我国选煤厂弛张筛应用现状研究.pdf

doi 10. 11799/ ce202001008 收稿日期 2019-07-29 作者简介 于 驰1994, 男, 辽宁康平人, 博士在读, 研究方向 选煤机械, E-mail 13641214690 163. com。 引用格式 于 驰, 王新文, 宫三朋, 等. 我国选煤厂弛张筛应用现状研究 [J]. 煤炭工程, 2020, 521 34-38. 我国选煤厂弛张筛应用现状研究 于 驰, 王新文, 宫三朋, 赵国锋, 林冬冬, 徐宁宁 中国矿业大学北京 化学与环境工程学院, 北京 100083 摘 要 介绍了机械式和振动式两种弛张筛的性能特点及其在选煤厂中的应用现状, 分析了两 种弛张筛的结构和工作原理, 比较了两种筛板的安装方式, 并结合两种弛张筛在我国选煤厂中实际 应用情况, 从地基动负荷及功率效率的角度分析了二者间的性能参数。 结果表明 机械式弛张筛设 备稳定性高, 但是耗能较大, 相同筛分面积下, 安装高度高; 振动式弛张筛单位面积消耗功率低, 但面积效率和体积效率却要高于机械式。 此外, 与其他筛分机械相比, 两种弛张筛的振动强度和对 基础的动负荷都有明显的优势, 为广大用户在弛张筛的选择和使用提供了一定的参考依据。 关键词 弛张筛; 工作原理; 筛板安装方式; 性能参数; 动负荷 中图分类号 TD452 文献标识码 A 文章编号 1671-0959202001-0034-05 Study on application of flip-flow screen in coal preparation plant in China YU Chi, WANG Xin-wen, GONG San-peng, ZHAO Guo-feng, LIN Dong-dong, XU Ning-ning School of Chemical and Environmental Engineering, China University of Mining and Technology Beijing, Beijing 100083, China Abstract The perance characteristics of mechanical and vibrating flip-flow screens FFS and their application status in coal preparation plants are introduced, the structure and working principle of the two kinds of FFS are analyzed, the installation s of the two kinds of sieves are compared, and combining with the practical application of the two kinds FFS in coal preparation plants in China, the perance parameters between them are analyzed from the base dynamic load and the power efficiency. The results show that the mechanical FFS has high stability, high energy consumption and high installation height under the same screening area.While the vibrating FFS has low power consumption per unit area, but the area efficiency and the volume efficiency are higher than those of the mechanical FFS. In addition, compared with other screening machines, the vibration intensity of the two kinds FFS and the dynamic load of the foundation have obvious advantages, which can provide references for users for the selection and application of the FFS. Keywords flip-flow screen; working principle; sieve plate installation; perance parameters; dynamic load 目前我国大部分矿区的动力煤具有粉煤量大、 水分高以及随粒度减小灰分降低的特点。 动力煤选 前深度筛分工艺是近几年动力煤选煤厂洗选工艺研 究的热点, 该工艺是指末煤入选前预先进行 3～6mm 筛分, 筛上产品进入重介旋流器分选, 筛下粉煤可 以作为产品直接供应电厂等用户进行发电[1]。 洗选 前的深度筛分与重介分选的配合工艺, 在排出细粒 粉煤的同时, 增加了煤炭洗选系统的精度和稳定性, 减小了煤泥水处理系统的压力, 此外, 粉煤不进入 主洗系统也避免了泥化产生次生煤泥的现象, 因此, 煤炭干法深度筛分对节省投资、 降低加工成本、 减 少排放都具有非常重要的意义[2-6]。 但是, 由于原 煤外在水分、 黏土矿物、 泥土等的存在, 使细粒粉 煤在筛分过程中极易出现粘连、 团聚、 板结的现象, 造成筛面堵孔, 给深度筛分作业带来极大困难, 用 普通筛分方法具有相当大的难度。 为了解决潮湿细 粒物料干法筛分过程中的堵孔问题, 各国均开展了 干法筛分设备的研制工作[7,8], 一般而言, 细粒物料 干法深度筛分需要设备具有较大的振动强度, 即通 过增大振幅或提高频率来提高筛分效果, 但提高筛 机振动强度的同时降低了筛机运行的可靠性与寿命。 近年来, 用于处理 13mm 以下难筛物料的筛分设备 研制工作已取得了较大的进展, 出现了滚轴筛、 梯 流筛、 博后筛、 弛张筛、 琴弦筛、 概率筛、 高幅筛、 43 第52卷第1期 煤 炭 工 程 COAL ENGINEERING Vol. 52, No. 1 万方数据 介质筛、 共振筛等设备, 其中弛张筛由于其筛体振 动强度小, 筛面振动强度大, 可靠性较高, 且筛分 效果好, 自清理能力较强等特点, 在选煤厂潮湿细 粒物料深度筛分中得到了广泛应用。 笔者从我国选煤厂中两类常用的弛张筛的结构 和工作原理入手, 比较了两种筛板的安装方式, 并 结合弛张筛近年来在我国选煤厂中实际应用情况, 对二者间的性能参数进行详细的分析介绍, 为广大 用户在弛张筛的选择和使用提供一定的参考依据。 1 弛张筛结构及工作原理 弛张筛是一种起源于 20 世纪 60 年代的筛分机 械, 筛网由可以伸缩的聚氨酯橡胶材料制成, 在工 作时, 筛网交替张紧和松弛, 使物料产生弹跳运动, 可避免物料粘附筛网并堵塞筛孔, 同时, 由于采用 了挠性筛板, 使物料被抛射加速度达到重力加速度 的 30～50 倍, 因此筛孔不但不易堵塞, 而且提高了 筛分效率, 增大了处理量, 在实际应用中, 有效的 解决了难筛煤的堵孔问题, 简化了工艺流程, 提高 了企业经济效益[9-13]。 目前, 我国常用的弛张筛主 要分为机械式和振动式两种。 1. 1 机械式弛张筛 机械式弛张筛又叫曲柄连杆式弛张筛, 主要以 Liwell 弛张筛为代表, 如图 1 所示, 它由两个筛框 筛框Ⅰ和Ⅱ组成, 其中筛框Ⅱ放入筛框Ⅰ内, 筛框 Ⅱ用隔振弹簧支撑在机架上, 它们之间有吊挂装置, 将筛框Ⅰ平行吊挂在筛框Ⅱ上, 同时该吊挂装置又 可以作导向, 使筛框Ⅰ、 Ⅱ之间作相对平行运动。 每个筛框由两块侧板组成, 通过横梁连接一起, 聚 氨酯筛板两端分别固定到筛框Ⅰ和Ⅱ的横梁上。 筛 框的驱动是电机通过皮带轮带动偏心轴转动, 偏心 轴通过连杆就会不断推拉筛框Ⅰ, 使筛框Ⅰ和筛框 Ⅱ产生相向和相背的交替运动, 由于两筛框的质量 近似相等, 筛框Ⅱ推拉筛框Ⅰ的同时, 筛框Ⅰ也推 拉筛框Ⅱ, 所以筛框Ⅰ和筛框Ⅱ相对振幅是正负 12mm, 每个筛框的绝对振幅为 6mm。 当筛框Ⅱ推筛 框Ⅰ时, 筛框Ⅰ向前运动 6mm, 筛框Ⅱ向后运动 6mm, 同理, 当筛框Ⅱ拉筛框Ⅰ时, 筛框Ⅰ向回运 动 6mm, 筛框Ⅱ向前运动 6mm, 安装在筛框上的横 梁带动柔性的筛板也进行交替张紧和松弛, 如此, 筛面上的物料就会发生 “弹起落下弹起” 的循 环过程。 机械式弛张筛的工作频率为 500～600r/ min 左右。 图 1 Liwell 弛张筛结构 1. 2 振动式弛张筛 振动式弛张筛是在传统的圆振动筛或直线振动 筛上发展而来的。 单一驱动产生双重振动, 即由一 个激振器或激振器组提供两个振动, 基本的振动是 偏心块旋转使主动筛框产生的圆形或直线振动; 附 加的振动是通过剪切弹簧使浮动筛框产生的椭圆形 振动, 当主浮筛框产生相对运动时, 使两端分别安 装在固定梁和浮动梁上聚氨酯筛板不断扩张、 收缩, 柔性筛板产生大挠度的变形, 从而使筛面上的物料 颗粒获得很高的加速度, 最大可达 50g 以上, 且筛 孔不断地伸缩变形过程中, 可有效防止筛孔堵塞, 提高物料筛分效率, 振动式弛张筛的工作频率大多 为 800r/ min 左右, 其结构如图 2 所示。 图 2 振动式弛张筛结构 2 弛张筛筛面安装方式 目前, 弛张筛筛面与筛梁的安装方式有螺栓固 定式和卡槽嵌入式两种[14], 下面详细介绍两种安装 方式的特点。 螺栓固定式安装 筛板沿筛宽方向布置, 筛板 两侧均匀布置螺栓孔, 为了确保筛板与筛梁接触区 受力均匀, 筛板通过压条与筛梁上的螺栓连接, 为 防止磨损螺栓, 上方装有防磨螺帽, 筛网像屋顶的 瓦片一样, 一片压一片重叠放置, 如图 3 所示。 这 种安装方式, 筛机两侧密封不好, 会有物料侧漏到 筛下, 此外, 筛板采用螺栓固定式安装会导致筛面 不平, 容易阻碍物料流动且螺栓容易磨损, 拆装比 53 2020 年第 1 期 煤 炭 工 程 设计技术 万方数据 较麻烦。 目前国内使用的弛张筛中 Liwell 弛张筛的 筛板多采用的是螺栓固定式安装方式。 图 3 螺栓固定式安装 卡槽嵌入式安装 筛板沿筛宽方向布置, 每根 固定梁和浮动梁上方均装有牛角型卡槽, 相邻筛板 共用一个筛面卡槽, 两块筛板间的缝隙用楔条密封, 如图 4 所示。 弛张筛筛体两侧的筛面卡槽采用大弧 度的牛角设计, 可有效防止筛上物侧漏到筛下, 减 少筛下物料错配物含量。 卡槽嵌入式安装方式拆 装简单,更换方便。奥地利宾得,美国的伯特利,天 津奥瑞及秦皇岛优格玛的筛板安装大都采用的是卡 槽嵌入式安装方式。 图 4 卡槽嵌入式安装 3 两种弛张筛在我国选煤厂的应用 目前, 我国选煤厂中使用的机械式弛张筛以荷 兰天利威尔 Liwell 为代表, 振动式弛张筛主要有 奥地利宾得 Binder、 美国伯特利 Birtley, 天津奥瑞, 秦皇岛优格玛 EuroCMA 几种, 现将我国选煤厂中主 要使用几种弛张筛参数进行汇总, 见表 1。 表 1 我国选煤厂使用的几种弛张筛参数汇总 弛张筛 厂家 筛板安装 方式 激振方式 工作频率 / r min -1 筛机倾角 / 主筛框 振幅/ mm 浮动框 振幅/ mm 荷兰利威尔螺栓固定式偏心轴500～60027～ 301212 奥地利宾德楔条固定式偏心块800224～712～18 美国伯特利楔条固定式偏心块800224～714～18 天津奥瑞楔条固定式偏心块740～8008～224～713～18 秦皇岛优格玛楔条固定式偏心块8005～304～714～20 综合表 1 可以看出, 机械式弛张筛为偏心轴驱 动, 而振动式弛张筛均为带偏心块的单轴激振器或 激振器组来驱动, 相对来说, 机械式弛张筛振幅大、 频率低, 依靠 “低频大振幅” 达到了振动式弛张筛 “高频小振幅” 相同的筛分效果。 此外, 由于机械 式弛张筛的主浮筛框只有沿筛面方向的运动, 为了 达到与振动式相同的处理量, 需要加大整个筛体的 安装倾角; 振动式弛张筛主动筛框为圆形或直线运 动, 在垂直于筛面方向具有一定的振幅, 对于增大 其处理量也有促进作用。 机械式弛张筛的振幅相对 稳定, 其设备耗能大, 满载物料时, 设备负载较大, 影响设备的使用寿命。 振动式的筛体装机功率小, 是一种节能设备; 筛体运动部件振动强度低, 所受 的惯性力较小, 运行可靠性高。 但是, 由于该设备 工作在近共振区, 是一个不稳定的工况区间, 负载 物料会导致振幅发生变化, 此外, 弹性元件剪切 弹簧在极冷极热条件下, 刚度易发生变化, 也会影 响设备的稳定性。 自 20 世纪 80 年代我国鞍山矿山机械厂就开始 了弛张筛的研究和开发工作, 但由于当时的制造技 术和生产的筛板、 剪切弹簧等关键零部件质量不过 关, 加上对弛张筛使用的不规范性, 生产出的产品 满足不了设计参数要求, 与国外的弛张筛产品存在 较大差距, 此外, 进口的关键零部件价格比较昂贵, 因此, 在上世纪我国弛张筛的发展一直处于停滞状 态。 直到 2010 年前后, 弛张筛才进入我国的选煤厂 系统, 短短几年, 弛张筛在我国选煤厂得到大力推 广, 为企业带来了巨额效益, 现将我国选煤厂中弛 张筛的应用情况进行汇总, 见表 2[15-23]。 3. 1 地基动负荷 对于振动式弛张筛, 主动筛框振幅 2A1 7mm, 浮动筛框振幅2A216mm, 工作转速 n800r/ min, 主 动筛框振动强度 K1 ω 2A 1/ g2. 50, 浮动筛框振动强 度 K2 ω 2A 2/ g5. 72, 主动筛框与地基相连, K12. 5 63 设计技术 煤 炭 工 程 2020 年第 1 期 万方数据 这是一个很小的振动强度, 对基础的动负荷和噪声也 会有明显优势; 由于浮动筛框结构更加紧凑, 况且浮 动筛框是沿筛面方向振动, 浮动筛框振动强度 K1 5. 72, 普通的振动筛振动强度 K 值在 5 左右, 实践表 明, 浮动筛框是可以承受该振动强度的。 对于机械式弛张筛, 筛框 Ⅰ 和筛框Ⅱ的绝对振幅 A6mm, 工作转速 n600r/ min, 筛框 Ⅰ 、 Ⅱ的振动强 度 K2 ω 2A/ g2. 41, 筛框 Ⅰ 和筛框 Ⅱ 的质量接近, 相互 运动时, 二者间惯性力可以获得平衡, 只有少部分的 惯性力传给地基, 降低了传给地基的动负荷。 表 2 选煤厂弛张筛参数及应用情况 生产商型号 处理能力/ t h -1 入料粒度 / mm 分级粒 度/ mm 电机功率 / kW 使用单位 优格玛UFSB30903500～754. 530淮北矿区朱仙庄选煤厂 优格玛UFSB36615000～2001330晋城煤业集团寺河矿选煤厂 宾得KRL/ ED374500～80930淮南矿业集团张集二厂 宾得KRL/ ED383000～50630淮北矿业集团祁南矿 伯特利ABFS2410003000～80845河南龙宇能源车集选煤厂 伯特利BFS2465RD5000～501337晋煤蓝焰集团古书院选煤厂 利威尔LF3. 0-8. 82/28ED6000～100945神华集团李家豪选煤厂 利威尔LF2. 2-8. 82/28ED3000～50637河南煤气集团义马气化厂 3. 2 功率及效率 综合表 1 和表 2 可以看出, 目前我国主要使用 的弛张筛还是以振动式为主, 由于处理能力受入料 粒度和分级粒度影响很大, 因此, 笔者首先比较的 是入料粒度和分级粒度相同, 处理量相同时两种弛 张筛单位面积消耗的功率。 以河南煤气集团义马气化厂使用的 LF2. 2 - 8. 82/28ED 型利威尔弛张筛为例, 其筛分面积 S 19. 40m2, 装机功率为 37kW, 其单位面积消耗功率 为 ηhN/ S37/19. 401. 907kW/ m2。 河南义马气化厂对入炉原料煤的粒度要求极为 严格, 粒度范围为 50～6mm, 且限下率小于 5。 对于淮北矿业祁南矿使用的宾得 KRL/ ED38 型振动弛张筛, 其筛分面积 S 24m2, 装机功率为 30kW, 其单位面积消耗功率为 ηh N/ S 30/24 1. 250kW/ m2。 祁南矿选煤厂进行煤炭 6mm 筛分时, 其筛分效 率可达 85以上。 因为选煤厂面积和空间有限, 设备单位面积 体积处理能力也是考察设备效率的重要因素。 LF2. 2-8. 82/28ED 型利威尔弛张筛的外形长宽 高为 10600mm4760mm6690mm。 面积效率为 ηs Q/ S 300/ 10. 60 4. 76 5. 946t/ h m2 体积效率为 ηvQ/ V 300/ 10. 6 4. 76 6. 69 0. 889t/ h m3 KRL/ ED38 型宾得弛张筛的外形长宽高为 8489mm5286mm4074mm。 面积效率为 ηs Q/ S 300/ 8. 49 5. 29 6. 680t/ h m2 体积效率为 ηvQ/ V 300/ 8.49 5.29 4.01 1.666t/ h m2 将两种弛张筛的功率和效率参数进行汇总, 结 果见表 3。 表 3 功率和效率参数 弛张筛 类型 型号 入料粒度 / mm 处理能力/ t h -1 单位面积消耗 功率/ kW m -2 面积效率/ ηs h -1 m -2 体积效率/ ηvh -1 m -3 机械式LF2. 2-8. 82/28ED0～503001. 9075. 9460. 889 振动式KRL/ ED380～503001. 2506. 6801. 666 振动式弛张筛与机械式弛张筛相比, 其单位面 积消耗功率低, 换句话说, 在相同筛分面积的前提 下, 振动式弛张筛消耗功率更低, 这也验证了振动 式弛张筛是一种节能设备; 由于机械式弛张筛只有 沿筛面方向的振动, 为了达到相同的处理量, 使得 其安装倾角大于后者, 此外, 其驱动装置靠近入料 端, 与在中间位置驱动的振动式弛张筛相比, 驱动 占有部分空间, 相同筛分面积下筛体长度更长, 意 73 2020 年第 1 期 煤 炭 工 程 设计技术 万方数据 味着两种相同型号的弛张筛, 机械式的安装高度更 高, 在保证入料粒度和分级粒度一致的前提下, 面 积效率和体积效率要低于振动式, 其中, 其体积效 率仅为振动式的一半。 4 结 论 1 机械式弛张筛与振动式弛张筛结构不同, 机 械式驱动装置靠近入料端, 且安装倾角大, 因此, 相同筛分面积下具有更高的安装高度。 2 两种弛张筛的工作原理不同, 机械式由偏心 轴驱动使主浮筛框产生相对运动, 而振动式是利用 共振原理, 前者设备稳定性更高, 但是耗能较大; 后者耗能较小。 3 机械式弛张筛多采用螺栓固定式安装筛板, 振动式弛张筛多采用卡槽嵌入式安装, 卡槽嵌入式 的安装方式使结构更加紧凑, 拆装简单, 更换方便。 4 两种弛张筛与基础连接的筛体振动强度均较 小, 此外, 机械式通过惯性力平衡进一步减小了传 给地基的动负荷, 二者对地基动负荷都有明显的 优势。 5 振动式弛张筛的单位面积消耗功率比机械式 低, 面积效率和体积效率要高于机械式。 参考文献 [1] 杨 晶. 动力煤洗选工艺现状及展望 [J]. 煤炭加工与综合 利用, 20183 53-54. 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