青龍寺選煤廠原煤分級篩篩下溜槽的優(yōu)化改造

王德記，李 軍

(國能榆林能源有限責(zé)任公司，陜西 榆林 719300)

溜槽是一種依靠煤炭自身重力自流作用來輸送物料的設(shè)備。在選煤生產(chǎn)中，大多數(shù)洗選設(shè)備與儲運設(shè)施之間都是通過溜槽連接。根據(jù)輸送物料的性質(zhì)、連接設(shè)備間的相對位置，溜槽可采取不同的角度和布置方式，以達到煤流順暢、使用壽命長、簡潔美觀、檢修方便、安全生產(chǎn)的目的[1-4]。在選煤生產(chǎn)中，溜槽的作用不容小覷，溜槽角度、結(jié)構(gòu)形式、內(nèi)襯材質(zhì)、斷面尺寸等都關(guān)乎煤流的順暢與否，進而影響到整個生產(chǎn)系統(tǒng)的連續(xù)平穩(wěn)運行。

1 存在問題及分析

青龍寺選煤廠是一座設(shè)計能力為5.0 Mt/a的礦井型選煤廠，主要入選青龍寺礦井原煤(3.00 Mt/a)和部分外購原煤(2.00 Mt/a，汽車運輸)。該廠入選煤種主要為不黏煤(BN31)和長焰煤(CY41)，具有低灰、低硫、中高揮發(fā)分、高熱值、穩(wěn)定性好等特性，是良好的動力用煤和化工用煤。

該廠原煤準備系統(tǒng)工藝流程為：入選前，原煤先由2臺SLO4373單層雙段香蕉篩進行150/13 mm分級，>150 mm塊煤經(jīng)手選后破碎至150 mm以下，與150～13 mm原煤合并，由帶式輸送機運至主廠房淺槽重介分選機分選；<13 mm末原煤由篩下漏斗式溜槽(203C、204C)收集，經(jīng)208#刮板輸送機轉(zhuǎn)載后運至產(chǎn)品倉儲存，直接作為混煤銷售。

由于青龍寺選煤廠原煤水分較高(約13%)，且矸石泥化現(xiàn)象嚴重，因此原煤較為濕黏，易造成<13 mm末原煤在篩下溜槽內(nèi)掛壁、糊堵，甚至堵塞，生產(chǎn)時每天都需要停機進行清理疏通作業(yè)。清理疏通作業(yè)一般由3人完成，每次用時2～3 h，勞動強度高，安全隱患大，不僅影響生產(chǎn)運行的連續(xù)性，降低原煤處理量，且清理時系統(tǒng)其他設(shè)備只能空載運行，造成人力、財力、物力資源的浪費。

針對上述問題，對溜槽糊堵、掛壁的原因進行了研究與分析，認為主要原因為以下兩方面：

(1)物料性質(zhì)。該廠末原煤水分較高，且原煤中存在易泥化的泥巖夾矸，從而造成<13 mm末原煤黏性較大，易黏附在溜槽內(nèi)壁。由于物料特性是不可改變因素，因此若想解決問題，需要從工藝或設(shè)備方面著手。

(2)溜槽設(shè)計問題。該廠原設(shè)計篩下溜槽示意圖如圖1所示。由圖1可以看出，其設(shè)計不合理之處在于：一是在溜槽內(nèi)設(shè)置了多層緩沖臺，由于末原煤粒度小，顆粒自身重力小，多層緩沖臺的設(shè)置使得煤流趨于分散，減緩了煤流運動速度，從而加劇了末原煤在溜槽內(nèi)壁的黏附；二是溜槽角度設(shè)計不甚合理，原設(shè)計溜槽沿刮板長度方向兩側(cè)板角度為69°，另外兩側(cè)板角度分別為63°、65°，四面兩兩交匯處空間角分別為57°、59°，雖然該角度處于運送<13 mm物料溜槽的可用角度范圍(55°～60°)，但并沒有在優(yōu)選角度范圍(60°～70°)之內(nèi)[1-2]，加之<13 mm末原煤中<6 mm部分占比為73.87%，且原煤較為濕黏，溜槽角度更不能完全按照運送<13 mm物料的可用角度選取，而是應(yīng)當(dāng)在此基礎(chǔ)上增大。此外，該溜槽內(nèi)壁鋪設(shè)了鑄石板，由于鑄石板表面較為粗糙，摩擦阻力較大，也會加劇末原煤在其上的黏附。

圖1 原設(shè)計篩下溜槽結(jié)構(gòu)示意圖

2 優(yōu)化改造措施[5-9]

2.1 優(yōu)化原則

(1)溜槽角度應(yīng)結(jié)合物料的粒度和運動速度、溜槽長度和斷面尺寸等因素綜合考慮，當(dāng)溜槽長度>2.5 m時，角度應(yīng)該加大1°～5°。

(2)溜槽角度應(yīng)比運送常規(guī)物料時的溜槽角度大5°。對于水分較大、以0為粒度下限的末煤，溜槽角度宜大不宜小，必要時還要在過煤面鋪設(shè)磨擦系數(shù)小的耐磨襯板。

(3)采用超高分子聚乙烯或不銹鋼耐磨襯板的溜槽時，溜槽角度可適當(dāng)減小3°～5°。

(4)若物料中塊煤的含量遠低于粉煤的含量時，溜槽角度應(yīng)按運送接近粉煤粒度的物料選取。

2.2 溜槽結(jié)構(gòu)優(yōu)化

該廠原煤分級篩篩下溜槽分為上下兩段，中間通過法蘭連接，為了不過度改造，只去掉了其中5組緩沖臺，僅對溜槽下段(圖1中高度標(biāo)注為2 156 mm段)進行優(yōu)化改造。具體作法為：

(1)去掉圖1(a)溜槽內(nèi)部綠線圈出的5個緩沖臺，只留其余4個緩沖臺。這樣既不影響篩機結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，又可以確保布料均勻，同時還能增大落煤高差，提高煤流速度，利用煤流運動慣性實現(xiàn)溜槽內(nèi)壁的自清潔。

(2)優(yōu)化溜槽下段角度，增大下料口寬度。沿刮板寬度方向，將溜槽下料口尺寸增大至1 000 mm，這樣兩側(cè)板的傾角可調(diào)整為70°、68°。同時沿刮板長度方向，將溜槽的排料口改為垂直狀態(tài)，使下料口寬度擴大至2 494 mm，以避免下料不暢。

優(yōu)化改造后的溜槽結(jié)構(gòu)如圖2所示。經(jīng)優(yōu)化改造，溜槽下料口尺寸由原來的600 mm×1 000 mm增大至1 000 mm×2 494 mm，溜槽角度也相應(yīng)增大至優(yōu)選角度范圍：沿刮板寬度方向兩側(cè)板的角度分別增大至70°、68°，沿刮板長度方向兩側(cè)板角度均變?yōu)?0°，從而確保了溜槽下料的順暢。

圖2優(yōu)化后篩下溜槽結(jié)構(gòu)示意圖

2.3 耐磨襯板選擇

在導(dǎo)致溜槽糊堵的因素中，溜槽內(nèi)壁的光滑度也是一個不可忽視的重要因素。選擇合適的耐磨襯板，提高溜槽內(nèi)壁的光滑度，有助于減輕溜槽糊堵、掛壁程度。

目前，適合作為溜槽襯板的材質(zhì)有鑄石板、耐磨復(fù)合剛玉襯板、超高分子聚乙烯板材、耐磨鋼板等，各種材質(zhì)的耐磨性、耐腐蝕性、表面光滑度以及價格均不相同，因此根據(jù)輸送物料特性和應(yīng)用場景選擇合適的耐磨襯板尤為重要。

鑄石板價格便宜，具有良好的耐磨、耐腐蝕性能，其耐磨性能比鋼板、鑄鐵高很多倍。但是，鑄石板易碎，不適合用于輸送硬度、塊度均較大的煤和矸石。

耐磨復(fù)合剛玉襯板的耐磨、耐沖擊性不如鑄石板，但其鋪設(shè)簡單，厚度小，表面光滑美觀，因此適用于沖擊力較小的場合。

超高分子聚乙烯板材的耐磨、耐腐蝕性能良好，摩擦系數(shù)低，物料在其表面的滑動性能好，防噪效果也較好。但是，此種材質(zhì)表面容易起毛面，必須在工廠定做后運輸，施工難度較大[10-11]。

耐磨鋼板可分為幾類：①低合金結(jié)構(gòu)鋼板(Q345)，碳含量≤0.2%，錳含量為1%～1.6%，具有較為良好的焊接性能、工藝性能和機械性能，耐大氣腐蝕，機械強度較高；②高強度耐磨鋼板(NM360)，抗磨損能力強，耐磨性是低合金結(jié)構(gòu)鋼板的3～5倍，其合金含量低，易于焊接， 其中NM360、NM400、NM550系列的耐磨性能分別是普通鋼板的2、2.5、4倍以上；③不銹鋼鋼板，摩擦系數(shù)低，表面光滑，料流在其上流動性較好，可以用于防腐蝕、防銹、防磁化的場所，但在選擇時應(yīng)考慮其焊接性能，此外其價格較貴，大量鋪設(shè)時需考慮經(jīng)濟成本[12-13]。

部分材料性能對比見表1。

表1 部分材料性能比較

目前，該廠203C、204C溜槽內(nèi)襯采用的均為鑄石板，現(xiàn)場使用效果不佳。分析認為，<13 mm末煤對溜槽內(nèi)壁的沖擊力雖然不大，但由于該廠原煤濕黏，因此應(yīng)選擇摩擦系數(shù)小，物料在其上流動性好的耐磨襯板。綜合考慮價格因素，最終選擇了超高分子聚乙烯耐磨襯板，將溜槽下段的鑄石板襯板換成了超高分子聚乙烯耐磨襯板。

2.4 輔助防堵措施

2.4.1 安裝振動電機

振動電機能夠產(chǎn)生周期性的振動力，可緩解溜槽內(nèi)部的糊堵狀態(tài)。為此在溜槽側(cè)壁安裝了2臺振動電機，安裝位置如圖2(a)所示。

振動電機可以采用就地控制方式或PLC集中控制方式。就地控制方式簡單，由現(xiàn)場操作人員啟動電機，每次啟動時間不宜過長，以30 s/次為宜，可通過多次啟停振動電機，來實現(xiàn)對溜槽內(nèi)部糊堵物料的疏通清理。

若將振動電機信號接入全廠PLC控制系統(tǒng)，則可通過PLC控制系統(tǒng)實現(xiàn)振動電機的自動控制，電機啟動后運轉(zhuǎn)30 s關(guān)閉，經(jīng)過設(shè)定的間隔時長后再次自動啟動，如此不斷間歇循環(huán)工作，即能起到活化溜槽內(nèi)物料的作用，從而減少末煤在內(nèi)壁的黏附，最終實現(xiàn)溜槽的定期自動清理。

2.4.2 安裝紅外對射防堵監(jiān)測裝置

為及時監(jiān)測溜槽內(nèi)部的動態(tài)信息，還增設(shè)了紅外對射防堵監(jiān)測裝置。該裝置安裝在溜槽易堵部位兩側(cè)，并將紅外對射傳感器與振動電機信號關(guān)聯(lián)，在溜槽通暢的情況下，發(fā)射端發(fā)射信號，接收端接收信號，控制回路正常運轉(zhuǎn)；如果發(fā)生堵塞，紅外光柱斷開，接收端無法接收到紅外信號，聲光報警裝置就會發(fā)出報警，由現(xiàn)場工作人員就地控制振動電機或由PLC控制系統(tǒng)自動啟動振動電機進行清堵工作。當(dāng)紅外光柱連續(xù)時，振動電機即可停止運行[14-15]。

3 優(yōu)化改造效果

溜槽優(yōu)化改造前后經(jīng)濟效益對比見表2。由表2可知，在優(yōu)化改造之前，定期人工清理成本、空轉(zhuǎn)運行電費以及停產(chǎn)造成的經(jīng)濟損失高達132.22萬元/a。優(yōu)化改造后，末原煤在溜槽內(nèi)掛壁、糊堵問題得到了有效解決，不必再需人工頻繁清理疏通溜槽，不僅降低了工人的勞動強度，而且排除了安全隱患，同時確保了生產(chǎn)系統(tǒng)的連續(xù)運行?？鄢锊蹆?yōu)化改造費用15.30萬元/a，年可節(jié)省生產(chǎn)成本116.92萬元。

表2 優(yōu)化改造前后經(jīng)濟效益對比

4 結(jié)語

影響煤炭在溜槽內(nèi)流動性的因素眾多，有煤質(zhì)特性(主要是粒度、水分)、溜槽角度、溜槽結(jié)構(gòu)型式、耐磨襯板材質(zhì)等。建議在進行溜槽設(shè)計時綜合考慮上述各因素，在特殊情況下還可采取設(shè)置振動器等輔助防堵措施。青龍寺選煤廠針對原煤濕黏造成的末原煤在篩下溜槽掛壁、糊堵嚴重的問題，通過對溜槽進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，更換耐磨內(nèi)襯，增設(shè)振動電機和紅外對射防堵監(jiān)測裝置等措施，有效解決了溜槽堵塞問題，年可節(jié)約生產(chǎn)成本116.92萬元，經(jīng)濟效益明顯。