GE水煤漿氣化煤漿制備棒磨機(jī)的改造及運(yùn)行總結(jié)

(神華包頭煤化工有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 包頭 014010)

神華包頭煤化工有限責(zé)任公司甲醇中心煤漿制備采用江陰市亞特機(jī)械制造有限公司制造的濕式溢流鼓形給料棒磨機(jī)，共有6臺，滿負(fù)荷運(yùn)行時5開1備；是國內(nèi)外運(yùn)行規(guī)模最大數(shù)量最多單機(jī)能力最強(qiáng)的磨煤系統(tǒng)，磨煤7 500 t/d。可是，在原始開車過程中出現(xiàn)了好多問題，如達(dá)不到設(shè)計(jì)能力、漏漿嚴(yán)重、振動大等一系列讓人頭疼的問題。經(jīng)過我們的不懈努力，不斷地優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了棒磨機(jī)的穩(wěn)定、可靠運(yùn)行，為后系統(tǒng)的穩(wěn)定生產(chǎn)打下了良好的基礎(chǔ)。

1 棒磨機(jī)的工作原理

1.1 鋼棒與煤在磨機(jī)內(nèi)部的運(yùn)動分析

在磨機(jī)中，破碎介質(zhì)的運(yùn)動狀態(tài)與筒體的轉(zhuǎn)速和破碎介質(zhì)與筒體襯板的摩擦系數(shù)有關(guān)。我們在磨機(jī)的選型時選擇了鋼襯板，以增加鋼棒與筒體、煤的相互摩擦，更大限度使磨機(jī)得到高的出力率。磨機(jī)在恒定的轉(zhuǎn)速下旋轉(zhuǎn)，內(nèi)部的鋼棒與煤順筒體旋轉(zhuǎn)方向轉(zhuǎn)一定的角度在離心力的作用下以拋物線的軌跡運(yùn)行；當(dāng)鋼棒與煤被拋到一定高度克服不了自身重力與堆積角時快速落下，煤與鋼棒相互擠壓研磨，如此不斷反復(fù)，在煤漿添加劑的作用下形成一定濃度一定級配的水煤漿。

1.2 磨機(jī)筒體襯板的選擇

磨機(jī)的筒體襯板一般分為兩種，一種是鋼襯板，另一種是橡膠襯板。鋼襯板材質(zhì)為70SiMnMo，耐磨性能好，不容易破碎，鋼棒對煤的研磨性能好，能夠磨出合格級配的水煤漿，但容易從固定螺栓孔泄漏煤漿。采用橡膠襯板，筒體密封性能好，不容易泄漏，但在磨機(jī)旋轉(zhuǎn)過程中鋼棒與橡膠襯板之間有反沖擊性，對磨煤不利，會降低磨機(jī)的出力率，并且橡膠經(jīng)過多次碾壓，撞擊粉碎會堵塞滾筒篩，弊大于利。所以，選擇鋼襯板更有利于棒磨機(jī)性能的發(fā)揮。

1.3 棒磨機(jī)的工藝流程

由煤貯運(yùn)系統(tǒng)來的小于10 mm的碎煤進(jìn)入煤貯斗后，經(jīng)稱量給料機(jī)稱量送入磨機(jī)。粉末狀的添加劑由人工送至添加劑地下槽中，溶解成一定濃度的水溶液，由添加劑地下槽泵送至添加劑槽中貯存，并由添加劑泵送至磨機(jī)中。添加劑槽可以貯存若干天使用的添加劑。添加劑槽底部設(shè)有蒸汽盤管，冬季維持添加劑溶液溫度在20～30 ℃，以防凍結(jié)。甲醇廢水、低溫變換冷凝液、循環(huán)上水和灰水送入研磨水槽，正常生產(chǎn)時用灰水來控制研磨水槽液位，當(dāng)灰水不能維持研磨水槽液位時，才用循環(huán)上水來補(bǔ)充。工藝水由研磨水泵加壓經(jīng)磨機(jī)給水閥控制水量送至磨機(jī)。煤、工藝水和添加劑一同送入磨機(jī)中，研磨成一定粒度分布的濃度60%～65%合格的水煤漿。水煤漿經(jīng)滾筒篩濾去3 mm以上的大顆粒后溢流至磨機(jī)出料槽中，完成棒磨工作。

2 棒磨機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與技術(shù)特性

(1)磨機(jī)為單室中心排料棒磨機(jī)，主要由溜槽進(jìn)料裝置、回轉(zhuǎn)部、出料裝置、主傳動裝置、主軸承裝置、慢速驅(qū)動裝置、潤滑系統(tǒng)、筒體頂起裝置、電控系統(tǒng)、管路系統(tǒng)及加棒機(jī)等組成。

(2)水煤漿棒磨機(jī)回轉(zhuǎn)部筒體里面裝有粉磨介質(zhì)棒，粉磨原料由溜槽進(jìn)料裝置進(jìn)入回轉(zhuǎn)部鼓形給料器強(qiáng)制進(jìn)料，從進(jìn)料中空軸內(nèi)襯料口送入磨機(jī)筒體內(nèi)，電動機(jī)經(jīng)聯(lián)軸器、減速器、氣動離合器、大小齒輪裝置帶動裝有介質(zhì)棒的筒體旋轉(zhuǎn)，物料受到介質(zhì)棒的撞擊以及棒之間和棒與筒體襯板之間的粉磨，被粉磨后的物料(即氣化水煤漿)從排料中空軸內(nèi)襯料口溢流，流入出料裝置中的滾筒篩，篩下物(即氣化水煤漿)從密封下罩溜管進(jìn)入煤漿攪拌槽，篩上雜物從排渣口排出，熱氣從出料裝置排氣口排出。

(3)回轉(zhuǎn)部由筒體、進(jìn)出料端蓋、襯板等零件組成。筒體采用優(yōu)質(zhì)碳素鋼焊接而成，進(jìn)、出料端蓋采用ZG270-500材料制造。筒體內(nèi)主襯板采用耐磨性能優(yōu)良的合金鑄鋼襯板。進(jìn)、出料口與端蓋之間襯有硅酸石棉繩填料。筒體、端蓋和襯板間設(shè)有耐酸堿橡膠墊，筒體端蓋外設(shè)有密封墊，可有效防止?jié)B漏。

(4)主軸承裝置采用動靜壓滑動軸承，軸瓦采用錫基軸承合金，軸承密封采用引進(jìn)技術(shù)環(huán)形密封，確保無泄漏。主軸承出油管預(yù)留雙金屬溫度計(jì)管座(帶套管)；每個主軸承上裝有兩個端面熱電阻，測量軸瓦的溫度；滑動軸承工作表面上鑄有巴氏軸承合金層，合金層下面埋設(shè)有蛇形冷卻水管，能有效冷卻合金層；軸瓦與軸承座之間呈線接觸，以便磨機(jī)轉(zhuǎn)動時調(diào)位。

(5)主傳動裝置中主電機(jī)與主減速機(jī)之間采用彈性柱銷聯(lián)軸器，主減速機(jī)與小齒輪間采用氣動離合器，小齒輪材質(zhì)為40CrMnMo鍛件，大齒輪材質(zhì)為ZG42CrMo。大、小齒輪精度不低于GB/T10095-88要求的9-8-8級的規(guī)定。小齒輪表面經(jīng)淬火處理、磨機(jī)齒輪經(jīng)熱處理后，大齒輪布氏硬度不小于250BHN、小齒輪布氏硬度不小于320BHN。

(6)慢速驅(qū)動裝置，用于磨機(jī)檢修及更換襯板，啟動主電機(jī)前用慢驅(qū)盤車，以達(dá)到松動物料之目的。電氣保護(hù)實(shí)現(xiàn)與主電機(jī)互鎖。筒體下部設(shè)有筒體頂起裝置，以方便安裝和檢修，同時減少停磨后筒體因自重產(chǎn)生撓度而引起不良的后果。為減輕工人的勞動強(qiáng)度，主機(jī)增設(shè)電動加棒裝置，保證加棒到位。

(7)棒磨機(jī)出料口設(shè)置不銹鋼滾筒篩，篩子內(nèi)焊有軸向大顆粒溢流螺旋導(dǎo)料板，并配置沖洗水接管。棒磨機(jī)有一個軸向(溢流)出料口，防止大量不合格物料積聚在滾筒篩內(nèi)。

(8)潤滑油站所有設(shè)備和儀表，均安裝在一個共用底座上，所有同用戶相連接的水管線均帶配對法蘭、密封墊片、螺栓、螺母。潤滑油系統(tǒng)管線、管件、閥門采用不銹鋼材質(zhì)，墊片均采用金屬纏繞墊或四氟墊。油站冷卻器采用可拆板式換熱器，棒磨機(jī)軸承溫度、油溫應(yīng)滿足要求，各回油管上設(shè)有觀察視鏡。油系統(tǒng)焊縫采用氬弧焊打底，不得有焊渣；對接焊縫要焊透，光滑過渡，不得有殘留物。

(9)φ4.3×6 m棒磨機(jī)技術(shù)參數(shù)

① 溜槽進(jìn)料裝置：溜槽材質(zhì) Q235-A，焊接件；進(jìn)水口尺寸 DN150。

② 回轉(zhuǎn)裝置：筒體(內(nèi)徑×壁厚×長度)φ4 300×45×6 000 mm；筒體材質(zhì) Q235-C；進(jìn)、出料端蓋材質(zhì) ZG270-500；襯板及連接件，筒體襯板及端面合金鋼襯板硬度≤HB229(按GB231)、磨損速率0.003 5 kg/t(煤)，襯板連接件材質(zhì)Q235-A；筒體有效容積76 m3；研磨介質(zhì)，鋼棒材質(zhì) 65Mn、磨損速率0.005 kg/t(煤)，鋼棒規(guī)格φ75 mm、φ65 mm、φ50 mm(具體按煤種定)，質(zhì)量比30∶40∶30，最大裝棒量170 t，推薦裝棒量140 t；筒體轉(zhuǎn)速(恒定轉(zhuǎn)速)12.75 r/min；鼓形給料器進(jìn)料尺寸φ600 mm。

③ 出料裝置：沖洗水口尺寸DN50；滾筒篩外形尺寸φ2 800×2 400 mm(篩孔3×20 mm)；篩體為梯形條篩，材質(zhì)為321不銹鋼；開孔率45%；大顆粒比例0.008%；出漿口尺寸DN600。

④ 主傳動裝置：電動機(jī)型號YKK710-8，功率1 500 kW(IP55 F)，電壓10 kV，額定轉(zhuǎn)速743 r/min；減速機(jī)類型為單級硬齒面減速箱，型號H1SH19；傳動齒輪副(GB/T10095-88 9-8-8級)，大齒輪材質(zhì)ZG42CrMo、硬度≥250BHN，小齒輪材質(zhì)40CrMnMo、硬度≥320BHN，傳動軸承為滾動軸承；聯(lián)軸器高速端為彈性柱銷聯(lián)軸器，低速端為氣動離合器。

⑤ 慢速驅(qū)動裝置：電動機(jī)型號Y225M-8(IP55 F)，功率22 kW，電壓380 V，額定轉(zhuǎn)速730 r/min；減速機(jī)類型為圓柱齒輪減速機(jī)，型號NZS620；聯(lián)軸器為彈性柱銷聯(lián)軸器。

⑥ 主軸承裝置：主軸瓦材質(zhì)ZchSnSb11-6/ZG270-500；主軸瓦冷卻水耗量3 m3/h×2。

⑦ 潤滑系統(tǒng)：高壓油泵供應(yīng)商為德國哈威；主軸承高低壓油站型號GNY160；主減速機(jī)稀油站型號NY100；齒輪噴霧潤滑裝置型號S53883-6。

⑧ 筒體頂起裝置(專用工具)。

⑨ 電控系統(tǒng)：電氣元件供應(yīng)商為施耐德、ABB、西門子；PLC供應(yīng)商為西門子。滿足設(shè)計(jì)方總的技術(shù)要求。

⑩ 加棒機(jī)(專用工具)配套電動機(jī)：型號YCJ112-11-279；功率11 kW(IP55 F)；電壓380 V；滑差轉(zhuǎn)速279 r/min。

3 棒磨機(jī)存在的主要問題與解決途徑

神華包頭煤化工有限責(zé)任公司煤制烯烴裝置是世界上首套試范型裝置，棒磨機(jī)從單機(jī)重量、出力率、性能、體積上來講都史無前例。裝置的大型化給設(shè)備制造帶來了很大的困難，其投運(yùn)以來存在很多問題，我們在生產(chǎn)中不斷摸索、不斷改進(jìn)，取得了良好的效果。現(xiàn)就解決的主要問題一一進(jìn)行論述。

3.1 磨機(jī)筒體漏漿

由于鋼棒與筒體襯板長時間撞擊，棒磨機(jī)筒體固定螺栓處經(jīng)常出現(xiàn)漏漿，導(dǎo)致煤漿進(jìn)入齒輪箱，破壞齒輪的潤滑，長時間運(yùn)轉(zhuǎn)，會磨損大小齒輪而造成齒輪的跟切現(xiàn)象。為避免造成較大的損失，必須經(jīng)常停車檢修清理大小齒輪內(nèi)的煤漿；并且系統(tǒng)無法滿負(fù)荷運(yùn)行，幾乎每周都需對512條螺栓進(jìn)行預(yù)緊一次。磨機(jī)停車頻繁、檢修工作量大，給工藝操作帶來很大的不便。不時還有螺栓被剪斷的現(xiàn)象。最糟糕的是，開6臺磨機(jī)都無法保證4臺氣化爐的滿負(fù)荷運(yùn)行，生產(chǎn)上很被動，并直接影響了后續(xù)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。在公司領(lǐng)導(dǎo)關(guān)注下，我們到兄弟單位進(jìn)行考察，仔細(xì)分析泄漏機(jī)理，經(jīng)過反復(fù)論證、試驗(yàn)，決定對原來的密封件進(jìn)行更換。大家一致認(rèn)為，原來的密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，其彈性塊太厚，將密封壓蓋壓在密封墊上用螺栓預(yù)緊后，密封壓蓋與筒體始終無法接觸，由此把剛性連接的密封變?yōu)閺椥赃B接密封，在鋼棒連續(xù)撞擊筒體襯板時，螺栓會慢慢松動而導(dǎo)致水煤漿泄漏。改造后，把密封塊放在密封殼體內(nèi)，計(jì)算好密封塊的彈性模量，使得在螺栓完全緊固后壓蓋與密封殼體正好與磨機(jī)筒體緊密結(jié)合，且在鋼棒的撞擊下不會變松，從而達(dá)到徹底密封而杜絕泄漏。實(shí)踐表明，我們的分析是合理的，在改造完后的3 a中基本上消除了泄漏問題，只需要每季度集中緊一次螺栓，就能夠保證磨機(jī)的正常運(yùn)行；并將原來M39×3梯形螺栓的材質(zhì)由Q234B改為15CrMo，避免了螺栓因強(qiáng)度不夠而被剪斷。

3.2 鼓形給料系統(tǒng)頻繁出現(xiàn)問題

圖1 鼓形給料系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖

鼓形給料系統(tǒng)是棒磨機(jī)進(jìn)料的關(guān)鍵部位，圖1是其原始設(shè)計(jì)圖紙。由于磨機(jī)的轉(zhuǎn)速慢，給料部分的螺旋板角度設(shè)計(jì)不合理，且原先設(shè)計(jì)的進(jìn)磨機(jī)灰水管口設(shè)置在下部，這樣，經(jīng)常出現(xiàn)入口堵煤現(xiàn)象，影響磨機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，需要停車處理；此外，件6與件1密封處經(jīng)常出現(xiàn)漏煤現(xiàn)象。通過分析，我們將進(jìn)磨機(jī)灰水的管口上移至磨機(jī)入口管的中上部，用水給煤一定的沖洗力；將螺旋板的螺旋角度增大，并在件1的末端焊接延伸板防止物料的外漏。改造后2 a的運(yùn)行實(shí)踐表明，再沒有出現(xiàn)過開車時堵料的現(xiàn)象。

3.3 經(jīng)常出現(xiàn)亂棒現(xiàn)象

原始開車時，不定時就會出現(xiàn)亂棒現(xiàn)象。筒體規(guī)格φ4 300×6 000 mm，磨機(jī)鋼棒尺寸(長)5 900～5 950 mm。經(jīng)過認(rèn)真分析,鋼棒的兩端離磨機(jī)筒體的尺寸(25～50 mm)有問題，這樣短的距離，在旋轉(zhuǎn)過程中棒與棒相互撞擊，相對長的棒會與筒體端面襯板發(fā)生沖突，有時會架空，而只要有一根棒架空，整臺磨機(jī)鋼棒馬上就會亂成一團(tuán)，磨機(jī)無法運(yùn)行下去。經(jīng)幾次試驗(yàn)，磨機(jī)鋼棒的尺寸調(diào)整為5 850±5 mm后,就能夠保證磨機(jī)正常運(yùn)行。

在4 a多的運(yùn)行過程中，還總結(jié)了其他一些經(jīng)驗(yàn)。磨機(jī)運(yùn)行3個月左右后，化驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn)水煤漿級配下降，與設(shè)計(jì)偏離。設(shè)計(jì)水煤漿產(chǎn)品粒度分布為8目(2 380 μm)、14目(1 410 μm)、40目(420 μm)、200目(74 μm)、大于325目(<44 μm)標(biāo)準(zhǔn)篩的通過率(wt)分別為100%、98%～100%、90%～95%、60%～70%、25%～35%。發(fā)現(xiàn)煤漿的粒度變化很大，如粒度>325目的煤漿從開始運(yùn)行時的25%～35%上升到35%～40%。經(jīng)過多方面的分析，是由鋼棒變細(xì)造成的；有的鋼棒發(fā)生彎曲及斷裂，這也是造成亂棒的又一個誘因。經(jīng)過4 a時間的摸索，小于φ25 mm的鋼棒需定期撿出，防止斷棒、亂棒；并對65Mn圓鋼棒的硬度做了明確說明，采購時要求不經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理表面硬度就達(dá)到HB240～HB280(因?yàn)橛械匿搹S經(jīng)過熱處理后，鋼棒強(qiáng)度會降低，整體性能下降，建議出廠前不進(jìn)行熱處理)。經(jīng)過一系列整改后，目前磨機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)。

3.4 滾筒篩出現(xiàn)條篩斷裂與跑漿現(xiàn)象

3.4.1滾筒篩條篩斷裂

在裝置投產(chǎn)的1 a時間里，經(jīng)常出現(xiàn)條篩入口處篩條斷裂散架，導(dǎo)致滾筒篩無法運(yùn)行。多次與制造廠家交流，我們提出自己的觀點(diǎn)，認(rèn)為篩的輪轂強(qiáng)度不夠，在旋轉(zhuǎn)過程中發(fā)生扭曲變形而篩條斷裂散架；其次是篩的頭部偶爾發(fā)生斷裂，是由于大顆粒在滾筒篩筒體與篩縫隙處堆積結(jié)垢而把條篩磨斷。其后，根據(jù)我們的建議，制造廠家改進(jìn)了滾筒篩(見圖2)。并且，我們定期清理大顆粒，就再沒發(fā)生過滾筒篩條篩斷裂現(xiàn)象。

圖2 滾筒篩結(jié)構(gòu)示意

3.4.2滾筒篩出現(xiàn)跑漿現(xiàn)象

普遍認(rèn)為，跑漿現(xiàn)象是由于折流擋板的高度不合適或者煤漿粘度增大、大顆粒堵塞引起的，但根本原因是篩條截面的形狀不當(dāng)。原滾筒篩外形尺寸φ2.8×2.4 m，篩孔尺寸3×20 mm；梯形條篩，上截面2.5 mm、下截面1.3 mm、高度3.4 mm；導(dǎo)料板高70 mm，導(dǎo)料距500 mm。而棒磨機(jī)生產(chǎn)指標(biāo)要求，不通過大于3 mm的煤粒；原設(shè)計(jì)是梯形條篩，下截面與下截面之間的距離是3 mm，這樣，部分小于3 mm的顆粒也無法通過，不斷被導(dǎo)料板截流，慢慢就出現(xiàn)了跑漿現(xiàn)象。最后，我們把篩孔尺寸改為4.5×20 mm，這樣，既保證了不跑漿，又讓大于3 mm的煤粒不會通過。

4 結(jié) 語

神華包頭煤化工有限責(zé)任公司煤化工裝置在商業(yè)化運(yùn)行的4 a多的時間里，通過我們的不懈努力，無論是與生產(chǎn)廠家交流，還是我們自己細(xì)心地琢磨，通過對棒磨機(jī)的工作原理、工藝流程、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與技術(shù)特性的分析，針對設(shè)備出現(xiàn)的異常情況，進(jìn)行相應(yīng)的改造，取得了良好的效果。很多煤化工廠家都來考察、學(xué)習(xí)，特別是筒體漏漿問題的解決，得到業(yè)內(nèi)一致的認(rèn)可。