洁净型煤压制成型过程中制约瓶颈优化

孙丰涛，王公华，陈 涛，丁淑英

（1.兖煤蓝天清洁能源有限公司，山东 邹城 273500；2.兖州煤业股份有限公司，山东 邹城273500）

1 现状及存在的问题

由于洁净煤示范项目属于新工艺生产，在型煤压制成型方面存在着制约项目达产、达效的一些瓶颈问题。因此探索制约瓶颈问题的有着重要的意义，也是实现项目达产、达效目标，成功打造国内一流洁净煤生产基地的必然要求。

1.1 成型设备产能低，产品质量不稳定

该项目设计安装20 t/h成型机5台，10 t/h成型机10台，通过多次调试运行，系统成型机总体产能目前约为40%，且同型号不同成型机间产能差异较大（达产率20% ～60%）；产品质量不稳定，同一时间生产的产品质量差异较大（冷压强度100 N～1 000 N），造成产品在后序的转运、筛分[1]、入仓、包装后出现破碎率偏高的现象。实际运行过程中，煤粉通过气力输送进入成型机缓冲仓时对成型机的正常运行造成影响，出现主机电流下降，出球量降低甚至不出球，产品质量下降等现象，对生产造成了影响。

1.2 核心设备成型机故障率偏高

洁净煤生产系统中15台成型机是全厂的核心设备，直接决定着项目的达产、达效。根据设计和厂家技术承诺，成型机辊套使用寿命不低于3 000 h，但在试生产过程中，已先后有9台成型机出现辊套开裂损坏，部分辊套使用时间不足承诺寿命的十分之一，个别成型机辊套出现多次开裂。加之辊套加工更换周期一般较长（大于1个月），同时围绕成型机的给料螺旋、预压螺旋、返料螺旋、斗提机、振动筛等辅机设备运行过程中故障偏高，部分设备的软联接、轴端等处仍有漏粉现象，对生产组织造成较大影响。

2 改进方法

2.1 成型机压辊成型技术系统性研究及优化

项目前期开展的试验和中试系统中，3 t、5 t成型机产量虽然较低，但型煤完整率较高，球形较好，冷压和跌落强度[2]等质量指标也较高，且质量均匀。成型机大型化后存在质量不稳定，特别是同一机器同一时间生产出的型煤个体间质量强度差别大的问题表明：辊子横向尺寸变大后，煤粉在压辊的全断面出现吃料不均匀的现象，致使部分成型后的型煤密度和强度出现较大偏差。

本项目就粉料的堆密度变化规律、球窝形状及尺寸、预压给料装置与压辊的匹配适应性等方面进行研究、设计优化和试验。主要对20 t、10 t成型机分别进行以下几个方面的研究试验：

（1）优化设计预压螺旋仓体结构、螺旋压缩比及排气结构，找出影响粉料密度稳定性的因素并加以解决；

（2）研究和试验预压螺旋出料口与辊套的成型区最佳匹配性，达到预压料区的封闭性能，以提高压制料区内的料压；

（3）研究和试验辊套成型区尺寸匹配性，重点向两个不同的方向分别作对比试验：一是与预压螺旋配合向全辊面统一布料设计；二是减小单个成型区尺寸，将一个辊套分为两个完全隔离的给料成型空间。

（4）成型机运行工艺研究与试验，采用恒力矩驱动控制，合理选取现场料位、电流等反馈信号，并将反馈信号参与到现场控制中，实现闭环控制。

2.2 成型机给料系统优化试验

洁净煤生产过程中，煤粉由煤粉制备车间通过长度约200 m的气力输管道送至该仓，单台输送能力为40 t/h，输送气体压力为0.5 MPa。经过试运行发现该藏容积较小，受气力影响，煤粉沉降不充分，严重时导致成型机不出球，且仓内形成正压，冒粉严重。后经过设计增加了一级缓冲仓，增大其容积和负压收尘，有效解决了输送时仓体冒粉和成型机不出球的问题。但目前给料系统运行中，在一级缓冲仓新料及返料同时通过斗提进入二级缓冲仓时，仍存在对成型机运行造成一定产量和质量影响的问题。且给料不均匀、不稳定堵设备等问题时常发生，对生产造成一定影响。

针对上料斗提、水平给料螺旋、预压螺旋整体自动化稳定运行配合研究，同时对各关联设备间的物料运行状况、畅通性进行分析，增加料位检测，对二级缓冲仓进行优化改进和试验，增加二级缓冲仓稳定料层高度，保持预压螺旋进出物料平衡，同时保证进入预压螺旋仓物料的相对稳定性和均匀性。

2.3 成型机对辊间隙稳定性控制研究和试验

成型机对辊设计为一个固定，另一个采用液压油缸顶紧活动的模式，通常两辊缝最小间隙设计为2 mm，设计有机械限位装置。实际运行过程中由于液压系统缓冲不足，易造成对辊间隙波动大，导致部分区域型煤间隙部分厚度增大至4～10 mm不等，形成大块连片，型煤成型差，易破碎。

本文对液压系统压力、管路设计及配备、缓冲蓄能等环节进行详细系统分析计算，结合设备部件设计强度和试生产情况进行调整和试验，同时对辊缝检测精度和可靠性进行评估、试验，确保辊缝检测数据精确可靠，为实现自动控制运行提供真实信息，进而保证机器运行的稳定性，提高产品成型效果和质量。按照项目实施进度计划，待完成1台20 t和1台10 t成型机的给料系统、压辊成型系统稳定性控制研究和试验后，形成完整的研究和试验报告，综合分析是否达到预期目标，同时系统总结好研究和试验期间的各种措施及有关试验数据，作为下一步实施剩余成型机系统的研究与试验的依据。

3 效果分析

3.1 经济效益

（1）大幅度提升生产效率和产品质量。根据年产20万吨洁净煤测算，可实现节省成本500万元/年。

（2）在一定程度上实现机械化换人、自动化减人的目标，减少人工岗位5个，减少人工成本50万元/年。

3.2 社会效益

（1）成型系统和包装系统优化后，大幅提升了安全、环境、职业健康水平。

（2）产能及质量大幅提升，能够为北方地区冬季供暖供应更多的清洁能源，减少散煤燃烧造成的大气环境污染，在洁净型煤生产行业中具有广阔的示范推广前景。

（3）设备安全性、稳定性大大提高，检修维护工作量大大降低。

4 结论

综上所述，通过洁净煤生产系统制约瓶颈优化研究与应用项目研究，洁净煤生产系统原煤输送、压制成型、包装等各个环节功能得到完善，大大降低了生产系统粉尘泄露，提高了生产效率。同时，减少生产场所职工人数，降低了职工患职业病的风险。洁净煤项目达产达效后，可生产出更多的高质量的产品，为北方地区冬季供暖供应更多的清洁能源，减少散煤燃烧造成的大气环境污染，在洁净型煤生产行业中具有广阔的示范推广前景，并具有良好的社会和经济效益。