潔凈型煤壓制成型過程中制約瓶頸優(yōu)化

孫豐濤，王公華，陳 濤，丁淑英

（1.兗煤藍(lán)天清潔能源有限公司，山東 鄒城 273500；2.兗州煤業(yè)股份有限公司，山東 鄒城273500）

1 現(xiàn)狀及存在的問題

由于潔凈煤示范項(xiàng)目屬于新工藝生產(chǎn)，在型煤壓制成型方面存在著制約項(xiàng)目達(dá)產(chǎn)、達(dá)效的一些瓶頸問題。因此探索制約瓶頸問題的有著重要的意義，也是實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目達(dá)產(chǎn)、達(dá)效目標(biāo)，成功打造國內(nèi)一流潔凈煤生產(chǎn)基地的必然要求。

1.1 成型設(shè)備產(chǎn)能低，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定

該項(xiàng)目設(shè)計(jì)安裝20 t/h成型機(jī)5臺，10 t/h成型機(jī)10臺，通過多次調(diào)試運(yùn)行，系統(tǒng)成型機(jī)總體產(chǎn)能目前約為40%，且同型號不同成型機(jī)間產(chǎn)能差異較大（達(dá)產(chǎn)率20% ～60%）；產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，同一時間生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量差異較大（冷壓強(qiáng)度100 N～1 000 N），造成產(chǎn)品在后序的轉(zhuǎn)運(yùn)、篩分[1]、入倉、包裝后出現(xiàn)破碎率偏高的現(xiàn)象。實(shí)際運(yùn)行過程中，煤粉通過氣力輸送進(jìn)入成型機(jī)緩沖倉時對成型機(jī)的正常運(yùn)行造成影響，出現(xiàn)主機(jī)電流下降，出球量降低甚至不出球，產(chǎn)品質(zhì)量下降等現(xiàn)象，對生產(chǎn)造成了影響。

1.2 核心設(shè)備成型機(jī)故障率偏高

潔凈煤生產(chǎn)系統(tǒng)中15臺成型機(jī)是全廠的核心設(shè)備，直接決定著項(xiàng)目的達(dá)產(chǎn)、達(dá)效。根據(jù)設(shè)計(jì)和廠家技術(shù)承諾，成型機(jī)輥套使用壽命不低于3 000 h，但在試生產(chǎn)過程中，已先后有9臺成型機(jī)出現(xiàn)輥套開裂損壞，部分輥套使用時間不足承諾壽命的十分之一，個別成型機(jī)輥套出現(xiàn)多次開裂。加之輥套加工更換周期一般較長（大于1個月），同時圍繞成型機(jī)的給料螺旋、預(yù)壓螺旋、返料螺旋、斗提機(jī)、振動篩等輔機(jī)設(shè)備運(yùn)行過程中故障偏高，部分設(shè)備的軟聯(lián)接、軸端等處仍有漏粉現(xiàn)象，對生產(chǎn)組織造成較大影響。

2 改進(jìn)方法

2.1 成型機(jī)壓輥成型技術(shù)系統(tǒng)性研究及優(yōu)化

項(xiàng)目前期開展的試驗(yàn)和中試系統(tǒng)中，3 t、5 t成型機(jī)產(chǎn)量雖然較低，但型煤完整率較高，球形較好，冷壓和跌落強(qiáng)度[2]等質(zhì)量指標(biāo)也較高，且質(zhì)量均勻。成型機(jī)大型化后存在質(zhì)量不穩(wěn)定，特別是同一機(jī)器同一時間生產(chǎn)出的型煤個體間質(zhì)量強(qiáng)度差別大的問題表明：輥?zhàn)訖M向尺寸變大后，煤粉在壓輥的全斷面出現(xiàn)吃料不均勻的現(xiàn)象，致使部分成型后的型煤密度和強(qiáng)度出現(xiàn)較大偏差。

本項(xiàng)目就粉料的堆密度變化規(guī)律、球窩形狀及尺寸、預(yù)壓給料裝置與壓輥的匹配適應(yīng)性等方面進(jìn)行研究、設(shè)計(jì)優(yōu)化和試驗(yàn)。主要對20 t、10 t成型機(jī)分別進(jìn)行以下幾個方面的研究試驗(yàn)：

（1）優(yōu)化設(shè)計(jì)預(yù)壓螺旋倉體結(jié)構(gòu)、螺旋壓縮比及排氣結(jié)構(gòu)，找出影響粉料密度穩(wěn)定性的因素并加以解決；

（2）研究和試驗(yàn)預(yù)壓螺旋出料口與輥套的成型區(qū)最佳匹配性，達(dá)到預(yù)壓料區(qū)的封閉性能，以提高壓制料區(qū)內(nèi)的料壓；

（3）研究和試驗(yàn)輥套成型區(qū)尺寸匹配性，重點(diǎn)向兩個不同的方向分別作對比試驗(yàn)：一是與預(yù)壓螺旋配合向全輥面統(tǒng)一布料設(shè)計(jì)；二是減小單個成型區(qū)尺寸，將一個輥套分為兩個完全隔離的給料成型空間。

（4）成型機(jī)運(yùn)行工藝研究與試驗(yàn)，采用恒力矩驅(qū)動控制，合理選取現(xiàn)場料位、電流等反饋信號，并將反饋信號參與到現(xiàn)場控制中，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。

2.2 成型機(jī)給料系統(tǒng)優(yōu)化試驗(yàn)

潔凈煤生產(chǎn)過程中，煤粉由煤粉制備車間通過長度約200 m的氣力輸管道送至該倉，單臺輸送能力為40 t/h，輸送氣體壓力為0.5 MPa。經(jīng)過試運(yùn)行發(fā)現(xiàn)該藏容積較小，受氣力影響，煤粉沉降不充分，嚴(yán)重時導(dǎo)致成型機(jī)不出球，且倉內(nèi)形成正壓，冒粉嚴(yán)重。后經(jīng)過設(shè)計(jì)增加了一級緩沖倉，增大其容積和負(fù)壓收塵，有效解決了輸送時倉體冒粉和成型機(jī)不出球的問題。但目前給料系統(tǒng)運(yùn)行中，在一級緩沖倉新料及返料同時通過斗提進(jìn)入二級緩沖倉時，仍存在對成型機(jī)運(yùn)行造成一定產(chǎn)量和質(zhì)量影響的問題。且給料不均勻、不穩(wěn)定堵設(shè)備等問題時常發(fā)生，對生產(chǎn)造成一定影響。

針對上料斗提、水平給料螺旋、預(yù)壓螺旋整體自動化穩(wěn)定運(yùn)行配合研究，同時對各關(guān)聯(lián)設(shè)備間的物料運(yùn)行狀況、暢通性進(jìn)行分析，增加料位檢測，對二級緩沖倉進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)和試驗(yàn)，增加二級緩沖倉穩(wěn)定料層高度，保持預(yù)壓螺旋進(jìn)出物料平衡，同時保證進(jìn)入預(yù)壓螺旋倉物料的相對穩(wěn)定性和均勻性。

2.3 成型機(jī)對輥間隙穩(wěn)定性控制研究和試驗(yàn)

成型機(jī)對輥設(shè)計(jì)為一個固定，另一個采用液壓油缸頂緊活動的模式，通常兩輥縫最小間隙設(shè)計(jì)為2 mm，設(shè)計(jì)有機(jī)械限位裝置。實(shí)際運(yùn)行過程中由于液壓系統(tǒng)緩沖不足，易造成對輥間隙波動大，導(dǎo)致部分區(qū)域型煤間隙部分厚度增大至4～10 mm不等，形成大塊連片，型煤成型差，易破碎。

本文對液壓系統(tǒng)壓力、管路設(shè)計(jì)及配備、緩沖蓄能等環(huán)節(jié)進(jìn)行詳細(xì)系統(tǒng)分析計(jì)算，結(jié)合設(shè)備部件設(shè)計(jì)強(qiáng)度和試生產(chǎn)情況進(jìn)行調(diào)整和試驗(yàn)，同時對輥縫檢測精度和可靠性進(jìn)行評估、試驗(yàn)，確保輥縫檢測數(shù)據(jù)精確可靠，為實(shí)現(xiàn)自動控制運(yùn)行提供真實(shí)信息，進(jìn)而保證機(jī)器運(yùn)行的穩(wěn)定性，提高產(chǎn)品成型效果和質(zhì)量。按照項(xiàng)目實(shí)施進(jìn)度計(jì)劃，待完成1臺20 t和1臺10 t成型機(jī)的給料系統(tǒng)、壓輥成型系統(tǒng)穩(wěn)定性控制研究和試驗(yàn)后，形成完整的研究和試驗(yàn)報(bào)告，綜合分析是否達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，同時系統(tǒng)總結(jié)好研究和試驗(yàn)期間的各種措施及有關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，作為下一步實(shí)施剩余成型機(jī)系統(tǒng)的研究與試驗(yàn)的依據(jù)。

3 效果分析

3.1 經(jīng)濟(jì)效益

（1）大幅度提升生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。根據(jù)年產(chǎn)20萬噸潔凈煤測算，可實(shí)現(xiàn)節(jié)省成本500萬元/年。

（2）在一定程度上實(shí)現(xiàn)機(jī)械化換人、自動化減人的目標(biāo)，減少人工崗位5個，減少人工成本50萬元/年。

3.2 社會效益

（1）成型系統(tǒng)和包裝系統(tǒng)優(yōu)化后，大幅提升了安全、環(huán)境、職業(yè)健康水平。

（2）產(chǎn)能及質(zhì)量大幅提升，能夠?yàn)楸狈降貐^(qū)冬季供暖供應(yīng)更多的清潔能源，減少散煤燃燒造成的大氣環(huán)境污染，在潔凈型煤生產(chǎn)行業(yè)中具有廣闊的示范推廣前景。

（3）設(shè)備安全性、穩(wěn)定性大大提高，檢修維護(hù)工作量大大降低。

4 結(jié)論

綜上所述，通過潔凈煤生產(chǎn)系統(tǒng)制約瓶頸優(yōu)化研究與應(yīng)用項(xiàng)目研究，潔凈煤生產(chǎn)系統(tǒng)原煤輸送、壓制成型、包裝等各個環(huán)節(jié)功能得到完善，大大降低了生產(chǎn)系統(tǒng)粉塵泄露，提高了生產(chǎn)效率。同時，減少生產(chǎn)場所職工人數(shù)，降低了職工患職業(yè)病的風(fēng)險(xiǎn)。潔凈煤項(xiàng)目達(dá)產(chǎn)達(dá)效后，可生產(chǎn)出更多的高質(zhì)量的產(chǎn)品，為北方地區(qū)冬季供暖供應(yīng)更多的清潔能源，減少散煤燃燒造成的大氣環(huán)境污染，在潔凈型煤生產(chǎn)行業(yè)中具有廣闊的示范推廣前景，并具有良好的社會和經(jīng)濟(jì)效益。