劉 陽

(北京中煤誠瑞礦業(yè)工程技術(shù)有限公司, 北京 100043)

當前, 我國動力煤洗選方式以分級入洗為主, 即大于25 mm(或大于13 mm)塊煤采用淺槽重介質(zhì)分選機排矸, 小于25 mm(或小于13 mm)末煤采用重介旋流器分選或旁路不入洗直接供電廠使用。 分級入洗方式能夠充分發(fā)揮淺槽分選塊煤處理量大、 效率較高、 加工費用相對較低的優(yōu)勢, 同時也能充分發(fā)揮重介旋流器分選末煤時分選精度高的優(yōu)勢。 為實現(xiàn)分級入選, 在分選前原煤需進行25 mm(或13 mm)分級。 但隨著采煤機械化程度的提高, 井下原煤煤粉含量增加, 同時井下為改變工作環(huán)境通常采用噴水除塵, 也使得原煤外在水分進一步提高, 有些礦區(qū)原煤水分已達12%～14%, 給篩分分級作業(yè)帶來很大困難。

據(jù)以往選煤廠使用經(jīng)驗, 香蕉篩、 博后篩在對潮濕細粒級物料的分級作業(yè)中經(jīng)常出現(xiàn)堵孔、粘孔現(xiàn)象, 導(dǎo)致篩分效率急劇降低(13 mm 干式篩分篩分效率一般為65%～70%)[1], 篩上物料限下率增加, 很大一部分小于13 mm 的末煤會成為篩上物進入塊煤分選作業(yè), 影響分選精度, 并給介質(zhì)回收和后續(xù)的煤泥水處理工作帶來難題。為解決潮濕細粒原煤深度篩分的難題, 首先應(yīng)對堵孔、 粘孔現(xiàn)象進行分析, 以找出解決方案。

1 篩面堵孔、 粘孔問題的分析

1.1 堵孔

顆粒穿過篩孔成為篩下物的過程稱為透篩,顆粒的透篩概率與顆粒大小和篩孔尺寸有關(guān)[2],見式(1)所示:

式中: P(A)為透篩概率,%; L 為篩孔邊長,mm; d 為顆粒直徑, mm; a 為篩絲直徑, mm。

從式(1)發(fā)現(xiàn), 對于一定的篩面, 篩絲直徑a、 篩孔邊長L 及開孔率都是常數(shù), 只有顆粒直徑是變量。 因此可看做透篩概率P(A)是d/L 的函數(shù)。 隨著顆粒直徑接近篩孔尺寸, 透篩概率逐漸降低, 并趨于零。 這部分顆粒直徑與篩孔尺寸相近, 顆粒進入篩孔并達到一定的夾緊力時, 顆粒不能脫離而堵住篩孔。 堵孔顆粒有一定的粒度, 該范圍與篩孔尺寸、 篩絲直徑以及物料與篩絲之間的摩擦系數(shù)有關(guān)。

1.2 粘孔

顆粒越細, 比表面積愈大, 顆粒表面能愈高。 而任何自發(fā)的過程都是自由能降低的過程,因此, 在水的表面張力和煤泥粘附力的作用下,細粒煤結(jié)團、 粘絲是一個自發(fā)的過程。

進行篩分時, 當細小顆粒的外在水分由擺動狀態(tài)過渡到鏈鎖狀態(tài)時[3], 細小顆粒因表面的水化膜張力和泥質(zhì)的粘性力粘在一起, 有的雖然呈分散的個體, 但各自也有粘連的性質(zhì), 因此顆粒在表面張力和粘附力作用下連成一體, 易與篩絲發(fā)生非彈性碰撞, 粘附在篩絲上, 形成低密度的真空間隙, 水化膜和煤的粘性力使得毛細孔不透氣, 因此外界的大氣壓大于內(nèi)部壓力, 使煤泥穩(wěn)定地落在篩絲上。 尤其在篩面的菱角、 死角地帶, 細小顆粒更易堆料、 結(jié)團, 最終在篩孔上形成一張覆蓋膜, 堵塞篩孔。

潮濕細粒物料在不同材料篩面上的粘附情況也不同[4], 如圖1 所示。 從圖中可知, 物料在聚氨酯篩面上的粘附厚度最小, 在其他材料上粘附厚度較大, 在碳素鋼及合金鋼材質(zhì)的篩面上粘附現(xiàn)象嚴重。 因此, 對于潮濕細粒煤炭篩分時, 選擇合理篩面材質(zhì)可有效減輕粘孔現(xiàn)象。

圖1 潮濕物料在不同材質(zhì)表面的粘附厚度

2 弛張篩的工作原理

弛張篩的一個顯著特征是它打破了篩分機械剛性篩面不做相對運動的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式。 這項特征使弛張篩不僅具有大振幅、 大振動強度和可變形篩孔, 同時由于篩面的加速度變化幅度較大且加速度的峰值也很高, 再加上篩面處于不斷變形過程中, 使物料獲得足夠大的加速度以沖破粘結(jié)的絮團, 解決粘孔難題[5]。 另外, 篩分動力學(xué)研究發(fā)現(xiàn)[6], 隨著篩面寬度的增加會使篩面應(yīng)力在篩分過程中變得平緩, 有利于提高篩面的使用壽命[7]。 而且篩機整體的振動強度與普通圓振動篩相當, 這為弛張篩大型化奠定了基礎(chǔ)。

目前選煤廠應(yīng)用較多的弛張篩有德國的Liwell 型弛張篩、 奧地利的賓得弛張篩、 伯特利弛張篩、 秦皇島優(yōu)格瑪弛張篩等。 下面以優(yōu)格瑪弛張篩為例, 闡述弛張篩的工作原理。

優(yōu)格瑪弛張篩是在傳統(tǒng)的直線振動篩基礎(chǔ)上發(fā)展而來的, 外形結(jié)構(gòu)見圖2。 振動方式是由單一驅(qū)動產(chǎn)生的雙重振動。 基本的振動源是電機帶動激振器產(chǎn)生的直線振動, 附加的振動是由浮動篩框產(chǎn)生的二次振動。 通過彈性連桿傳動使浮動篩框與篩箱做相差180°的反復(fù)運動。 彈性聚氨酯篩面的兩端分別安裝在浮動篩框的橫梁和篩箱橫梁上, 在篩分過程中, 篩框運動帶動彈性聚氨酯材料制成的篩面作快速、 周期性地翹曲—弛張運動, 使篩孔不斷地產(chǎn)生變形, 從而能使篩面產(chǎn)生較大的加速度(30 ～50g)[8], 通過篩面將加速度傳遞給整個物料群, 使物料充分松散、 分層、透篩。

圖2 優(yōu)格瑪弛張篩外形結(jié)構(gòu)

圖3 是兩種極限位置時的篩面弛張運動情況示意圖, 圖的上半部分表示篩箱Ⅰ橫梁1、 3 處于“右死點” 位置, 而浮動篩框Ⅱ橫梁2、 4 處于“左死點” 位置, 當橫梁1 和2 以及橫梁3 和4 的間距為最小時, 其間的篩面呈松弛下垂狀態(tài);此時橫梁2 和3 的間距為最大, 其間的篩面張緊并拉伸。 圖3 下半部分所示與上述情況剛好相反, 篩箱Ⅰ處于 “左死點”, 而篩箱Ⅱ則處于“右死點”, 隨著篩箱Ⅰ和篩箱Ⅱ的周期作用, 各段篩板也出現(xiàn)周期性的松弛和張緊運動。

圖3 篩面弛張運動示意

3 弛張篩應(yīng)用案例

3.1 寧東選煤廠

寧東選煤廠為動力煤選煤廠, 原設(shè)計為大于13 mm 塊煤采用重介淺槽分選, 小于13 mm 末煤采用重介旋流器分選。 由于寧東礦區(qū)原煤具有水分高、 粘度大的特點, 原采用博后篩、 香蕉篩在13 mm 分級過程中存在易堵篩孔、 篩分效率低的問題, 影響生產(chǎn)的連續(xù)性。 因此, 各分廠原煤分級篩的篩縫均由13 mm 調(diào)整至25 mm, 僅大于25 mm 粒級入洗或作為篩塊煤銷售, 25 ～13 mm 粒煤則混入末煤作為電煤銷售, 造成極大浪費。 鑒于此, 礦區(qū)用賓得公司KRL/DD3000×10 雙層弛張篩替代了原分級篩。 改造前后參數(shù)對比見表1。

表1 博后篩、 弛張篩參數(shù)對比

改造后, 不僅解決了堵孔問題, 篩分效率也得到保障, 而且降低了淺槽的入選下限, 分選后25～6 mm 洗精粒直接銷售, 每年為礦區(qū)提高收益超過10 億元[9]。

3.2 張集選煤廠

隸屬于淮南礦業(yè)(集團) 有限責任公司的張集選煤二廠, 設(shè)計生產(chǎn)能力為5.5 Mt/a, 煤質(zhì)特點為末煤含量大、 原煤濕度和粘度較大, 不易篩分[10]。 原采用ZXF3673 型香蕉篩進行10 mm 分級, 篩孔經(jīng)常堵塞, 分級效果差, 造成帶末煤入洗。 2012 年2 月初, 張集選煤二廠對該設(shè)備進行改造, 選用KRL/ED 3 m x×7 m 賓得弛張篩替換了原香蕉篩。 更換后煤樣篩分數(shù)據(jù)見表2。

表2 更換弛張篩后煤樣篩分數(shù)據(jù)

根據(jù)表2 計算得, 更換弛張篩后篩分效率為88.8%, 比改造前篩分效率79.22%提高了9.58個百分點。 此外, 改造后設(shè)備運行平穩(wěn)、 噪聲低、 物料不粘篩面、 免清理, 徹底解決了篩孔堵塞、 維護工作量大的問題, 也大大改善了煤泥水系統(tǒng)運行狀況, 提高了選煤廠經(jīng)濟效益。

4 結(jié) 語

在介紹潮濕細粒原煤篩分現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上, 通過對細粒物料堵孔、 粘孔問題的分析, 結(jié)合弛張篩的工作原理以及現(xiàn)場應(yīng)用, 總結(jié)出以下結(jié)論:

(1)目前選煤廠廣泛應(yīng)用的細粒分級篩在工作時存在堵孔、 粘孔的現(xiàn)象, 致使篩分效率降低, 限下率增加, 影響分選精度, 并給介質(zhì)回收和煤泥水處理帶來壓力。

(2)不同材料的篩面粘附情況不同, 聚氨酯材料篩面粘附性小, 對解決粘孔現(xiàn)象有利。

(3)弛張篩篩面具有大振幅、 大振動強度(最大可達50g)以及篩孔可不斷變形的特點, 這些運動參數(shù)能沖破顆粒間的粘結(jié)力, 解決潮濕細粒物料堵孔、 粘孔的難題, 提高篩分效率, 同時由于其結(jié)構(gòu)特點, 使篩機的壽命得到保證。

(4)通過現(xiàn)場與香蕉篩和博后篩對比, 弛張篩不僅篩分效率高, 而且還具有能耗低, 維修量少等特點。