寧東能源化工基地煤炭資源豐富，具有很好的開(kāi)采價(jià)值和商業(yè)應(yīng)用價(jià)值。西北化工研究院受委托對(duì)該基地2個(gè)礦區(qū)的煤進(jìn)行制漿中試研究，探索合理的工業(yè)磨機(jī)制漿工藝條件。通過(guò)變換球磨機(jī)的操作條件和關(guān)鍵參數(shù)，逐一優(yōu)化對(duì)應(yīng)條件下最大生產(chǎn)能力及最佳漿體特性，最后確定出適合2種煤的工藝條件。
1、制漿工藝流程及關(guān)鍵設(shè)備
1.1原料煤質(zhì)分析
    本試驗(yàn)所用2種煤的煤質(zhì)分析見(jiàn)表。
    由表l數(shù)據(jù)可以看出，2種煤屬變質(zhì)程度較淺的長(zhǎng)焰煤，具有可磨指數(shù)高、制漿能量消耗低、漿體燃燒特性好、磨損腐蝕小、污染物排放量少等優(yōu)點(diǎn)，但也存在煤化程度低、內(nèi)在水分高導(dǎo)致漿體濃度不高等缺陷。
    從表1數(shù)據(jù)還可以看出，該煤2個(gè)樣品O/C比達(dá)到0. 18，處于較高的水平，預(yù)計(jì)煤質(zhì)結(jié)構(gòu)中親水官能團(tuán)較多，煤的制漿濃度較低。
1.2制漿流程
    試驗(yàn)以西北化工研究院水煤漿加壓氣化中試裝置制漿系統(tǒng)為基礎(chǔ)，經(jīng)改造形成本研究的制漿系統(tǒng)流程。原煤自煤場(chǎng)由皮帶輸送機(jī)送入破碎篩分系統(tǒng)，經(jīng)破碎、分選后，粒徑小于12mm的煤粒分別經(jīng)內(nèi)螺旋輸送機(jī)、斗提機(jī)、電磁振動(dòng)給料器、皮帶計(jì)量輸送機(jī)送入磨機(jī)。添加劑在溶解槽中溶解后進(jìn)入制漿水槽，水與煤粒一同進(jìn)入溢流式球磨機(jī)，經(jīng)一步濕法開(kāi)路制漿，制得一定濃度的煤漿。出磨機(jī)的煤漿經(jīng)磨機(jī)出口圓筒篩除去大顆粒物體，篩下料漿經(jīng)低壓料漿泵送入廢漿池，富通新能源銷售球磨機(jī)、雷蒙磨粉機(jī)等磨機(jī)機(jī)械設(shè)備。
1.3關(guān)鍵設(shè)備
1.3.1磨機(jī)
    磨機(jī)為西北化工研究院水煤漿加壓氣化中試裝置配套制漿系統(tǒng)的球磨機(jī)。磨機(jī)為長(zhǎng)筒溢流式、1. 5m×3.0m、裝機(jī)功率95kW、額定電壓380V、機(jī)重20t，內(nèi)襯橡膠板，附帶盤車系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、降溫系統(tǒng)。
1.3.2破碎機(jī)
    本試驗(yàn)規(guī)模小，選用一錘式破碎機(jī)，該機(jī)生產(chǎn)能力要求給料粒度<100mm，出料粒度<15mm，每小時(shí)生產(chǎn)能力為2t—5t，功率5kW，自重0.5t。
1.3.3皮帶計(jì)量輸送機(jī)
    輸送機(jī)主要由固定機(jī)架、稱重框架、支撐座、拉力傳感器、儀表組成。當(dāng)皮帶輸送機(jī)輸送物料時(shí)，物料重量通過(guò)稱重架傳到傳感器上，經(jīng)過(guò)儀表的自動(dòng)計(jì)算處理，將重量信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榱髁啃盘?hào)而顯示出來(lái)，并把總量累計(jì)起來(lái)。
2、制漿試驗(yàn)過(guò)程主要參數(shù)的設(shè)置
2.1裝球率
    根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，裝球率在45%~50%的產(chǎn)品粒度最細(xì)，磨礦能耗最低，堆積效率也較高。
    本次試驗(yàn)球磨機(jī)裝球率初步定為40%。實(shí)際試驗(yàn)中，可按照裝球率小于40%、40%和大于40%的順序進(jìn)行試驗(yàn)，通過(guò)對(duì)3種不同條件下制取的煤漿進(jìn)行分析，結(jié)合磨機(jī)實(shí)際功耗狀況，優(yōu)選出最佳的裝球率。
2.2鋼球的級(jí)配
    根據(jù)磨機(jī)的大小和轉(zhuǎn)速、物料的可磨性及密度、粒度等參數(shù)，首先計(jì)算出磨機(jī)所需的最大直徑為∮60mm，然后選擇∮50mm、∮45mm、∮40mm、∮30mm共5種不同規(guī)格的鋼球作為磨機(jī)的磨介。在原裝置鋼球配比試驗(yàn)運(yùn)行數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，本次試驗(yàn)不同規(guī)格的鋼球配比根據(jù)鋼球裝填率、依據(jù)“兩頭小中間大，fritt's球徑分?jǐn)?shù)分配法”，最后確定試驗(yàn)所用鋼球級(jí)配規(guī)格。
2.3球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速
    試驗(yàn)計(jì)算出的磨機(jī)臨界轉(zhuǎn)速為38.45r/min。根據(jù)轉(zhuǎn)速與堆積效率、比表面積、相對(duì)能耗之間的關(guān)系可知．轉(zhuǎn)速值為臨界值70%左右時(shí)，效果較好。據(jù)此，通過(guò)基本配電裝置和減速驅(qū)動(dòng)齒輪及帶輪裝置控制磨機(jī)的轉(zhuǎn)速保持在27r/min。
2.4磨機(jī)產(chǎn)能及關(guān)鍵物料量的配比
    總體而言，磨機(jī)產(chǎn)能由磨機(jī)的軸功率Ⅳ和磨碎單位質(zhì)量物料所需功耗w決定。國(guó)內(nèi)外關(guān)于Ⅳ的計(jì)算方法有很多，從總體計(jì)算效果及對(duì)實(shí)際工況的適應(yīng)性來(lái)看，張榮曾計(jì)算法和Bond's Third Theory法分別對(duì)N和W計(jì)算與實(shí)際工況更接近。本試驗(yàn)以這兩種方法為基礎(chǔ)，計(jì)算出磨機(jī)的產(chǎn)能為2. 85t/h。
3、制漿試驗(yàn)
3.1裝球率36%的制漿試驗(yàn)
3.1.1添加劑加量試驗(yàn)
    試驗(yàn)從2009年4月16日正式開(kāi)始。更換鋼球、單體試車、聯(lián)動(dòng)試車結(jié)束后，用制漿水對(duì)磨機(jī)及相應(yīng)的管線、槽罐、泵類設(shè)備進(jìn)行清洗，并維持制漿水流量在1.1t/h左右。逐步向磨機(jī)送入空氣干燥基A煤至1. 5t/h，改變添加劑加量進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表3。
    從表3可以看出，隨著添加劑加量逐步增大，料漿性能得到改善，但是在加量高于0.5%（即添加劑量為7. 5kg/h）后，其性能增加幅度不大，從煤漿質(zhì)量及制漿經(jīng)濟(jì)性角度考慮，該煤添加劑加量選用0. 5%時(shí)較為合適。
3.1.2制漿濃度試驗(yàn)
    根據(jù)添加劑加量試驗(yàn)，以入磨機(jī)空氣干燥基煤1. 5t/h、添加劑加量7.5kg/h、制漿水量1.1t/h為基準(zhǔn)，進(jìn)行原料A的制漿濃度試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表4。
    從表4可以看出，在煤量保持1. 5t/h、添加劑量7. 5kg/h的前提下，制漿水量由1.1t/h逐步調(diào)整至0. 9t／h后，煤漿黏度由692. 8mPa -s變?yōu)? 064. 2mPa -s，流動(dòng)性由9.Os延長(zhǎng)至10.3s。根據(jù)水煤漿實(shí)際使用時(shí)對(duì)其黏度、流動(dòng)性和穩(wěn)定性要求，制漿水量低于0. 9t/h后煤漿的流變特性變差，不利于煤漿的輸送和使用。因此，該煤在性能參數(shù)允許的條件下能夠制取62.5%的煤漿。
3.1.3磨機(jī)負(fù)荷調(diào)整試驗(yàn)
    據(jù)2.4理論計(jì)算，該磨機(jī)的制漿能力為2.85t/h，已進(jìn)行的試驗(yàn)中最大運(yùn)行負(fù)荷為2.6t/h，且水量偏多，不能代表實(shí)際的煤漿濃度。根據(jù)制漿濃度試驗(yàn)，最佳濃度為62.5%，此時(shí)磨機(jī)的負(fù)荷為2.4t/h，低于理論計(jì)算的2.85t／h。為驗(yàn)證理論計(jì)算的準(zhǔn)確性及考察該煤在此磨機(jī)下的最大產(chǎn)能，在濃度不變的前提下，增大進(jìn)入磨機(jī)的各物料量，并按上述取樣步驟進(jìn)行取樣，當(dāng)入磨機(jī)總物料量達(dá)到2. 88t/h時(shí)，停止增加負(fù)荷。磨機(jī)在不同負(fù)荷下所取煤漿樣品分析結(jié)果見(jiàn)表5。
    從表5可以看出，在煤量1. 8t/h、水量1.08t/h的狀態(tài)下，煤漿的黏度為1 067mPa -s、流動(dòng)性在10. 5s內(nèi)、穩(wěn)定性保持不變、磨機(jī)電流量增加至122A，說(shuō)明在此工況下，此負(fù)荷是合適的，若進(jìn)一步增加磨機(jī)負(fù)荷，煤漿的流變特性會(huì)逐步變差，磨機(jī)功耗增大，甚至影響磨機(jī)的正常運(yùn)行。
3.1.4更換煤種制漿試驗(yàn)
    上述試驗(yàn)結(jié)束后，皮帶輸送機(jī)加料口更換原料B煤進(jìn)行制漿試驗(yàn)。因原料B煤的可磨指數(shù)與灰熔融性溫度均與原料A煤不同，適合原料A煤的制漿參數(shù)不一定適合B煤。因此需重復(fù)A煤制漿試驗(yàn)，分別進(jìn)行添加劑加量、制漿濃度及制漿負(fù)荷試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表6。
    在相同的試驗(yàn)步驟下，煤種B在添加劑加量為原煤量的0.43%(添加劑量為6.45kg/h)時(shí)，能夠取得較好的制漿效果。經(jīng)制漿濃度試驗(yàn)，該煤能夠制取質(zhì)量分?jǐn)?shù)為61. 2%的煤漿，人磨機(jī)煤量1.5t/h時(shí)，黏度為1 066. 9mPa．s．流動(dòng)性為10.4s。同時(shí)加大入磨機(jī)水量、煤量，磨機(jī)負(fù)荷增加至2.78t/h后，煤漿流變特性開(kāi)始變差，驗(yàn)證了由于可磨性較A煤差，在相同操作條件下，B煤制漿能力要稍小于A煤的制漿能力。
3.2裝球率為40%和43%時(shí)的制漿試驗(yàn)
    為考察裝球率對(duì)制漿效果的影響，在裝球率為36%的試驗(yàn)基礎(chǔ)上，進(jìn)行了裝球率為40%和43%的制漿試驗(yàn)，其內(nèi)容、步驟與3.1節(jié)一致，結(jié)果見(jiàn)下頁(yè)表7和表8。
    從下頁(yè)表7可以看出，在磨機(jī)裝球率為40%的條件下，由于出磨機(jī)煤粒的粒度分布與裝球率為36%時(shí)的粒度分布相比發(fā)生了改變，原料B最佳添加劑加量為原料量的0. 48%，可制漿濃度達(dá)到了62%。磨機(jī)負(fù)荷也由2. 58t/h增加至2.81t/h，而煤漿相關(guān)特性如黏度、流動(dòng)性、穩(wěn)定性及磨機(jī)電流變化不大。原料A最佳添加劑量為人磨機(jī)原料的0.44%，可制漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)為63%，磨機(jī)負(fù)荷為1.86t/h。磨機(jī)電流增大至130A。
    從下頁(yè)表8可以看出，在磨機(jī)裝球率為43%的條件下，原料A的添加劑加量為原料量的0.45%，制漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到63%，磨機(jī)負(fù)荷在2.86t/h的條件下，磨機(jī)電流為143 A，比裝球率為36%、40%時(shí)功耗要大。原料B添加劑加量為原料量的0. 49%，制漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)為61%，磨機(jī)負(fù)荷在2.95t/h的條件下，電流為143 A。
4、結(jié)論
    本試驗(yàn)通過(guò)改變磨機(jī)裝球率，對(duì)寧東2種低變質(zhì)程度煤制漿進(jìn)行了添加劑加量試驗(yàn)、制漿濃度試驗(yàn)及制漿負(fù)荷試驗(yàn)，驗(yàn)證了適合寧東煤制漿的球磨機(jī)鋼球裝球率、添加劑加量及制漿負(fù)荷。試驗(yàn)結(jié)果表明，在球磨機(jī)裝球率為40%,的條件下，寧東煤A、B分別能夠制取質(zhì)量分?jǐn)?shù)為62%、63%的煤漿，比試驗(yàn)前根據(jù)煤質(zhì)分析數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)的結(jié)論要好。同時(shí)，用該煤制取的煤漿流變特性能夠滿足工業(yè)氣化使用要求，在此裝球率和不同鋼球級(jí)配下，單位質(zhì)量煤漿制漿功耗最低。
    富通新能源專業(yè)銷售球磨機(jī)、雷蒙磨粉機(jī)等磨機(jī)機(jī)械設(shè)備。