端面合金鋼襯板硬度≤HB229(按GB231)、磨損速率0.003 5 kg/t(煤)，襯板連接件材質Q235-A；筒體有效容積76 m3；研磨介質，鋼棒材質 65Mn、磨損速率0.005 kg/t(煤)，鋼棒規格φ75 mm、φ65 mm、φ50 mm(具體按煤種定)，質量比30∶40∶30，最大裝棒量170 t，推薦裝棒量140 t；筒體轉速(恒定轉速)12.75 r/min；鼓形給料器進料尺寸φ600 mm。

③ 出料裝置：沖洗水口尺寸DN50；滾筒篩外形尺寸φ2 800×2 400 mm(篩孔3×20 mm)；篩體為梯形條篩，材質為321不銹鋼；開孔率45%；大顆粒比例0.008%；出漿口尺寸DN600。

④ 主傳動裝置：電動機型號YKK710-8，功率1 500 kW(IP55 F)，電壓10 kV，額定轉速743 r/min；減速機類型為單級硬齒面減速箱，型號H1SH19；傳動齒輪副(GB/T10095-88 9-8-8級)，大齒輪材質ZG42CrMo、硬度≥250BHN，小齒輪材質40CrMnMo、硬度≥320BHN，傳動軸承為滾動軸承；聯軸器高速端為彈性柱銷聯軸器，低速端為氣動離合器。

⑤ 慢速驅動裝置：電動機型號Y225M-8(IP55 F)，功率22 kW，電壓380 V，額定轉速730 r/min；減速機類型為圓柱齒輪減速機，型號NZS620；聯軸器為彈性柱銷聯軸器。

⑥ 主軸承裝置：主軸瓦材質ZchSnSb11-6/ZG270-500；主軸瓦冷卻水耗量3 m3/h×2。

⑦ 潤滑系統：高壓油泵供應商為德國哈威；主軸承高低壓油站型號GNY160；主減速機稀油站型號NY100；齒輪噴霧潤滑裝置型號S53883-6。

⑧ 筒體頂起裝置(專用工具)。

⑨ 電控系統：電氣元件供應商為施耐德、ABB、西門子；PLC供應商為西門子。滿足設計方總的技術要求。

⑩ 加棒機(專用工具)配套電動機：型號YCJ112-11-279；功率11 kW(IP55 F)；電壓380 V；滑差轉速279 r/min。

3 棒磨機存在的主要問題與解決途徑

神華包頭煤化工有限責任公司煤制烯烴裝置是世界上首套試范型裝置，棒磨機從單機重量、出力率、性能、體積上來講都史無前例。裝置的大型化給設備制造帶來了很大的困難，其投運以來存在很多問題，我們在生產中不斷摸索、不斷改進，取得了良好的效果。現就解決的主要問題一一進行論述。

3.1 磨機筒體漏漿

由于鋼棒與筒體襯板長時間撞擊，棒磨機筒體固定螺栓處經常出現漏漿，導致煤漿進入齒輪箱，破壞齒輪的潤滑，長時間運轉，會磨損大小齒輪而造成齒輪的跟切現象。為避免造成較大的損失，必須經常停車檢修清理大小齒輪內的煤漿；并且系統無法滿負荷運行，幾乎每周都需對512條螺栓進行預緊一次。磨機停車頻繁、檢修工作量大，給工藝操作帶來很大的不便。不時還有螺栓被剪斷的現象。最糟糕的是，開6臺磨機都無法保證4臺氣化爐的滿負荷運行，生產上很被動，并直接影響了后續系統的穩定運行。在公司領導關注下，我們到兄弟單位進行考察，仔細分析泄漏機理，經過反復論證、試驗，決定對原來的密封件進行更換。大家一致認為，原來的密封結構設計不合理，其彈性塊太厚，將密封壓蓋壓在密封墊上用螺栓預緊后，密封壓蓋與筒體始終無法接觸，由此把剛性連接的密封變為彈性連接密封，在鋼棒連續撞擊筒體襯板時，螺栓會慢慢松動而導致水煤漿泄漏。改造后，把密封塊放在密封殼體內，計算好密封塊的彈性模量，使得在螺栓完全緊固后壓蓋與密封殼體正好與磨機筒體緊密結合，且在鋼棒的撞擊下不會變松，從而達到徹底密封而杜絕泄漏。實踐表明，我們的分析是合理的，在改造完后的3 a中基本上消除了泄漏問題，只需要每季度集中緊一次螺栓，就能夠保證磨機的正常運行；并將原來M39×3梯形螺栓的材質由Q234B改為15CrMo，避免了螺栓因強度不夠而被剪斷。

3.2 鼓形給料系統頻繁出現問題

圖1 鼓形給料系統設計圖

鼓形給料系統是棒磨機進料的關鍵部位，圖1是其原始設計圖紙。由于磨機的轉速慢，給料部分的螺旋板角度設計不合理，且原先設計的進磨機灰水管口設置在下部，這樣，經常出現入口堵煤現象，影響磨機的運轉，需要停車處理；此外，件6與件1密封處經常出現漏煤現象。通過分析，我們將進磨機灰水的管口上移至磨機入口管的中上部，用水給煤一定的沖洗力；將螺旋板的螺旋角度增大，并在件1的末端焊接延伸板防止物料的外漏。改造后2 a的運行實踐表明，再沒有出現過開車時堵料的現象。

3.3 經常出現亂棒現象

原始開車時，不定時就會出現亂棒現象。筒體規格φ4 300×6 000 mm，磨機鋼棒尺寸(長)5 900～5 950 mm。經過認真分析,鋼棒的兩端離磨機筒體的尺寸(25～50 mm)有問題，這樣短的距離，在旋轉過程中棒與棒相互撞擊，相對長的棒會與筒體端面襯板發生沖突，有時會架空，而只要有一根棒架空，整臺磨機鋼棒馬上就會亂成一團，磨機無法運行下去。經幾次試驗，磨機鋼棒的尺寸調整為5 850±5 mm后,就能夠保證磨機正常運行。

在4 a多的運行過程中，還總結了其他一些經驗。磨機運行3個月左右后，化驗分析發現水煤漿級配下降，與設計偏離。設計水煤漿產品粒度分布為8目(2 380 μm)、14目(1 410 μm)、40目(420 μm)、200目(74 μm)、大于325目(<44 μm)標準篩的通過率(wt)分別為100%、98%～100%、90%～95%、60%～70%、25%～35%。發現煤漿的粒度變化很大，如粒度>325目的煤漿從開始運行時的25%～35%上升到35%～40%。經過多方面的分析，是由鋼棒變細造成的；有的鋼棒發生彎曲及斷裂，這也是造成亂棒的又一個誘因。經過4 a時間的摸索，小于φ25 mm的鋼棒需定期撿出，防止斷棒、亂棒；并對65Mn圓鋼棒的硬度做了明確說明，采購時要求不經過調質處理表面硬度就達到HB240～HB280(因為有的鋼廠經過熱處理后，鋼棒強度會降低，整體性能下降，建議出廠前不進行熱處理)。經過一系列整改后，目前磨機運行平穩。

3.4 滾筒篩出現條篩斷裂與跑漿現象

3.4.1滾筒篩條篩斷裂

在裝置投產的1 a時間里，經常出現條篩入口處篩條斷裂散架，導致滾筒篩無法運行。多次與制造廠家交流，我們提出自己的觀點，認為篩的輪轂強度不夠，在旋轉過程中發生扭曲變形而篩條斷裂散架；其次是篩的頭部偶爾發生斷裂，是由于大顆粒在滾筒篩筒體與篩縫隙處堆積結垢而把條篩磨斷。其后，根據我們的建議，制造廠家改進了滾筒篩(見圖2)。并且，我們定期清理大顆粒，就再沒發生過滾筒篩條篩斷裂現象。

圖2 滾筒篩結構示意

3.4.2滾筒篩出現跑漿現象

普遍認為，跑漿現象是由于折流擋板的高度不合適或者煤漿粘度增大、大顆粒堵塞引起的，但根本原因是篩條截面的形狀不當。原滾筒篩外形尺寸φ2.8×2.4 m，篩孔尺寸3×20 mm；梯形條篩，上截面2.5 mm、下截面1.3 mm、高度3.4 mm；導料板高70 mm，導料距500 mm。而棒磨機生產指標要求，不通過大于3 mm的煤粒；原設計是梯形條篩，下截面與下截面之間的距離是3 mm，這樣，部分小于3 mm的顆粒也無法通過，不斷被導料板截流，慢慢就出現了跑漿現象。最后，我們把篩孔尺寸改為4.5×20 mm，這樣，既保證了不跑漿，又讓大于3 mm的煤粒不會通過。

4 結 語

神華包頭煤化工有限責任公司煤化工裝置在商業化運行的4 a多的時間里，通過我們的不懈努力，無論是與生產廠家交流，還是我們自己細心地琢磨，通過對棒磨機的工作原理、工藝流程、結構特點與技術特性的分析，針對設備出現的異常情況，進行相應的改造，取得了良好的效果。很多煤化工廠家都來考察、學習，特別是筒體漏漿問題的解決，得到業內一致的認可。