于 馳，王新文，宮三朋，趙國(guó)鋒，林冬冬，徐寧寧

(中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京) 化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，北京 100083)

目前我國(guó)大部分礦區(qū)的動(dòng)力煤具有粉煤量大、水分高以及隨粒度減小灰分降低的特點(diǎn)。動(dòng)力煤選前深度篩分工藝是近幾年動(dòng)力煤選煤廠洗選工藝研究的熱點(diǎn)，該工藝是指末煤入選前預(yù)先進(jìn)行3～6mm篩分，篩上產(chǎn)品進(jìn)入重介旋流器分選，篩下粉煤可以作為產(chǎn)品直接供應(yīng)電廠等用戶進(jìn)行發(fā)電[1]。洗選前的深度篩分與重介分選的配合工藝，在排出細(xì)粒粉煤的同時(shí)，增加了煤炭洗選系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性，減小了煤泥水處理系統(tǒng)的壓力，此外，粉煤不進(jìn)入主洗系統(tǒng)也避免了泥化產(chǎn)生次生煤泥的現(xiàn)象，因此，煤炭干法深度篩分對(duì)節(jié)省投資、降低加工成本、減少排放都具有非常重要的意義[2-6]。但是，由于原煤外在水分、黏土礦物、泥土等的存在，使細(xì)粒粉煤在篩分過程中極易出現(xiàn)粘連、團(tuán)聚、板結(jié)的現(xiàn)象，造成篩面堵孔，給深度篩分作業(yè)帶來極大困難，用普通篩分方法具有相當(dāng)大的難度。為了解決潮濕細(xì)粒物料干法篩分過程中的堵孔問題，各國(guó)均開展了干法篩分設(shè)備的研制工作[7，8]，一般而言，細(xì)粒物料干法深度篩分需要設(shè)備具有較大的振動(dòng)強(qiáng)度，即通過增大振幅或提高頻率來提高篩分效果，但提高篩機(jī)振動(dòng)強(qiáng)度的同時(shí)降低了篩機(jī)運(yùn)行的可靠性與壽命。近年來，用于處理13mm以下難篩物料的篩分設(shè)備研制工作已取得了較大的進(jìn)展，出現(xiàn)了滾軸篩、梯流篩、博后篩、弛張篩、琴弦篩、概率篩、高幅篩、介質(zhì)篩、共振篩等設(shè)備，其中弛張篩由于其篩體振動(dòng)強(qiáng)度小，篩面振動(dòng)強(qiáng)度大，可靠性較高，且篩分效果好，自清理能力較強(qiáng)等特點(diǎn)，在選煤廠潮濕細(xì)粒物料深度篩分中得到了廣泛應(yīng)用。

筆者從我國(guó)選煤廠中兩類常用的弛張篩的結(jié)構(gòu)和工作原理入手，比較了兩種篩板的安裝方式，并結(jié)合弛張篩近年來在我國(guó)選煤廠中實(shí)際應(yīng)用情況，對(duì)二者間的性能參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)的分析介紹，為廣大用戶在弛張篩的選擇和使用提供一定的參考依據(jù)。

1 弛張篩結(jié)構(gòu)及工作原理

弛張篩是一種起源于20世紀(jì) 60年代的篩分機(jī)械，篩網(wǎng)由可以伸縮的聚氨酯橡膠材料制成，在工作時(shí)，篩網(wǎng)交替張緊和松弛，使物料產(chǎn)生彈跳運(yùn)動(dòng)，可避免物料粘附篩網(wǎng)并堵塞篩孔，同時(shí)，由于采用了撓性篩板，使物料被拋射加速度達(dá)到重力加速度的30～50倍，因此篩孔不但不易堵塞，而且提高了篩分效率，增大了處理量，在實(shí)際應(yīng)用中，有效的解決了難篩煤的堵孔問題，簡(jiǎn)化了工藝流程，提高了企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益[9-13]。目前，我國(guó)常用的弛張篩主要分為機(jī)械式和振動(dòng)式兩種。

1.1 機(jī)械式弛張篩

機(jī)械式弛張篩又叫曲柄連桿式弛張篩，主要以Liwell弛張篩為代表，如圖1所示，它由兩個(gè)篩框：篩框Ⅰ和Ⅱ組成，其中篩框Ⅱ放入篩框Ⅰ內(nèi)，篩框Ⅱ用隔振彈簧支撐在機(jī)架上，它們之間有吊掛裝置，將篩框Ⅰ平行吊掛在篩框Ⅱ上，同時(shí)該吊掛裝置又可以作導(dǎo)向，使篩框Ⅰ、Ⅱ之間作相對(duì)平行運(yùn)動(dòng)。每個(gè)篩框由兩塊側(cè)板組成，通過橫梁連接一起，聚氨酯篩板兩端分別固定到篩框Ⅰ和Ⅱ的橫梁上。篩框的驅(qū)動(dòng)是電機(jī)通過皮帶輪帶動(dòng)偏心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，偏心軸通過連桿就會(huì)不斷推拉篩框Ⅰ，使篩框Ⅰ和篩框Ⅱ產(chǎn)生相向和相背的交替運(yùn)動(dòng)，由于兩篩框的質(zhì)量近似相等，篩框Ⅱ推拉篩框Ⅰ的同時(shí)，篩框Ⅰ也推拉篩框Ⅱ，所以篩框Ⅰ和篩框Ⅱ相對(duì)振幅是正負(fù)12mm，每個(gè)篩框的絕對(duì)振幅為6mm。當(dāng)篩框Ⅱ推篩框Ⅰ時(shí)，篩框Ⅰ向前運(yùn)動(dòng)6mm，篩框Ⅱ向后運(yùn)動(dòng)6mm，同理，當(dāng)篩框Ⅱ拉篩框Ⅰ時(shí)，篩框Ⅰ向回運(yùn)動(dòng)6mm，篩框Ⅱ向前運(yùn)動(dòng)6mm，安裝在篩框上的橫梁帶動(dòng)柔性的篩板也進(jìn)行交替張緊和松弛，如此，篩面上的物料就會(huì)發(fā)生“彈起—落下—彈起”的循環(huán)過程。機(jī)械式弛張篩的工作頻率為500～600r/min左右。

圖1 Liwell弛張篩結(jié)構(gòu)

1.2 振動(dòng)式弛張篩

振動(dòng)式弛張篩是在傳統(tǒng)的圓振動(dòng)篩或直線振動(dòng)篩上發(fā)展而來的。單一驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生雙重振動(dòng)，即由一個(gè)激振器或激振器組提供兩個(gè)振動(dòng)，基本的振動(dòng)是偏心塊旋轉(zhuǎn)使主動(dòng)篩框產(chǎn)生的圓形或直線振動(dòng)；附加的振動(dòng)是通過剪切彈簧使浮動(dòng)篩框產(chǎn)生的橢圓形振動(dòng)，當(dāng)主浮篩框產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，使兩端分別安裝在固定梁和浮動(dòng)梁上聚氨酯篩板不斷擴(kuò)張、收縮，柔性篩板產(chǎn)生大撓度的變形，從而使篩面上的物料顆粒獲得很高的加速度，最大可達(dá)50g以上，且篩孔不斷地伸縮變形過程中，可有效防止篩孔堵塞，提高物料篩分效率，振動(dòng)式弛張篩的工作頻率大多為800r/min左右，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 振動(dòng)式弛張篩結(jié)構(gòu)

2 弛張篩篩面安裝方式

目前，弛張篩篩面與篩梁的安裝方式有螺栓固定式和卡槽嵌入式兩種[14]，下面詳細(xì)介紹兩種安裝方式的特點(diǎn)。

螺栓固定式安裝：篩板沿篩寬方向布置，篩板兩側(cè)均勻布置螺栓孔，為了確保篩板與篩梁接觸區(qū)受力均勻，篩板通過壓條與篩梁上的螺栓連接，為防止磨損螺栓，上方裝有防磨螺帽，篩網(wǎng)像屋頂?shù)耐咂粯?，一片壓一片重疊放置，如圖3所示。這種安裝方式，篩機(jī)兩側(cè)密封不好，會(huì)有物料側(cè)漏到篩下，此外，篩板采用螺栓固定式安裝會(huì)導(dǎo)致篩面不平，容易阻礙物料流動(dòng)且螺栓容易磨損，拆裝比較麻煩。目前國(guó)內(nèi)使用的弛張篩中Liwell弛張篩的篩板多采用的是螺栓固定式安裝方式。

圖3 螺栓固定式安裝

卡槽嵌入式安裝：篩板沿篩寬方向布置，每根固定梁和浮動(dòng)梁上方均裝有牛角型卡槽，相鄰篩板共用一個(gè)篩面卡槽，兩塊篩板間的縫隙用楔條密封，如圖4所示。弛張篩篩體兩側(cè)的篩面卡槽采用大弧度的牛角設(shè)計(jì)，可有效防止篩上物側(cè)漏到篩下，減少篩下物料錯(cuò)配物含量?？ú矍度胧桨惭b方式拆裝簡(jiǎn)單，更換方便。奧地利賓得，美國(guó)的伯特利，天津奧瑞及秦皇島優(yōu)格瑪?shù)暮Y板安裝大都采用的是卡槽嵌入式安裝方式。

圖4 卡槽嵌入式安裝

3 兩種弛張篩在我國(guó)選煤廠的應(yīng)用

目前，我國(guó)選煤廠中使用的機(jī)械式弛張篩以荷蘭天利威爾Liwell為代表，振動(dòng)式弛張篩主要有：奧地利賓得Binder、美國(guó)伯特利Birtley，天津奧瑞，秦皇島優(yōu)格瑪EuroCMA幾種，現(xiàn)將我國(guó)選煤廠中主要使用幾種弛張篩參數(shù)進(jìn)行匯總，見表1。

表1 我國(guó)選煤廠使用的幾種弛張篩參數(shù)匯總

綜合表1可以看出，機(jī)械式弛張篩為偏心軸驅(qū)動(dòng)，而振動(dòng)式弛張篩均為帶偏心塊的單軸激振器或激振器組來驅(qū)動(dòng)，相對(duì)來說，機(jī)械式弛張篩振幅大、頻率低，依靠“低頻大振幅”達(dá)到了振動(dòng)式弛張篩“高頻小振幅”相同的篩分效果。此外，由于機(jī)械式弛張篩的主浮篩框只有沿篩面方向的運(yùn)動(dòng)，為了達(dá)到與振動(dòng)式相同的處理量，需要加大整個(gè)篩體的安裝傾角；振動(dòng)式弛張篩主動(dòng)篩框?yàn)閳A形或直線運(yùn)動(dòng)，在垂直于篩面方向具有一定的振幅，對(duì)于增大其處理量也有促進(jìn)作用。機(jī)械式弛張篩的振幅相對(duì)穩(wěn)定，其設(shè)備耗能大，滿載物料時(shí)，設(shè)備負(fù)載較大，影響設(shè)備的使用壽命。振動(dòng)式的篩體裝機(jī)功率小，是一種節(jié)能設(shè)備；篩體運(yùn)動(dòng)部件振動(dòng)強(qiáng)度低，所受的慣性力較小，運(yùn)行可靠性高。但是，由于該設(shè)備工作在近共振區(qū)，是一個(gè)不穩(wěn)定的工況區(qū)間，負(fù)載物料會(huì)導(dǎo)致振幅發(fā)生變化，此外，彈性元件—剪切彈簧在極冷極熱條件下，剛度易發(fā)生變化，也會(huì)影響設(shè)備的穩(wěn)定性。

自20世紀(jì)80年代我國(guó)鞍山礦山機(jī)械廠就開始了弛張篩的研究和開發(fā)工作，但由于當(dāng)時(shí)的制造技術(shù)和生產(chǎn)的篩板、剪切彈簧等關(guān)鍵零部件質(zhì)量不過關(guān)，加上對(duì)弛張篩使用的不規(guī)范性，生產(chǎn)出的產(chǎn)品滿足不了設(shè)計(jì)參數(shù)要求，與國(guó)外的弛張篩產(chǎn)品存在較大差距，此外，進(jìn)口的關(guān)鍵零部件價(jià)格比較昂貴，因此，在上世紀(jì)我國(guó)弛張篩的發(fā)展一直處于停滯狀態(tài)。直到2010年前后，弛張篩才進(jìn)入我國(guó)的選煤廠系統(tǒng)，短短幾年，弛張篩在我國(guó)選煤廠得到大力推廣，為企業(yè)帶來了巨額效益，現(xiàn)將我國(guó)選煤廠中弛張篩的應(yīng)用情況進(jìn)行匯總，見表2[15-23]。

3.1 地基動(dòng)負(fù)荷

對(duì)于振動(dòng)式弛張篩，主動(dòng)篩框振幅2A1=7mm，浮動(dòng)篩框振幅2A2=16mm，工作轉(zhuǎn)速n=800r/min，主動(dòng)篩框振動(dòng)強(qiáng)度K1=ω2A1/g=2.50，浮動(dòng)篩框振動(dòng)強(qiáng)度K2=ω2A2/g=5.72，主動(dòng)篩框與地基相連，K1=2.5這是一個(gè)很小的振動(dòng)強(qiáng)度，對(duì)基礎(chǔ)的動(dòng)負(fù)荷和噪聲也會(huì)有明顯優(yōu)勢(shì)；由于浮動(dòng)篩框結(jié)構(gòu)更加緊湊，況且浮動(dòng)篩框是沿篩面方向振動(dòng)，浮動(dòng)篩框振動(dòng)強(qiáng)度K1=5.72，普通的振動(dòng)篩振動(dòng)強(qiáng)度K值在5左右，實(shí)踐表明，浮動(dòng)篩框是可以承受該振動(dòng)強(qiáng)度的。

對(duì)于機(jī)械式弛張篩，篩框Ⅰ和篩框Ⅱ的絕對(duì)振幅A=6mm，工作轉(zhuǎn)速n=600r/min，篩框Ⅰ、Ⅱ的振動(dòng)強(qiáng)度K2=ω2A/g=2.41，篩框Ⅰ和篩框Ⅱ的質(zhì)量接近，相互運(yùn)動(dòng)時(shí)，二者間慣性力可以獲得平衡，只有少部分的慣性力傳給地基，降低了傳給地基的動(dòng)負(fù)荷。

表2 選煤廠弛張篩參數(shù)及應(yīng)用情況

3.2 功率及效率

綜合表1和表2可以看出，目前我國(guó)主要使用的弛張篩還是以振動(dòng)式為主，由于處理能力受入料粒度和分級(jí)粒度影響很大，因此，筆者首先比較的是入料粒度和分級(jí)粒度相同，處理量相同時(shí)兩種弛張篩單位面積消耗的功率。

以河南煤氣集團(tuán)義馬氣化廠使用的LF2.2-8.82/28ED型利威爾弛張篩為例，其篩分面積S=19.40m2，裝機(jī)功率為37kW，其單位面積消耗功率為：ηh=N/S=37/19.40=1.907kW/m2。

河南義馬氣化廠對(duì)入爐原料煤的粒度要求極為嚴(yán)格，粒度范圍為50～6mm，且限下率小于5%。

對(duì)于淮北礦業(yè)祁南礦使用的賓得KRL/ED3×8型振動(dòng)弛張篩，其篩分面積S=24m2，裝機(jī)功率為30kW，其單位面積消耗功率為：ηh=N/S=30/24=1.250kW/m2。

祁南礦選煤廠進(jìn)行煤炭6mm篩分時(shí)，其篩分效率可達(dá)85%以上。

因?yàn)檫x煤廠面積和空間有限，設(shè)備單位(面積)體積處理能力也是考察設(shè)備效率的重要因素。

LF2.2-8.82/28ED型利威爾弛張篩的外形長(zhǎng)寬高為：10600mm×4760mm×6690mm。

面積效率為：

ηs=Q/S=300/(10.60×4.76)= 5.946t/(h·m2)

體積效率為：

ηv=Q/V=300/(10.6×4.76×6.69)=0.889t/(h·m3)

KRL/ED3×8型賓得弛張篩的外形長(zhǎng)寬高為：8489mm×5286mm×4074mm。

面積效率為：

ηs=Q/S=300/(8.49×5.29)= 6.680t/(h·m2)

體積效率為：

ηv=Q/V=300/(8.49×5.29×4.01)=1.666t/(h·m2)

將兩種弛張篩的功率和效率參數(shù)進(jìn)行匯總，結(jié)果見表3。

表3 功率和效率參數(shù)

振動(dòng)式弛張篩與機(jī)械式弛張篩相比，其單位面積消耗功率低，換句話說，在相同篩分面積的前提下，振動(dòng)式弛張篩消耗功率更低，這也驗(yàn)證了振動(dòng)式弛張篩是一種節(jié)能設(shè)備；由于機(jī)械式弛張篩只有沿篩面方向的振動(dòng)，為了達(dá)到相同的處理量，使得其安裝傾角大于后者，此外，其驅(qū)動(dòng)裝置靠近入料端，與在中間位置驅(qū)動(dòng)的振動(dòng)式弛張篩相比，驅(qū)動(dòng)占有部分空間，相同篩分面積下篩體長(zhǎng)度更長(zhǎng)，意味著兩種相同型號(hào)的弛張篩，機(jī)械式的安裝高度更高，在保證入料粒度和分級(jí)粒度一致的前提下，面積效率和體積效率要低于振動(dòng)式，其中，其體積效率僅為振動(dòng)式的一半。

4 結(jié) 論

1)機(jī)械式弛張篩與振動(dòng)式弛張篩結(jié)構(gòu)不同，機(jī)械式驅(qū)動(dòng)裝置靠近入料端，且安裝傾角大，因此，相同篩分面積下具有更高的安裝高度。

2)兩種弛張篩的工作原理不同，機(jī)械式由偏心軸驅(qū)動(dòng)使主浮篩框產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，而振動(dòng)式是利用共振原理，前者設(shè)備穩(wěn)定性更高，但是耗能較大；后者耗能較小。

3)機(jī)械式弛張篩多采用螺栓固定式安裝篩板，振動(dòng)式弛張篩多采用卡槽嵌入式安裝，卡槽嵌入式的安裝方式使結(jié)構(gòu)更加緊湊，拆裝簡(jiǎn)單，更換方便。

4)兩種弛張篩與基礎(chǔ)連接的篩體振動(dòng)強(qiáng)度均較小，此外，機(jī)械式通過慣性力平衡進(jìn)一步減小了傳給地基的動(dòng)負(fù)荷，二者對(duì)地基動(dòng)負(fù)荷都有明顯的優(yōu)勢(shì)。

5)振動(dòng)式弛張篩的單位面積消耗功率比機(jī)械式低，面積效率和體積效率要高于機(jī)械式。