高灰煤泥滤饼破碎及均匀配比混料装置的设计

刘亮亮，周 伟，李 亮，李建波，王淑杰

(安徽理工大学， 安徽 淮南 232001)

选煤技术中湿法选煤占据主导地位，湿法选煤产生大量煤泥水，其脱水回收及资源化利用是行业热点和难点问题。选煤厂常利用压滤机对煤泥进行脱水[1]，脱水后的滤饼采用破碎设备实现煤泥掺入混煤产品中销售[2]，但由于煤泥中含有大量黏土类矿物，若无法进行有效破碎及均匀掺混，将导致产品煤的发热量降低，严重影响产品煤质量，最终导致产品煤价格下降，造成经济损失。因此高灰煤泥滤饼有效破碎及均匀掺混成为当前亟待解决的问题。

本文针对高灰煤泥滤饼处理提供一种能够持续性破碎，同时还可以与其它物料进行均匀配比混合的装置，即高灰煤泥滤饼破碎及均匀配比混料装置。旨在实现高灰煤泥滤饼资源化利用，解决压滤煤泥的长期堆积问题，对提高煤泥产品质量、降低环境污染、增加企业经济和社会效益具有重要作用。

1 装置的设计思路

高灰煤泥滤饼的主要特点：粒度细(-120网目占70%～95%)，水分大(28%～30%)，灰分高(30%～70%)，在不烘干的条件下，呈塑性体或近似塑性体，易黏结。除此之外，煤泥滤饼大部分都是700～800 mm的扁片状[3]，且要求回收的滤饼必须保证粒度在50 mm以下，才能掺入混煤产品中销售[4]，因此设计的破碎装置破碎比要足够大。为保证破碎物料符合混料粒度要求，装置应设计筛网构成自闭路。对扁片状塑性体物料，最有效的施力方式就是切割和多方面冲击，因此设计的装置应具备切割及振动作用。为达到更好的滤饼破碎效果，装置应安装于滤饼输送带的下端，并要有足够的落差，保证滤饼能够依靠自身重力进行初步破碎。为实现混煤等中、低硬度配料与破碎煤泥掺混的目的，装置应设计能够破碎中、低硬度物料的机构。除此之外，为防止装置堵塞，最大限度地降低装置能耗，设计的装置应配备能根据滤饼黏度和给入量调节作用力的机构。最后，在装置机械性能可靠的前提下，优化装置结构，使滤饼不易黏结在装置上，如有堵塞也易于清理[5].

2 装置结构和工作原理

2.1 装置结构

高灰煤泥滤饼破碎及均匀配比混料装置结构见图1，该装置主要由破碎箱、混料箱和配料箱3部分组成。

1—破碎箱 2—破碎入料口 3—破碎出料口 4—破碎卸料口 5—第一破碎机构 6—第一筛网 7—送料螺杆 8—混料箱 9—混料入料口 10—混料卸料口 11—搅拌机构 12—配料箱 13—配料入料口 14—配料出料口 15—斜槽 16—储存箱 17—配料卸料口 18—阀门 19—第二破碎机构 20—筛分机构 21—预破碎机构 22—入料口调节机构 23—弹性元件 24—振动组件 25—称重传感器 26—测距传感器 27—定时器 28—控制器 29—支架 30—皮带 31—变频电机 32—电机支座图1 高灰煤泥滤饼破碎及均匀配比混料装置结构示意图

该装置中各部分箱体设置了相应的入料口及出料口，其中破碎箱和配料箱的入料口设计成大小可调式结构，便于实现大块物料的投放。除此之外，为实现物料的可持续破碎，提高生产效率，在破碎箱与配料箱的底部配备了相应的送料机构及卸料口，方便物料及时排出，避免物料在箱体底部堆积团聚。为达到混料的粒度要求，在破碎的箱体内布置多级破碎机构，以实现大块物料变成细粒物料的过程。破碎箱中的多级破碎机构能够增加破碎比，实现物料的有效破碎；配料箱中的多级破碎机构采用双齿辊结构能够实现对配料(硬性物料)的破碎，保证混煤能与破碎煤泥混合或达到煤泥滤饼与配料混合制成其它产品原料的目的。为保证混料粒度要求，该设备的破碎辊下方设置了筛网(网孔-50 mm). 筛网采用钢丝材质制作，对破碎后物料具有切割效果，而且各破碎辊上叶片及刮片各端制成刀刃形，使滤饼物料能够达到更好的破碎效果。为防止物料在破碎机构上粘结，破碎机构采用不锈钢材质制作，光滑不易粘料，并对装置表面进行去锈抛光，加大了装置的光滑度。除此之外，破碎辊上刮片制成刀刃形，用于刮除黏结在破碎辊以及筛网上的滤饼，实现装置自清理功能。在破碎箱底部布置了高频振动装置(包含弹簧、振动电机、电机保护罩和支撑架)，用于实现物料碰撞破碎以及粘结物料的振动脱落。该装置的破碎搅拌物料由相应的变频电机提供充足的动力，其中变频电机可以改变各转动轴(破碎轴、搅拌轴)的速度，从而形成速度差，防止装置堵塞，提高破碎效率。除此之外，该装置搭配了传感器，用于物料的检测并将检测信息及时反馈到控制器，实现物料的破碎、搅拌、排放、运输等一系列的操作，从而实现装置的智能化。

2.2 工作原理

装置工作流程见图2，破碎时，高灰煤泥滤饼从高处落下，落差为2 m，在自身重力的作用下进行简单破碎，进入装置的破碎腔以后，被高速相向转动的叶片依靠冲击剪切和拉伸的作用力使物料破碎成细小的颗粒，以达到滤饼破碎的目的。破碎辊上叶片尖端不断地切入滤饼，从而咬合住滤饼，然后依靠叶片的刃部相互剪切，使滤饼在与叶片的接触处断裂，并从叶片之间与侧壁间排出，排出后对其进行二次破碎。二次破碎后，合格的滤饼通过装置筛网的切割和送料机构(螺旋杆)的推动作用排出，不合格的滤饼则留在破碎腔内继续破碎，实现了对高灰煤泥滤饼的有效破碎。在滤饼破碎的同时，启动高频振动装置使黏结在破碎辊以及筛网上的滤饼进行振动脱落，避免其堵塞装置。除此之外，在破碎滤饼排出的同时，配料箱内的物料经多级破碎及筛分后进入混料箱内与破碎滤饼进行均匀混合。

图2 滤饼破碎及均匀配比混料的装置工作流程图

在混料箱进行均匀混料的同时，破碎箱和配料箱可持续性进行物料破碎，产生的多余破碎物料通过卸料口排出，且排放到输送设备(移动推车、皮带输送机等)，为下一次均匀混料做准备。物料在混料箱混合均匀后，装置上的智能化系统随即控制电机停止工作，同时打开卸料口，使混合好的物料从卸料口中排出，并由输送设备转移到储备仓进行储存，为下一步产品销售做准备。

3 特 点

通过不断地优化设计，高灰煤泥滤饼破碎及均匀配比混料装置具有如下特点：

1) 该装置采用高速剪切和拉伸原理破碎物料，具有生产效率高、节能等特点。

2) 破碎机构采用不锈钢材质制作，光滑不易粘料，克服了由于煤泥黏结而使装置发生故障的缺点。

3) 采用高频振动装置使破碎箱体受到上下方向的振动力，并且叶片的相互根切和对滤饼的剪切作用有效实现了对黏性物料的切割作用，破碎效果好。

4) 该装置能够将煤泥滤饼的粒度从700～800 mm减小到25～50 mm，破碎比可达32，破碎粒度均匀；其处理能力与辊轮长度呈线性关系，可达30 t/(h·m)；并且滤饼和混煤掺混比例为1∶4，使物料混合更加充分，混料物性均匀单一。

5) 出料粒度能保证，目前要求的出料粒度在50 mm以下，采用网孔为-50 mm的筛网可以很好地保证出料粒度。

6) 该装置不仅可以将破碎滤饼掺入混煤产品中进行销售，而且可以与其它配料混合制成产品原料，比如煤泥砖原料,实现了高灰煤泥滤饼的资源化利用。

7) 该装置为多级破碎，实现了软性潮湿易黏结物质(如压滤煤泥)和中、低硬度物料(如混煤)一体化联合破碎及均匀掺混。

4 结 论

高灰煤泥滤饼破碎及均匀配比混料装置可将大块的滤饼进行单独破碎，使其在不影响混料的同时，物料能够持续性破碎，而产生的多余物料可排到输送设备(移动推车、皮带输送机等)，为后续混料做准备。另外，该装置将滤饼破碎后与其它物料进行单独配比混料，为后续操作提供了铺垫，实现了高灰煤泥滤饼的资源化利用。除实现物料的持续性充分破碎混合外，该装置的智能化设计减少了资源的浪费，节约了成本。因此，该装置可以有效避免煤泥堆积而造成的环境污染问题，同时解决高灰煤泥滤饼破碎后无处去的问题，缓解企业的环保压力，实现资源的有效利用。