晉城無煙煤研磨設備選型及改進建議

潘 攀

(晉能控股裝備制造集團 煤化工事業(yè)部，山西 晉城 048006)

無煙煤是地球上最年老、煤化程度最深的煤種。晉城礦區(qū)無煙煤因其發(fā)熱量高、固定碳含量高、抗碎強度高、熱穩(wěn)定性高、揮發(fā)分低、水分低、硫分低等優(yōu)點，在化工、電力、冶金、建材、民用等領域廣泛應用，但由于其硬度較強、可磨性較差、磨損性較強，對研磨設備提出了更高的要求[1-3]。

1 典型晉城無煙煤的煤質(zhì)特性

大部分礦區(qū)的晉城無煙煤可磨性較差，磨損性較強，屬難磨煤種。典型的晉城無煙煤煤質(zhì)分析結果如表1所示，其哈氏可磨指數(shù)為34，磨損系數(shù)為2.3，較難磨。

表1 典型晉城無煙煤煤質(zhì)分析

2 無煙煤研磨設備工業(yè)運行情況

常用的碾磨無煙煤的設備主要有球磨機和中速磨。中速磨根據(jù)研磨部件形狀和結構，以及加載方式不同又分為輥—盤式、輥—碗式、球—環(huán)式、輥—環(huán)式。

由于無煙煤研磨難度大，電力行業(yè)研磨無煙煤普遍選用球磨機[4]，在磨制較高比例無煙煤時存在設備磨損嚴重、振動大的問題，且由于運行電耗高(中速磨的2倍以上)、噪聲大、占地面積大，因此并不適用于化工行業(yè)。

采用晉城無煙煤為原料的兩家化工企業(yè)A公司和B公司分別采用輥—環(huán)式和輥—盤式2種中速磨，經(jīng)過不斷摸索，能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定運行，但存在以下問題：

(1)煤粉出力、細度不達標。A公司中速磨設計出力約40 t/h，實際達到34 t/h。出粉粒度5～90 μm平均為70%～75%，與設計值90%有較大出入；B公司設計最大出力73.8 t/h，在實際出力65 t/h下，5～90 μm質(zhì)量百分比能穩(wěn)定在70%～75%。若要提高煤粉合格率，則出力下降；若增加出力，則煤粉合格率降低。

(2) 耐磨件使用壽命短，檢修量大，費用高。晉城無煙煤可磨性差，對設備的磨損性強，對磨盤、磨輥及殼體的磨損和沖刷較其他煤種嚴重。A公司磨煤機運行周期約4 000～5 000 h，即2 a一次大修，1 a一次小修，檢修費用(含輔件)約為70 萬元/a，檢修工作量大，費用高；B公司磨煤機約4 500 h堆焊一次，工作量大，磨機檢修費用約占全廠20%，給企業(yè)造成了很大的負擔。

(3) 加載力大。A公司使用國產(chǎn)輥-環(huán)式中速磨，為三角架加載方式，加載力為9.5～10 MPa，處于較高水平。但由于無煙煤料層摩擦系數(shù)低，加載力不能加得太大，否則會造成磨機振動，且加載力較高，影響磨煤機壽命。

(4) 磨內(nèi)噴水，造成了熱量浪費。B公司由于無煙煤顆粒光滑且水分較設計值偏低，碾磨時料層不穩(wěn)需要噴一定量的水增大粘結力、穩(wěn)定料層，由此必然需要更多的熱量用來干燥，造成了熱量的損失。

(5)密封存在問題，容易漏粉。2個公司都不同程度存在殼體、下架體或磨輥軸承等部位漏粉問題。

(6) 助熔劑對磨機效率有影響。由于無煙煤灰熔點較高，在粉煤氣化工藝中需添加少量助熔劑，以利于其順利排渣[5-7]，但助熔劑在磨煤機中不能及時排出，長時間累積在磨盤上不僅影響研磨效率還會對磨盤磨輥產(chǎn)生磨損。

3 無煙煤研磨的試驗研究

為研究和解決晉城無煙煤的研磨問題，北京電力設備總廠有限公司針對晉城無煙煤開展了試磨試驗，進行了最大出力試驗數(shù)據(jù)分析(見表2)，驗證了無煙煤在平盤錐輥型中速磨上的可磨性，取得了最大出力參數(shù)及穩(wěn)定出力下不同電機功率、轉(zhuǎn)速、加載力、分離器轉(zhuǎn)速、風量及煤粉細度等一系列重要參數(shù)，并通過模擬計算，得出了工業(yè)放大至BRM36型、BRM38型的最大出力分別為62 t/h和 73 t/h。

表2 最大出力試驗數(shù)據(jù)

4 磨機選擇

4.1 球磨機

球磨機物料適應性強，但由于能耗高、噪聲大、占地面積大、基建投入大，在化工行業(yè)不建議采用?，F(xiàn)有的球磨機也有很多被中速立磨所替代。

4.2 輥—環(huán)式立磨

現(xiàn)有的輥—環(huán)式立磨，其加載方式為三角架共同加載，其特有的結構形態(tài)決定了加載力相對小，煤在磨內(nèi)多次循環(huán)碾磨，造成磨機產(chǎn)量明顯降低，且出現(xiàn)研磨細度不能達標等問題[8-10]，因此，不建議采用輥—環(huán)式立磨研磨無煙煤。

4.3 輥—盤式立磨

輥—盤式立磨即平盤錐輥磨，從理論上來講磨輥寬，與磨盤接觸面積更大，碾磨效率較高；另一方面，其磨輥為獨立加載，加載力大(約是MPS立磨的2倍)，研磨能力強，且加載系統(tǒng)具有背壓緩沖功能，有效減少磨機振動，更適合無煙煤的磨制。成本方面，國產(chǎn)平盤錐輥磨成本低于國外品牌磨約30%～40%；售后方面，國內(nèi)廠家的售后更方便、快捷；技術方面，國產(chǎn)平盤錐輥磨在安徽某項目即根據(jù)無煙煤特點設計，且根據(jù)實際運行情況做了相應的改進優(yōu)化。因此，國產(chǎn)平盤錐輥磨更適合研磨晉城無煙煤。

5 改進建議

(1)磨機轉(zhuǎn)速是影響立磨機穩(wěn)定運行的重要參數(shù)之一，降低磨盤的轉(zhuǎn)速有助于形成穩(wěn)定的煤層。

(2)針對無煙煤磨損性強以及助熔劑在磨盤上累積影響研磨效率的情況，需要研究開發(fā)相應更耐磨的材料。另外，還需利用計算機進行仿真計算，確定噴嘴環(huán)的流速和角度，模擬磨機內(nèi)部風場的分布形式和沖刷部位，對重點沖刷部位做高耐磨材料設計，使耐磨件壽命大幅提高。

(3)密封問題不僅直接影響磨煤系統(tǒng)的運行成本，還關乎運行的安全性，現(xiàn)有無煙煤研磨設備都不同程度存在漏粉的現(xiàn)象，還需要加強搖臂、軸承等部位的密封性。

(4)一般來說，化工行業(yè)磨機與配套系統(tǒng)存在壓力、設計不匹配的問題，需要全磨煤系統(tǒng)統(tǒng)一設計、協(xié)調(diào)，使運行更穩(wěn)定，銜接更流暢。

6 結 語

(1)典型的晉城無煙煤可磨性較差，磨損性較強。

(2)球磨機由于電耗高、占地大、噪聲大等不適合于化工行業(yè)，而現(xiàn)有的中速磨在研磨晉城無煙煤時存在煤粉出力、細度不達標，維修周期短、費用高以及漏粉等問題。

(3)針對晉城無煙煤的試磨試驗驗證了無煙煤在平盤錐輥型中速磨上的可磨性。

(4)國產(chǎn)平盤錐輥磨在理論上更適用于研磨晉城無煙煤，且在技術上、售后、成本等方面有較大優(yōu)勢，建議選擇此類磨型。

(5)針對晉城無煙煤特點，還需在現(xiàn)有國產(chǎn)平盤錐輥磨基礎上進行轉(zhuǎn)速、耐磨材料、密封性、系統(tǒng)匹配性等方面的改進和優(yōu)化。