呂本度，閆智海，張斌發(fā)，呂云福

(江蘇秋林特能裝備股份有限公司，江蘇 江陰 214404)

我國現(xiàn)階段及今后一個相當長的歷史階段，“以煤為主”的能源結(jié)構(gòu)決定了我國社會經(jīng)濟發(fā)展對煤炭資源仍然依賴。煤炭消耗量逐年增加導(dǎo)致了我國優(yōu)質(zhì)焦煤、肥煤及優(yōu)質(zhì)動力煤資源日益減少，開采成本日益增高。然而，我國的煤炭資源稟賦條件并不好，低階煤資源豐富，已探明的低階煤資源儲量在2 000 億t以上[1]，約占全國探明煤炭資源儲量的20%，主要分布在新疆和內(nèi)蒙古自治區(qū)。全國第三次煤炭資源預(yù)測結(jié)果表明，以褐煤和低變質(zhì)煙煤(次煙煤)為代表的低階煤約占煤炭預(yù)測總量的45%以上。而低階煤具有低灰、低硫、反應(yīng)活性高等優(yōu)點，是優(yōu)質(zhì)的現(xiàn)代煤化工原料，已成為煤化工氣化用煤的主導(dǎo)煤種，因此，低階煤資源的科學(xué)清潔綜合利用對保障國家能源戰(zhàn)略安全具有重大意義。

1 發(fā)展水煤漿的意義

水煤漿(Coal Water Slurry，CWS)是因20世紀70年代末石油危機而研發(fā)的一種煤代油燃料，后來延伸到煤化工行業(yè)作為氣化原料。一般使用60%～70%的煤、30%～40%的水和少量的添加劑通過物理加工方法得到。水煤漿具有污染低、燃燒效率高、可管道輸送等優(yōu)點，使之成為煤炭潔凈加工利用技術(shù)重要組成部分。經(jīng)過40多年的發(fā)展，水煤漿技術(shù)已經(jīng)非常成熟，并廣泛應(yīng)用于工業(yè)鍋爐燃燒及煤化工轉(zhuǎn)化等多種領(lǐng)域。隨著我國科學(xué)綜合煤炭清潔加工與轉(zhuǎn)化利用的力度不斷增大，以及現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)體系的迅猛發(fā)展，具有技術(shù)先進、安全性高、運行穩(wěn)定、國產(chǎn)化程度高等優(yōu)勢的水煤漿氣化技術(shù)必然獲得更大的推廣應(yīng)用，水煤漿將具有更廣泛的發(fā)展空間和前景。

水煤漿研磨設(shè)備——濕式棒磨機屬高能耗裝備，在目前節(jié)能減排，綠色生產(chǎn)大環(huán)境的前提下，如何降低能耗，提高效率是煤炭加工利用裝備制造企業(yè)亟需攻克的難題。

2 水煤漿濕式棒磨機研磨原理

水煤漿濕式棒磨機回轉(zhuǎn)部筒體里面裝有研磨介質(zhì)(鋼棒)，研磨原料由溜槽進料裝置進入回轉(zhuǎn)部，從進料中空軸內(nèi)襯入料口送入棒磨機筒體內(nèi)，電動機經(jīng)聯(lián)軸器、減速器等傳動裝置帶動裝有介質(zhì)的筒體旋轉(zhuǎn)，物料受到介質(zhì)的撞擊以及介質(zhì)之間和介質(zhì)與筒體襯板之間的研磨，被研磨后的物料(即水煤漿)從排料中空軸內(nèi)襯料口流出，進入出料裝置中的滾筒篩，篩下物即為水煤漿從出料下罩溜管進入煤漿出料槽，篩上雜物從排渣口排出，熱氣從出料裝置上排氣口排出。棒磨機筒體內(nèi)研磨示意如圖1所示。

圖1 棒磨機筒體內(nèi)研磨示意

因此，濕式棒磨機筒體內(nèi)部的研磨效率和產(chǎn)能、噸漿能耗息息相關(guān)，提高棒磨機筒體內(nèi)部的研磨效率，能顯著提高產(chǎn)能，降低能耗。

3 濕式棒磨機磨筒體襯板提升角優(yōu)化

對磨礦設(shè)備的研究是從研磨體的動態(tài)運動軌跡著手(主要針對干法粉磨)，分析計算出研磨體研磨物料效率最大的磨內(nèi)工況。但從計算的結(jié)果與實際工況比較來分析，其出入較大，這也給設(shè)計人員帶來較大的困惑。

在干法粉磨相關(guān)資料中，無論是拋落狀態(tài)、滯落狀態(tài)，還是拋滯混合狀態(tài)，從動態(tài)流體力學(xué)、能量守恒分析等方面，都給設(shè)計人員設(shè)計粉磨設(shè)備提供了理論研究的基礎(chǔ)。

結(jié)合干法粉磨的這些理論知識和多年現(xiàn)場實際工況，提出濕式棒磨機研磨襯板設(shè)計時需修正的幾個方面。

(1)需考慮研磨體動態(tài)時相互干涉的影響；

(2)需考慮襯板提升角對配套功率的影響；

(3)濕法棒磨煤機還應(yīng)考慮磨內(nèi)漿體粘度對研磨體運行規(guī)律的抑制作用。

基于以上幾個要點，設(shè)計濕式棒磨機磨煤機磨內(nèi)結(jié)構(gòu)參數(shù)時，結(jié)合現(xiàn)場工況，發(fā)現(xiàn)磨況效率較高時，需首先確定研磨體的提升角。經(jīng)多年經(jīng)驗比對，根據(jù)力矩平衡并考慮研磨體動態(tài)運行時相互干涉等條件，列出關(guān)于磨內(nèi)襯板摩擦系數(shù)與研磨體提升角的關(guān)系式(1)，此式與現(xiàn)場實際工況非常接近。

式中：f為襯板摩擦提升系數(shù)；Ω為研磨體弓形圓心角；θ為研磨體提升角；k為磨機比轉(zhuǎn)速。

根據(jù)理論設(shè)計，結(jié)合現(xiàn)場實際工況，確定研磨體提升角取值θ取30°～35°之間最合適。

通過計算驗證確定了研磨體的提升角后，設(shè)計適合于研磨體的襯板形狀，制定濕式棒磨機有效直徑及合適的研磨體填充率，使得濕式棒磨機研磨效率倍增。波形襯板如圖2所示。

圖2 波形襯板

4 應(yīng)用效果

4.1 改造項目

萬華化學(xué)(寧波)有限公司使用3臺φ3.8m×5.8m濕式棒磨機，單臺設(shè)計產(chǎn)量38～42 t/h(干基)，實際運行產(chǎn)量約36 t/h(干基)左右。該公司棒磨機是由我國其它公司制造，由于產(chǎn)能幾年未能達標，尋求進行改造。經(jīng)對該濕式棒磨機技術(shù)研究后，對其襯板進行了更換。按照上述原理，設(shè)計了不同于其原結(jié)構(gòu)的襯板形狀，將鋼棒原摩擦角由4.6°改為12°，原提升角由22.5°增加到30°，在其它工況條件不變的情況下，其產(chǎn)量增至50 t/h(干基)。改造后，該公司由原來的3臺全開，實現(xiàn)了2開1備的合理工況。表1為改造前后生產(chǎn)情況對比。

表1 改造前后對比

由表1可知，該濕式棒磨機改變襯板提升角后產(chǎn)能提高了38%，噸漿能耗降低了38%。

4.2 新項目

傳統(tǒng)的濕式棒磨機筒體內(nèi)部襯板有28～36個波峰，在改變了濕式棒磨機襯板提升角后，新型濕式棒磨機筒體內(nèi)部襯板有48～56個波峰。理論上，在磨機恒定轉(zhuǎn)速下，新型濕式棒磨機筒體每旋轉(zhuǎn)1圈，研磨介質(zhì)在濕式棒磨機筒體內(nèi)部所作的功是傳統(tǒng)濕式棒磨機筒體的1.16倍。

中鹽安徽紅四方股份有限公司，其某二期項目采用φ4.5×6.0棒磨機。按設(shè)計院規(guī)定，裝機1 800 kW，滿負荷產(chǎn)量80 t/h(干基)。2 a多的運行情況：磨機產(chǎn)能80 t/h(干基)，200目含量大于60%，325目含量大于40%。以上情況均優(yōu)于設(shè)計院要求的參數(shù)，運行功率約1 075 kW，干基能耗約13.4 kW·h/t。表2為傳統(tǒng)型襯板設(shè)計和新型襯板設(shè)計對比。

表2 傳統(tǒng)型襯板設(shè)計和新型襯板設(shè)計對比

由表2可知，新型濕式棒磨機鋼棒負荷在80%的情況下就能滿足生產(chǎn)需求，噸漿能耗降低16%，并且能節(jié)約20%的鋼棒使用量。

5 結(jié) 語

濕式棒磨機筒體襯板在改變提升角角度后，在多個項目運行后的數(shù)據(jù)表明，能有效地達到增產(chǎn)、降耗的目的，采用該節(jié)能型襯板結(jié)構(gòu)能耗降低約16%。為煤化工企業(yè)制漿能耗節(jié)能、提高經(jīng)濟效益和煤炭綠色清潔利用起到關(guān)鍵應(yīng)用示范作用，并正在向全國煤化工企業(yè)推廣應(yīng)用。