干法型煤加工設(shè)備
——預(yù)壓螺旋的改造與實踐

李 亞，劉鑫鑫，孫豐濤，王子建

(兗煤藍天清潔能源有限公司潔凈煤廠，山東 鄒城 273500)

目前，市面上型煤加工工藝以河北為代表的濕法型煤加工和以兗礦集團為代表的干法型煤加工為主。濕法型煤加工是將無煙煤[1]和蘭炭破碎后加入一定量的水和粘結(jié)劑壓制成型，而干法型煤加工是將煙煤破碎成120目左右的粉狀物料后配入一定比例的添加劑直接送入成型機內(nèi)壓制成型。無論哪種型煤工藝，成型機對入料前的原材料密度、水分、團聚狀態(tài)、布料方式和吃料量均有著不同的要求。預(yù)壓螺旋作為進入壓輥的最后一級設(shè)備，在整個成型工藝中擔(dān)負著核心作用，在干法型煤加工工藝中更是如此。

煤粉幾乎不具備粘附性，添加的復(fù)合添加劑主要起到固硫[2]、降硝作用，也不具備粘附性。型煤加工工藝中通過把煤粉和復(fù)合添加劑研磨成細粉，再通過氣力輸送系統(tǒng)輸送至高壓對輥成型機前級緩沖倉內(nèi)，最后經(jīng)由斗式提升機和螺旋輸送至成型機內(nèi)壓制成型煤。在這種輸送方式和粉體性質(zhì)的雙重影響下，添加劑又采用超細粉，致使成型機原料在輸送過程中混入大量氣體。從微觀上來看，分子在范德華力[3]的作用下產(chǎn)生了團聚效應(yīng)難以充分摻混均勻，無法在壓縮過程中將其緊密結(jié)合起來從而變得密實。成型機緩沖倉因受到廠房高度限制也無法使物料在倉內(nèi)形成穩(wěn)定物料層和有效的堆積高度，無法完成成型機原料的自行排氣。

經(jīng)測試，原料經(jīng)氣力輸送后密度為0.58 g/mL，水分為4.2%；經(jīng)現(xiàn)有預(yù)壓螺旋輸送后密度僅為0.67 g/mL，水分為4.1%，粉體密實度較低，含水量少，因此在成型機的超高壓力下，潔凈型煤壓制過程經(jīng)常會出現(xiàn)氣爆現(xiàn)象，造成壓制成型率低，甚至損傷設(shè)備。研究一種在預(yù)壓給料過程中排出煤粉中氣體的煤粉預(yù)壓給料裝置是本領(lǐng)域目前需要解決的技術(shù)問題。

1 成型機來料分析

1.1 廠內(nèi)輸送系統(tǒng)

潔凈煤廠現(xiàn)用生產(chǎn)系統(tǒng)采用半密相氣力輸送系統(tǒng)將混合好的成品物料輸送至成型車間一級緩沖倉，輸送壓力0.15 MPa，用氣量為28.4 m3/min。成型車間成型機一級緩沖倉為錐形倉體，容量50 m3；二次緩沖倉為非規(guī)則性儲倉，容量16 m3，倉體上均配有收塵系統(tǒng)，用于解決因打料產(chǎn)生的揚塵問題。

1.2 原料物理狀態(tài)變化

選取氣力輸送入料口前方、成型車間一級緩沖倉下方為兩個取樣點，分別測試原料密度[4]和水分。經(jīng)測試，原料經(jīng)氣力輸送后密度為0.58 g/mL，水分為4.2%；經(jīng)現(xiàn)有預(yù)壓螺旋輸送后密度僅為0.67 g/mL，水分為4.1%。通過測試發(fā)現(xiàn)，原料經(jīng)氣力輸送后，密度降低，水分基本變化不大，原料中有大量輸送氣體進入。

1.3 原料特性

成型機原料為破碎后的原料煤粉與超細粉添加劑的混合物，潔凈煤生產(chǎn)現(xiàn)使用煤粉粒度為0.125～0.25 mm，添加劑為2 500目超細粉，都具備粉體的特性，即比表面積大、易反應(yīng)處理，具有流動性，可實現(xiàn)壓縮、分散、混合、成型等形狀改變，易分離處理四個特點。根據(jù)上述來料分析測試結(jié)果可知，可利用原料的可壓縮性提升原料密度。

2 預(yù)壓螺旋輸送機設(shè)計改造

2.1 動力驅(qū)動部

成型機前期運轉(zhuǎn)過程中發(fā)現(xiàn)，驅(qū)動裝置負載僅為額定電流的1/5，無法起到對物料的壓縮作用，因此利用減速機輸出軸角度改變預(yù)壓螺旋中心軸輸送角度，增大對煤粉做功(見圖1)。同時，螺旋葉片與壁面間隙保持12 mm，保障兩個獨立螺旋中心線間距成統(tǒng)一變比遞減，以降低電機做功所要克服的阻力，避免因螺旋葉片間距互相影響導(dǎo)致的電機負載增大風(fēng)險和壓縮比過大導(dǎo)致的物料“抱軸”事件。

2.2 中部緩沖倉

中部緩存料倉是預(yù)壓螺旋的緩沖倉。前期使用中發(fā)現(xiàn)，緩存料倉與預(yù)壓螺旋結(jié)合處普遍出現(xiàn)設(shè)備漏粉現(xiàn)象。通過分析發(fā)現(xiàn)，預(yù)壓螺旋在工作過程中會使原料中的氣體釋放出來，氣體上升使其倉內(nèi)形成微正壓，從而使密封面受損、出現(xiàn)冒粉現(xiàn)象。為此，在緩沖倉上部增開了放氣孔，孔口采用高密網(wǎng)紋布密封并接有收塵管道，收集因成型機原料自重排料而產(chǎn)生的氣體和落料產(chǎn)生的揚塵。

緩沖倉上部原布置有寬200 mm、長500 mm、與地面夾角55°的斜槽漏料口。當上部螺旋給料量增大時，斜槽下料口出現(xiàn)了物料下料困難、被壓實堵塞的情況。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，潔凈煤廠現(xiàn)使用原料止息角為65°，且上部來料裝置的下料口寬度為170 mm，中部采用軟連接。當物料下料量增大時，物料因溜槽[5]下料坡度不足導(dǎo)致淤積在軟連接處，并受擠壓后密實。為此，將落料口由原來的斜口溜槽改為290mm×540mm×150mm的垂直溜槽，有效避免了因落料堆積而導(dǎo)致的堵料問題。

原料通過時間：s=ν0t+at∧2/2=0.15 m解得：t=0.124 s。

原料通過量：G=abcρt1φ=0.29m×0.54m×0.15m×0.58t/m3×29033s×0.5=198t。

溜槽通過能力遠大于實際使用量，滿足要求。

2.3 預(yù)壓排氣部

下部預(yù)壓裝置采用變徑垂直輸送螺旋完成輸送工作，預(yù)壓螺旋倉體成倒錐形布置。運行中取樣測試發(fā)現(xiàn)，通過預(yù)壓螺旋擠壓后物料密度僅為0.67 g/mL，物料在經(jīng)由變徑[7]輸送時物料中的氣體沒有有效的途徑可以及時釋放。通過分析發(fā)現(xiàn)，潔凈煤廠現(xiàn)用原料為120目左右的煤粉，決定在預(yù)壓排氣部外壁布置孔徑為0.1 mm的排氣矩陣塊；內(nèi)部設(shè)置深度、寬度均為10 mm的方型排氣槽，周圈布置；螺旋螺間距離采用比例壓縮，葉輪間距31°、24°、27°、30°四級間距，最后一級螺旋間距采用放散型設(shè)計，出口兩側(cè)布置防側(cè)溢背板，以防止因物料壓縮比過大而導(dǎo)致的堵料、漏料問題。見圖2。壓縮比計算：n=η(πr12)/(πr22)=0.65×π×249.22/(π×159.42)=1.58。理論壓縮后物料密度：ρ=0.67n=1.06 g/mL。

圖2 預(yù)壓排氣部設(shè)計示意

3 試驗結(jié)果與分析

將潔凈煤廠現(xiàn)有14號成型機作為預(yù)壓螺旋技改試驗樣機，通過模擬生產(chǎn)時邊上料邊生產(chǎn)模式，液壓站壓力設(shè)定為18～19 MPa，與未技改前測試時壓力設(shè)定一致；調(diào)試14號成型機設(shè)備參數(shù)，對比技改前后14號成型機產(chǎn)能及型煤成品數(shù)據(jù)，進行系統(tǒng)分析論證。見表1。

表1 技改前后14號成型機工作參數(shù)

從表1可以看出，成品型煤平均質(zhì)量提升3.07 g/塊，成品完好率提升至80%，冷壓強度[6]不小于400 N/個的成品保持在80%左右，平均冷壓強度為651.75 N/個，落下強度[7]提升至75.91%，成型機產(chǎn)能提高到8.75 t/h，接近設(shè)備理論產(chǎn)能10 t/h。

4 改造效果

(1)從成型機運轉(zhuǎn)工況來看，預(yù)壓螺旋技術(shù)改造后，型煤壓制成型過程中更容易達到物料平衡狀態(tài)，保證型煤生產(chǎn)的連續(xù)性、穩(wěn)定性。

(2)輔助設(shè)備不變，預(yù)壓螺旋技術(shù)改造后，成型機產(chǎn)能提升約4.18 t/h，確認了預(yù)壓螺旋均勻布料性研究方案的正確性。

(3)從樣品平均質(zhì)量、落下強度及完好率來看，解決了預(yù)壓螺旋排氣不暢對成品質(zhì)量的影響，成品成型效果得到顯著提高。

5 結(jié)束語

均勻布料穩(wěn)定性對潔凈煤廠現(xiàn)用高壓干法成型機的成型效果有著顯著影響。在垂直輸送粉料的設(shè)備中，排出干燥粉料中的氣體，防止物料中空斷層，保持壓制成型過程中的物料平衡，得到的成品完好率高，成型設(shè)備的生產(chǎn)效率也更高。