煤炭干法篩分理論與設備的進(jìn)展

特約專(zhuān)稿總第100期煤炭干法篩分理論與設備的進(jìn)展趙躍民,劉初升,張成勇(中國礦業(yè)大學(xué),江蘇徐州221008)摘要:以煤炭篩分存在的問(wèn)題為背景,深入分析了篩分在煤炭洗選加工的作用，對近年來(lái)煤炭篩分研究和應用中的熱點(diǎn)和難點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行了回顧。首先對概率篩分原理,等厚篩分原理,馳張篩分原理,彈性篩分原理強化篩分原理進(jìn)行了總結,介紹了顆粒運動(dòng)學(xué)和篩分模型的新進(jìn)展;其次對潮濕煤炭深度篩分堵孔機理和概率篩強化篩彈性桿振動(dòng)篩、馳張篩、梯流篩氣流篩等深度篩分設備的研制和應用作了系統的闡述,指出了進(jìn)行潮濕煤炭深度篩分設備研究和應用的必要性;最后對大型振動(dòng)篩在國內外的研制現狀進(jìn)行綜述,指出國產(chǎn)大型振動(dòng)篩存在可靠性差的問(wèn)題,提出研究新的篩分理論、發(fā)展物理方法來(lái)臧輕顆粒粘附難題,使用動(dòng)態(tài)分析技術(shù)、創(chuàng )造新的結構解決國產(chǎn)大型振動(dòng)篩可靠性差的問(wèn)題。關(guān)鍵詞:振動(dòng)篩;篩選理論;堵孔;大型振動(dòng)篩;可靠性中圖分類(lèi)號:TD91文獻標識碼:A文章編號:1005- 2798( 2008 )02- 0015-04Progressing of Coal Screening Theory and EquipmentZHAO Yue -min, LIU Chu -sheng, ZHANG Cheng-yong(China Unirersity of Mining and Technology ,Xuzhou 221008 ,China)Abstract :In this paper, we deeply analyzed the problem of screening in coal industrial. We look back a lot of sses and dificulties ofresearch and application of coal screening in last few years. We show that there are two key problems which are blinding of deepscreening and Reliability of large vibration screen. Firstly, we sump up the screening theory of probability screening, banana vibratingscreening, probability - banana vibrating screening, flip - flow screening, elasticity screening, strong screening, and briely introducethe grain kinematics and the progress of screening model. Secondly, we systermically expatiate the blocking of deep screening of moistcoal and the development and application of the equipment of probability screen , strong screen, elastic bar screen, fnip - flow screen, hy-dra screen and gas stream - screen casifier etc). We point out the necessity of research and application of deep screening equipmentof moist coal. At last we point out that developing new screen theory , alleviating conglutinating of material, making use of dynamics analysis, creating new stucture are main ways to solve the two key problems.Keywords :vibrating screen; screening theory ; blocking; large - sceale vibration; reliability篩分科學(xué)和技術(shù)是礦物加工工程的重要組成部1篩分理論分,在煤炭冶金、化工、建材等部門(mén)的應用十分廣泛。篩分作為選煤技術(shù)的重要環(huán)節,在煤炭洗選中目前較為成熟的篩分原理有概率篩分原理、等起到準備篩分、檢查篩分、最終篩分、脫水脫泥脫介厚篩 分原理.概率等厚篩分原理、馳張篩分原理、彈篩分等重要作用。近年來(lái)由于煤炭開(kāi)采機械化發(fā)性篩分原理、強化篩分原理等。其中概率篩分原理展,大部分礦區,細粒煤炭含量增加并且粒度越小灰是以 顆粒透篩原理和顆粒為運動(dòng)相結合研究的辦法分越低,適合采用篩選和重選聯(lián)合工藝,即細粒煤炭得出的;等厚篩分原理是將物料沿篩長(cháng)厚度和物料直接供用給用戶(hù),粗粒煤炭進(jìn)行洗選加工。由于篩分層相合得 出的一種篩分方法;概率等厚篩分方法分作業(yè)的重要性,近年來(lái)物料干法篩分理論與技術(shù)是將 概率篩分方法和等厚篩分法得出的一種篩分原上都取得了長(cháng)足的進(jìn)步。下面對千法篩分理論和篩理。馳張篩分原理.彈性原理、強化篩分原理都是針?lè )衷O備進(jìn)行簡(jiǎn)要地回顧。對難篩分物料堵孔提出的。馳張篩分原理則是利用中國煤化工收稿日期:2008-0123MHCNMHG基金項目:國家自然科學(xué)基金資助項目(50574091和50774084)作者簡(jiǎn)介:趙躍民(1961 -) ,男,河南漯河人,博士,教授,博士生導師,從事選礦工程的研究。1:2008年2月趙躍民等:煤炭干法篩分理論與設備的進(jìn)展第17卷第2期篩面馳張運動(dòng)提高篩面的振動(dòng)加速度來(lái)克服堵孔，概率篩分是一 -種近似篩分方法,其限上率、限下率指在上述篩分原理的研究基礎上發(fā)展了一批篩分機并標較高']。 強化篩是我國獨創(chuàng )的一種干法篩分設取得了良好的效果。如馳張篩、概率篩琴弦篩、彈備 ,具有振動(dòng)頻率低(300 r/min左右) ,抗堵孔,透篩性篩.強化篩梯流篩、棒條篩等就是在此原理上發(fā)效果好,篩分效率高,在山西晉城礦區等獲得應用,展起來(lái)的。近年來(lái)隨著(zhù)開(kāi)采原煤水分增高,尤其是但存在篩邦易磨損,篩條易損壞的缺點(diǎn)「8。彈性桿選煤廠(chǎng)廠(chǎng)型大型化和高產(chǎn)高效的需要,篩分機處理振動(dòng)篩是中國礦業(yè)大學(xué)研制的一種新型篩分機,是能力增大,篩分過(guò)程堵孔嚴重,篩分過(guò)程難以進(jìn)行，利用篩桿在圓孔中自由顫振起到克服堵孔的作用來(lái)所以針對堵孔問(wèn)題，國內外專(zhuān)家進(jìn)行了大量的研究。減輕堵孔,其中 2STKB1755型彈性桿振動(dòng)篩在義烏趙躍民等人探討了細粒煤的粒附機理,通過(guò)試驗證礦務(wù)局觀(guān)音堂選煤廠(chǎng)進(jìn)行原煤深度篩分,達到了降實(shí)了外在水分是造成篩分過(guò)程中細粒煤粒附的首要灰、脫硫的效果,取得了良好的效果和經(jīng)濟效益。馳因素,對粘附力和粘附厚度的影響因素進(jìn)行了研究,張篩是難篩分煤炭深度篩分的一種有效篩分設備，提出了潮濕細粒物料粘附模型及解決堵孔的方案，義 馬造氣廠(chǎng)從德國引了兩臺馳張篩在造氣前進(jìn)行深為篩分機的設計和應用提供理論基礎”。施忠凱等度分級 ,取得了很好的效果。中國礦業(yè)大學(xué)吸收國人通過(guò)顆粒間水份作用的分析建立了顆粒間液橋力內外馳張篩設計的成功經(jīng)驗,研制了一種新型XCS與其親水性顆粒大小、水分含量之間的關(guān)系,得出懸掛式馳張篩。該篩篩分效率高、噪聲低、功耗小、小顆粒間的液橋力大于大顆粒間的液橋力,親水性具有廣闊的應用前景[9。由中國礦業(yè)大學(xué)研制的另顆粒間的液橋力大于疏水性顆粒間的液橋力,鉗人-種氣力分級技術(shù)也可進(jìn)行煤炭細粒分級應用,該角(水分)適中,顆粒間液橋力量大,當水份超過(guò)臨機型在分選方法上與普通篩分機不同,沒(méi)有篩網(wǎng),細界值時(shí),顆粒間的吸引力變?yōu)榕懦饬230。德國粒產(chǎn)物通過(guò)振動(dòng)流化床中上升氣流的夾帶分離出Hollinder 和Hoberg從物料表面物理.化學(xué)特性的角來(lái),不存在篩孔堵塞問(wèn)題，可進(jìn)行6 ~0 mm內任一粒度詳細研究了潮濕細粒物料在表面水分作用下互相度分級。當原煤外水≤9.5%時(shí),3mm分級效率可粘附的粘附模型,并提出了減小潮濕細粒物料在表過(guò)80% ~90% ,該設備為實(shí)現潮濕煤炭-6 mm分級面水份作用下互相粘附的幾種方法“。上述研究對開(kāi)辟了一條新路[0。棒條篩和梯流篩是利用懸臂顆粒粘附機理的揭示起到了很好的作用。梁振動(dòng)振幅大于兩端固支的梁振幅的原理設計的一在顆粒運動(dòng)學(xué)的研究上,趙躍民、劉初升發(fā)現單種新型篩分設備,振動(dòng)棒條能有效地防止篩孔堵塞，顆粒物料在篩面上的非線(xiàn)性復雜運動(dòng)。發(fā)現單顆粒在我國寧夏石嘴 山太西選煤廠(chǎng)等獲得了應用1.12.在理想狀態(tài)下,在運動(dòng)著(zhù)篩面上呈現分叉、混沌運中國礦業(yè)大學(xué)對上述篩分機的設計原理進(jìn)行了深入動(dòng),突破了原來(lái)單顆粒物料在篩面上線(xiàn)性是常運動(dòng)研究,提出了系統的彈性篩分理論,成功地指導了潮學(xué)說(shuō),為顆粒在篩面上運動(dòng)的理論研究提供了新視濕細粒煤炭干法深度篩分機的設計和生產(chǎn)[13.41。野(1。2.2篩分機大型化在顆粒透篩概率理論研究上,日本學(xué)者宮山島篩分設備大型化是近年篩分機設計和應用的焦俊明、山本健市提出了粒子形狀對顆粒篩分特性的點(diǎn)和熱點(diǎn)工作。 篩分機大型化是現代選煤廠(chǎng)高產(chǎn)高影響,他們研究了各種形狀的橢圓形粒子的篩分模效 的必然結果,篩分機的大型化導致其可靠性大大型,通過(guò)研究篩孔尺寸的各種不規則形狀群的三軸降低 ,如何提高可靠性是十分關(guān)鍵問(wèn)題。我國最早直徑,驗證了篩分粒子群近似于橢圓粒子群,發(fā)現粒從日本神戶(hù)制鋼公司引進(jìn)了6臺27 m2的大型振動(dòng).子形狀與篩分粒子大小的關(guān)系,提出了橢圓粒群的篩 ,用于淮北臨渙選煤廠(chǎng)。近幾年隨著(zhù)我國大型選篩分模型,它較球形顆粒假設更為接近于篩分實(shí)煤廠(chǎng)的建設,已從國外引進(jìn)篩寬在3 m以上的大型踐°1。振動(dòng)篩近百臺,大型振動(dòng)篩市場(chǎng)幾乎被國外制造公司所壟斷,主要有澳大利亞約翰芬蕾公司,美國康威2篩分設備德公司,朗艾道公司,塞吉滿(mǎn)公司,德國申克, KHD在篩分設備的研究方面主要進(jìn)行了干法深度篩等公司的大型振動(dòng)篩。這些大型振動(dòng)篩結構合理,分設備的研究和篩分設備大型化的研究。參振質(zhì)量小，材質(zhì)優(yōu)良、制造工藝成熟，使用效果好。2.1干法深度篩分設備概率篩由于其篩分原理先進(jìn),采用大篩孔、大傾這些中國煤化工承重梁的強度和剛度IYHCN M H雜,所需的激振力角能有效地防止堵孔,所以仍是選煤廠(chǎng)千法篩分中大,這樣對軸承承載能刀相凹轉精度的要求都很高，的重要設備之一,在山東、貴州等礦區獲得應用,但對板材和型材的綜合機械性能要求高,制造成本高。162008年2周趙躍民等:煤炭干法篩分理論與設備的進(jìn)展第17卷第2期國內在大型篩分機研制方面,平頂山煤選設計側板邊緣,其中最大-根橫梁中部空載時(shí)計算主應研究院在承擔國家“九五”科技攻關(guān)課題《高效先進(jìn)力 為最大,而現場(chǎng)測試應力也為最大19。王正浩等選煤關(guān)鍵技術(shù)研究》中,開(kāi)展了大型振動(dòng)現代動(dòng)態(tài)設人認為無(wú)縫鋼管在各方向的慣性矩相同,受力狀態(tài)計方法的研究,將動(dòng)態(tài)分析技術(shù)應用于產(chǎn)品設計中，比用槽鋼橫梁好,所以采用無(wú)縫鋼管橫梁代替槽鋼進(jìn)行了振動(dòng)篩選材的材料控制,制造精度的控制焊橫梁可以有 效地避免橫梁斷裂(8)。接變形、內應力控制,防病處理取得了- -定的進(jìn)展，日本學(xué)者對寬4 m、長(cháng)12 m篩分面積為48 m2設計制造的樣機2ZK3660大型直線(xiàn)振動(dòng)篩在平頂山的大型慣性振動(dòng)篩進(jìn)行了強度分析,利用Kastan軟田莊選煤廠(chǎng)進(jìn)行了工業(yè)性試驗15.16。遼寧工程技件得 出結論:振動(dòng)篩達到預定轉速時(shí),構件無(wú)共振術(shù)大學(xué)王永巖等人對27 m2大型直線(xiàn)振動(dòng)篩進(jìn)行動(dòng)點(diǎn),構件應力值也未發(fā)現較大跳動(dòng)并與實(shí)測結果基態(tài)仿真研究,通過(guò)SAP程序計算結果與CAD接口，本吻合[0)。 從國外引進(jìn)的大型冷礦篩框架橫梁均得到了可視化的系統仿真圖形["”。煤炭科學(xué)總院采用工字 型斷面結構,易出現橫梁裂紋及斷裂現象，唐山分院梁全剛等人提出了篩分機及其提高可靠性對工字 型截面及矩形截面橫梁力學(xué)性能的對比及實(shí)的措施['8]。郭勤濤等人針對選煤廠(chǎng)使用的ZK系列例計算 ,證實(shí)了工字型截面梁是不合理截面梁,而矩大型直線(xiàn)振動(dòng)篩存在的強度問(wèn)題,使用疲勞強度的形截面梁較為合理,但該型材價(jià)格高且需進(jìn)口31?？煽啃栽O計方法對2ZK直線(xiàn)振動(dòng)篩進(jìn)行了改進(jìn),提Schenck 公司篩分機采用矩形橫梁、側板上開(kāi)長(cháng)方形高了振動(dòng)篩的可靠性,為開(kāi)發(fā)高性能的大型振動(dòng)篩口、較薄側板、側板上布滿(mǎn)角鋼和折彎鋼板、另有撐提供了依據[9]。中國礦業(yè)大學(xué)趙躍民、劉初升等人激振 器矩形大梁與側板組成篩框,采用整箱體激器提出了大型振動(dòng)篩彈性振動(dòng)中存在超次諧波,并研激振等新結構,所有零件經(jīng)過(guò)動(dòng)態(tài)分析和動(dòng)平衡測究了利用柔性保護環(huán)進(jìn)行振動(dòng)篩軸承反共振的控制試,性能優(yōu)良,已在我國煤礦獲得廣泛應用川。方法,取得了初步的成果[2]。中國礦業(yè)大學(xué)采用超北京科技大學(xué)孫剛研制的博后篩在在大型化方靜定動(dòng)態(tài)設計技術(shù)研制的CWS大型直線(xiàn)振動(dòng)篩通*面取得了重要進(jìn)展,博后篩采用分段驅動(dòng)、軟連接,過(guò)了技術(shù)鑒定。上述研究對22 ~27 m2振動(dòng)篩的設實(shí)現 了振動(dòng)篩的大型化,其篩面面積達到1 000 m',計起到了促進(jìn)作用,但要求無(wú)故障運行3000 h及大在工業(yè)應用中取得了較好的效果[21。于27 m2振動(dòng)篩的研究有待于進(jìn)一-步深人[21。周超靜定結構在工業(yè)，民用建筑和大跨度橋梁等廣林、王正浩等人提出了利混沌振動(dòng)分配系統的振方面已有很多成熟的結構。由于超靜定結構有多余動(dòng)能量,以促進(jìn)篩分效果,但這一設想有待于進(jìn)- -步約束和多 余未知力，因此超靜定結構的內力狀態(tài)單研究23)。由平衡條件不能唯一確定,必須同時(shí)考慮變形條件。發(fā)展大型振動(dòng)篩，提高處理能力的關(guān)鍵問(wèn)題之我們從以下兩個(gè)方面來(lái)分析考慮超靜定結構中多余一就是振動(dòng)篩結構強度問(wèn)題，大型振動(dòng)篩出現的主約束的存在及其影響。要問(wèn)題是:篩框易損壞,橫梁和側板斷裂。影響振動(dòng)靜定結構有一個(gè)約束破壞時(shí)就成為幾何可變體篩壽命的因素有很多,如振動(dòng)篩振動(dòng)強度、結構尺寸系,因而喪失承載能力。但是超靜定結構卻與其不和形狀,零部件材料和制造工藝，物料特性及作業(yè)環(huán)同。當多余約束被破壞時(shí),結構仍為幾何不變體，境等24.25)。由于振動(dòng)篩在較高振動(dòng)頻率下工作,篩因而還有 - -定的承載能力。因此,超靜定結構具有箱不僅承受篩分機重量和被篩分物料重量,而且還較強的防 護能力,在大型振動(dòng)篩上應用具有結構特要承受很大的激振力,因此篩箱的結構要有足夠的征優(yōu)勢。強度和整體剛度,使篩箱不致發(fā)生變形而損壞。側超靜定網(wǎng)梁體結構本身作為-一個(gè)整體單元,在板和橫梁是篩箱的主要受力構件,所以振動(dòng)篩篩箱振動(dòng)篩結構體系中是-一個(gè)振動(dòng)元體。是由激振器的強度問(wèn)題主要是側板和橫梁的強度20;27],對此，組、靜定板、超靜定連接板、網(wǎng)梁(由多根管梁構成的專(zhuān)家們已經(jīng)進(jìn)行了深人的研究[28] ,關(guān)于大型振動(dòng)篩-個(gè)梁系)組成。振動(dòng)載荷對網(wǎng)梁體的作用,我們可橫梁斷裂和側板產(chǎn)生裂紋疲勞破壞及扭曲,韓二中以從振 動(dòng)篩動(dòng)應力云圖上看到其載荷作用的范圍基教授首先用結構力學(xué)的方法對共振篩的橫梁進(jìn)行了本 上是作用在網(wǎng)梁體周?chē)?。由于其分布力基本上是強度分?給出了橫梁工作時(shí)的內力分布,確定出橫處于均布力的狀態(tài),所以超靜定網(wǎng)梁激振體構成了梁受力最大的位置(”。郭勤濤等人使用板單元和一個(gè)中國煤化工:個(gè)包容體的抗衡粱單元混合建模對2ZK3675直線(xiàn)振動(dòng)篩進(jìn)行了有限下梁fYHCNMHG單根管梁剛度和元應力分析。計算結果顯示振動(dòng)篩應力危險點(diǎn)依次承載能力都得到了很大的提高,這正是設計大型振是:支承篩板用的小梁、橫梁的中部振動(dòng)器正下方動(dòng)篩 從工藝結構、材料特性、可靠性幾方面所期望得2008年2月趙躍民等:煤炭干法篩分理論與設備的進(jìn)展第17蹇第2期到的結果。目前,中國礦業(yè)大學(xué)與陽(yáng)泉煤業(yè)集團公.Technick ,2001(1) :315 -326.司正在合作研制超靜定網(wǎng)梁激振結構大型振動(dòng)篩。[15]染坤京,白勇軍 ,邵佩森.現代動(dòng)態(tài)設計在振動(dòng)篩研制中的應用[J].選煤技術(shù)2000(2).3結論[16]白勇軍,梁坤京.振動(dòng)篩激振器軸承的可靠性問(wèn)題及對策[J].礦山機械,2002(7) :62 -64.1)對篩分理論如煤泥堵孔機理、顆粒運動(dòng)規[17]王永巖 ,邰英樓,孫奇涵.大型直線(xiàn)振動(dòng)篩動(dòng)態(tài)仿真的律、粒群透篩概率等作了簡(jiǎn)要回顧,指出需要進(jìn)- -步研究[J].計算力學(xué)學(xué)報,2001(2):94 -98.研究新的篩分理論和新的篩分方法。2) 分析了煤炭干法深度篩分設備研究的新進(jìn)[18] 梁全剛，張文華現代篩分機械及其提高可靠性的措施[J].選煤技術(shù),1999(2):5-7.展,提出了煤炭篩分技術(shù)研究的新方向。[19]郭勤濤 ,張翠萍,魏少致.2ZK3675直線(xiàn)振動(dòng)篩疲勞強3)深入開(kāi)展可靠性研究,實(shí)現大型振動(dòng)篩的度的可靠性設計[J].選煤技術(shù),000(5) :23 -25.國產(chǎn)化是當前一項十分迫切的任務(wù)。[20]劉初升 ,趙躍民.大偏心量轉子-軸承系統的非線(xiàn)性振動(dòng)研究[J].礦山機械，1994) :40 -41.參考文獻: .[21]張成勇. 多自由度彈性碰撞篩分法簡(jiǎn)介[J].中國礦業(yè)[1]趙躍民,陳惜民,朱 紅,等 潮濕細粒物料的粘附模型大學(xué)學(xué)報, 1997(2).周廣林,陳心昭,陳劍混沌振動(dòng)篩降噪中的應用探的研究[J].煤炭學(xué)報,000(4).[2]施忠凱,王新文. 潮濕煤顆粒間液橋力的理論研究[J].討[J].礦山機械,2002(1).選煤技術(shù),2001(5). .[23]王正浩,王 寧,高 巖. 混沌振動(dòng)篩的研究[J].礦山[3] Xiu Xiang Tao, Yue min zhao etc. Study on the mecha-機械,2003(1).譚兆蘅.國內篩分設備的現狀和展望[J].礦山機械,nism of mesh block in the depth screening of wet fine coal[R]. 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