弛張篩在細(xì)粒原煤篩分作業(yè)的分析及應(yīng)用

劉 陽(yáng)

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

當(dāng)前, 我國(guó)動(dòng)力煤洗選方式以分級(jí)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(jī)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(jí)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(fèi)用相對(duì)較低的優(yōu)勢(shì), 同時(shí)也能充分發(fā)揮重介旋流器分選末煤時(shí)分選精度高的優(yōu)勢(shì)。 為實(shí)現(xiàn)分級(jí)入選, 在分選前原煤需進(jìn)行25 mm(或13 mm)分級(jí)。 但隨著采煤機(jī)械化程度的提高, 井下原煤煤粉含量增加, 同時(shí)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(jìn)一步提高, 有些礦區(qū)原煤水分已達(dá)12%～14%, 給篩分分級(jí)作業(yè)帶來(lái)很大困難。

據(jù)以往選煤廠使用經(jīng)驗(yàn), 香蕉篩、 博后篩在對(duì)潮濕細(xì)粒級(jí)物料的分級(jí)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(huì)成為篩上物進(jìn)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(lái)難題。為解決潮濕細(xì)粒原煤深度篩分的難題, 首先應(yīng)對(duì)堵孔、 粘孔現(xiàn)象進(jìn)行分析, 以找出解決方案。

1 篩面堵孔、 粘孔問(wèn)題的分析

1.1 堵孔

顆粒穿過(guò)篩孔成為篩下物的過(guò)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(jiàn)式(1)所示:

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

從式(1)發(fā)現(xiàn), 對(duì)于一定的篩面, 篩絲直徑a、 篩孔邊長(zhǎng)L 及開(kāi)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(jìn)入篩孔并達(dá)到一定的夾緊力時(shí), 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(xì), 比表面積愈大, 顆粒表面能愈高。 而任何自發(fā)的過(guò)程都是自由能降低的過(guò)程,因此, 在水的表面張力和煤泥粘附力的作用下,細(xì)粒煤結(jié)團(tuán)、 粘絲是一個(gè)自發(fā)的過(guò)程。

進(jìn)行篩分時(shí), 當(dāng)細(xì)小顆粒的外在水分由擺動(dòng)狀態(tài)過(guò)渡到鏈鎖狀態(tài)時(shí)[3], 細(xì)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(gè)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(xì)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(xì)小顆粒更易堆料、 結(jié)團(tuán), 最終在篩孔上形成一張覆蓋膜, 堵塞篩孔。

潮濕細(xì)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(yán)重。 因此, 對(duì)于潮濕細(xì)粒煤炭篩分時(shí), 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(gè)顯著特征是它打破了篩分機(jī)械剛性篩面不做相對(duì)運(yùn)動(dòng)的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式。 這項(xiàng)特征使弛張篩不僅具有大振幅、 大振動(dòng)強(qiáng)度和可變形篩孔, 同時(shí)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(guò)程中, 使物料獲得足夠大的加速度以沖破粘結(jié)的絮團(tuán), 解決粘孔難題[5]。 另外, 篩分動(dòng)力學(xué)研究發(fā)現(xiàn)[6], 隨著篩面寬度的增加會(huì)使篩面應(yīng)力在篩分過(guò)程中變得平緩, 有利于提高篩面的使用壽命[7]。 而且篩機(jī)整體的振動(dòng)強(qiáng)度與普通圓振動(dòng)篩相當(dāng), 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(guó)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(dòng)篩基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的, 外形結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。 振動(dòng)方式是由單一驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生的雙重振動(dòng)。 基本的振動(dòng)源是電機(jī)帶動(dòng)激振器產(chǎn)生的直線振動(dòng), 附加的振動(dòng)是由浮動(dòng)篩框產(chǎn)生的二次振動(dòng)。 通過(guò)彈性連桿傳動(dòng)使浮動(dòng)篩框與篩箱做相差180°的反復(fù)運(yùn)動(dòng)。 彈性聚氨酯篩面的兩端分別安裝在浮動(dòng)篩框的橫梁和篩箱橫梁上, 在篩分過(guò)程中, 篩框運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)彈性聚氨酯材料制成的篩面作快速、 周期性地翹曲—弛張運(yùn)動(dòng), 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(guò)篩面將加速度傳遞給整個(gè)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(shí)的篩面弛張運(yùn)動(dòng)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(diǎn)” 位置, 而浮動(dòng)篩框Ⅱ橫梁2、 4 處于“左死點(diǎn)” 位置, 當(dāng)橫梁1 和2 以及橫梁3 和4 的間距為最小時(shí), 其間的篩面呈松弛下垂?fàn)顟B(tài);此時(shí)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(diǎn)”, 而篩箱Ⅱ則處于“右死點(diǎn)”, 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(yùn)動(dòng)。

圖3 篩面弛張運(yùn)動(dòng)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(dòng)力煤選煤廠, 原設(shè)計(jì)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(diǎn), 原采用博后篩、 香蕉篩在13 mm 分級(jí)過(guò)程中存在易堵篩孔、 篩分效率低的問(wèn)題, 影響生產(chǎn)的連續(xù)性。 因此, 各分廠原煤分級(jí)篩的篩縫均由13 mm 調(diào)整至25 mm, 僅大于25 mm 粒級(jí)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(fèi)。 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(jí)篩。 改造前后參數(shù)對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 博后篩、 弛張篩參數(shù)對(duì)比

改造后, 不僅解決了堵孔問(wèn)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(guò)10 億元[9]。

3.2 張集選煤廠

隸屬于淮南礦業(yè)(集團(tuán)) 有限責(zé)任公司的張集選煤二廠, 設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為5.5 Mt/a, 煤質(zhì)特點(diǎn)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(jìn)行10 mm 分級(jí), 篩孔經(jīng)常堵塞, 分級(jí)效果差, 造成帶末煤入洗。 2012 年2 月初, 張集選煤二廠對(duì)該設(shè)備進(jìn)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?jǐn)?shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 更換弛張篩后煤樣篩分?jǐn)?shù)據(jù)

根據(jù)表2 計(jì)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(gè)百分點(diǎn)。 此外, 改造后設(shè)備運(yùn)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(hù)工作量大的問(wèn)題, 也大大改善了煤泥水系統(tǒng)運(yùn)行狀況, 提高了選煤廠經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié) 語(yǔ)

在介紹潮濕細(xì)粒原煤篩分現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上, 通過(guò)對(duì)細(xì)粒物料堵孔、 粘孔問(wèn)題的分析, 結(jié)合弛張篩的工作原理以及現(xiàn)場(chǎng)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(xì)粒分級(jí)篩在工作時(shí)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(lái)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(duì)解決粘孔現(xiàn)象有利。

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

(4)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)與香蕉篩和博后篩對(duì)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(diǎn)。