弛张筛在细粒原煤筛分作业的分析及应用

刘 阳

(北京中煤诚瑞矿业工程技术有限公司, 北京 100043)

当前, 我国动力煤洗选方式以分级入洗为主, 即大于25 mm(或大于13 mm)块煤采用浅槽重介质分选机排矸, 小于25 mm(或小于13 mm)末煤采用重介旋流器分选或旁路不入洗直接供电厂使用。 分级入洗方式能够充分发挥浅槽分选块煤处理量大、 效率较高、 加工费用相对较低的优势, 同时也能充分发挥重介旋流器分选末煤时分选精度高的优势。 为实现分级入选, 在分选前原煤需进行25 mm(或13 mm)分级。 但随着采煤机械化程度的提高, 井下原煤煤粉含量增加, 同时井下为改变工作环境通常采用喷水除尘, 也使得原煤外在水分进一步提高, 有些矿区原煤水分已达12%～14%, 给筛分分级作业带来很大困难。

据以往选煤厂使用经验, 香蕉筛、 博后筛在对潮湿细粒级物料的分级作业中经常出现堵孔、粘孔现象, 导致筛分效率急剧降低(13 mm 干式筛分筛分效率一般为65%～70%)[1], 筛上物料限下率增加, 很大一部分小于13 mm 的末煤会成为筛上物进入块煤分选作业, 影响分选精度, 并给介质回收和后续的煤泥水处理工作带来难题。为解决潮湿细粒原煤深度筛分的难题, 首先应对堵孔、 粘孔现象进行分析, 以找出解决方案。

1 筛面堵孔、 粘孔问题的分析

1.1 堵孔

颗粒穿过筛孔成为筛下物的过程称为透筛,颗粒的透筛概率与颗粒大小和筛孔尺寸有关[2],见式(1)所示:

式中: P(A)为透筛概率,%; L 为筛孔边长,mm; d 为颗粒直径, mm; a 为筛丝直径, mm。

从式(1)发现, 对于一定的筛面, 筛丝直径a、 筛孔边长L 及开孔率都是常数, 只有颗粒直径是变量。 因此可看做透筛概率P(A)是d/L 的函数。 随着颗粒直径接近筛孔尺寸, 透筛概率逐渐降低, 并趋于零。 这部分颗粒直径与筛孔尺寸相近, 颗粒进入筛孔并达到一定的夹紧力时, 颗粒不能脱离而堵住筛孔。 堵孔颗粒有一定的粒度, 该范围与筛孔尺寸、 筛丝直径以及物料与筛丝之间的摩擦系数有关。

1.2 粘孔

颗粒越细, 比表面积愈大, 颗粒表面能愈高。 而任何自发的过程都是自由能降低的过程,因此, 在水的表面张力和煤泥粘附力的作用下,细粒煤结团、 粘丝是一个自发的过程。

进行筛分时, 当细小颗粒的外在水分由摆动状态过渡到链锁状态时[3], 细小颗粒因表面的水化膜张力和泥质的粘性力粘在一起, 有的虽然呈分散的个体, 但各自也有粘连的性质, 因此颗粒在表面张力和粘附力作用下连成一体, 易与筛丝发生非弹性碰撞, 粘附在筛丝上, 形成低密度的真空间隙, 水化膜和煤的粘性力使得毛细孔不透气, 因此外界的大气压大于内部压力, 使煤泥稳定地落在筛丝上。 尤其在筛面的菱角、 死角地带, 细小颗粒更易堆料、 结团, 最终在筛孔上形成一张覆盖膜, 堵塞筛孔。

潮湿细粒物料在不同材料筛面上的粘附情况也不同[4], 如图1 所示。 从图中可知, 物料在聚氨酯筛面上的粘附厚度最小, 在其他材料上粘附厚度较大, 在碳素钢及合金钢材质的筛面上粘附现象严重。 因此, 对于潮湿细粒煤炭筛分时, 选择合理筛面材质可有效减轻粘孔现象。

图1 潮湿物料在不同材质表面的粘附厚度

2 弛张筛的工作原理

弛张筛的一个显著特征是它打破了筛分机械刚性筛面不做相对运动的传统结构模式。 这项特征使弛张筛不仅具有大振幅、 大振动强度和可变形筛孔, 同时由于筛面的加速度变化幅度较大且加速度的峰值也很高, 再加上筛面处于不断变形过程中, 使物料获得足够大的加速度以冲破粘结的絮团, 解决粘孔难题[5]。 另外, 筛分动力学研究发现[6], 随着筛面宽度的增加会使筛面应力在筛分过程中变得平缓, 有利于提高筛面的使用寿命[7]。 而且筛机整体的振动强度与普通圆振动筛相当, 这为弛张筛大型化奠定了基础。

目前选煤厂应用较多的弛张筛有德国的Liwell 型弛张筛、 奥地利的宾得弛张筛、 伯特利弛张筛、 秦皇岛优格玛弛张筛等。 下面以优格玛弛张筛为例, 阐述弛张筛的工作原理。

优格玛弛张筛是在传统的直线振动筛基础上发展而来的, 外形结构见图2。 振动方式是由单一驱动产生的双重振动。 基本的振动源是电机带动激振器产生的直线振动, 附加的振动是由浮动筛框产生的二次振动。 通过弹性连杆传动使浮动筛框与筛箱做相差180°的反复运动。 弹性聚氨酯筛面的两端分别安装在浮动筛框的横梁和筛箱横梁上, 在筛分过程中, 筛框运动带动弹性聚氨酯材料制成的筛面作快速、 周期性地翘曲—弛张运动, 使筛孔不断地产生变形, 从而能使筛面产生较大的加速度(30 ～50g)[8], 通过筛面将加速度传递给整个物料群, 使物料充分松散、 分层、透筛。

图2 优格玛弛张筛外形结构

图3 是两种极限位置时的筛面弛张运动情况示意图, 图的上半部分表示筛箱Ⅰ横梁1、 3 处于“右死点” 位置, 而浮动筛框Ⅱ横梁2、 4 处于“左死点” 位置, 当横梁1 和2 以及横梁3 和4 的间距为最小时, 其间的筛面呈松弛下垂状态;此时横梁2 和3 的间距为最大, 其间的筛面张紧并拉伸。 图3 下半部分所示与上述情况刚好相反, 筛箱Ⅰ处于 “左死点”, 而筛箱Ⅱ则处于“右死点”, 随着筛箱Ⅰ和筛箱Ⅱ的周期作用, 各段筛板也出现周期性的松弛和张紧运动。

图3 筛面弛张运动示意

3 弛张筛应用案例

3.1 宁东选煤厂

宁东选煤厂为动力煤选煤厂, 原设计为大于13 mm 块煤采用重介浅槽分选, 小于13 mm 末煤采用重介旋流器分选。 由于宁东矿区原煤具有水分高、 粘度大的特点, 原采用博后筛、 香蕉筛在13 mm 分级过程中存在易堵筛孔、 筛分效率低的问题, 影响生产的连续性。 因此, 各分厂原煤分级筛的筛缝均由13 mm 调整至25 mm, 仅大于25 mm 粒级入洗或作为筛块煤销售, 25 ～13 mm 粒煤则混入末煤作为电煤销售, 造成极大浪费。 鉴于此, 矿区用宾得公司KRL/DD3000×10 双层弛张筛替代了原分级筛。 改造前后参数对比见表1。

表1 博后筛、 弛张筛参数对比

改造后, 不仅解决了堵孔问题, 筛分效率也得到保障, 而且降低了浅槽的入选下限, 分选后25～6 mm 洗精粒直接销售, 每年为矿区提高收益超过10 亿元[9]。

3.2 张集选煤厂

隶属于淮南矿业(集团) 有限责任公司的张集选煤二厂, 设计生产能力为5.5 Mt/a, 煤质特点为末煤含量大、 原煤湿度和粘度较大, 不易筛分[10]。 原采用ZXF3673 型香蕉筛进行10 mm 分级, 筛孔经常堵塞, 分级效果差, 造成带末煤入洗。 2012 年2 月初, 张集选煤二厂对该设备进行改造, 选用KRL/ED 3 m x×7 m 宾得弛张筛替换了原香蕉筛。 更换后煤样筛分数据见表2。

表2 更换弛张筛后煤样筛分数据

根据表2 计算得, 更换弛张筛后筛分效率为88.8%, 比改造前筛分效率79.22%提高了9.58个百分点。 此外, 改造后设备运行平稳、 噪声低、 物料不粘筛面、 免清理, 彻底解决了筛孔堵塞、 维护工作量大的问题, 也大大改善了煤泥水系统运行状况, 提高了选煤厂经济效益。

4 结 语

在介绍潮湿细粒原煤筛分现状的基础上, 通过对细粒物料堵孔、 粘孔问题的分析, 结合弛张筛的工作原理以及现场应用, 总结出以下结论:

(1)目前选煤厂广泛应用的细粒分级筛在工作时存在堵孔、 粘孔的现象, 致使筛分效率降低, 限下率增加, 影响分选精度, 并给介质回收和煤泥水处理带来压力。

(2)不同材料的筛面粘附情况不同, 聚氨酯材料筛面粘附性小, 对解决粘孔现象有利。

(3)弛张筛筛面具有大振幅、 大振动强度(最大可达50g)以及筛孔可不断变形的特点, 这些运动参数能冲破颗粒间的粘结力, 解决潮湿细粒物料堵孔、 粘孔的难题, 提高筛分效率, 同时由于其结构特点, 使筛机的寿命得到保证。

(4)通过现场与香蕉筛和博后筛对比, 弛张筛不仅筛分效率高, 而且还具有能耗低, 维修量少等特点。