李 朋
(1.中煤科工集團(tuán)唐山研究院有限公司,河北 唐山 063012;2. 河北省煤炭洗選工程技術(shù)研究中心,河北 唐山 063012)
國(guó)投塔山選煤廠是一座礦井型動(dòng)力煤選煤廠,設(shè)計(jì)能力為5 Mt/a。設(shè)計(jì)工藝為全粒級(jí)原煤進(jìn)入分級(jí)破碎機(jī),破碎產(chǎn)物采用φ13 mm的脫泥篩脫泥,200~13 mm粒級(jí)塊煤采用淺槽重介分選機(jī)分選,淺槽精煤采用脫介篩脫介脫水,其產(chǎn)物被破碎至<50 mm,成為精煤產(chǎn)品;淺槽矸石采用脫介篩脫介脫水,其產(chǎn)物成為矸石產(chǎn)品[1-3]。
該選煤廠采用分級(jí)破碎機(jī)對(duì)全粒級(jí)原煤破碎,要求入料粒級(jí)在300~0 mm之間(含5%的超粒物料,最大粒度為500 mm),出料粒度不大于150 mm,設(shè)備處理能力為1 200 t/h。原來選用的是FP75150分級(jí)破碎機(jī),齒輥直徑為750 mm,齒輥長(zhǎng)度為1 500 mm,電機(jī)功率為2×160 kW。該破碎機(jī)在現(xiàn)場(chǎng)使用效果較差,處理能力不足,極易出現(xiàn)堵料問題;此外,破碎齒輥磨損嚴(yán)重,甚至頻繁斷齒,嚴(yán)重影響正常生產(chǎn)。
生產(chǎn)實(shí)踐發(fā)現(xiàn):FP75150分級(jí)破碎機(jī)入料中>400 mm粒級(jí)物料很多,甚至存在>800 mm的矸石。在入料量超過750 t/h時(shí),入料溜槽容易被堵塞;破碎機(jī)的齒牙磨損嚴(yán)重,且破碎腔內(nèi)存在破碎死角,部分大塊矸石無法被破碎;當(dāng)大塊矸石在破碎腔內(nèi)積聚時(shí),不但容易堵塞破碎腔,而且致使齒牙磨損加劇,進(jìn)而影響設(shè)備處理能力和破碎效果。
破碎機(jī)入料主要來自2號(hào)煤層和5(3-5)號(hào)煤層,煤炭賦存條件復(fù)雜,且質(zhì)量較差。煤層偽頂巖性為炭質(zhì)泥巖、砂質(zhì)泥巖,直接頂主要為高嶺質(zhì)泥巖和粉砂巖、砂質(zhì)泥巖;頂板穩(wěn)定性差,易冒落,并伴有火成巖;老頂以砂礫巖、粗砂巖為主,局部為中細(xì)砂巖,砂巖膠結(jié)致密;底板巖性為粉砂巖、高嶺質(zhì)泥巖、砂質(zhì)泥巖等。破碎機(jī)入料中>50 mm粒級(jí)矸石的含量達(dá)到58%,>400 mm粒級(jí)物料多為矸石,還含有其他巖石。由于原破碎機(jī)的設(shè)計(jì)出料粒度為350 mm,在長(zhǎng)期磨損下,實(shí)際超粒物料偏多,很多超粒物料升井后進(jìn)入下一作業(yè)流程。
通過調(diào)查分析,認(rèn)為原分級(jí)破碎機(jī)破碎效果較差的主要原因包括四個(gè)方面:
(1)由于入料粒度較大,而齒輥直徑僅為750 mm,其對(duì)大塊物料的嚙入能力較差,導(dǎo)致大塊物料長(zhǎng)時(shí)間在齒輥表面打轉(zhuǎn)而無法被破碎,破碎腔內(nèi)極易出現(xiàn)積料,且過粉碎物的含量大大增加,給煤泥水處理系統(tǒng)帶來很大壓力[4]。
(2)生產(chǎn)系統(tǒng)要求的處理量為1 200 t/h,而原分級(jí)破碎機(jī)的齒輥長(zhǎng)度僅為1 500 mm,其明顯偏短,設(shè)備處理能力明顯不足,故其入料量在750 t/h以上時(shí)經(jīng)常堵塞破碎腔。
(3)入料煤質(zhì)較差,其中矸石含量達(dá)到58%,且多為火成巖、高嶺巖等堅(jiān)硬物料,對(duì)破碎齒的鑄造質(zhì)量和綜合力學(xué)性能要求很高;否則,極易出現(xiàn)齒輥磨損過快,甚至齒盤斷裂等嚴(yán)重事故。通過原破碎機(jī)的齒盤斷口(圖1)可以看到,斷裂處鑄造晶粒粗大,存在明顯的鑄造缺陷[5]。
圖1 齒盤斷口
(4)破碎齒設(shè)計(jì)不合理,其對(duì)物料的破碎以擠壓為主。在破碎腔內(nèi)物料通過空間有限,高硬度物料對(duì)破碎齒產(chǎn)生的交變載荷較大,容易引起破碎齒的疲勞斷裂。此外,由于破碎齒的鑄造材料較差,事故后果更加嚴(yán)重。
綜合分析,由于原分級(jí)破碎機(jī)選型過小,齒型設(shè)計(jì)不合理,鑄造材料較差,無法滿足現(xiàn)場(chǎng)破碎作業(yè)要求。經(jīng)過反復(fù)論證,該選煤廠決定依據(jù)實(shí)際工況對(duì)原破碎機(jī)進(jìn)行更換,采用SSC900分級(jí)破碎機(jī)替換原破碎機(jī),以保證選煤系統(tǒng)可靠運(yùn)行。
SSC900分級(jí)破碎機(jī)(圖2)采用雙電機(jī)驅(qū)動(dòng),電機(jī)、偶合器、減速機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)與齒輥之間采用聯(lián)軸器傳遞扭矩,傳動(dòng)系統(tǒng)與破碎齒輥分別通過地腳螺栓聯(lián)接在機(jī)架上,每套齒輥沿軸向布置一定數(shù)量的破碎齒環(huán)[6]。通過平行安裝的兩套齒輥旋轉(zhuǎn)對(duì)大塊物料進(jìn)行破碎,兩套破碎齒輥為分級(jí)破碎機(jī)的核心工作部件。
1—電機(jī);2—偶合器;3—減速機(jī);4—聯(lián)軸器;5—齒輥
SSC900分級(jí)破碎機(jī)依據(jù)剪切破碎原理設(shè)計(jì),充分利用巖礦的抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)高于抗剪強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度的特性,使巖礦內(nèi)部的節(jié)理與裂紋等缺陷在剪切作用下發(fā)生滑移,從而起到破碎作用。通過破碎齒輥的特殊齒型設(shè)計(jì)與布置,使其像一個(gè)旋轉(zhuǎn)的格篩對(duì)混合物料進(jìn)行選擇性破碎,小于要求粒度的物料直接通過而無需破碎,僅對(duì)大于要求粒度的物料進(jìn)行破碎[7]。
(1)齒輥直徑為920 mm,長(zhǎng)度為2 500 mm,其對(duì)物料的嚙合能力增強(qiáng),能夠?qū)崿F(xiàn)物料的一次性破碎,進(jìn)而降低物料粉碎幾率和齒輥磨損,并保證設(shè)備處理能力達(dá)到1 200 t/h。
(2)破碎齒輥采用整體齒盤式結(jié)構(gòu),加工工藝較為簡(jiǎn)單,性能穩(wěn)定可靠,維護(hù)工作量小,適合矸石多、硬度高、處理量大的作業(yè)要求。
(3)破碎齒盤材料選用中碳貝氏體耐磨鋼,并配合以離心鑄造工藝,補(bǔ)縮條件更好,鑄件組織更加致密,力學(xué)性能更強(qiáng)[8-10],能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)的作業(yè)要求。
(4)齒型依據(jù)剪切破碎原理設(shè)計(jì),在保證出料粒度合格的前提下,破碎齒的齒前空間增大,能夠?qū)崿F(xiàn)物料的選擇性點(diǎn)接觸式破碎,這樣既可降低破碎能耗,又可極大地提高設(shè)備處理能力,還可減小破碎齒的磨損[11]。
此外,針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的惡劣工況,對(duì)SSC900分級(jí)破碎機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)。SSC900分級(jí)破碎機(jī)的軸承座蓋與破碎機(jī)腔體采用分離式設(shè)計(jì),能夠?qū)崿F(xiàn)靈活拆裝,方便工人檢修,且主軸承遠(yuǎn)離破碎腔,能夠有效避免粉塵污染,極大地提高了設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性。
SSC900分級(jí)破碎機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)如下:
入料粒級(jí)/mm
≤500
出料粒級(jí)/mm
≤150
處理能力/(t·h-1)
1 200
破碎強(qiáng)度/MPa
≤200
齒輥直徑/mm
920
齒輥長(zhǎng)度/mm
2 500
裝機(jī)功率/kW
2×200
供電電壓/V
660
自SSC900分級(jí)破碎機(jī)運(yùn)行以來,從未出現(xiàn)過運(yùn)行故障,其具有較高的可靠性;設(shè)備的處理能力瞬時(shí)可達(dá)1 500 t/h,完全滿足生產(chǎn)系統(tǒng)1 200 t/h的能力要求。為了驗(yàn)證實(shí)際破碎效果,在破碎機(jī)運(yùn)行正常的情況下,在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)采樣、分析,進(jìn)而得到原煤破碎前后的粒度組成(表1)和粒度曲線(圖3)。
表1 破碎機(jī)的入料與出料粒度組成
圖3 原煤破碎粒度曲線
通過表1、圖3可得,該破碎機(jī)的破碎效率為96.49%,破碎效果良好。此外,其出料粒度符合工藝要求,超粒物料僅占3.51%,且超粒物料基本成片狀或條狀,不影響后續(xù)處理效果。
SSC900分級(jí)破碎機(jī)在國(guó)投塔山選煤廠投入運(yùn)行后,一年多的生產(chǎn)實(shí)踐表明:其處理能力大,齒輥磨損小,破碎能耗低,完全滿足生產(chǎn)需要。在分級(jí)破碎機(jī)的選型過程中,要仔細(xì)了解現(xiàn)場(chǎng)工況,包括物料性質(zhì)、物料組成、入料粒級(jí)、出料粒級(jí)、處理量等,只有做到量體裁衣式的按需設(shè)計(jì),才能完全滿足現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際需求。
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