煤球生產(chǎn)線自動化改造

曾慶顏 葉響鈴 劉永清

(福建長慶化工有限公司 福建長泰363902)

福建長慶化工有限公司(以下簡稱長慶公司)原煤球生產(chǎn)線工藝流程：經(jīng)人工送煤、送灰及稱重，倒入圓盤攪拌器攪拌，送至粉碎機(jī)，再送至型輪壓制成煤球。隨著長慶公司生產(chǎn)能力不斷擴(kuò)大，必須對原來落后的煤球生產(chǎn)線進(jìn)行自動化改造，才能滿足生產(chǎn)要求。

1 煤球生產(chǎn)線工藝流程

改進(jìn)后煤球生產(chǎn)線工藝流程見圖1。

圖1 改進(jìn)后煤球生產(chǎn)線工藝流程

工藝流程：原煤送至振動篩，粒度<10 mm的粉煤經(jīng)皮帶輸送機(jī)先送至大煤倉，再輸送至小煤倉；粒度>10 mm的煤由皮帶輸送機(jī)輸送至破碎機(jī)破碎，粒度<8 mm的煤經(jīng)皮帶輸送機(jī)送至大煤倉儲存，剩下的送往鍋爐煤房。熟石灰經(jīng)振動篩后由皮帶輸送機(jī)送至小灰倉，經(jīng)皮帶秤稱重后，再由微機(jī)自動控制灰煤配比，然后進(jìn)雙螺旋送料攪拌機(jī)，灰煤混合物料再經(jīng)皮帶輸送機(jī)送至粉碎機(jī)，粉碎后送至壓球機(jī)壓制成煤球。

2 皮帶輸送機(jī)選型

2.1 1#皮帶輸送機(jī)選型

2.1.1 原始參數(shù)及物料特性

采用DTⅡ型固定式皮帶輸送機(jī)，輸送物料為原煤，輸送能力Q為40 t/h，粒度為0～100 mm，堆積密度ρ為900 kg/m3，安息角α為27°；輸送帶長度35 m，采用水平輸送。1#皮帶輸送機(jī)示意見圖2，等長三輥式槽形截面見圖3。

圖2 1#皮帶輸送機(jī)示意

圖3 等長三輥式槽形截面

2.1.2 初定設(shè)計參數(shù)

帶寬B為500 mm，帶速v為1.0 m/s，上托輥間距a0為1.2 m，下托輥au為3.0 m，上托輥槽角λ為35°，下托輥槽角為0°，上、下托輥輥徑為Φ89 mm，導(dǎo)料槽長度為4.5 m。

2.1.3 由帶寬、帶速驗算輸送能力

Im=Svkρ

Q=3.6Svkρ

式中：Im——輸送能力，kg/s；

S——輸送帶上物料的最大橫截面積，m2；

v——帶速，m/s；

ρ——松散密度， kg/m3；

k——傾斜系數(shù)；

Q——輸送能力，t/h。

由α=27°，得θ=(0.50～0.75)α，取θ=0.6×27°=16.2°。

S1=tanθ/6[l3+(b-l3)cosλ]2

=(tan16.2°/6)[0.2+(0.4-0.2)×

cos35°]2

=0.006 4(m2)

S2=[l3+(b-l3)/2cosλ)[(b-l3)/2sinλ]

=[0.2+(0.4-0.2)/2cos35°][(0.4-0.2)/2sin35°]

=0.016 2(m2)

S=S1+S2=0.006 4+0.016 2

=0.022 6(m2)

式中：b——有效帶寬(帶寬×0.9-0.05)，m；

θ——動堆積角，一般為安息角的50%～

75%；

l3——中輥長度(三輥式槽形),m。

(1)確定k值

k=1-S1/S(1-k1)

k1=[(cos2δ-cos2θ)/(1-cos2θ)]1/2

式中：k1——上部S1斷面的減小系數(shù)；

δ——帶式輸送機(jī)的傾斜角，(°)；

θ——被運(yùn)物料的動堆積角，(°)。

k=1-0.006 4/0.022 6{1-[(cos20°-cos216.2°)/(1-cos216.2°)]1/2}=1

(2)Im=0.022 6×1.0×1×900=20.34(kg/s)

Q=3.6Im=3.6×20.34

=73.224(t/h)

可見，能滿足40 t/h的輸送能力要求。

2.1.4 圓周驅(qū)動力及傳動功率計算

(1)圓周驅(qū)動力FU

FU=CfLg[qRO+qRU+(2qB+qG)cosδ]+qGHg+FS1+FS2

(1)

式中：C=(L+L0)/L，其中L0是附加長度，一般取值在70～100 m，實踐中，輸送機(jī)長度小于80 m也可用上式計算；

f——模擬摩擦系數(shù)，根據(jù)工作條件及制造、安裝水平選取，由于煤球車間環(huán)境為多粉塵，f取0.03；

L——輸送機(jī)長度(頭、尾滾筒中心距)，m；

H——輸送機(jī)卸料段和裝料段的高度差，m；

g——重力加速度，取9.81 m/s2；

qRO——承載分支托輥單位長度旋轉(zhuǎn)部分質(zhì)量，kg/m；

qRU——回程分支托輥單位長度旋轉(zhuǎn)部分質(zhì)量，kg/m；

qB——單位長度輸送帶的質(zhì)量，kg/m；

qG——單位長度輸送物料的質(zhì)量，kg/m；

FS1——特種主要阻力，即托輥前傾摩擦阻力及導(dǎo)料槽摩擦阻力，N；

FS2——特種附加阻力，即清掃器、卸料器及翻轉(zhuǎn)回程分支輸送帶的阻力，N。

輸送機(jī)承載分支單位長度(機(jī)長)托輥旋轉(zhuǎn)部分質(zhì)量qRO:

(2)計算每米長輸送帶質(zhì)量qB

初選輸送帶CC- 56，Z=3。查有關(guān)資料可知，CC- 56輸送帶的每層質(zhì)量1.36 kg/m2，上膠厚δ1=3.0 mm，下膠厚δ2=1.5 mm。1 mm厚膠料質(zhì)量1.19 kg/m2，qB=[3×1.36+(3.0+1.5)×1.19]×1.0=9.435(kg/m)。

(3)計算每米長輸送物料的質(zhì)量qG

qG=Ivρ/v=Q/3.6v=40/3.6/1.0

=11.111 (kg/m)

(4)計算特種主要阻力FS1

(5)計算特種主要阻力FS2

清掃器的摩擦阻力Fr：

Fr=Apμ3=0.025×8×104×0.6=1 200(N)

式中：A——清掃器接觸面積，1個頭部清掃器和2個空段清掃器，A=0.5×0.01×1+1.0×0.01×2=0.025(m2)；

p——清掃器和輸送帶間的壓力(一般取3×104～10×104N/m2)；

μ3——輸送帶和清掃器間的摩擦系數(shù)，μ3=0.5～0.7。

無卸料器Fa=0，F(xiàn)S2=Fr+Fa=1 200+0=1 200(N)。

代入式(1)中得：

FU=3×0.03×35×9.81×[5.2+1.59+(2×9.435+11.111)]+11.111×0×9.81+22.71+900=2 359.09 (N)

(2)傳動功率

PA=FUv=2 359.09×1.0=2 359.09(kW)

PM=PA/η=2 359.09/0.85=2 775.4(kW)

采用電動滾筒型號DTYⅡ- 30- 100- 5040。

2.1.5 輸送帶張力計算

(1)限制輸送帶下垂度的最小張力

承載分支：Fmin≥ao(qB+qG)g/[8(h/a)min]，取(h/a)min=0.01，ao=1.2 m，則：

Fmin≥1.2×(9.435+11.111)×9.81/8/0.01=3 023.36 (N)

回程分支：au=3.0 m，則：

Fmin≥auqBg/[8(h/a)min]=3×9.435×9.81/8/0.01=3 470.9(N)

(2)輸送帶工作時不打滑需保持的最小張力

F2 min≥FU,max/(eμψ-1)

啟動時電動滾筒上最大圓周力，F(xiàn)U,max=FUKA，取KA=1.5；FU,max=2 359.09×1.5=3 538.64(N)。

查得尤拉系數(shù)eμψ=2.7，則：F2min≥3 538.64/(2.7-1)=2 081.55(N)。

由F2 min=2 081.55 N，計算輸送機(jī)各點(diǎn)張力，忽略附加阻力，可得F4點(diǎn)張力：

F4=F2-qBHg+Fr+fLg(qRO+qB)

=2 081.55-9.435×0×9.81+1 200+0.03×35×9.81×(5.2+9.435)

=3 432.301>3 023.36(N)

取F2=2 081.55 N，可得穩(wěn)定工況下F1max=F2+FU=2 081.55+2 359.09=4 440.65(N)

(3)輸送帶層數(shù)計算

Z=F1maxn/(Bσ)=4 440.65×12/(500×56)

=1.9(層)

式中：Z——輸送帶層數(shù)；

F1max——輸送帶最大張力，N；

n——輸送帶安全系數(shù)；

B——輸送帶帶寬，mm；

σ——縱向扯斷強(qiáng)度，N/(mm·層)。

按有關(guān)資料查知取3層，與初選相同。

2.1.6 螺旋拉緊裝置計算

G=2.1[FU/g/(eμψ-1)+(qB+qRU)fLh-qBH]

=2.1×[2 359.09/9.81/(2.7-1)+(9.435+1.59)×0.03×35-9.435×0]

=321.38 (N)

2.1.7 校核輥?zhàn)虞d荷

(1)靜載計算

承載分支托輥P0=eao(Im/v+qB)g，e為輥?zhàn)虞d荷系數(shù)，取三節(jié)輥e=0.8。則：P0=0.8×1.2×(20.322/1.0+9.435)×9.81=280.24 (N)。

查表知，上輥輥徑Φ89 mm，L=200 mm，軸承為4G204型，承載能力2 740 N，能滿足要求。

回程分支托輥。PU=eauqBg，查有關(guān)資料知一節(jié)輥e=1，則：PU=1×3.0×9.435×9.81=277.67 (N)。

查有關(guān)資料知，下輥輥徑Φ89 mm，L=600 mm，軸承為4G204型，承載能力1 070 N，能滿足要求。

(3)動載計算

2.2 2#～6#輸送機(jī)的選型

2#～4#皮帶輸送機(jī)采用DTⅡ型固定式皮帶輸送機(jī)，輸送物料為原煤，輸送能力Q為40 t/h，粒度為0～10 mm，堆積密度為900 kg/m3，安息角α為27°。5#～6#皮帶輸送機(jī)采用了DTⅡ型固定式皮帶輸送機(jī)，輸送物料為熟石灰，輸送能力Q為20 t/h，粒度為0～10 mm，堆積密度為500 kg/m3，安息角α為30°。根據(jù)上述1#皮帶輸送機(jī)選型步驟，確定2#～6#皮帶輸送機(jī)的選型(見表1)。

表1 1#～6#皮帶輸送機(jī)有關(guān)工藝參數(shù)及選型

項目輸送帶長度/m輸送高度/m電動滾筒型號1#35.0水平輸送DTYⅡ-30-100-50402#40.27.02DTYⅡ-55-100-50503#28.35.40DTYⅡ-55-100-50504#25.56.00DTYⅡ-55-100-50505#26.76.00DTYⅡ-30-80-50326#9.8水平輸送DTYⅡ-30-80-5032

3 灰煤自動配比

灰煤配比采用THPL-A微機(jī)配料系統(tǒng)，是專為化肥行業(yè)原料車間碳化煤球設(shè)計的煤球灰煤比微機(jī)自動配料系統(tǒng)，能較好地控制灰煤配比，提高碳化煤球質(zhì)量，減輕勞動強(qiáng)度?；颐号浔认到y(tǒng)由煤貯料倉、灰貯料倉、調(diào)速電子皮帶秤、變頻控制柜、微機(jī)等組成。

(1)貯料倉的料倉大小根據(jù)臺時產(chǎn)量設(shè)計，滿倉時，物料可用3 h以上；倉壁上安裝2臺振動電機(jī)，當(dāng)料倉內(nèi)搭拱無法下料時，可根據(jù)需要拍打料倉。

(2)調(diào)速電子皮帶秤由UDE30KG傳感器、皮帶秤秤架、信號放大器、測速傳感器、環(huán)形裙邊皮帶、電機(jī)減速機(jī)等組成。

(3)變頻控制柜由變頻調(diào)速控制器及控制電路通過接收傳感器實時信號，調(diào)整電子皮帶秤的轉(zhuǎn)速來控制給料量，可實現(xiàn)物料按比例進(jìn)行自動配料。

(4)微機(jī)采用工業(yè)主板和轉(zhuǎn)換板卡，可靠性高；通過微機(jī)設(shè)定臺產(chǎn)、物料比例，由外部設(shè)備實現(xiàn)配比；同時微機(jī)軟件具有統(tǒng)計報表等管理功能。

(5)采用雙螺旋送料攪拌器，使煤和石灰充分?jǐn)嚢璨⑤斔汀?/p>

4 結(jié)語

改進(jìn)后的煤球生產(chǎn)線投入使用后，皮帶輸送機(jī)均能滿足生產(chǎn)要求。長慶公司原料車間經(jīng)自動化改造后可減少工人30名，按年工資2萬元/人計，共節(jié)省60萬元；設(shè)備投資、灰煤自動配比系統(tǒng)、電動滾筒、制作DTYⅡ輸送機(jī)材料、煤倉、灰倉、人工費(fèi)用等合計50萬元，不到1年即可收回成本，效益非常顯著。