1、煤炭破碎机的技术要求
煤炭破碎机的技术要求为了最大限度地实现矸石同煤的单体解离 , 增加原料的比表面积 , 提高煤炭质量 降低灰分、提高发热量 , 除去煤中的硫、磷等有害物质 , 减少煤炭在燃烧时对大气造成的污染 , 必须对煤炭进行有效的粉碎。
近年来 , 破碎机作业越来越受到重视 , 主要原因是煤炭破碎效果不但直接影响整个洗选系统的技术量进行调节、记录、计算等。电磁式流量计在选煤厂主要用来测量浮选入料、液体及水的流量。
1.1 严格控制产品粒度
在经济方面 , 煤炭用户对产品粒度的要求非常严格 , 不同的用户有着不同的粒度要求 , 而且这种要求随着市场在不断变化 , 一旦达不到要求就会使煤炭滞销或因粒度超限而拒付货款 , 直接影响煤炭企业的经济效益。同时 , 不同时期、不同粒度规格的产品价格不同 , 企业为了获取最大限度的利润也必须依靠有效的破碎作业。
在技术方面 , 不同的洗选设备有着不同的处理粒度范围 , 必须通过破碎作业 , 才能满足洗选设备的要求。重介质旋流器是分选效率很高的洗选设备 , 适应性强 , 易于实现自动化 , 使用非常广泛但如果洗选产品粒度超限 , 极易造成泵或管道的堵塞 , 使其不能发挥高效的作用 , 为了解决这个问题就必须通过破碎作业严格保证入料粒度。
1.2 降低破碎机过程的过粉碎
破碎过程中的过粉碎 , 不但造成资源的浪费影响煤炭企业的经济效益( 尤其是无烟煤的破碎 ), 而且会使选后粉煤水分增加 , 煤泥水系统压力增大 , 精煤实际产率降低。随着环保要求的提高以及粉煤处理费用的增加 , 将粉煤出量降至最低就成为破碎作业的关键所在。
1.3 大处理能力
近年来 , 年产量 500万 t甚至 1 000万 t以上的大型、特大型选煤厂日益增多 , 选煤流程的日益简化要求有处理能力在 1 000 ～2 000t/h甚至3 000t/h大处理能力的分级破碎设备与其相适应。
1.4 设备运行的高可靠性
分级破碎设备作为洗选准备系统的关键设备采用开路破碎 , 实现分级破碎的双重功效 , 一旦设备出现问题 , 整个洗选系统将不能正常运行 , 所以设备的高可靠性是该类设备成功应用的前提。
1.5 低维护量和检修的简易性
对于大型高产高效的现代化选煤厂 , 设备必须满足自动化程度高、维护量低的条件。同时 , 作为大处理能力破碎设备 , 整机重量大 , 一般在现场很难整体解体检修 , 所以要求其主体部件保证长期的运行稳定性 , 耐磨件也要求在现场就可以很方便地更换。
2 煤炭破碎设备的主要类型及性能特点
目前 , 破碎机有许多种 , 按其破碎物料的主要作用力大致可分为挤压型、冲击型、剪切型三种。
2.1 挤压型破碎机
主要包括颚式破碎机、旋回破碎机、圆锥破碎机、光面或槽型齿面的辊式破碎机等。其工作原理为: 物料在破碎机械的固定齿板和可动齿板之间受到挤压、劈裂和弯曲作用而被破碎。该种破碎机对破碎腔内的物料混杂破碎 , 极易形成过粉碎 , 且容易形成大片状产品 , 不能保证产品粒度 , 功率消耗大。主要用于坚硬物料的破碎 , 在金属矿山和碎石料领域应用广泛。目前 , 只有一些老选煤厂还在应用此类设备。
2.2 冲击型破碎机
主要包括反击式破碎机、环锤式破碎机等。该种破碎机是以高速运动的锤头打击物料 , 每次打击后 , 物料加速飞向冲击板 , 冲击、反冲击的反复作用以及被打击物在破碎腔内的相互破碎冲击 , 还有一部分在打击刃和冲击板作用下被剪切 , 从而实现破碎物料的目的。这种破碎方法可控性很差 , 最后会导致产生大量粉煤 , 对于硬度不高且脆性很高的煤炭用这种方法破碎时情况更为糟糕 , 而且对入料粒度有限制 , 不适合煤炭的粗、中碎作业。比较适合于电厂、焦化厂煤炭的粉碎作业。
2.3 剪切型分级破碎机
煤科总院唐山分院研制的新齿型分级破碎机、英国 MMD公司的双齿辊分级机、德国的 WMG型辊碎机以及德国的 KRUPP公司生产的双齿辊破碎机都属于该种类型破碎机。这类破碎机充分利用了岩石、煤炭、焦炭等的强度特性 表 1 , 通过对物料的剪切、拉伸、弯曲、刺破、折断、劈裂等作用实现破碎的目的。由于破碎原理先进 , 该种破碎机的节能降耗效果明显。
在破碎煤炭、焦炭、石灰石等中硬物料时 , 剪切型分级破碎机的能耗为 0.21～0.45kW·h/t, 颚式破碎机 0.46～1.5kW·h/t, 反击式破碎机 0.94～1.27kW·h/t, 环锤破碎机 0.86～1.24kW·h/t,传统齿辊破碎机 0.35～0.56 kW·h/t。
表 1 煤炭强度特性表
抗压强度 /MPa 抗剪强度 /MPa 抗拉强度 /MPa
5～50 1.1～16. 5 0.25～5.9
10～16 2.5～5 1.5～2.5
1 0.25～0.15 0.009～0.06
3 分级破碎设备在国内推广应用情况
3.1 认同的普遍化
几年前 , 只有部分用户认识到分级破碎设备的技术优势并在生产实践中加以应用。而今 , 随着应用范围的逐步拓展 , 该类设备所体现出的明显的技术进步逐步为整个行业所认可与追随。从设计单位推荐到业主的主动要求 , 从只是大型生产企业应用到广大中小企业主的积极选用 , 全面地替换老式齿辊破碎机、环锤式破碎机、颚式破碎机等 , 体现出新技术的勃勃生机与业界的普遍认同。
3.2 国外产品与国内产品都得到了广泛的推广应用
过去, 国内分级破碎设备实际处理能力一般在300t/h, 只能满足中小选煤厂的使用, 而大型分级破碎设备只能依赖进口。上世纪 80年代至今, 我国已投入了大量的外汇用于购买国外 ABON、MMDPCC、AUBEMA等各公司的大型破碎设备及其配件该种破碎机的价格及后续的配件费用对于中国企业的承受能力来说是非常高的, 同时还存在着供货周期长、配件费用高、售后服务复杂等问题。
煤科总院唐山分院的 SSC大型分级破碎设备 ,正是为了适应这种日益增长的技术和市场需求而研究开发的。新齿型分级破碎机近年来被广泛使用并取得了很好的效果 , 获得了巨大的经济和社会效益 , 在此实践基础上 , 并有基金课题和部级课题的深入研究及实践总结作先导 , 独立开发了具有高处理能力、高可靠性、极低过粉碎的大型分级破碎设
备。
SSC系列大型分级破碎设备现已在多处成功应用 , 整机主要标准部件均采用国际同类产品所采用的国际知名品牌 , 同时采用高强度整体轴承座和多层钢板焊接的整体机架。使用实践证明 , 该设备具有可靠性高、处理能力大、保证粒度好、粒度刚性可调等突出优点。可靠性和工艺性能与国外同类产品相当 , 不但完全可取代进口产品 , 而且还具备一些国外产品没有的先进功能 , 结束了目前我国选煤厂大型分级破碎设备完全依赖进口的状态 , 使我国的破碎技术达到一个新水平 , 填补我国该项技术、产品领域空白 , 为国内高端用户提供了更多选择。
3.3 使用范围扩大化
最初 , 分级破碎设备主要用于原煤的分级破碎。随后 , 又利用其严格保证粒度、过粉碎低的特点用作精煤、焦炭等的粒度把关设备。近年来 , 又利用其处理能力大、严格保证产品粒度、齿部使用寿命长的优点用于矸石、石灰石、铝矾土矿的破碎。应用领域逐步从选煤厂拓展到电厂、非金属矿、化工等行业。
4 存在的主要问题
4.1 缺乏理论总结与研究
目前, 分级破碎设备的使用日益普及, 使用效果也得到广泛的肯定, 应该说从实践的层面看很成功。但一项新技术成熟的重要标志, 同时也是该类设备能突破自身技术取得实质性飞跃的标志是最终形成一个好的理论体系。作者查阅了大量的国内外的相关论文、著作与专利, 发现真正从理论层面对分级破碎技术进行总结、阐述的很少, 绝大部分停留在使用经验总结的较低层面上。作者也试图用Griffith的裂缝理论对加载速率与破碎功耗及破碎块度预测等相关技术细节加以理论上的提升, 但也只是浅尝辄止, 没有跟进的试验加以深化和系统化,距离形成能够指导实践的理论还有相当的工作要做。
4.2 指标需要精细化
除理论研究欠缺外 , 目前存在的另外一个更实际的问题是参数的精细化。分级破碎技术虽说是从破碎引伸出来的技术 , 但它不仅仅是单纯的破碎,与选煤工艺有着非常密切的关系。选煤工艺的多样性和各工艺的自身特点都对粒度、过粉碎有着特殊的要求。要想很好地与之配合并最大程度地发挥各类设备的性能 , 使各项技术参数达到最佳 , 必须对分级破碎的各项技术指标精细化和标准化。相关指标主要包括: 限上率、过粉碎率、破碎比、处理能力、破碎强度等。
5 分级破碎设备选择建议
5.1 合理选型
好的技术、先进的产品要想达到理想的使用效果 , 合理选型是关键; 分级破碎虽然从表面上看只是一台单机设备 , 但必须从整个选煤系统的角度考虑与选用才会得到理想的使用结果。
5.2 针对不同的选煤系统
不同的主洗工艺 , 如跳汰、有压重介旋流器、无压重介旋流器、浅槽等因其洗选侧重点有所不同 , 对入选原煤的粒度要求也有细微的差别。
5.3 针对不同的煤质情况
处理能力、煤炭硬度、矸石含量、矸石硬度直接决定了破碎机的装机功率 , 而入料粒度组成则是确定分级破碎设备通过能力的决定因素。
5.4 综合考虑技术性能与价格
综合考虑粒度、处理能力、过粉碎、破碎齿使用寿命等因素 , 客观地选择性价比最适合的产品至关重要。
5.5 厂型不同
新建与老厂房改造情况不同 , 选择侧重点也不同。新建厂房主要考虑设备技术的先进性、可靠性。如系统允许可采用原煤经分级破碎直接进入主洗的简化流程 , 设备处理能力也应留出增产时的富余空间。老厂改造因已经配备筛分、手选等工艺 ,可用分级破碎设备破碎筛上物 , 发挥其成块率高的优点 , 但要考虑新设备外型尺寸、整机重量等是否适合于老系统 , 设备处理能力只要达到现流程技术要求即可。
5.6 煤中杂物种类与数量
所谓煤中杂物是指铁器 , 大块木头、炮线等。因分级破碎设备一般破碎强度都在 160MPa以上 ,而矸石硬度多在 120MPa以下 , 所以矸石可不必过多考虑。
不同原煤 , 其杂质含量差别很大。一般大的矿井多采用综采方式 , 则主要杂质为铁器 , 只要配备效果较好的除铁设备即可采用分级破碎流程。如果是外购煤 , 且多为小窑煤 , 则木头、炮线等杂物较多 , 建议采用先筛分 , 经手选除杂然后破碎 , 效果较好。另外 , 如原煤煤质较差 , 夹矸煤多 , 需要将煤破碎至较小粒度才能达到洗选指标时 , 由于小粒度范围内分级破碎效果变差 , 此时也不推荐用分级破碎的简化流程。
6 结语
(1) 分级破碎机作为一种全新理念的破碎设备 , 具有简化工艺流程、结构简单、严格保证粒度等明显优点 , 是煤炭及焦炭破碎作业的首选设备 ,近几年来在国内煤炭行业得到了广泛的应用, 并取得了很好的使用效果。
(2) 分级破碎设备在得到广泛推广的同时,也存在着一定的问题。影响实际应用的问题主要是技术指标不细化 , 较粗放 , 需要进一步精细化。影响进一步发展并实现质的飞跃的问题是缺乏理论总结与研究。
(3 )先进的设备、好的技术产品必须在合理选择的基础上才能发挥更大的作用而不至于出现因选型不合理而影响生产的问题。
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