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中國礦業(yè)大學(xué)2007屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 ６２頁
1 緒論
1.1我國能源的現(xiàn)狀
世界現(xiàn)已探明的煤炭儲(chǔ)量是石油的6.3倍。全球2004年的煤炭消費(fèi)量增長了6.9％ ，而石油的消費(fèi)量僅增加了2.1％ 。2005年石油價(jià)格高位運(yùn)行，將進(jìn)一步帶動(dòng)煤炭需求的增加和煤炭市場(chǎng)的穩(wěn)定回升。中國的煤炭資源預(yù)測(cè)地質(zhì)儲(chǔ)量，達(dá)45000億噸以上，與美國、俄羅斯兩國不相上下，中國煤炭行業(yè)投資的相對(duì)不足更是吸引了全球投資者的目光。
2004年我國原煤產(chǎn)量完成19.56億噸，創(chuàng)歷史新高，同比增加2.28億噸，增長13.2%。2004年全國煤炭銷量完成18.7億噸，同比增加2.1億噸，增長12.7%。全國煤炭出口8400萬噸，同比減少902萬噸，下降9.7% 。到2004年年末，全國煤炭社會(huì)庫存1.05億噸。根據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局的數(shù)據(jù)，2004年中國原煤產(chǎn)量同比僅增長14.8%。四大用煤行業(yè)的增長速度均超過煤炭行業(yè)，來自下游的強(qiáng)勁需求使得煤炭供需缺口有進(jìn)一步擴(kuò)大的趨勢(shì)。
我國是一個(gè)水資源十分貧乏的國家，三分之二以上的煤炭分布在我國西北部，山西、陜西、內(nèi)蒙古、寧夏等這些地方都是嚴(yán)重缺水地區(qū),傳統(tǒng)的跳汰,濕法重介與浮選方法,噸煤耗水量為3—4,為了解決煤炭加工與缺水的矛盾,干法選煤技術(shù)在本世紀(jì)70年代就提上了議事日程。
工業(yè)用水方面，我國煉鋼等生產(chǎn)過程的單位耗水量比國外先進(jìn)水平高幾倍甚至幾十倍。水的重復(fù)利用率不到發(fā)達(dá)國家的1/3。
中國是世界上煤炭產(chǎn)量最多、增長速度最快的國家。1949年僅產(chǎn)煤炭3243萬t，1950年4292萬t；1960年達(dá)到3.97億t，1970年3.54億t，1980年6.20億t，1990年突破10億t，1995年達(dá)到13.61億t，1996年增加到13.96億t，創(chuàng)歷史最高年產(chǎn)量記錄，占世界總產(chǎn)煤量46.07億t的30%。1997年由于東南亞金融危機(jī)和經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整的影響，煤炭產(chǎn)量下降到13.73億t。中國煤炭產(chǎn)量分布很不均衡
據(jù)中國第二次煤田預(yù)測(cè)資料，埋深在1000m以淺的煤炭總資源量為2.6萬億t。其中大別山—秦嶺—昆侖山一線以北地區(qū)資源量約2.45萬億t，占全國總資源量的94%；以南的廣大地區(qū)僅占6%左右。
中國煤炭資源的種類較多，在現(xiàn)有探明儲(chǔ)量中，煙煤占75%、無煙煤占12%、褐煤占13%。其中，原料煤占27%，動(dòng)力煤占73%。動(dòng)力煤儲(chǔ)量主要分布在華北和西北，分別占全國的46%和38%，煉焦煤主要集中在華北，無煙煤主要集中在山西和貴州兩省。
而我國的煤炭存儲(chǔ)位置和質(zhì)量，總的來看較好。但是又有自己的特點(diǎn)。已探明的儲(chǔ)量中，灰分小于10%的特低灰煤占20%以上；硫分小于1%的低硫煤約占65%—70%；硫分1%—2%的約占15%—20%。高硫煤主要集中在西南、中南地區(qū)。華東和華北地區(qū)上部煤層多低硫煤，下部多高硫煤。 中國煤炭資源北多南少，西多東少，煤炭資源的分布與消費(fèi)區(qū)分布極不協(xié)調(diào)。從各大行政區(qū)內(nèi)部看，煤炭資源分布也不平衡，如華東地區(qū)的煤炭資源儲(chǔ)量的87％集中在安徽、山東，而工業(yè)主要在以上海為中心的長江三角洲地區(qū)；中南地區(qū)煤炭資源 的72％集中在河南，而工業(yè)主要在武漢和珠江三角洲地區(qū)；西南煤炭資源的67％集中在貴州，而工業(yè)主要在四川；東北地區(qū)相對(duì)好一些，但也有52％的煤炭資源集中在北部黑龍江，而工業(yè)集中在遼寧。
但是,煤炭又是一個(gè)不潔凈的能源,在其開采利用的過程中帶來一系列問題,破壞生態(tài)平衡,危及人類生存,因此,發(fā)展?jié)崈裘杭夹g(shù)是根本出路。
1.2選煤技術(shù)簡(jiǎn)介
隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)能源質(zhì)量的要求越來越高，煤炭作為我國的主要能源，長期以來由于只追求暫時(shí)的經(jīng)濟(jì)效益，忽視了對(duì)環(huán)境的影響，結(jié)
果造成了環(huán)境的巨大破壞。這些年隨著潔凈煤技術(shù)的研究，作為潔凈煤技術(shù)的源頭技術(shù)—選煤方法，取得了很大發(fā)展，發(fā)展選煤技術(shù)就是要謀求
短期的經(jīng)濟(jì)效益和長期的社會(huì)效益、環(huán)境效益相統(tǒng)一。]
1.2.1選煤技術(shù)分類
選煤是通過各種方法把原煤中的礦物質(zhì)去除，并加工成質(zhì)量均勻、用途不同的各種品煤煤炭加工技術(shù)。大力發(fā)展選煤技術(shù)首先要選擇合理的
選煤方法，因?yàn)樵褐泻械牡V物質(zhì)及有害成分隨產(chǎn)地及采煤煤層不同而不同，各地區(qū)、各煤層適合不同的選煤方法。
按選煤方法的不同，選煤可以分為物理選煤、物理化學(xué)選煤、化學(xué)選煤及微生物選煤等。
<1)物理選煤。根據(jù)物料的某種物理性質(zhì)(如粒度、密度、形狀、硬度、顏色、光澤、磁性及電性等)的差別，采用物理的方法來實(shí)現(xiàn)對(duì)原煤的加工處理。在實(shí)際應(yīng)用中物理選煤主要是指重力選煤同時(shí)還包括電磁選煤及古老的揀選等。重力選煤主要有跳汰選煤、重介質(zhì)選煤、空氣重介質(zhì)流化廠
干法選煤、風(fēng)力選煤、斜槽和搖床選煤等。
(2)物理化學(xué)選煤—浮游選煤(簡(jiǎn)稱浮選)。它依據(jù)礦物質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)的差別進(jìn)行分選的方法。浮選包括泡沫浮選、浮選柱、油團(tuán)浮選、表層浮選和選擇性絮凝等。由于實(shí)際上常用的是泡沫浮選分選細(xì)粒的物料，所以通常所說的浮選主要是指泡沫浮選。
<3)化學(xué)選煤。借助化學(xué)反應(yīng)使煤中的有用成分富集或除去雜質(zhì)和有害成分的工藝過程?；瘜W(xué)選煤主要有氫氟酸法、燒熔堿法、氧化法和溶劑萃取法等。
<4)微生物選煤。它是利用某些自養(yǎng)性和異養(yǎng)性微生物，直接或間接地利用其代謝產(chǎn)物從煤中溶浸硫達(dá)到脫硫的目的。在現(xiàn)有階段有發(fā)展前
途的有以下三種:堆積浸濾法、空氣攪拌浸出法和表面氧化法。
2. 1跳汰選煤
跳汰是各種密度、粒度及形狀的物料在不斷變化的流體中作用下的運(yùn)動(dòng)過程，是最復(fù)雜的重選分選過程，迄今為止關(guān)于跳汰分層機(jī)理的觀點(diǎn)
都只能反映跳汰的某個(gè)側(cè)面，不能全面地描述在跳汰過程中礦粒按密度分層的物理實(shí)質(zhì)。跳汰分層機(jī)理假說可以概括為兩種:靜力學(xué)觀點(diǎn)和動(dòng)力學(xué)觀點(diǎn)。
1.2.2干法選煤技術(shù)的發(fā)展過程
過去已有的干法選煤方法如:風(fēng)力跳汰、風(fēng)力搖床等，它們不但分選效率差，而且粉塵污染嚴(yán)重，不能滿足現(xiàn)代選煤技術(shù)的要求。所以研究新型高效法選煤技術(shù)不但在中國是當(dāng)務(wù)之急，也是一個(gè)全球性的問題。空氣重介流化床干法選煤是將氣固流態(tài)化技術(shù)應(yīng)用于煤炭分選領(lǐng)域的一項(xiàng)高效分選技術(shù),可以準(zhǔn)確地將物料按密度分離,因而采用氣—固流化床的似流體特性對(duì)煤炭進(jìn)行分選的研究,受到各國學(xué)者的高度重視。
70年代,原蘇聯(lián)學(xué)者研究設(shè)計(jì)了CBC—100型干法分選機(jī),處理15—25mm粒級(jí)的煤炭,流化床分選面積為6,采用多孔分布板,流化床密度為1.8g/ m3 ,空氣消耗量為18 000 /h,其分選機(jī)構(gòu)如圖1.1所示。入選煤和加重質(zhì)分別由上部給入,物料在床層中自右向左進(jìn)行分離。浮物和沉物分別由無極鏈刮板向相反方向運(yùn)至分選機(jī)兩端排出,該分選機(jī)與供風(fēng)系統(tǒng)引風(fēng)除塵系統(tǒng)相連接,組成分選系統(tǒng)。據(jù)報(bào)道,在中間試驗(yàn)中得到的結(jié)果為:精煤中密度大于1.8g/m3的污染量為0.4%—1.0%；尾煤中密度小于1.5g/ m3的損失量為1.0%—3.0%；可能偏差Ep值在0.06—0.1之間波動(dòng)。但至今未見上述分選機(jī)工業(yè)應(yīng)用和效果測(cè)試的報(bào)道。原蘇聯(lián)還曾設(shè)計(jì)過CKC—1型流化床分選機(jī),也沒有工業(yè)應(yīng)用的報(bào)道。加拿大學(xué)者于80年代前期進(jìn)行的流化床連續(xù)性分選機(jī)研究,采用串級(jí)逆流式流化床分選機(jī),后由于社會(huì)經(jīng)濟(jì)原因, 試驗(yàn)未繼續(xù)進(jìn)行下去,其半工業(yè)性分選機(jī)結(jié)構(gòu)（如圖1.2示）。
圖1.1 CBC—100型分選機(jī)示意圖
該機(jī)單機(jī)處理量為3—5t/h,機(jī)長54m,床寬0.19m,機(jī)體采用有機(jī)玻璃。底部略有傾斜,重產(chǎn)物排放端略高,分布器采用直徑1.5mm沖孔板,下面配有3—4層織布,有4個(gè)空氣室,采用磁鐵礦粉和石英砂作加重質(zhì),其特點(diǎn)為:
入選煤和介質(zhì)通過位于中部的給料器給入,沉物由無極鏈刮板輸送至右端,由排料輪排出。浮物靠流化介質(zhì)的流動(dòng)作用及物料的替代作用,與濕法重介相似,由左端電磁振動(dòng)給料機(jī)排出。此外,物料在流化床中的分離作用不僅在垂直方向進(jìn)行,由于其精煤的特殊排放方式造成的物料替代分層作用即串級(jí)逆流作用,在水平方向上亦有分選作用,這也是串級(jí)逆流分選機(jī)名稱的由來,分選機(jī)越長,分選效果越好。該機(jī)在處理1—25mm粒級(jí)煤炭時(shí)獲得較好的效果,臨界流化氣速約2—3 cm/s。美國也進(jìn)行過這種研究,但因各種原因都未能實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。
我國于1984年開始對(duì)流態(tài)化技術(shù)進(jìn)行研究,1989年完成工業(yè)化系統(tǒng)的研究和建設(shè),1994年完成世界首座流態(tài)化選煤廠的工業(yè)應(yīng)用研究設(shè)計(jì)并取得成功,使我國在該項(xiàng)技術(shù)研究與應(yīng)用方面處于世界領(lǐng)先地位。5—10t/h空氣流化床分選機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1.3所示,流化床長5.5 m,寬0.3 m,采用分布器和預(yù)分布器結(jié)構(gòu),由11個(gè)空氣室組成,用于分選50—6mm粒級(jí)煤炭。
圖1.2 串聯(lián)逆流式半工業(yè)性分選機(jī)
煤和加重質(zhì)由分選機(jī)中部給入,浮煤與沉煤由機(jī)內(nèi)無極鏈刮板逆向輸出,浮煤由右端沉煤由左端分別經(jīng)脫介篩脫介后排出,介質(zhì)循環(huán)量由加拿大串級(jí)逆流的4∶1降低為2∶1。分選機(jī)下部與供風(fēng)系統(tǒng)連接,設(shè)有風(fēng)壓與各室風(fēng)量調(diào)節(jié)的指示裝置,分選機(jī)上部與引風(fēng)除塵系統(tǒng)相連,引風(fēng)量大于供風(fēng)量,使分選機(jī)內(nèi)處于負(fù)壓狀態(tài),以防粉塵外逸造成環(huán)境污染。
圖1.3 3.5—10 t/h 空氣重介分選機(jī)
測(cè)試結(jié)果顯示:流化床沿床高和長度方向密度分布均勻穩(wěn)定,加重質(zhì)分布均勻。采用5—10t/h空氣流化床選煤系統(tǒng)對(duì)某種無煙煤進(jìn)行試選,其產(chǎn)品浮沉組成及各密度級(jí)分配率見表1.1。
從分選結(jié)果可以看出,入選煤灰分為43.63%,精煤灰分13.47%,尾煤灰分84.62%,降灰效果明顯,可能偏差Ep為0.06,分選密度為1.82,分選結(jié)果令人滿意,解決了濕法分選易造成煤泥惡化的問題。
在5—10t/h空氣重介流化床干法選煤系統(tǒng)和分選設(shè)備連續(xù)分選的基礎(chǔ)上,中國礦業(yè)大學(xué)進(jìn)行了50t/h空氣重介流化床干法選煤系 統(tǒng)分選設(shè)備的研究,并實(shí)現(xiàn)了該技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用,現(xiàn)正進(jìn)行200t/h大型化研究,列為國家95攻關(guān)項(xiàng)目之一。
表1.1 試選產(chǎn)品浮沉分析及分配率
1.2.3研究干法選煤的重要意義
選煤是排除煤中雜質(zhì)最經(jīng)濟(jì)有效的方法，是潔凈煤技術(shù)的基礎(chǔ)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每入選1億t原煤就可以減少100多萬t燃煤排放的。我國是煤炭生產(chǎn)大國，又是消費(fèi)大國，煤炭在一次能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中占75%左右。因此，加快發(fā)展選煤技術(shù)對(duì)于實(shí)現(xiàn)煤炭資源的綜合利用、節(jié)約能源、減少環(huán)境污染具有十分重耍而又不可替代的作用。
目前我國煤炭入選比例僅為23%左右，動(dòng)力煤的入選比例僅為1l%資源浪費(fèi)和環(huán)境污染十分嚴(yán)重。造成上述狀況的主要原因是:①水資源短缺，而我國煤炭資源主要分布在干早缺水地區(qū)，因而無法采用耗水量大的濕法分選方法對(duì)其進(jìn)行分選。②我國相當(dāng)數(shù)量的年輕煤種遇水易泥化，不宜采用濕
法分選。③濕法分選產(chǎn)品外在水分通常高達(dá)12%以上，在冬季嚴(yán)寒地區(qū)極易造成凍結(jié)，貯運(yùn)困難，有些廠礦被迫停產(chǎn)。④目前國內(nèi)外普遍采用濕法跳汰、重介和浮游選煤，不僅耗水量大，而且投資及生產(chǎn)費(fèi)用高。因此，需要研究高效的干法選煤技術(shù)，促進(jìn)煤炭加工業(yè)的發(fā)展，提高我國煤炭產(chǎn)品的質(zhì)量。
1.3空氣重介干法選煤技術(shù)簡(jiǎn)介
1.3.1空氣重介干法選煤技術(shù)的原理
從古代的淘洗到現(xiàn)代采用的跳汰、濕法重介、重介質(zhì)旋流器、風(fēng)力跳汰、風(fēng)力搖床、溜槽等,這些分選方法就其本質(zhì)而言都是一脈相承的,它們都是建立在阿基米德原理基礎(chǔ)之上的。對(duì)于待分選的礦物,礦物顆粒在空氣、水或
其他介質(zhì)中主要受到重力和浮力的作用,顆粒的浮沉運(yùn)動(dòng)遵循阿基米德原理,即
cm3 （1.2-1）
式中:d為顆粒的直徑；為顆粒的密度；為介質(zhì)的密度；g為重力加速度；G為顆粒受到的合力。
對(duì)于沉浸在介質(zhì)中的固體顆粒,如果>,顆粒受到的合力G>0,顆粒就會(huì)因自身受到的重力大于浮力而下沉；反之則上浮,因此,在重力選礦中,核心問是選擇或“營造”一種合適的介質(zhì)或分選環(huán)境,使該介質(zhì)或分選環(huán)境具備相應(yīng)的密度,從而使被分選的重顆粒因自身密度大于介質(zhì)密度而下沉,使輕顆粒因自身密度小于介質(zhì)密度而上浮。
1.3.2 空氣重介質(zhì)干法選煤技術(shù)的發(fā)展
20世紀(jì)30年代開始研究干法選礦,隨之風(fēng)力選煤在工業(yè)上得到應(yīng)用,風(fēng)力搖床在處理煤炭的除矸或易選煤的分選上是適宜的,工藝簡(jiǎn)單、省水。但缺點(diǎn)是:對(duì)難選煤分選效率低,污染嚴(yán)重,這是由它的分選原理所決定的。20世紀(jì)80年代初,我國從事空氣重介質(zhì)干法選煤的研究和開發(fā),經(jīng)過近20年的不懈努力,已經(jīng)在煤炭300—0 mm全粒級(jí)的干法分選方面取得了進(jìn)展。
空氣重介質(zhì)流化床干法選煤技術(shù)在借鑒濕法重介分選精度高與風(fēng)力選煤系統(tǒng)簡(jiǎn)化的基礎(chǔ)上,進(jìn)行了大膽地創(chuàng)新,采用空氣與加重質(zhì)混合的氣固兩相流作為分選介質(zhì),實(shí)現(xiàn)了流態(tài)化技術(shù)在選煤領(lǐng)域中的應(yīng)用。研究表明:完全流化后氣——固兩相流化床的行為在許多方面都呈現(xiàn)類似流體的特征,如兩連通床能自動(dòng)調(diào)整到同一水平面,符合液體的連通器原理(見圖1.4a)；當(dāng)容器傾斜,表面保持水平的特征(見圖1.4b)；床層中任意兩點(diǎn)壓力差大致等于此兩點(diǎn)間的床層靜壓頭,具有流體一樣的靜壓現(xiàn)象(見圖1.4c)；具有流體一樣的流動(dòng)性,如在容器壁開孔,顆粒將從孔口噴出(見圖1.4d)；顆粒在流化床中受到浮力,其大小等于與該顆粒同體積的流化床重量,即符合阿基米德定律,即<ρ<,、表示粒狀物料1、2的密度(見圖1.4e)。
流化床的平均密度ρ與加重質(zhì)的密度及流化床的孔隙率ε有關(guān),流化床的平均密度可表達(dá)為:ρ=(1—) +,略去空氣密度,上式可簡(jiǎn)化為: =(1—)。
在正常情況下,流化床的孔隙率ε是一個(gè)常數(shù)。與是線性關(guān)系,只要改變加重質(zhì)種類即可改變和,因此,分選密度調(diào)節(jié)范圍寬,假如選擇密度較高的固體加重質(zhì)(如硅鐵,其密度為6 900kg/ m3),流化床的平均密度甚
圖1.4 氣—固流化床的似流體性質(zhì)
至可以達(dá)到ρ=3 000 kg/ m3。為了床層的均勻穩(wěn)定性,只需將床層中加重質(zhì)細(xì)粉適當(dāng)松散、膨脹,故風(fēng)量消耗小,一般為40—400 /h·,這樣小的風(fēng)量也便于除塵凈化。它的床層密度基本等于分選密度,輕產(chǎn)物顆粒在床層中所受浮力大于自身的重力,上浮至表面；重產(chǎn)物則相反,沉于床層下部,幾乎是完全按照顆粒的密度進(jìn)行分層的,所以分選精度高,Ep值為0.05 g/左右。
空氣重介質(zhì)氣重介質(zhì)流化床千法選煤工藝，適應(yīng)嚴(yán)重缺水地區(qū)、高寒地區(qū)和遇水易泥化煤種的選煤作業(yè)，如果在我國煤炭儲(chǔ)量豐富的西北、華北和東北地區(qū)應(yīng)用這一選煤新工藝，將具有較高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。在這套工藝中，空氣重介質(zhì)流化床選煤機(jī)是核心設(shè)備，通過近20年的實(shí)驗(yàn)室、半工業(yè)性和工業(yè)試驗(yàn)研究后，該項(xiàng)研究成果已取得了突破性進(jìn)展。
中國礦業(yè)大學(xué)為實(shí)現(xiàn)全粒級(jí)(300—0 mm)煤炭干法分選,正在進(jìn)行進(jìn)一步的研究開發(fā)工作,并取得了可喜的進(jìn)展:
1、<6mm細(xì)粒級(jí)振動(dòng)空氣重介質(zhì)流化床選煤技術(shù)
粗粒入料在空氣重介質(zhì)流化床中受到床層的浮力作用,可以按密度分層。但對(duì)于細(xì)粒入料,因其粒度不是足夠地大于加重質(zhì)顆粒粒度,難以受到床層的浮力作用,或者所受床層的浮力作用難以占主導(dǎo)地位,且空氣重介質(zhì)流化床為準(zhǔn)散式流化床,床層中有氣泡存在,加重質(zhì)有一定返混,導(dǎo)致細(xì)粒入料易隨加重質(zhì)一起返混或沉降,削弱了細(xì)粒物料按床層密度分層的趨勢(shì)。采用目前已有的空氣重介質(zhì)流化床,只能解決50—6 mm級(jí)粗粒煤的分選問題。然而,隨著機(jī)械化采煤水平的提高,<6 mm級(jí)細(xì)粒煤在原煤中的含量不斷增加,有的高達(dá)70%,且黃鐵礦硫等主要嵌布在細(xì)粒煤中。因此迫切需要研究適合于<6 mm級(jí)細(xì)粒煤分選的流化床。
通過上述分析可知必須解決兩個(gè)問題,一是大大降低固相加重質(zhì)顆粒粒度,并且使微細(xì)加重質(zhì)顆粒很好地實(shí)現(xiàn)流態(tài)化；二是改善流態(tài)化質(zhì)量,達(dá)到微泡甚至散式流化狀態(tài)。顯然,依靠普通空氣重介質(zhì)流化床難以解決這兩個(gè)問題,而依靠外來能量則是實(shí)現(xiàn)不易流化的微細(xì)加重質(zhì)很好流態(tài)化的一條有效途徑,振動(dòng)空氣重介質(zhì)流化床就是將振動(dòng)能量引入空氣重介質(zhì)流化床,強(qiáng)化了氣固之間的接觸,因而可以使微細(xì)加重質(zhì)很好地流態(tài)化,形成更接近散式流態(tài)化的狀態(tài),這種流化床就非常適合于細(xì)粒煤分選.通過研究適合于細(xì)粒煤分選的振動(dòng)空氣重介質(zhì)流化床的形成及分選機(jī)理,可以揭示振動(dòng)參數(shù)、氣流參數(shù)對(duì)流化性能的影響.這種流化床的床層密度均勻穩(wěn)定,返混小,能夠有效地實(shí)現(xiàn)細(xì)粒煤的分選.實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)表明:分選6—0.5 mm粒級(jí)灰分為16.57%的細(xì)粒級(jí)煤,精煤灰分為8.35%,精煤產(chǎn)率為80.2%,Ep值為0.065,分選效果良好。
2、 >50mm大塊煤深床型空氣重介質(zhì)流化床選煤技術(shù)
普通空氣重介質(zhì)流化床是用于分選50—6 mm粗粒煤的,因此流化床的床深控制在400 mm左右即可保證足夠的分選空間,滿足分選需要,且易于控制氣泡的生成長大,保證床層密度的均勻穩(wěn)定性。為滿足露天煤礦大塊煤(300—50 mm)的排矸分選,需要研究深床型空氣重介質(zhì)流化床。顯然,要滿足大塊煤分選需要,流化床床深應(yīng)控制在1200 mm左右.我們著重研究了深床型空氣重介質(zhì)流化床的氣體分布規(guī)律、加重質(zhì)物性及大塊煤分選動(dòng)力學(xué),找到了實(shí)現(xiàn)床層密度均勻、氣泡小且兼并少的方法,在實(shí)驗(yàn)室1 m2模型機(jī)上實(shí)現(xiàn)了大塊煤的有效分選,Ep值達(dá)0.02.
3、<1mm微粉煤摩擦電選技術(shù)
摩擦電選技術(shù)的基本原理是:具有不同表面電性質(zhì)的物料在氣流夾帶輸送過程中,粒子之間以及粒子與摩擦器材料之間摩擦碰撞,從而使不同粒子帶上相反極性的電荷。進(jìn)入高壓靜電場(chǎng)后,帶有不同極性電荷的物料向相反極性的電極方向運(yùn)動(dòng),從而實(shí)現(xiàn)不同物料的分離.實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)表明：摩擦電選可分選下限小于0.043 mm的微粉煤,很顯然,在這樣細(xì)粒級(jí)的物料中礦物質(zhì)已基本得到解離,所以摩擦電選對(duì)微粉煤具有良好的脫硫降灰分選作用,可得到灰分小于2%的超低灰煤.目前,采用這種摩擦電選技術(shù)的中試系統(tǒng)已通過技術(shù)鑒定。
4、三產(chǎn)品雙密度層空氣重介質(zhì)流化床選煤技術(shù)
為簡(jiǎn)化工藝,優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu),有必要研究可以一機(jī)出三種不同灰分產(chǎn)品的雙密度層空氣重介質(zhì)流化床,這就要求在同一流化床分選室中形成雙密度層流化床。我們從加重質(zhì)的物性、粒度及密度組成、床體結(jié)構(gòu)、操作參數(shù)著手,研究了雙密度層空氣重介質(zhì)流化床的形成機(jī)理,探索在同一分選室中形成上下兩個(gè)具有不同密度且相對(duì)均勻穩(wěn)定的分選帶,實(shí)現(xiàn)了三產(chǎn)品雙密度層空氣重介質(zhì)流化床分選。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在適當(dāng)?shù)墓に?、操作和結(jié)構(gòu)參數(shù)條件下,可以形成雙密度層流化床,并進(jìn)行有效分選,輕產(chǎn)物分選帶分選密度為1.50—1.54 g/ m3,Ep值為0.06—0.09；重產(chǎn)物分選帶分選密度為1.84—1.90 g/ m3,Ep值為0.09—0.11。
1.3.3 傳統(tǒng)空氣重介質(zhì)流化床選煤機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介
空氣重介質(zhì)流化床應(yīng)用于選煤，對(duì)選煤機(jī)的設(shè)計(jì)提出了許多全新要求，在結(jié)構(gòu)、尺寸、剛度和耐磨性等方面與其它形式的選煤機(jī)相比也有特殊性。因此，對(duì)制造工藝也提出了嚴(yán)格要求。
空氣重介流化床分選機(jī)是空氣通過布風(fēng)結(jié)構(gòu)以一定流速作用于重介質(zhì),形成流化狀態(tài),其性質(zhì)類似流體。通過調(diào)整重介質(zhì)的成分及粒度,使流化床達(dá)到一定密度:不同密度的入選物料在其間自行分層,密度較小的物料上浮,密度較大的物料下沉,物料經(jīng)分選以后采用刮板輸送機(jī)在機(jī)內(nèi)循環(huán)的排料方式,上層排煤、下層排矸。
以氣固兩相流為分選介質(zhì)的選煤機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)（如圖l.5所示），它主要由流化分選室、布風(fēng)裝置、刮板運(yùn)輸機(jī)構(gòu)、精煤端和尾煤端等組成。設(shè)計(jì)人選量為粒度50(80)—6mm、5Ot/h，分選密度為1 .30一2.20 g/cm3 ,刮板速度250mm/s.電機(jī)功率22kW,減速比71，流化面積l0 m，外形尺寸約8 OOO mm2 1 OO0 mm 2 OOO mm 。
圖1.5 空氣重介質(zhì)流化床選煤機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)示意
本機(jī)選煤的基本過程是:壓縮空氣經(jīng)布風(fēng)裝置進(jìn)人流化分選室，與加重質(zhì)接觸，當(dāng)氣速達(dá)到起始流化速度時(shí)，將形成穩(wěn)定的氣固兩相流化床，并具有一定的流化密度。加入料煤進(jìn)流化分選室，依據(jù)阿基米德沉浮定律，人選煤在流化床中按密度分層，經(jīng)刮板輸送機(jī)構(gòu)，浮物和沉物分別由精煤端和尾煤端抖排出。
1.4傳統(tǒng)空氣重介流化床分選機(jī)的特點(diǎn)及存在問題
(1)空氣重介流化床干法分選機(jī)的特點(diǎn)
多年的試驗(yàn)研究和商業(yè)運(yùn)行結(jié)果表明,空氣重介質(zhì)流化床干法選煤技術(shù)具有如下顯著特點(diǎn):
1)分選精度高.空氣重介質(zhì)流化床干法選煤技術(shù)是一項(xiàng)高效的干法分選方法,可以有效地分選50—6 mm粒級(jí)煤炭,可能偏差Ep值可達(dá)0.05,這與目前濕法分選中最好的重介質(zhì)選煤相當(dāng)。
2)投資省.由于系統(tǒng)簡(jiǎn)單,省去了復(fù)雜而耗資很大的煤泥水處理系統(tǒng),因而工程投資和生產(chǎn)費(fèi)用都低于濕法分選,約為同廠型濕法選煤廠的1/2。
3)環(huán)境污染小.由于空氣重介質(zhì)流化床所需壓縮空氣流量和壓力很小,再加上合理的除塵系統(tǒng),故粉塵污染極小,排放空氣含塵量低于環(huán)保要求。分選機(jī)運(yùn)行平穩(wěn),噪聲小。
4)分選密度調(diào)節(jié)范圍寬.在高密度和較高密度分選時(shí),采用磁鐵礦粉及煤粉混合加重質(zhì),可獲得穩(wěn)定的流化床,它的最高密度可達(dá)2.2 g/cm3；在低密度和較低密度分選時(shí),采用磁珠和煤粉混合加重質(zhì),也可獲得穩(wěn)定的流化床,最低密度可降至1.3 g/ m3。因此,該選煤方法能滿足不同煤質(zhì)、不同產(chǎn)品的質(zhì)量要求,既可用于高密度分選排除矸石,也可用于低密度分選并獲得優(yōu)質(zhì)精煤。
(2)實(shí)際生產(chǎn)中存在的問題
選煤機(jī)運(yùn)行實(shí)踐中，分選效果是好的，但也出現(xiàn)過一些問題，這些問題在前期試驗(yàn)中未曾遇見，是通過生產(chǎn)實(shí)踐逐漸暴露的，有些問題是在不同煤質(zhì)分選時(shí)出現(xiàn)，有些問題是在長期連續(xù)運(yùn)行后出現(xiàn)。某些問題僅在設(shè)備上采取一定的施就可以得到解決，而有些問題則存在于以往的研究中。設(shè)計(jì)與制造中對(duì)某些問題的重視不足也造成了一些不良后果。
1)主選機(jī)布風(fēng)板容易堵塞，使主選機(jī)無法連續(xù)生產(chǎn)，處理量更達(dá)不到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。
第1座空氣重介流化床干法選煤廠于1992年在黑龍江省建成投產(chǎn),在實(shí)際生產(chǎn)中,空氣重介干法選煤充分體現(xiàn)了干法選煤的優(yōu)越性,并且取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。但隨著生產(chǎn)的進(jìn)行,也出現(xiàn)了一些問題。但在運(yùn)行中也出現(xiàn)了一些需要改進(jìn)的問題。首先遇到的問題是產(chǎn)品的過粉碎。50一6mm的入料在出機(jī)器后被過度粉碎，尤其是尾煤沒有多少30mm以上粒度的產(chǎn)品，這在半工業(yè)性的長期試驗(yàn)中是不存在的。經(jīng)觀察，尾煤?jiǎn)栴}出在篩板與布風(fēng)板交叉的轉(zhuǎn)角處，該處的設(shè)計(jì)為兩段直線相交而壓鏈塊采用了弧形。當(dāng)沉物被刮板推至此處，刮板與布風(fēng)板之間的間隙經(jīng)歷了一個(gè)由小變大，又由大變小的過程，且其最大間隙大干入選煤粒的半徑25mm，所以刮板運(yùn)行中將沉物嚴(yán)重破碎。而精煤端排煤篩板與刮板運(yùn)行方向有一個(gè)夾角，也容易產(chǎn)生破碎現(xiàn)象。其次是耐磨性問題。布風(fēng)板的磨損造成布風(fēng)板的過早報(bào)廢。其中最突出的問題就是,主選機(jī)布風(fēng)板容易堵塞,無法形成均勻穩(wěn)定的流化床,使主選機(jī)無法連續(xù)生產(chǎn),處理量更是達(dá)不到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。其主要原因是：原煤水分高,布風(fēng)板透風(fēng)孔直徑小,加之刮板輸送機(jī)直接在上面來回刮送,所以極易堵塞。
再是主選機(jī)(如圖1.6)是選煤廠的心臟，物料在分選機(jī)中的分選過程是：經(jīng)篩分后的50—6mm粒級(jí)塊狀物料與加重質(zhì)同時(shí)分別從入口加入分選機(jī)中，來自風(fēng)包的具有一定速度的有壓氣體經(jīng)底部空氣室和氣體布風(fēng)板后均勻作用于加重質(zhì)而發(fā)生流化作用。在一定的工藝條件下，形成具有一定密度的比較穩(wěn)定的氣一固流化床，物料在此流化床中按密度分層，輕物上浮，重物下沉.分層后的輕、重物料分別由刮板輸送機(jī)逆向輸送，懸浮于上的輕產(chǎn)物從排煤端排出，重產(chǎn)物從排研端排出。排出的輕重產(chǎn)物分別經(jīng)脫介篩脫介后成合格產(chǎn)品送入產(chǎn)品倉。
從其工作過程可以看出:均勻穩(wěn)定流化床的形成是空氣重介流化床干法分選機(jī)的關(guān)鍵.在實(shí)際生產(chǎn)中.氣體布風(fēng)板極易堵塞，無法形成均勻穩(wěn)定的流化床，使生產(chǎn)不能正常進(jìn)行，更談不上處理量了。其主要原因是：原煤水分高。布風(fēng)板風(fēng)孔直徑小(2 mm)，加之刮板輸送機(jī)直接在上面來回刮送，所以極易堵塞。
2)工藝流程設(shè)計(jì)不合理，沒能達(dá)到分選機(jī)對(duì)入料原煤水分的要求。
圖1.6篩分車間的工藝流程圖
目前大都是機(jī)械化采煤，粉塵較大，因而噴水較多，致使原煤水分較高。而空氣重介流化床對(duì)入料原煤的水分要求<4%。而空氣重介流化床千法選煤入選前篩分車間的工藝流程見（圖1.6）
圖中，除通過概率分級(jí)篩篩除1一6mm的細(xì)粒粉煤以降低入選原煤水分外，再無其它的水分把關(guān)設(shè)備，使入選原煤水分很難達(dá)到空氣重介流化床對(duì)入選原煤的水分要求，從而影響主選機(jī)分選效果。
1.5本設(shè)計(jì)在傳統(tǒng)方案上的一些改進(jìn)
針對(duì)上節(jié)提出的問題,本設(shè)計(jì)中進(jìn)行了一些改進(jìn),提出了一種振動(dòng)式空氣重介流化床選煤機(jī)結(jié)構(gòu)。
(1)布風(fēng)板的改進(jìn)
在對(duì)空氣重介流化床干法選煤技術(shù)的研究發(fā)展過程中,曾經(jīng)先后研制過幾種結(jié)構(gòu)的布風(fēng)板。最初使用的布風(fēng)板結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單,就是在鋼板上均勻打孔,孔徑3 mm,開孔率20%。這種結(jié)構(gòu)的布風(fēng)板,布風(fēng)均勻,但由于孔徑小,數(shù)量多而密集,因此,加工起來比較困難。在實(shí)際使用中,由于孔徑很小,很容易出現(xiàn)堵塞的現(xiàn)象,造成布風(fēng)不均勻,使分選無法繼續(xù)進(jìn)行。同時(shí),一旦發(fā)生堵塞,清理起來也比較困難。
后來,人們又研制出一種新型氣體布風(fēng)板，即鋼基密控型。它是在3mm的鋼板上滾制深為1mm左右的斜槽，板間夾毛氈,通過毛氈纖維間的氣隙,均勻透氣。鋼板和毛氈用長螺栓串接起來,周邊用固定框固定,做成1的布風(fēng)板,根據(jù)布風(fēng)面積的需要,可以使用多塊布風(fēng)板。這種結(jié)構(gòu)的布風(fēng)板具有良好的透氣均勻性,但投入使用一段時(shí)間后,也出現(xiàn)了問題。由于刮板輸送機(jī)直接在布風(fēng)板上來回刮送,小塊的尤其是片狀的矸石極易嵌入鋼板和毛氈的縫隙中,將布風(fēng)板拉開一個(gè)小口,破壞布風(fēng)板的透氣均勻性,而且隨著刮板的不斷來回運(yùn)動(dòng),口子會(huì)越拉越大,最終使布風(fēng)板無法工作,分選難以進(jìn)行下去。
結(jié)合以上兩種布風(fēng)板的特點(diǎn),本設(shè)計(jì)采用第2種布風(fēng)板的結(jié)構(gòu),將其固定在風(fēng)室上,同時(shí)仿照直線振動(dòng)篩的工作原理,將布風(fēng)板和風(fēng)室的整體設(shè)計(jì)成為一振動(dòng)系統(tǒng),讓分選出來落在布風(fēng)板上的矸石,在振動(dòng)系統(tǒng)的作用下經(jīng)定重排矸機(jī)構(gòu)排出分選機(jī)。這樣設(shè)計(jì),既充分利用了第2種結(jié)構(gòu)鋼基密控型布風(fēng)板透氣均勻的優(yōu)點(diǎn),又解決了它容易嵌入矸石的缺點(diǎn)，稱為振動(dòng)式布風(fēng)板。改進(jìn)后的分選機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1.6所示。
（2）排矸方式的改進(jìn)
對(duì)于上層浮煤,可以仍然采用刮板輸送機(jī)將其輸出。刮板輸送機(jī)由于省去了在布風(fēng)板上的來回刮送,只需將流化床上層的浮煤帶出分選機(jī)。因此,運(yùn)行阻力將大大減小,對(duì)刮板輸送機(jī)各部件的要求也大為降低。對(duì)于底部的矸石則是模仿直線振動(dòng)篩的原理將矸石向布風(fēng)板的一邊運(yùn)輸，在布風(fēng)板的一端設(shè)有臨時(shí)的矸石存放處，將矸石暫時(shí)集中起來。當(dāng)重量達(dá)到規(guī)定時(shí)，重力排矸裝置將信號(hào)放大后傳給電磁閥，控制液壓缸縮回打開排矸口，將矸石排出。當(dāng)重量小于規(guī)定時(shí)，液壓缸伸出關(guān)閉排矸口。定重排矸裝置根據(jù)矸石的重量而定重打開排矸口。這樣有利于給流化床形成穩(wěn)定的流化氣體，形成更好的原煤分層。（如圖1.8所示）
1.排矸端 2.定重排矸裝置 3.除塵口 4.入料口 5.刮板輸送機(jī) 6.排煤端 7.流化床 8.布風(fēng)板 9.風(fēng)室 10.激振器
圖1.7 振動(dòng)式空氣重介流化床干法選煤機(jī)示意圖
圖1.8振動(dòng)排矸裝置示意圖
1、激振器 2、液壓缸 3、擋板 4、傳感器 5、布風(fēng)板
1.6本章小結(jié)
在這一章主要介紹了我國能源的現(xiàn)狀、干法選煤技術(shù)、空氣重介選煤技術(shù)以及空氣重介選煤技術(shù)的特點(diǎn)。我國的能源現(xiàn)狀不容樂觀，可持續(xù)發(fā)展要求我們必須發(fā)展?jié)崈裘杭夹g(shù)，提高煤的分選精度。傳統(tǒng)空氣重介選煤在實(shí)際生產(chǎn)中暴露除了很多的問題，如布風(fēng)板易堵塞是很棘手的一個(gè)問題。我參考多方面的資料，決定在本設(shè)計(jì)中主要對(duì)選煤機(jī)的刮板輸送裝置和布風(fēng)板進(jìn)行設(shè)計(jì)。
2 空氣重介流化床干法選煤機(jī)結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)
2.1排料裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
排料裝置是空氣重介流化床干法選煤機(jī)分選出的精煤重要運(yùn)輸設(shè)備，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如下：
(1)刮板輸送機(jī)在機(jī)內(nèi)循環(huán)排料，上層排煤，下層排矸；
(2)因機(jī)內(nèi)介質(zhì)流化后有似流體的特性，為防止溢出機(jī)外，兩排料端均有較大的傾角 ；
(3)刮 板輸送機(jī)大部分位于流化床床層中；
(4)兩排料靖的傾角轉(zhuǎn)彎處，因工況及空問位置 關(guān)系 ，采用壓鏈塊作 為刮板輸送機(jī)的導(dǎo)向件，運(yùn)行阻力較大 ：
(5)為使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、承載能力大，采用圓環(huán)鏈作為傳動(dòng)鏈；
(6)因分選機(jī)較寬 ，刮板長達(dá) 2000 mm，剛度較差。為提高剛度刮板厚度較大，每塊刮板重60 kg多 ：
(7)整個(gè)刮板輸送機(jī)采用雙邊鏈傳動(dòng)。
排料裝置選用了圓環(huán)鏈刮板排料結(jié)構(gòu)?？諝庵亟橘|(zhì)流化床在攪拌的作用下，可以減小不均勻度，而刮板在流化床中的另一個(gè)重要作用就是攪拌。刮板的傳動(dòng)鏈選用了無極形式，上層刮板與下層刮板反向運(yùn)行，使攪拌作用得以加強(qiáng)，同時(shí)使重介質(zhì)在機(jī)內(nèi)形成大循環(huán)，這對(duì)流化床的均勻、穩(wěn)定性可起到良好的作用。刮板的高度較大，產(chǎn)生的攪拌作用過強(qiáng)時(shí)，對(duì)重介質(zhì)的推力反而會(huì)使流化狀態(tài)惡化。而刮板的高度又與選煤機(jī)的處理量相關(guān)，因此在刮板上開孔解決上述相關(guān)的兩個(gè)問題。為正確選用刮板傳動(dòng)鏈及結(jié)構(gòu)，曾作了大最調(diào)查研究，最終選定了圓環(huán)鏈并在刮板的兩端進(jìn)行傳動(dòng)。傳動(dòng)鏈在工作時(shí)要從空氣重介質(zhì)流化床中通過，其工作環(huán)境十分惡劣，夾板鏈由于高精度特性顯然不適合在此使用；使用其它異形傳動(dòng)鏈，將使其維修、更換的費(fèi)用上升而與其易損件的特性不適應(yīng)，而圓環(huán)鏈適合在空氣重介質(zhì)流化床中使用。圓環(huán)鏈的選用要保證在電機(jī)最大輸出時(shí)不斷鏈。（如圖2.1所示）
空氣重介質(zhì)流化床在特性上與濕法重介選煤有著很大的差別，較高的粘度使分選精度受不同煤質(zhì)和刮板速度的影響。在不同分選要求下，為滿足分選精度和最大處理量，刮板運(yùn)行速度在不同的煤質(zhì)條件下都將有一個(gè)最佳匹配值，故保證刮板運(yùn)行速度的無級(jí)調(diào)速功能是必要的。為保證電機(jī)能重載啟動(dòng)與運(yùn)行時(shí)能切碎小物料，要正確選用電機(jī)功率。
1、精煤端排料裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
圖2.1刮板鏈運(yùn)輸和精煤端排料
精煤端的設(shè)計(jì)主要集中在排料篩板和物料越軸的結(jié)構(gòu)上。排料篩板是入選煤中的浮物由刮板排出機(jī)外的通道，同時(shí)它兼具脫介功能，當(dāng)浮物被刮板推上排料篩板時(shí)，難免被刮板與排料篩板的邊緣相切，在設(shè)計(jì)中要正確選用排料篩板與刮板的形狀和尺寸，以保證兩者的剛度滿足使用要求。刮板鏈在設(shè)計(jì)中使用了無極形式，上層刮板排浮物，下層刮板排沉物，物料越軸的目的是防止產(chǎn)品被下層刮板重新帶入機(jī)內(nèi)，因?yàn)樾∮诜诌x密度的物料一旦到
達(dá)流化床的底層，將很難再次上浮而被作為沉物處理，對(duì)分選結(jié)果造成不必要的污染。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的難度在于主軸是轉(zhuǎn)動(dòng)的且不能漏失細(xì)碎的產(chǎn)品。
精煤端排料篩板的篩孔尺寸要正確設(shè)置，因?yàn)樵谶x煤過程中，有影響流化密度的細(xì)粒物料進(jìn)入分選流化室，應(yīng)有部分重介質(zhì)隨產(chǎn)品排出機(jī)外，經(jīng)凈化回收后重復(fù)使用。
2、尾煤排料裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
將布風(fēng)板固定在風(fēng)室上,同時(shí)仿照直線振動(dòng)篩的工作原理,將布風(fēng)板和風(fēng)室的整體設(shè)計(jì)成為一振動(dòng)系統(tǒng),讓分選出來落在布風(fēng)板上的矸石,在振動(dòng)系統(tǒng)的作用下經(jīng)定重排矸機(jī)構(gòu)排出分選機(jī)。這樣設(shè)計(jì),既充分利用了鋼基密孔布風(fēng)板的透氣均勻的優(yōu)點(diǎn),又解決了它容易嵌入矸石的缺點(diǎn)。
為了排出流化床振動(dòng)布風(fēng)板上的矸石,需要在流化床底部開一個(gè)排矸口。但由于流化床中顆粒處于流化狀態(tài),若一直開口,流化態(tài)的物體將從開口中流出,使分選無法繼續(xù)。為此,需要設(shè)計(jì)一排矸裝置,定時(shí)定量開口快速排矸,而其余時(shí)間都處于閉合狀態(tài),以保證流化床分選的順利進(jìn)行。定重排矸裝置的原理圖如圖2.2所示。
圖2.2定重排研裝置原理圖
在流化床排矸端側(cè)板上焊接一圓軸,這樣側(cè)板就可以繞圓軸進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng),類似于一個(gè)杠桿。同時(shí),在側(cè)板上頂部安裝一液壓缸,利用液壓缸的伸縮和杠桿共同作用推動(dòng)側(cè)板轉(zhuǎn)動(dòng),完成排矸過程。
其動(dòng)作過程是：振動(dòng)系統(tǒng)模仿直線振動(dòng)篩的原理將矸石向布風(fēng)板的一邊運(yùn)輸，在布風(fēng)板的一端設(shè)有臨時(shí)的矸石存放處，將矸石暫時(shí)集中起來。當(dāng)重量達(dá)到規(guī)定時(shí)，重力排矸裝置的底部的擋板的變形量傳給傳感器。傳感器將信號(hào)放大后傳給電磁閥，控制液壓缸的活塞桿縮回。液壓缸拉動(dòng)擋板饒圓軸轉(zhuǎn)動(dòng)，打開排矸口，矸石在自重的作用下排出。當(dāng)矸石排掉后，重量小于規(guī)定值，信號(hào)改變，則液壓缸的活塞桿伸出。在杠桿原理的作用下，擋板饒圓周反向轉(zhuǎn)動(dòng)，關(guān)閉排矸口。
2.2布風(fēng)板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
布風(fēng)板作為布風(fēng)裝置中的重要部件，它的主要功能：
(1)為流化床提供均勻、穩(wěn)定的壓縮空氣。使流化床流化效果好，分選密度均勻、穩(wěn)定，滿足煤炭分選的需要；
(2)支撐流化床中重介質(zhì)、精煤和矸石；
(3)為維修排料機(jī)構(gòu)及機(jī)內(nèi)零部件提供立足點(diǎn)。由于流化床內(nèi)有運(yùn)動(dòng)裝置(刮板翰送機(jī))對(duì)已分選物料分別輸送，根據(jù)布風(fēng)板的功能，它必須具有以下條件：1)一定的開孔率和壓降；2)抗堵孔、易清理；(3)有足夠的強(qiáng)度、剛度及耐磨性；4)上表面平整。
經(jīng)過長期的探索和實(shí)踐，能滿足布風(fēng)均勻的布風(fēng)板形式較多，經(jīng)過篩選曾用過以下幾種：1)多孔板，即2層多孔板夾上阻尼層；2)微孔燒結(jié)板；3)
不銹鋼板夾微孔材料?？偨Y(jié)起來主要有兩種形式的布風(fēng)板即：孔板型和鋼基密孔型。
由于現(xiàn)場(chǎng)工況惡劣，布風(fēng)板存在一些問題，嚴(yán)重阻礙了空氣重介流化床干法選煤技術(shù)的運(yùn)用和發(fā)展。長期以來，作了大量的工作，力求尋找一種新型的布風(fēng)板，它具備:布風(fēng)均勻、不堵孔及強(qiáng)度、剛度、耐磨性均好等優(yōu)點(diǎn)，但收效甚微。通過觀察分析，布風(fēng)板存在的問題與排料方式有關(guān)，是由于布風(fēng)板與刮板間存在間隙和相對(duì)運(yùn)動(dòng)，殲石在布風(fēng)板表面摩擦、擠壓造成的。只要改變排料方式或?qū)ΜF(xiàn)有的排料方式進(jìn)行適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)，完全可以彌補(bǔ)布風(fēng)板的不足，甚至可以降低對(duì)布風(fēng)板的要求而不影響分選。
如何形成適合選煤的密度相對(duì)均勻、穩(wěn)定的流化床，是本機(jī)設(shè)計(jì)首先要解決的問題，采取有效措施將選后產(chǎn)品排出機(jī)外的排料裝置是選煤機(jī)的必要結(jié)構(gòu)。該技術(shù)應(yīng)用的是一種準(zhǔn)散式流化床，氣泡從床層底部進(jìn)人，在上升途中氣泡逐漸合并，且上升的速度增加，氣體以微型鼓飽形式穿過床層。研究結(jié)果表明，控制流化床密度的均勻穩(wěn)定是精煤與尾煤分層與分離的必要條件。在諸多要控制的因素中，涉及機(jī)械設(shè)計(jì)的內(nèi)容是如何使進(jìn)入床層的氣體分布均勻，減小不均勻性和減小流化床在鉛垂方向的密度梯度，在選煤機(jī)內(nèi)完成這個(gè)功能的是布風(fēng)結(jié)構(gòu)。使用壓降大的布風(fēng)結(jié)構(gòu)，容易得到良好的布風(fēng)效果。從選煤運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性出發(fā)，我們選用的是小壓降布風(fēng)結(jié)構(gòu)。
布風(fēng)結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)中被分為三個(gè)層次擾流器被安置在壓縮空氣的入口處，它將氣體束流分散開，使氣室內(nèi)各點(diǎn)間的壓力差值減??；氣流均化器安裝在中間，當(dāng)氣流通過互相連通、曲折的細(xì)孔通道后，氣壓得到進(jìn)一步的均化；布風(fēng)板在最上面，它也是孔狀結(jié)構(gòu)。進(jìn)行分選作業(yè)時(shí)，流化床各段的風(fēng)量并不相同，因此要求布風(fēng)結(jié)構(gòu)能保證對(duì)不同流化段的風(fēng)量進(jìn)行調(diào)節(jié)。
設(shè)計(jì)結(jié)果是:將布風(fēng)板向流化分選室外擴(kuò)展，用螺栓緊固在機(jī)體上，而正常布風(fēng)的部位用沉頭螺釘緊固，這樣就避免了布風(fēng)板的水平位移和因水平位移引起的對(duì)沉頭螺釘產(chǎn)生過大拉應(yīng)力或彎應(yīng)力。布風(fēng)板的平面度和安裝時(shí)的水平度對(duì)流化密度有影響，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使分選效果惡化。布風(fēng)板的面積比較大，在保證一定的平面度要求時(shí)，有較高的制造難度。
布風(fēng)板的安裝形式有兩種：一是布風(fēng)板的鋼片方向與刮板運(yùn)行方向一致，這種安裝形式，刮板的運(yùn)行阻力小，但片狀的小顆粒矸石嵌入鋼片之間的毛氈后，在掛板的刮動(dòng)下，易使鋼片開縫，毛氈刮出而影響布風(fēng)板的性能；另一種是布風(fēng)板的鋼片方向和刮板的運(yùn)行方向垂直，這種安裝形式，嵌入在鋼片之間毛氈中的矸石，不會(huì)在刮板的刮動(dòng)下將鋼片之間的毛氈刮出，但嵌入的矸石要在刮板的刮運(yùn)中刮斷，因此，刮板的運(yùn)行阻力及動(dòng)載荷較大。一般采用后者較為適宜。
由于流化床內(nèi)有運(yùn)動(dòng)裝置(刮板輸送機(jī))對(duì)已分選物料分別輸送，根據(jù)布風(fēng)板的功能，它必須具有以下條件：(1)一定的開孔率和壓降；(2)抗堵孔、易清理；(3)有足夠的強(qiáng)度、剛度及耐磨性；(4)上表面平整。
為了保證良好的流化效果和床層密度的均勻性，在結(jié)果設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)合理地確定鋼片的厚度、毛氈的壓縮量和開孔率；在制造時(shí)要求鋼片厚薄要均勻一致，毛氈的厚度和密實(shí)性要均勻，各個(gè)螺栓的加緊力也要均勻；較高的耐磨性和一定的 強(qiáng)度是通過材料的熱處理和鋼片的適當(dāng)厚度來保證的；抗矸石嵌入能力與布風(fēng)板制成后兩相鄰鋼片間的間距大小、兩相鄰螺栓間的距離以及夾緊力的大小有關(guān)?，F(xiàn)使用的布風(fēng)板的面積為1m2，鋼片材料經(jīng)過處理后，強(qiáng)度高，耐沖擊，硬度高，耐蝕性好，所選用的鋼片厚度為1.25 –2 .5 mm 之間, 高度為35 mm，布風(fēng)板用若干個(gè)螺栓夾緊，保證鋼片之間有一定初始?jí)毫Γ褂眯Ч己谩?
影響布風(fēng)板工作可靠性的主要因素是小顆粒矸石嵌入鋼片之間把鋼片撐開，下面就布風(fēng)板抗嵌入能力進(jìn)行概略計(jì)算。
矸石的形狀各異，現(xiàn)以球型顆粒和楔性顆粒為例說明布風(fēng)板的抗嵌入能力，圖A所示，若球型顆?；蛐ㄐ皖w粒粒度不大于相鄰鋼片之間的間距，則顆粒很容易嵌入鋼片之間，雖然在設(shè)計(jì)和制造過程中，要求相鄰鋼片的間距要小于入料的最小粒徑，但在實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)還是有少量是這種顆粒，這種顆粒很容易嵌入到布風(fēng)板中，但它撐開布風(fēng)板的幾率不大，可以進(jìn)行清理，對(duì)布風(fēng)板的性能影響不大。矸石顆粒大到一定程度，在壓力F的作用下，就有苦惱嵌入鋼片之間，使其間距撐大，影響布風(fēng)板的性能。
從以上分析可知，為了增加布風(fēng)板的抗嵌入能力，要求布風(fēng)板兩相鄰鋼片間的間距和兩螺栓的間距要盡可能的小，要求布風(fēng)板要有一定的初始?jí)壕o力，鋼片要有足夠的強(qiáng)度和剛度。
2.3選煤機(jī)的傳動(dòng)方案的確定
重介流化床干法選煤機(jī)的刮板輸送機(jī)的動(dòng)力源采用了電機(jī)帶動(dòng)。電機(jī)選用調(diào)速電機(jī)，以便于調(diào)節(jié)刮板的運(yùn)行速度。電機(jī)和減速器采用彈性聯(lián)軸器連接，這樣可以防止空氣重介流化床干法選煤機(jī)的振動(dòng)對(duì)電機(jī)的影響。減速器采用大減速比的擺線針輪減速器進(jìn)行降速達(dá)到刮板輸送機(jī)的轉(zhuǎn)速要求。鏈輪主軸和減速器采用彈性聯(lián)軸器連接，這樣可以防止空氣重介流化床干法選煤機(jī)的沖擊振動(dòng)對(duì)減速器內(nèi)部結(jié)構(gòu)的影響。主動(dòng)鏈輪軸和尾輪軸用圓環(huán)鏈連接，這是為了達(dá)到分選的要求。其傳動(dòng)路線如（圖2.3所示）。
圖2.3選煤機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖
2.4、本章小結(jié)
本章主要介紹了選煤機(jī)刮板運(yùn)輸裝置和布風(fēng)板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。選煤機(jī)的刮板運(yùn)輸裝置主要是把選煤機(jī)的上部的精煤部分經(jīng)排料口排出。下部的尾煤即矸石是靠布風(fēng)板的振動(dòng)作用經(jīng)下端的排料口排出。而布風(fēng)板是形成穩(wěn)定流化床的重要部分，關(guān)系到流化床的穩(wěn)定。布風(fēng)板為了防止被刮破，采用了鋼基密孔布風(fēng)板和振動(dòng)共同作用。主要的計(jì)算部分將在下面做進(jìn)一步的設(shè)計(jì)。
3 流化床分選機(jī)刮板運(yùn)輸裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算
3.1有關(guān)原始數(shù)據(jù)的說明
按設(shè)計(jì)要求，選煤廠年生產(chǎn)能力為50萬噸精煤。一年按360天，每天22小時(shí)計(jì)算，得分選機(jī)小時(shí)處理量為：
t/h (3—1—1)
分選過程中介質(zhì)循環(huán)量與原煤質(zhì)量之比為2：1。精煤中煤的堆密度為2.2g/ m3,重介質(zhì)釩鈦磁鐵粉的真密度為4.59 g/ m3。
根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，64t/h空氣重介流化床分選機(jī)流化床面積確定為16m2.為保證這樣大面積流化床的均勻、穩(wěn)定，設(shè)計(jì)采用單室面積為1m2流化床為基本單元，用16個(gè)單室拼起來形成2×8m2的流化床分選室。每個(gè)室都有單獨(dú)的空氣室，進(jìn)氣管和流量調(diào)節(jié)裝置。這樣，在每個(gè)1m2單室流化床穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，保證了分選機(jī)流化床總體的均勻、穩(wěn)定性。
流化床的長度應(yīng)根據(jù)物料分選和分離的要求來確定，入料口距尾煤端4.4m，距精煤端3.7m，流化床的長度定為8.5m。流化床的寬度按處理量來確定，按64t/h的處理量寬度應(yīng)定為2.5m。流化床的高度按物料上限粒度顆粒所需分選空間及輕、重產(chǎn)物層所占空間來確定。入料為50—6mm粒級(jí)時(shí)，床高定為1400~1800mm，考慮床層上部除塵及檢修人員進(jìn)入所需空間，分選室高度定為1.2m。
流化床工作風(fēng)量為400~600m3/（h·m2），風(fēng)壓為16000~22000Pa，應(yīng)根據(jù)不同密度和粒度的加重質(zhì)來調(diào)整風(fēng)量與風(fēng)壓的大小，另外氣體布分板的阻力也要考慮進(jìn)去。
由于我們采用的布風(fēng)板是一層鋼板夾一層毛氈，利用夾緊的毛氈纖維間的空隙透氣，阻力比較大，為此取風(fēng)壓上限22000Pa ，風(fēng)量600 m3/（h·m2）。
給料點(diǎn)以不擾亂尾煤的分離，盡可能增大有效分選段的原則來確定。設(shè)計(jì)給煤點(diǎn)距尾煤端約4.4米，為保證入料平穩(wěn)，不擾亂床層，在入料處設(shè)置緩沖板及穩(wěn)速裝置，使入料順流給入床內(nèi)。
3.2輸送能力的計(jì)算
刮板輸送機(jī)是連續(xù)動(dòng)作式運(yùn)輸設(shè)備，每秒鐘輸送能力為
kg/s （3—2—1）
式中 q—輸送機(jī)單位長度上的貨載質(zhì)量，kg/m
v—刮板鏈的運(yùn)行速度，m/s
每小時(shí)輸送能力為
kg/h
或 t/h （3—2—2）
其中 kg/m （3—2—3）
式中 F—刮板上的最大貨載斷面積，
——裝滿系數(shù)（=0.3）
——煤的松散密度，t/
由式子（3—2—3）得：
kg/m
輸送機(jī)裝載斷面積的大小，除了受擋板結(jié)構(gòu)和尺寸的影響外，還與輸送機(jī)的安裝傾角，貨載硬度、濕度、塊度等有關(guān)。因此，實(shí)際裝載斷面積F要比實(shí)際斷面積F小一些。斷面積F根據(jù)斷面圖計(jì)算。
將式（3—2—3）帶入式（3—2—2）中，得
t/h (3—2—4)
由式(3—2—4)得
m2
3.3刮板的設(shè)計(jì)計(jì)算
本設(shè)計(jì)中，沒有采用壓鏈塊的結(jié)構(gòu)如圖3—1所示。錨鏈鏈環(huán)最大寬度b=60 mm，通過幾何關(guān)系，主軸軸心O距風(fēng)板高度為1125mm；錨鏈總長度為16896 mm。
（1） 刮板幾何尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算
為了減輕刮板的重量和成本，設(shè)計(jì)中選用了鋼板作為刮板材料。因?yàn)樵诠伟暹\(yùn)行的過程中沒有支撐，所以這樣既滿足了強(qiáng)度要求也節(jié)約了材料，更重要的是簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)。刮板為整體型,為使裝卸方便,刮板與連接環(huán)間的安裝槽較深,使刮板在螺栓卸下后能縱向位移,卸下刮板。為延長刮板的使用壽命,在刮板與軌道的接觸面上噴焊了一定厚度的耐磨層。
由(3—1—1)及3.1得：
=192 t/h, =0.3, =3.8 g/ m3=3.8 t/ m3
==0.0479 m2 （3—3—1）
刮板的鋼板厚度為14 mm，高度為30 mm。
則刮板的長度為，
m
考慮到刮板與鏈的連接方式為開口式連接環(huán)，在兩端留有螺栓孔的位置分別為51 mm。
圖3—1刮板輸送機(jī)鏈傳動(dòng)示意圖
3.4鏈及鏈輪的設(shè)計(jì)計(jì)算
(1)鏈的選型
刮板鏈條的運(yùn)行狀態(tài)與輸送機(jī)的各種故障有著非常密切的關(guān)系，刮板鏈條運(yùn)行正常與否是輸送機(jī)出不出故障的重要標(biāo)志.二者的
出現(xiàn)雖無對(duì)應(yīng)的規(guī)律，但有兩條是肯定的；一是只要刮板鏈條的運(yùn)行出現(xiàn)了不正常，那么輸送機(jī)或遲或早都會(huì)發(fā)生輸送故障；二是一旦輸送機(jī)出現(xiàn)了某種故障，也必然會(huì)很快導(dǎo)致刮板鏈條運(yùn)行不正常。也就是說二者是相互牽連、相互影響的，誰先出現(xiàn)不一定，但出現(xiàn)了一個(gè)之后，另一個(gè)也跑不了。因此，保持刮板鏈條的正常運(yùn)行狀態(tài)是十分重要的，它對(duì)輸送機(jī)的正常工作起著關(guān)鍵性的作用。
為正確選用刮板傳動(dòng)鏈及結(jié)構(gòu)，曾作了大最調(diào)查研究，最終選定了圓環(huán)鏈并在刮板的兩端進(jìn)行傳動(dòng)。傳動(dòng)鏈在工作時(shí)要從空氣重介質(zhì)流化床中通過，其工作環(huán)境十分惡劣，夾板鏈由于高精度特性顯然不適合在此使用；使用其它異形傳動(dòng)鏈，將使其維修、更換的費(fèi)用上升而與其易損件的特性不適應(yīng)，而圓環(huán)鏈適合在空氣重介質(zhì)流化床中使用。圓環(huán)鏈的選用要保證在電機(jī)最大輸出時(shí)不斷鏈，可以計(jì)算出，在堵轉(zhuǎn)系數(shù)為2.0時(shí)，其連接環(huán)最小破斷負(fù)荷為225kN，由于本設(shè)計(jì)的空氣空氣重介質(zhì)流化床選煤機(jī)的刮板與布風(fēng)板之間的間隙不用考慮，而且圓環(huán)鏈?zhǔn)枪ぷ髟趹腋顟B(tài)下所以要有較強(qiáng)的破斷力。本設(shè)計(jì)中選用了礦用高強(qiáng)度圓環(huán)鏈1864,破斷負(fù)荷最小為320 kN,
圓環(huán)鏈尺寸一覽表 mm
名稱
公稱尺寸
極限偏差
最小內(nèi)寬a
最大外寬不b
最大直徑
長度
鏈環(huán)直徑
18
±0.5
/
/
/
/
節(jié)距
64
±0.6
/
/
/
/
寬度
21
60
/
/
圓弧半徑
28
+2
0
/
/
/
/
焊接處
/
/
/
19.5
13
單位長度質(zhì)量
6.6
kg/m
/
/
/
/
/
(2) 鏈輪的幾何尺寸的計(jì)算
圓環(huán)鏈公稱直徑 =18 mm
圓環(huán)鏈公稱節(jié)距 =64 mm
圓環(huán)鏈公稱外寬 =60 mm
鏈輪齒數(shù) =6
鏈輪節(jié)距角
= （3—4—1）
鏈輪節(jié)圓直徑（參考值）
（3—4—2） =
=248 mm
鏈輪外徑（參考值）
= mm （3—4—3）
鏈輪立環(huán)立槽直徑
（3—4—4）
式中取值：=14 則：
（3—4—5）
=170 mm
鏈輪立環(huán)立槽寬度
（3—4—6）
式中取值： =7 則：
mm （3—4—7）
齒根圓弧半徑
= mm （3—4—8）
鏈窩長度
=105 mm （3—4—8）
鏈窩平面圓弧半徑
值等于接鏈環(huán)圓弧部分的最大外圓半徑。圓心在接鏈環(huán)中心線上，此中心線平行鏈窩平面。距鏈輪中心的距離為
鏈輪中心至鏈窩底平面的距離
（3—4—9）
=108 mm
鏈窩中心距
87 mm （3—4—10）
短齒厚度（僅做參考）
（3—4—1）
=60 mm
齒形圓弧半徑
mm （3—4—11）
式中：值為參考值，圓弧半徑的中心在離鏈輪中心的直線上
立環(huán)槽圓弧半徑
mm （3—4—12）
短齒根部圓環(huán)半徑
mm （3—4—13）
鏈窩間隙T 限制w的最大值，能保證鏈輪在鏈窩中得到足夠的支撐，也能保證接鏈環(huán)和刮板在鏈窩中有足夠的間隙。但在某些重載情況下，平鏈環(huán)的支撐面積有必要增加時(shí)，可以規(guī)定T尺寸，而調(diào)整W值。
圖3—2 鏈輪外形圖
鏈輪的參數(shù)如下表所示： mm
項(xiàng)目名稱
最大值
參考值
公稱
公差帶
鏈輪齒數(shù)
6個(gè)
/
/
/
鏈輪節(jié)圓直徑
248
/
/
/
鏈輪外徑（參考值）
/
284
/
/
鏈輪立環(huán)立槽直徑
170
/
/
/
鏈輪立環(huán)立槽寬度
25
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齒形圓弧半徑