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中國礦業(yè)大學2007屆本科生畢業(yè)設計 第 ６２頁
1 緒論
1.1我國能源的現(xiàn)狀
世界現(xiàn)已探明的煤炭儲量是石油的6.3倍。全球2004年的煤炭消費量增長了6.9％ ，而石油的消費量僅增加了2.1％ 。2005年石油價格高位運行，將進一步帶動煤炭需求的增加和煤炭市場的穩(wěn)定回升。中國的煤炭資源預測地質(zhì)儲量，達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，全國煤炭社會庫存1.05億噸。根據(jù)國家統(tǒng)計局的數(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)，來自下游的強勁需求使得煤炭供需缺口有進一步擴大的趨勢。
我國是一個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,干法選煤技術在本世紀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水平高幾倍甚至幾十倍。水的重復利用率不到發(fā)達國家的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和經(jīng)濟結(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)中國第二次煤田預測資料，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)有探明儲量中，煙煤占75%、無煙煤占12%、褐煤占13%。其中，原料煤占27%，動力煤占73%。動力煤儲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。
而我國的煤炭存儲位置和質(zhì)量，總的來看較好。但是又有自己的特點。已探明的儲量中，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是根本出路。
1.2選煤技術簡介
隨著經(jīng)濟的發(fā)展，人們對能源質(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的經(jīng)濟效益，忽視了對環(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的研究，作為潔凈煤技術的源頭技術—選煤方法，取得了很大發(fā)展，發(fā)展選煤技術就是要謀求
短期的經(jīng)濟效益和長期的社會效益、環(huán)境效益相統(tǒng)一。]
1.2.1選煤技術分類
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。大力發(fā)展選煤技術首先要選擇合理的
選煤方法，因為原煤中含有的礦物質(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、物理化學選煤、化學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現(xiàn)對原煤的加工處理。在實際應用中物理選煤主要是指重力選煤同時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、風力選煤、斜槽和搖床選煤等。
(2)物理化學選煤—浮游選煤(簡稱浮選)。它依據(jù)礦物質(zhì)的物理化學性質(zhì)的差別進行分選的方法。浮選包括泡沫浮選、浮選柱、油團浮選、表層浮選和選擇性絮凝等。由于實際上常用的是泡沫浮選分選細粒的物料，所以通常所說的浮選主要是指泡沫浮選。
<3)化學選煤。借助化學反應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動過程，是最復雜的重選分選過程，迄今為止關于跳汰分層機理的觀點
都只能反映跳汰的某個側(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質(zhì)。跳汰分層機理假說可以概括為兩種:靜力學觀點和動力學觀點。
1.2.2干法選煤技術的發(fā)展過程
過去已有的干法選煤方法如:風力跳汰、風力搖床等，它們不但分選效率差，而且粉塵污染嚴重，不能滿足現(xiàn)代選煤技術的要求。所以研究新型高效法選煤技術不但在中國是當務之急，也是一個全球性的問題。空氣重介流化床干法選煤是將氣固流態(tài)化技術應用于煤炭分選領域的一項高效分選技術,可以準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煤炭進行分選的研究,受到各國學者的高度重視。
70年代,原蘇聯(lián)學者研究設計了CBC—100型干法分選機,處理15—25mm粒級的煤炭,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行分離。浮物和沉物分別由無極鏈刮板向相反方向運至分選機兩端排出,該分選機與供風系統(tǒng)引風除塵系統(tǒng)相連接,組成分選系統(tǒng)。據(jù)報道,在中間試驗中得到的結(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。但至今未見上述分選機工業(yè)應用和效果測試的報道。原蘇聯(lián)還曾設計過CKC—1型流化床分選機,也沒有工業(yè)應用的報道。加拿大學者于80年代前期進行的流化床連續(xù)性分選機研究,采用串級逆流式流化床分選機,后由于社會經(jīng)濟原因, 試驗未繼續(xù)進行下去,其半工業(yè)性分選機結(jié)構(gòu)（如圖1.2示）。
圖1.1 CBC—100型分選機示意圖
該機單機處理量為3—5t/h,機長54m,床寬0.19m,機體采用有機玻璃。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個空氣室,采用磁鐵礦粉和石英砂作加重質(zhì),其特點為:
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)的流動作用及物料的替代作用,與濕法重介相似,由左端電磁振動給料機排出。此外,物料在流化床中的分離作用不僅在垂直方向進行,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逆流作用,在水平方向上亦有分選作用,這也是串級逆流分選機名稱的由來,分選機越長,分選效果越好。該機在處理1—25mm粒級煤炭時獲得較好的效果,臨界流化氣速約2—3 cm/s。美國也進行過這種研究,但因各種原因都未能實現(xiàn)工業(yè)化。
我國于1984年開始對流態(tài)化技術進行研究,1989年完成工業(yè)化系統(tǒng)的研究和建設,1994年完成世界首座流態(tài)化選煤廠的工業(yè)應用研究設計并取得成功,使我國在該項技術研究與應用方面處于世界領先地位。5—10t/h空氣流化床分選機結(jié)構(gòu)如圖1.3所示,流化床長5.5 m,寬0.3 m,采用分布器和預分布器結(jié)構(gòu),由11個空氣室組成,用于分選50—6mm粒級煤炭。
圖1.2 串聯(lián)逆流式半工業(yè)性分選機
煤和加重質(zhì)由分選機中部給入,浮煤與沉煤由機內(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)量由加拿大串級逆流的4∶1降低為2∶1。分選機下部與供風系統(tǒng)連接,設有風壓與各室風量調(diào)節(jié)的指示裝置,分選機上部與引風除塵系統(tǒng)相連,引風量大于供風量,使分選機內(nèi)處于負壓狀態(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
測試結(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)對某種無煙煤進行試選,其產(chǎn)品浮沉組成及各密度級分配率見表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)和分選設備連續(xù)分選的基礎上,中國礦業(yè)大學進行了50t/h空氣重介流化床干法選煤系 統(tǒng)分選設備的研究,并實現(xiàn)了該技術的工業(yè)化應用,現(xiàn)正進行200t/h大型化研究,列為國家95攻關項目之一。
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)濟有效的方法，是潔凈煤技術的基礎。據(jù)統(tǒng)計，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，又是消費大國，煤炭在一次能源消費結(jié)構(gòu)中占75%左右。因此，加快發(fā)展選煤技術對于實現(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，動力煤的入選比例僅為1l%資源浪費和環(huán)境污染十分嚴重。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其進行分選。②我國相當數(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12%以上，在冬季嚴寒地區(qū)極易造成凍結(jié)，貯運困難，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)費用高。因此，需要研究高效的干法選煤技術，促進煤炭加工業(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簡介
1.3.1空氣重介干法選煤技術的原理
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、風力跳汰、風力搖床、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之上的。對于待分選的礦物,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,顆粒的浮沉運動遵循阿基米德原理,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)干法選煤技術的發(fā)展
20世紀30年代開始研究干法選礦,隨之風力選煤在工業(yè)上得到應用,風力搖床在處理煤炭的除矸或易選煤的分選上是適宜的,工藝簡單、省水。但缺點是:對難選煤分選效率低,污染嚴重,這是由它的分選原理所決定的。20世紀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全粒級的干法分選方面取得了進展。
空氣重介質(zhì)流化床干法選煤技術在借鑒濕法重介分選精度高與風力選煤系統(tǒng)簡化的基礎上,進行了大膽地創(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),實現(xiàn)了流態(tài)化技術在選煤領域中的應用。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,如兩連通床能自動調(diào)整到同一水平面,符合液體的連通器原理(見圖1.4a)；當容器傾斜,表面保持水平的特征(見圖1.4b)；床層中任意兩點壓力差大致等于此兩點間的床層靜壓頭,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,流化床的平均密度可表達為:ρ=(1—) +,略去空氣密度,上式可簡化為: =(1—)。
在正常情況下,流化床的孔隙率ε是一個常數(shù)。與是線性關系,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)細粉適當松散、膨脹,故風量消耗小,一般為40—400 /h·,這樣小的風量也便于除塵凈化。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，適應嚴重缺水地區(qū)、高寒地區(qū)和遇水易泥化煤種的選煤作業(yè)，如果在我國煤炭儲量豐富的西北、華北和東北地區(qū)應用這一選煤新工藝，將具有較高的經(jīng)濟效益和社會效益。在這套工藝中，空氣重介質(zhì)流化床選煤機是核心設備，通過近20年的實驗室、半工業(yè)性和工業(yè)試驗研究后，該項研究成果已取得了突破性進展。
中國礦業(yè)大學為實現(xiàn)全粒級(300—0 mm)煤炭干法分選,正在進行進一步的研究開發(fā)工作,并取得了可喜的進展:
1、<6mm細粒級振動空氣重介質(zhì)流化床選煤技術
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。但對于細粒入料,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地位,且空氣重介質(zhì)流化床為準散式流化床,床層中有氣泡存在,加重質(zhì)有一定返混,導致細粒入料易隨加重質(zhì)一起返混或沉降,削弱了細粒物料按床層密度分層的趨勢。采用目前已有的空氣重介質(zhì)流化床,只能解決50—6 mm級粗粒煤的分選問題。然而,隨著機械化采煤水平的提高,<6 mm級細粒煤在原煤中的含量不斷增加,有的高達70%,且黃鐵礦硫等主要嵌布在細粒煤中。因此迫切需要研究適合于<6 mm級細粒煤分選的流化床。
通過上述分析可知必須解決兩個問題,一是大大降低固相加重質(zhì)顆粒粒度,并且使微細加重質(zhì)顆粒很好地實現(xiàn)流態(tài)化；二是改善流態(tài)化質(zhì)量,達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問題,而依靠外來能量則是實現(xiàn)不易流化的微細加重質(zhì)很好流態(tài)化的一條有效途徑,振動空氣重介質(zhì)流化床就是將振動能量引入空氣重介質(zhì)流化床,強化了氣固之間的接觸,因而可以使微細加重質(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粒煤分選.通過研究適合于細粒煤分選的振動空氣重介質(zhì)流化床的形成及分選機理,可以揭示振動參數(shù)、氣流參數(shù)對流化性能的影響.這種流化床的床層密度均勻穩(wěn)定,返混小,能夠有效地實現(xiàn)細粒煤的分選.實驗室試驗表明:分選6—0.5 mm粒級灰分為16.57%的細粒級煤,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
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力學,找到了實現(xiàn)床層密度均勻、氣泡小且兼并少的方法,在實驗室1 m2模型機上實現(xiàn)了大塊煤的有效分選,Ep值達0.02.
3、<1mm微粉煤摩擦電選技術
摩擦電選技術的基本原理是: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。進入高壓靜電場后,帶有不同極性電荷的物料向相反極性的電極方向運動,從而實現(xiàn)不同物料的分離.實驗室試驗表明：摩擦電選可分選下限小于0.043 mm的微粉煤,很顯然,在這樣細粒級的物料中礦物質(zhì)已基本得到解離,所以摩擦電選對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的中試系統(tǒng)已通過技術鑒定。
4、三產(chǎn)品雙密度層空氣重介質(zhì)流化床選煤技術
為簡化工藝,優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu),有必要研究可以一機出三種不同灰分產(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)流化床的形成機理,探索在同一分選室中形成上下兩個具有不同密度且相對均勻穩(wěn)定的分選帶,實現(xiàn)了三產(chǎn)品雙密度層空氣重介質(zhì)流化床分選。實驗結(jié)果表明：在適當?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)流化床選煤機的結(jié)構(gòu)簡介
空氣重介質(zhì)流化床應用于選煤，對選煤機的設計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相比也有特殊性。因此，對制造工藝也提出了嚴格要求。
空氣重介流化床分選機是空氣通過布風結(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在機內(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)的選煤機機械結(jié)構(gòu)（如圖l.5所示），它主要由流化分選室、布風裝置、刮板運輸機構(gòu)、精煤端和尾煤端等組成。設計人選量為粒度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)流化床選煤機機械結(jié)構(gòu)示意
本機選煤的基本過程是:壓縮空氣經(jīng)布風裝置進人流化分選室，與加重質(zhì)接觸，當氣速達到起始流化速度時，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的特點及存在問題
(1)空氣重介流化床干法分選機的特點
多年的試驗研究和商業(yè)運行結(jié)果表明,空氣重介質(zhì)流化床干法選煤技術具有如下顯著特點:
1)分選精度高.空氣重介質(zhì)流化床干法選煤技術是一項高效的干法分選方法,可以有效地分選50—6 mm粒級煤炭,可能偏差Ep值可達0.05,這與目前濕法分選中最好的重介質(zhì)選煤相當。
2)投資省.由于系統(tǒng)簡單,省去了復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。分選機運行平穩(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,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2.2 g/cm3；在低密度和較低密度分選時,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)實際生產(chǎn)中存在的問題
選煤機運行實踐中，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中未曾遇見，是通過生產(chǎn)實踐逐漸暴露的，有些問題是在不同煤質(zhì)分選時出現(xiàn)，有些問題是在長期連續(xù)運行后出現(xiàn)。某些問題僅在設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。設計與制造中對某些問題的重視不足也造成了一些不良后果。
1)主選機布風板容易堵塞，使主選機無法連續(xù)生產(chǎn)，處理量更達不到設計標準。
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)濟效益。但隨著生產(chǎn)的進行,也出現(xiàn)了一些問題。但在運行中也出現(xiàn)了一些需要改進的問題。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)性的長期試驗中是不存在的。經(jīng)觀察，尾煤問題出在篩板與布風板交叉的轉(zhuǎn)角處，該處的設計為兩段直線相交而壓鏈塊采用了弧形。當沉物被刮板推至此處，刮板與布風板之間的間隙經(jīng)歷了一個由小變大，又由大變小的過程，且其最大間隙大干入選煤粒的半徑25mm，所以刮板運行中將沉物嚴重破碎。而精煤端排煤篩板與刮板運行方向有一個夾角，也容易產(chǎn)生破碎現(xiàn)象。其次是耐磨性問題。布風板的磨損造成布風板的過早報廢。其中最突出的問題就是,主選機布風板容易堵塞,無法形成均勻穩(wěn)定的流化床,使主選機無法連續(xù)生產(chǎn),處理量更是達不到設計標準。其主要原因是：原煤水分高,布風板透風孔直徑小,加之刮板輸送機直接在上面來回刮送,所以極易堵塞。
再是主選機(如圖1.6)是選煤廠的心臟，物料在分選機中的分選過程是：經(jīng)篩分后的50—6mm粒級塊狀物料與加重質(zhì)同時分別從入口加入分選機中，來自風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的關鍵.在實際生產(chǎn)中.氣體布風板極易堵塞，無法形成均勻穩(wěn)定的流化床，使生產(chǎn)不能正常進行，更談不上處理量了。其主要原因是：原煤水分高。布風板風孔直徑小(2 mm)，加之刮板輸送機直接在上面來回刮送，所以極易堵塞。
2)工藝流程設計不合理，沒能達到分選機對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，除通過概率分級篩篩除1一6mm的細粒粉煤以降低入選原煤水分外，再無其它的水分把關設備，使入選原煤水分很難達到空氣重介流化床對入選原煤的水分要求，從而影響主選機分選效果。
1.5本設計在傳統(tǒng)方案上的一些改進
針對上節(jié)提出的問題,本設計中進行了一些改進,提出了一種振動式空氣重介流化床選煤機結(jié)構(gòu)。
(1)布風板的改進
在對空氣重介流化床干法選煤技術的研究發(fā)展過程中,曾經(jīng)先后研制過幾種結(jié)構(gòu)的布風板。最初使用的布風板結(jié)構(gòu)比較簡單,就是在鋼板上均勻打孔,孔徑3 mm,開孔率20%。這種結(jié)構(gòu)的布風板,布風均勻,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,造成布風不均勻,使分選無法繼續(xù)進行。同時,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的布風板,根據(jù)布風面積的需要,可以使用多塊布風板。這種結(jié)構(gòu)的布風板具有良好的透氣均勻性,但投入使用一段時間后,也出現(xiàn)了問題。由于刮板輸送機直接在布風板上來回刮送,小塊的尤其是片狀的矸石極易嵌入鋼板和毛氈的縫隙中,將布風板拉開一個小口,破壞布風板的透氣均勻性,而且隨著刮板的不斷來回運動,口子會越拉越大,最終使布風板無法工作,分選難以進行下去。
結(jié)合以上兩種布風板的特點,本設計采用第2種布風板的結(jié)構(gòu),將其固定在風室上,同時仿照直線振動篩的工作原理,將布風板和風室的整體設計成為一振動系統(tǒng),讓分選出來落在布風板上的矸石,在振動系統(tǒng)的作用下經(jīng)定重排矸機構(gòu)排出分選機。這樣設計,既充分利用了第2種結(jié)構(gòu)鋼基密控型布風板透氣均勻的優(yōu)點,又解決了它容易嵌入矸石的缺點，稱為振動式布風板。改進后的分選機結(jié)構(gòu)示意圖如圖1.6所示。
（2）排矸方式的改進
對于上層浮煤,可以仍然采用刮板輸送機將其輸出。刮板輸送機由于省去了在布風板上的來回刮送,只需將流化床上層的浮煤帶出分選機。因此,運行阻力將大大減小,對刮板輸送機各部件的要求也大為降低。對于底部的矸石則是模仿直線振動篩的原理將矸石向布風板的一邊運輸，在布風板的一端設有臨時的矸石存放處，將矸石暫時集中起來。當重量達到規(guī)定時，重力排矸裝置將信號放大后傳給電磁閥，控制液壓缸縮回打開排矸口，將矸石排出。當重量小于規(guī)定時，液壓缸伸出關閉排矸口。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 6.排煤端 7.流化床 8.布風板 9.風室 10.激振器
圖1.7 振動式空氣重介流化床干法選煤機示意圖
圖1.8振動排矸裝置示意圖
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、空氣重介選煤技術以及空氣重介選煤技術的特點。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，提高煤的分選精度。傳統(tǒng)空氣重介選煤在實際生產(chǎn)中暴露除了很多的問題，如布風板易堵塞是很棘手的一個問題。我參考多方面的資料，決定在本設計中主要對選煤機的刮板輸送裝置和布風板進行設計。
2 空氣重介流化床干法選煤機結(jié)構(gòu)總體設計
2.1排料裝置的結(jié)構(gòu)設計
排料裝置是空氣重介流化床干法選煤機分選出的精煤重要運輸設備，其結(jié)構(gòu)特點如下：
(1)刮板輸送機在機內(nèi)循環(huán)排料，上層排煤，下層排矸；
(2)因機內(nèi)介質(zhì)流化后有似流體的特性，為防止溢出機外，兩排料端均有較大的傾角 ；
(3)刮 板輸送機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 關系 ，采用壓鏈塊作 為刮板輸送機的導向件，運行阻力較大 ：
(5)為使結(jié)構(gòu)簡單、成本低、承載能力大，采用圓環(huán)鏈作為傳動鏈；
(6)因分選機較寬 ，刮板長達 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)整個刮板輸送機采用雙邊鏈傳動。
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重要作用就是攪拌。刮板的傳動鏈選用了無極形式，上層刮板與下層刮板反向運行，使攪拌作用得以加強，同時使重介質(zhì)在機內(nèi)形成大循環(huán)，這對流化床的均勻、穩(wěn)定性可起到良好的作用。刮板的高度較大，產(chǎn)生的攪拌作用過強時，對重介質(zhì)的推力反而會使流化狀態(tài)惡化。而刮板的高度又與選煤機的處理量相關，因此在刮板上開孔解決上述相關的兩個問題。為正確選用刮板傳動鏈及結(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行傳動。傳動鏈在工作時要從空氣重介質(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；使用其它異形傳動鏈，將使其維修、更換的費用上升而與其易損件的特性不適應，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最大輸出時不斷鏈。（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，刮板運行速度在不同的煤質(zhì)條件下都將有一個最佳匹配值，故保證刮板運行速度的無級調(diào)速功能是必要的。為保證電機能重載啟動與運行時能切碎小物料，要正確選用電機功率。
1、精煤端排料裝置的結(jié)構(gòu)設計
圖2.1刮板鏈運輸和精煤端排料
精煤端的設計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外的通道，同時它兼具脫介功能，當浮物被刮板推上排料篩板時，難免被刮板與排料篩板的邊緣相切，在設計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。刮板鏈在設計中使用了無極形式，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內(nèi)，因為小于分選密度的物料一旦到
達流化床的底層，將很難再次上浮而被作為沉物處理，對分選結(jié)果造成不必要的污染。結(jié)構(gòu)設計的難度在于主軸是轉(zhuǎn)動的且不能漏失細碎的產(chǎn)品。
精煤端排料篩板的篩孔尺寸要正確設置，因為在選煤過程中，有影響流化密度的細粒物料進入分選流化室，應有部分重介質(zhì)隨產(chǎn)品排出機外，經(jīng)凈化回收后重復使用。
2、尾煤排料裝置的結(jié)構(gòu)設計
將布風板固定在風室上,同時仿照直線振動篩的工作原理,將布風板和風室的整體設計成為一振動系統(tǒng),讓分選出來落在布風板上的矸石,在振動系統(tǒng)的作用下經(jīng)定重排矸機構(gòu)排出分選機。這樣設計,既充分利用了鋼基密孔布風板的透氣均勻的優(yōu)點,又解決了它容易嵌入矸石的缺點。
為了排出流化床振動布風板上的矸石,需要在流化床底部開一個排矸口。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,需要設計一排矸裝置,定時定量開口快速排矸,而其余時間都處于閉合狀態(tài),以保證流化床分選的順利進行。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)板就可以繞圓軸進行轉(zhuǎn)動,類似于一個杠桿。同時,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側(cè)板轉(zhuǎn)動,完成排矸過程。
其動作過程是：振動系統(tǒng)模仿直線振動篩的原理將矸石向布風板的一邊運輸，在布風板的一端設有臨時的矸石存放處，將矸石暫時集中起來。當重量達到規(guī)定時，重力排矸裝置的底部的擋板的變形量傳給傳感器。傳感器將信號放大后傳給電磁閥，控制液壓缸的活塞桿縮回。液壓缸拉動擋板饒圓軸轉(zhuǎn)動，打開排矸口，矸石在自重的作用下排出。當矸石排掉后，重量小于規(guī)定值，信號改變，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，關閉排矸口。
2.2布風板的結(jié)構(gòu)設計
布風板作為布風裝置中的重要部件，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)為維修排料機構(gòu)及機內(nèi)零部件提供立足點。由于流化床內(nèi)有運動裝置(刮板翰送機)對已分選物料分別輸送，根據(jù)布風板的功能，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)有足夠的強度、剛度及耐磨性；4)上表面平整。
經(jīng)過長期的探索和實踐，能滿足布風均勻的布風板形式較多，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板即：孔板型和鋼基密孔型。
由于現(xiàn)場工況惡劣，布風板存在一些問題，嚴重阻礙了空氣重介流化床干法選煤技術的運用和發(fā)展。長期以來，作了大量的工作，力求尋找一種新型的布風板，它具備:布風均勻、不堵孔及強度、剛度、耐磨性均好等優(yōu)點，但收效甚微。通過觀察分析，布風板存在的問題與排料方式有關，是由于布風板與刮板間存在間隙和相對運動，殲石在布風板表面摩擦、擠壓造成的。只要改變排料方式或?qū)ΜF(xiàn)有的排料方式進行適當?shù)母倪M，完全可以彌補布風板的不足，甚至可以降低對布風板的要求而不影響分選。
如何形成適合選煤的密度相對均勻、穩(wěn)定的流化床，是本機設計首先要解決的問題，采取有效措施將選后產(chǎn)品排出機外的排料裝置是選煤機的必要結(jié)構(gòu)。該技術應用的是一種準散式流化床，氣泡從床層底部進人，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，涉及機械設計的內(nèi)容是如何使進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，在選煤機內(nèi)完成這個功能的是布風結(jié)構(gòu)。使用壓降大的布風結(jié)構(gòu)，容易得到良好的布風效果。從選煤運行的經(jīng)濟性出發(fā)，我們選用的是小壓降布風結(jié)構(gòu)。
布風結(jié)構(gòu)在設計中被分為三個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)各點間的壓力差值減??；氣流均化器安裝在中間，當氣流通過互相連通、曲折的細孔通道后，氣壓得到進一步的均化；布風板在最上面，它也是孔狀結(jié)構(gòu)。進行分選作業(yè)時，流化床各段的風量并不相同，因此要求布風結(jié)構(gòu)能保證對不同流化段的風量進行調(diào)節(jié)。
設計結(jié)果是:將布風板向流化分選室外擴展，用螺栓緊固在機體上，而正常布風的部位用沉頭螺釘緊固，這樣就避免了布風板的水平位移和因水平位移引起的對沉頭螺釘產(chǎn)生過大拉應力或彎應力。布風板的平面度和安裝時的水平度對流化密度有影響，嚴重時會使分選效果惡化。布風板的面積比較大，在保證一定的平面度要求時，有較高的制造難度。
布風板的安裝形式有兩種：一是布風板的鋼片方向與刮板運行方向一致，這種安裝形式，刮板的運行阻力小，但片狀的小顆粒矸石嵌入鋼片之間的毛氈后，在掛板的刮動下，易使鋼片開縫，毛氈刮出而影響布風板的性能；另一種是布風板的鋼片方向和刮板的運行方向垂直，這種安裝形式，嵌入在鋼片之間毛氈中的矸石，不會在刮板的刮動下將鋼片之間的毛氈刮出，但嵌入的矸石要在刮板的刮運中刮斷，因此，刮板的運行阻力及動載荷較大。一般采用后者較為適宜。
由于流化床內(nèi)有運動裝置(刮板輸送機)對已分選物料分別輸送，根據(jù)布風板的功能，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)果設計時應合理地確定鋼片的厚度、毛氈的壓縮量和開孔率；在制造時要求鋼片厚薄要均勻一致，毛氈的厚度和密實性要均勻，各個螺栓的加緊力也要均勻；較高的耐磨性和一定的 強度是通過材料的熱處理和鋼片的適當厚度來保證的；抗矸石嵌入能力與布風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?，F(xiàn)使用的布風板的面積為1m2，鋼片材料經(jīng)過處理后，強度高，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，布風板用若干個螺栓夾緊，保證鋼片之間有一定初始壓力，使用效果良好。
影響布風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，下面就布風板抗嵌入能力進行概略計算。
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，雖然在設計和制造過程中，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板中，但它撐開布風板的幾率不大，可以進行清理，對布風板的性能影響不大。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，影響布風板的性能。
從以上分析可知，為了增加布風板的抗嵌入能力，要求布風板兩相鄰鋼片間的間距和兩螺栓的間距要盡可能的小，要求布風板要有一定的初始壓緊力，鋼片要有足夠的強度和剛度。
2.3選煤機的傳動方案的確定
重介流化床干法選煤機的刮板輸送機的動力源采用了電機帶動。電機選用調(diào)速電機，以便于調(diào)節(jié)刮板的運行速度。電機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的振動對電機的影響。減速器采用大減速比的擺線針輪減速器進行降速達到刮板輸送機的轉(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的沖擊振動對減速器內(nèi)部結(jié)構(gòu)的影響。主動鏈輪軸和尾輪軸用圓環(huán)鏈連接，這是為了達到分選的要求。其傳動路線如（圖2.3所示）。
圖2.3選煤機傳動機構(gòu)簡圖
2.4、本章小結(jié)
本章主要介紹了選煤機刮板運輸裝置和布風板的結(jié)構(gòu)設計。選煤機的刮板運輸裝置主要是把選煤機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板的振動作用經(jīng)下端的排料口排出。而布風板是形成穩(wěn)定流化床的重要部分，關系到流化床的穩(wěn)定。布風板為了防止被刮破，采用了鋼基密孔布風板和振動共同作用。主要的計算部分將在下面做進一步的設計。
3 流化床分選機刮板運輸裝置的設計計算
3.1有關原始數(shù)據(jù)的說明
按設計要求，選煤廠年生產(chǎn)能力為50萬噸精煤。一年按360天，每天22小時計算，得分選機小時處理量為：
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)實際經(jīng)驗和實驗數(shù)據(jù)，64t/h空氣重介流化床分選機流化床面積確定為16m2.為保證這樣大面積流化床的均勻、穩(wěn)定，設計采用單室面積為1m2流化床為基本單元，用16個單室拼起來形成2×8m2的流化床分選室。每個室都有單獨的空氣室，進氣管和流量調(diào)節(jié)裝置。這樣，在每個1m2單室流化床穩(wěn)定的基礎上，保證了分選機流化床總體的均勻、穩(wěn)定性。
流化床的長度應根據(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粒級時，床高定為1400~1800mm，考慮床層上部除塵及檢修人員進入所需空間，分選室高度定為1.2m。
流化床工作風量為400~600m3/（h·m2），風壓為16000~22000Pa，應根據(jù)不同密度和粒度的加重質(zhì)來調(diào)整風量與風壓的大小，另外氣體布分板的阻力也要考慮進去。
由于我們采用的布風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，為此取風壓上限22000Pa ，風量600 m3/（h·m2）。
給料點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。設計給煤點距尾煤端約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輸送能力的計算
刮板輸送機是連續(xù)動作式運輸設備，每秒鐘輸送能力為
kg/s （3—2—1）
式中 q—輸送機單位長度上的貨載質(zhì)量，kg/m
v—刮板鏈的運行速度，m/s
每小時輸送能力為
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，還與輸送機的安裝傾角，貨載硬度、濕度、塊度等有關。因此，實際裝載斷面積F要比實際斷面積F小一些。斷面積F根據(jù)斷面圖計算。
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刮板的設計計算
本設計中，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，通過幾何關系，主軸軸心O距風板高度為1125mm；錨鏈總長度為16896 mm。
（1） 刮板幾何尺寸的設計計算
為了減輕刮板的重量和成本，設計中選用了鋼板作為刮板材料。因為在刮板運行的過程中沒有支撐，所以這樣既滿足了強度要求也節(jié)約了材料，更重要的是簡化結(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刮板輸送機鏈傳動示意圖
3.4鏈及鏈輪的設計計算
(1)鏈的選型
刮板鏈條的運行狀態(tài)與輸送機的各種故障有著非常密切的關系，刮板鏈條運行正常與否是輸送機出不出故障的重要標志.二者的
出現(xiàn)雖無對應的規(guī)律，但有兩條是肯定的；一是只要刮板鏈條的運行出現(xiàn)了不正常，那么輸送機或遲或早都會發(fā)生輸送故障；二是一旦輸送機出現(xiàn)了某種故障，也必然會很快導致刮板鏈條運行不正常。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)了一個之后，另一個也跑不了。因此，保持刮板鏈條的正常運行狀態(tài)是十分重要的，它對輸送機的正常工作起著關鍵性的作用。
為正確選用刮板傳動鏈及結(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行傳動。傳動鏈在工作時要從空氣重介質(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；使用其它異形傳動鏈，將使其維修、更換的費用上升而與其易損件的特性不適應，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最大輸出時不斷鏈，可以計算出，在堵轉(zhuǎn)系數(shù)為2.0時，其連接環(huán)最小破斷負荷為225kN，由于本設計的空氣空氣重介質(zhì)流化床選煤機的刮板與布風板之間的間隙不用考慮，而且圓環(huán)鏈是工作在懸浮狀態(tài)下所以要有較強的破斷力。本設計中選用了礦用高強度圓環(huán)鏈1864,破斷負荷最小為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，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
項目名稱
最大值
參考值
公稱
公差帶
鏈輪齒數(shù)
6個
/
/
/
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
/
/
/
齒形圓弧半徑