干法型煤加工設(shè)備
——預(yù)壓螺旋的改造與實(shí)踐

李 亞，劉鑫鑫，孫豐濤，王子建

(兗煤藍(lán)天清潔能源有限公司潔凈煤廠，山東 鄒城 273500)

目前，市面上型煤加工工藝以河北為代表的濕法型煤加工和以兗礦集團(tuán)為代表的干法型煤加工為主。濕法型煤加工是將無(wú)煙煤[1]和蘭炭破碎后加入一定量的水和粘結(jié)劑壓制成型，而干法型煤加工是將煙煤破碎成120目左右的粉狀物料后配入一定比例的添加劑直接送入成型機(jī)內(nèi)壓制成型。無(wú)論哪種型煤工藝，成型機(jī)對(duì)入料前的原材料密度、水分、團(tuán)聚狀態(tài)、布料方式和吃料量均有著不同的要求。預(yù)壓螺旋作為進(jìn)入壓輥的最后一級(jí)設(shè)備，在整個(gè)成型工藝中擔(dān)負(fù)著核心作用，在干法型煤加工工藝中更是如此。

煤粉幾乎不具備粘附性，添加的復(fù)合添加劑主要起到固硫[2]、降硝作用，也不具備粘附性。型煤加工工藝中通過(guò)把煤粉和復(fù)合添加劑研磨成細(xì)粉，再通過(guò)氣力輸送系統(tǒng)輸送至高壓對(duì)輥成型機(jī)前級(jí)緩沖倉(cāng)內(nèi)，最后經(jīng)由斗式提升機(jī)和螺旋輸送至成型機(jī)內(nèi)壓制成型煤。在這種輸送方式和粉體性質(zhì)的雙重影響下，添加劑又采用超細(xì)粉，致使成型機(jī)原料在輸送過(guò)程中混入大量氣體。從微觀上來(lái)看，分子在范德華力[3]的作用下產(chǎn)生了團(tuán)聚效應(yīng)難以充分摻混均勻，無(wú)法在壓縮過(guò)程中將其緊密結(jié)合起來(lái)從而變得密實(shí)。成型機(jī)緩沖倉(cāng)因受到廠房高度限制也無(wú)法使物料在倉(cāng)內(nèi)形成穩(wěn)定物料層和有效的堆積高度，無(wú)法完成成型機(jī)原料的自行排氣。

經(jīng)測(cè)試，原料經(jīng)氣力輸送后密度為0.58 g/mL，水分為4.2%；經(jīng)現(xiàn)有預(yù)壓螺旋輸送后密度僅為0.67 g/mL，水分為4.1%，粉體密實(shí)度較低，含水量少，因此在成型機(jī)的超高壓力下，潔凈型煤壓制過(guò)程經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)氣爆現(xiàn)象，造成壓制成型率低，甚至損傷設(shè)備。研究一種在預(yù)壓給料過(guò)程中排出煤粉中氣體的煤粉預(yù)壓給料裝置是本領(lǐng)域目前需要解決的技術(shù)問(wèn)題。

1 成型機(jī)來(lái)料分析

1.1 廠內(nèi)輸送系統(tǒng)

潔凈煤廠現(xiàn)用生產(chǎn)系統(tǒng)采用半密相氣力輸送系統(tǒng)將混合好的成品物料輸送至成型車間一級(jí)緩沖倉(cāng)，輸送壓力0.15 MPa，用氣量為28.4 m3/min。成型車間成型機(jī)一級(jí)緩沖倉(cāng)為錐形倉(cāng)體，容量50 m3；二次緩沖倉(cāng)為非規(guī)則性儲(chǔ)倉(cāng)，容量16 m3，倉(cāng)體上均配有收塵系統(tǒng)，用于解決因打料產(chǎn)生的揚(yáng)塵問(wèn)題。

1.2 原料物理狀態(tài)變化

選取氣力輸送入料口前方、成型車間一級(jí)緩沖倉(cāng)下方為兩個(gè)取樣點(diǎn)，分別測(cè)試原料密度[4]和水分。經(jīng)測(cè)試，原料經(jīng)氣力輸送后密度為0.58 g/mL，水分為4.2%；經(jīng)現(xiàn)有預(yù)壓螺旋輸送后密度僅為0.67 g/mL，水分為4.1%。通過(guò)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，原料經(jīng)氣力輸送后，密度降低，水分基本變化不大，原料中有大量輸送氣體進(jìn)入。

1.3 原料特性

成型機(jī)原料為破碎后的原料煤粉與超細(xì)粉添加劑的混合物，潔凈煤生產(chǎn)現(xiàn)使用煤粉粒度為0.125～0.25 mm，添加劑為2 500目超細(xì)粉，都具備粉體的特性，即比表面積大、易反應(yīng)處理，具有流動(dòng)性，可實(shí)現(xiàn)壓縮、分散、混合、成型等形狀改變，易分離處理四個(gè)特點(diǎn)。根據(jù)上述來(lái)料分析測(cè)試結(jié)果可知，可利用原料的可壓縮性提升原料密度。

2 預(yù)壓螺旋輸送機(jī)設(shè)計(jì)改造

2.1 動(dòng)力驅(qū)動(dòng)部

成型機(jī)前期運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，驅(qū)動(dòng)裝置負(fù)載僅為額定電流的1/5，無(wú)法起到對(duì)物料的壓縮作用，因此利用減速機(jī)輸出軸角度改變預(yù)壓螺旋中心軸輸送角度，增大對(duì)煤粉做功(見(jiàn)圖1)。同時(shí)，螺旋葉片與壁面間隙保持12 mm，保障兩個(gè)獨(dú)立螺旋中心線間距成統(tǒng)一變比遞減，以降低電機(jī)做功所要克服的阻力，避免因螺旋葉片間距互相影響導(dǎo)致的電機(jī)負(fù)載增大風(fēng)險(xiǎn)和壓縮比過(guò)大導(dǎo)致的物料“抱軸”事件。

2.2 中部緩沖倉(cāng)

中部緩存料倉(cāng)是預(yù)壓螺旋的緩沖倉(cāng)。前期使用中發(fā)現(xiàn)，緩存料倉(cāng)與預(yù)壓螺旋結(jié)合處普遍出現(xiàn)設(shè)備漏粉現(xiàn)象。通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，預(yù)壓螺旋在工作過(guò)程中會(huì)使原料中的氣體釋放出來(lái)，氣體上升使其倉(cāng)內(nèi)形成微正壓，從而使密封面受損、出現(xiàn)冒粉現(xiàn)象。為此，在緩沖倉(cāng)上部增開(kāi)了放氣孔，孔口采用高密網(wǎng)紋布密封并接有收塵管道，收集因成型機(jī)原料自重排料而產(chǎn)生的氣體和落料產(chǎn)生的揚(yáng)塵。

緩沖倉(cāng)上部原布置有寬200 mm、長(zhǎng)500 mm、與地面夾角55°的斜槽漏料口。當(dāng)上部螺旋給料量增大時(shí)，斜槽下料口出現(xiàn)了物料下料困難、被壓實(shí)堵塞的情況。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，潔凈煤廠現(xiàn)使用原料止息角為65°，且上部來(lái)料裝置的下料口寬度為170 mm，中部采用軟連接。當(dāng)物料下料量增大時(shí)，物料因溜槽[5]下料坡度不足導(dǎo)致淤積在軟連接處，并受擠壓后密實(shí)。為此，將落料口由原來(lái)的斜口溜槽改為290mm×540mm×150mm的垂直溜槽，有效避免了因落料堆積而導(dǎo)致的堵料問(wèn)題。

原料通過(guò)時(shí)間：s=ν0t+at∧2/2=0.15 m解得：t=0.124 s。

原料通過(guò)量：G=abcρt1φ=0.29m×0.54m×0.15m×0.58t/m3×29033s×0.5=198t。

溜槽通過(guò)能力遠(yuǎn)大于實(shí)際使用量，滿足要求。

2.3 預(yù)壓排氣部

下部預(yù)壓裝置采用變徑垂直輸送螺旋完成輸送工作，預(yù)壓螺旋倉(cāng)體成倒錐形布置。運(yùn)行中取樣測(cè)試發(fā)現(xiàn)，通過(guò)預(yù)壓螺旋擠壓后物料密度僅為0.67 g/mL，物料在經(jīng)由變徑[7]輸送時(shí)物料中的氣體沒(méi)有有效的途徑可以及時(shí)釋放。通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，潔凈煤廠現(xiàn)用原料為120目左右的煤粉，決定在預(yù)壓排氣部外壁布置孔徑為0.1 mm的排氣矩陣塊；內(nèi)部設(shè)置深度、寬度均為10 mm的方型排氣槽，周圈布置；螺旋螺間距離采用比例壓縮，葉輪間距31°、24°、27°、30°四級(jí)間距，最后一級(jí)螺旋間距采用放散型設(shè)計(jì)，出口兩側(cè)布置防側(cè)溢背板，以防止因物料壓縮比過(guò)大而導(dǎo)致的堵料、漏料問(wèn)題。見(jiàn)圖2。壓縮比計(jì)算：n=η(πr12)/(πr22)=0.65×π×249.22/(π×159.42)=1.58。理論壓縮后物料密度：ρ=0.67n=1.06 g/mL。

圖2 預(yù)壓排氣部設(shè)計(jì)示意

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

將潔凈煤廠現(xiàn)有14號(hào)成型機(jī)作為預(yù)壓螺旋技改試驗(yàn)樣機(jī)，通過(guò)模擬生產(chǎn)時(shí)邊上料邊生產(chǎn)模式，液壓站壓力設(shè)定為18～19 MPa，與未技改前測(cè)試時(shí)壓力設(shè)定一致；調(diào)試14號(hào)成型機(jī)設(shè)備參數(shù)，對(duì)比技改前后14號(hào)成型機(jī)產(chǎn)能及型煤成品數(shù)據(jù)，進(jìn)行系統(tǒng)分析論證。見(jiàn)表1。

表1 技改前后14號(hào)成型機(jī)工作參數(shù)

從表1可以看出，成品型煤平均質(zhì)量提升3.07 g/塊，成品完好率提升至80%，冷壓強(qiáng)度[6]不小于400 N/個(gè)的成品保持在80%左右，平均冷壓強(qiáng)度為651.75 N/個(gè)，落下強(qiáng)度[7]提升至75.91%，成型機(jī)產(chǎn)能提高到8.75 t/h，接近設(shè)備理論產(chǎn)能10 t/h。

4 改造效果

(1)從成型機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)工況來(lái)看，預(yù)壓螺旋技術(shù)改造后，型煤壓制成型過(guò)程中更容易達(dá)到物料平衡狀態(tài)，保證型煤生產(chǎn)的連續(xù)性、穩(wěn)定性。

(2)輔助設(shè)備不變，預(yù)壓螺旋技術(shù)改造后，成型機(jī)產(chǎn)能提升約4.18 t/h，確認(rèn)了預(yù)壓螺旋均勻布料性研究方案的正確性。

(3)從樣品平均質(zhì)量、落下強(qiáng)度及完好率來(lái)看，解決了預(yù)壓螺旋排氣不暢對(duì)成品質(zhì)量的影響，成品成型效果得到顯著提高。

5 結(jié)束語(yǔ)

均勻布料穩(wěn)定性對(duì)潔凈煤廠現(xiàn)用高壓干法成型機(jī)的成型效果有著顯著影響。在垂直輸送粉料的設(shè)備中，排出干燥粉料中的氣體，防止物料中空斷層，保持壓制成型過(guò)程中的物料平衡，得到的成品完好率高，成型設(shè)備的生產(chǎn)效率也更高。