邵燕祥
(中赟國際工程股份有限公司,河南 鄭州450007)
目前,化工、造氣、燒結(jié)等行業(yè)對塊煤需求量巨大,加之塊煤的銷售價格明顯高于末煤等產(chǎn)品,因此提高塊煤產(chǎn)率成為選煤廠增加經(jīng)濟效益的重要途徑。由于選煤廠塊煤分選、儲存、裝車、運輸?shù)拳h(huán)節(jié)的防破碎設(shè)施不完善及溜槽、輸送帶設(shè)計不合理等原因,塊煤在選、儲、裝、運過程中被破碎,造成塊煤破碎率偏高。因此,如何最大限度地提高塊煤產(chǎn)率,成為選煤廠亟待解決的問題。
為了保證塊煤產(chǎn)率,選煤廠在選、儲、裝、運全過程的各個環(huán)節(jié),根據(jù)不同作業(yè)需要,分別安裝斜坡鋼板、新型慣性導(dǎo)料槽、緩沖溜槽等設(shè)備、設(shè)施來提高塊煤產(chǎn)率,并且取得了較好效果。 為此,對不同防破碎方案進行分析,以期為塊煤防破碎技術(shù)的選擇提供參考。
(1)運輸轉(zhuǎn)載環(huán)節(jié)。在煤炭運輸過程中,破碎環(huán)節(jié)主要是轉(zhuǎn)載處,在轉(zhuǎn)載處塊煤與溜槽壁、膠帶或其他物體碰撞次數(shù)太多,且每次碰撞都使塊煤存在不同程度的破碎,致使塊煤產(chǎn)率大大降低。煤炭運輸中完成轉(zhuǎn)載作業(yè)的多為溜槽,而選煤廠部分溜槽設(shè)計(形狀、傾角等)不合理,塊煤防破碎設(shè)計考慮不夠,導(dǎo)致塊煤轉(zhuǎn)載時落差大,與溜槽壁相互激烈碰撞而破碎,最終造成塊煤產(chǎn)率降低。
(2)塊煤儲存環(huán)節(jié)。通常選煤廠煤倉落差在15~20 m之間,塊煤分級后入倉落差較大。當(dāng)煤倉的煤位較低時,大量的入倉塊煤直接從機頭落到倉底,而塊煤自由下落的速度很大,有時高達15 m/s左右,致使塊煤之間、塊煤與其他物體之間相互激烈碰撞破碎或被摔碎,其限下率大幅增加。通過一組數(shù)據(jù)(表1)可以看出:入倉前后塊煤限下率之差高達22.97%,說明入倉過程中大量塊煤出現(xiàn)破碎。
表1 入倉前后的塊煤限下率對比結(jié)果
(3)原煤破碎環(huán)節(jié)。一般原煤準(zhǔn)備環(huán)節(jié)的分級粒度為100 mm,>100 mm粒級物料經(jīng)手選后進入破碎機。在人工揀選環(huán)節(jié),由于人工手選的隨意性較大,塊煤揀出率低,未被撿出的塊煤被破碎后造成過粉碎現(xiàn)象嚴(yán)重。
(4)銷售裝車環(huán)節(jié)。一般選煤廠分選出的塊煤先入倉后經(jīng)膠帶或溜槽裝車銷售,在銷售不暢的情況下,塊煤需要落地儲存。在這個過程中塊煤與溜槽壁、膠帶等相互碰撞,加上下落時塊煤之間的相互碰撞,導(dǎo)致塊煤破碎量進一步增加。
根據(jù)塊煤選、儲、裝、運全過程的實際情況,可以考慮從四個方面提高塊煤產(chǎn)率,具體表現(xiàn)為:
(1)減少其他能量向動能轉(zhuǎn)化。塊煤轉(zhuǎn)載過程中可能存在較高落差,在塊煤從高處向低處運動時,重力勢能轉(zhuǎn)化成動能,導(dǎo)致塊煤運動速度增大,易造成塊煤被摔碎。因此,在實際生產(chǎn)過程中,要保證塊煤運動路徑上的高差(膠帶與分級篩之間的高差、膠帶相互之間的高差等)在合理的范圍內(nèi),避免塊煤被摔碎。
新莊選煤廠、劉河選煤廠在后期改造過程中,將塊煤轉(zhuǎn)載膠帶與分級篩的高差保持在20 cm,基本杜絕了塊煤被摔碎的現(xiàn)象。
(2)減小碰撞物體之間的彈性恢復(fù)系數(shù)。在盡量使塊煤不破碎的前提下,增加反向作用力,以增加塊煤與溜槽壁、膠帶等的接觸時間,從而減小塊煤與其他物體的碰撞力度。
兩個物體的接觸時間與兩者的材料性質(zhì)有很大關(guān)系,如果材料硬度大(即恢復(fù)系數(shù)大),則接觸時間短;反之,則接觸時間長。在兩者碰撞壓縮過程中,接觸點附近材料受到的壓應(yīng)力較大,越靠近壓痕中心的材料所受的壓應(yīng)力越大,越早到達屈服極限。選煤廠通常在膠帶的受料點加裝緩沖托床,并在溜槽碰撞點加裝軟皮,以達到降低塊煤破碎的目的。
(3)減小塊煤運動速度。因為塊煤在膠帶或溜槽表面的運動速度很高,運動速度甚至能達到2.50 m/s,輸煤膠帶的運行速度可能在6 m/s左右,高速運動的塊煤與溜槽壁、膠帶等物體碰撞后,塊煤勢必被撞碎[1-2]。
塊煤運輸膠帶的運行速度要盡量選用低速,塊煤的主運輸膠帶可以配置變頻調(diào)速裝置。根據(jù)煤質(zhì)情況和煤量情況,適當(dāng)調(diào)節(jié)膠帶運行速度,既可滿足塊煤運輸要求,又能滿足前后轉(zhuǎn)載點的防破碎要求。需要注意的是,在變頻調(diào)速的情況下,膠帶寬度要滿足其低速運行時塊煤通過量的需求。
(4)減少塊煤與其他物體的碰撞次數(shù)。在塊煤運動過程中,容易與溜槽壁、膠帶或其他物體發(fā)生碰撞,每次碰撞都使塊煤有一定破碎。多次碰撞效果的累積,必將使塊煤粒度變小,并使其產(chǎn)率降低。因此,可以從減小塊煤與其他物體的碰撞次數(shù)考慮,以提高塊煤產(chǎn)率。
目前,薛湖選煤廠采用新型慣性導(dǎo)料槽運輸塊煤,在塊煤運動過程中,以“液狀流”運動形式代替?zhèn)鹘y(tǒng)“臺球流”形式,塊煤之間及塊煤與溜槽壁、膠帶等物體之間的碰撞次數(shù)大大減少。
在塊煤倉內(nèi)安裝斜坡鋼板,可以減小塊煤運動速度及其與其他物體撞擊的力度和機會,從而實現(xiàn)塊煤的緩慢入倉,以提高塊煤產(chǎn)率。在實際設(shè)計中,可以以煤樣的平均摩擦角為依據(jù),通過模擬試驗測算出斜坡鋼板的適宜安裝角度。
根據(jù)薛湖選煤廠的毛煤煤樣粒度組成可以看出:>13 mm粒級物料所占比例為36.40%,煤樣的平均摩擦角為33.72°,斜坡鋼板的安裝角度對塊煤限下率的影響見表2。
表2 斜坡鋼板的安裝角度與塊煤限下率的關(guān)系
由表2可知:安裝角度偏大或偏小都影響塊煤限下率,對薛湖選煤廠塊煤來說,安裝角度以34°為宜[3-4]。如果安裝角度偏小,則影響塊煤下滑速度,塊煤容易聚集成堆而無法下滑,最終自落到倉底,導(dǎo)致煤塊被摔碎。如果安裝角度偏大,則塊煤運動速度加快,其在與其他物體接觸時,碰撞力度增大,也容易被撞碎。
中型塊煤倉和小型塊煤倉的斜坡鋼板安裝角度可稍作調(diào)整,如將小型塊煤倉的安裝角度調(diào)到32°左右,中型塊煤倉的安裝角度保持在34°。通過現(xiàn)場數(shù)據(jù)分析(表3)可以看出,在將小型塊煤倉的斜坡鋼板安裝角度調(diào)整到32°后,塊煤限下率下降26.52%,說明塊煤防破碎措施使用效果良好[5-6]。
緩沖溜槽撥輪機屬于防破碎裝置[7-8],根據(jù)塊煤防破碎需要,結(jié)合現(xiàn)場實際情況,可在塊煤從分級篩到帶式運輸機之間的運輸路徑上增設(shè)緩沖溜槽撥輪機。利用安裝在溜煤斗上口的超聲波煤位傳感器探測塊煤的積聚高度,通過PLC和變頻器控制溜煤斗下口撥輪機的開停和轉(zhuǎn)動速度,進而實現(xiàn)塊煤在落差處蠕動下滑的自動控制,以減小塊煤的下滑速度和碰撞機會,達到塊煤防破碎的目的[1,9]。緩沖溜槽撥輪機結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。
表3 斜坡鋼板安裝角度調(diào)整前后的塊煤限下率對比結(jié)果
圖1 緩沖溜槽撥輪機結(jié)構(gòu)示意圖
為了解決原煤準(zhǔn)備環(huán)節(jié)人工手選隨意性大的問題,可以采用TDS智能干選機對>50 mm粒級塊煤預(yù)先排矸,再通過人工挑選出塊煤中的矸石,以保證塊煤質(zhì)量,同時防止塊煤過粉碎。干河煤礦TDS智能干選機分選效果見表4。
表4 干河煤礦TDS智能干選機分選效果Table 4 Performance data of the TDS dry cleaning machine used at Ganhe Coal Mine %
由表4可知:經(jīng)過TDS智能干選機分選后矸石帶煤率僅為1.34%,煤帶矸石率為5.32%[10],設(shè)備分選精度高,排矸效果明顯轉(zhuǎn)好。
通常選煤廠生產(chǎn)出來的塊煤先進入產(chǎn)品倉或落地儲存,再通過裝車系統(tǒng)裝車銷售。在這個過程中,塊煤因多次轉(zhuǎn)載而破碎,導(dǎo)致塊煤限下率大幅增加。
為此,可以考慮采用雙通道分叉溜槽雙系統(tǒng)裝車銷售,這樣塊煤既可直接汽運裝車銷售,又可入倉儲存,運輸轉(zhuǎn)載環(huán)節(jié)大大減少。此外,有的選煤廠采用集裝箱裝載運輸塊煤,塊煤運輸量增加,轉(zhuǎn)載環(huán)節(jié)減少,能夠有效解決塊煤破碎、運輸虧噸及環(huán)保問題。
提高塊煤質(zhì)量和提升塊煤產(chǎn)率是一個整體性問題,通過煤質(zhì)資料分析煤質(zhì)特性,重點研究選煤廠各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)對塊煤產(chǎn)率的影響,找出薄弱環(huán)節(jié)進行詳細分析,進而確定合理的塊煤防破碎技術(shù),達到防止塊煤破碎,提高塊煤產(chǎn)率的目的,這對實現(xiàn)選煤廠經(jīng)濟效益最大化有著重要意義。