煤炭的工藝性能及其粉磨設(shè)備的選擇

　　水泥熟料燒成工藝設(shè)備分為立窯和回轉(zhuǎn)窯兩類。立窯一直使用無煙煤作為燃料，將煤和石灰石原料共同粉磨制備全黑生料，成球后在立窯內(nèi)煅燒熟料。而回轉(zhuǎn)窯則使用煙煤作燃料，并制備成煤粉，噴入窯內(nèi)燃燒發(fā)出熱量煅燒熟料。在煤炭破碎、煤粉粉磨中，重點研究的是水泥廠的煤炭破磨問題。一般無煙煤與煙煤比較，其易磨性差，質(zhì)地堅硬，難于細磨。然而，根據(jù)窯用煤的細度要求，無煙煤比煙煤磨的還要細。煤的加工工藝性能和產(chǎn)品指標(biāo)影響著磨機襯板等部件的使用壽命。在耐磨材料與抗磨技術(shù)中，重點研究的是煤的加工工藝性能的問題。煤的加工工藝性能一般有黏結(jié)性、結(jié)焦性、發(fā)熱量、化學(xué)反應(yīng)性、熱穩(wěn)定性、透光率、機械強度、可選性、硬度、可磨性、磨損性等。掌握煤炭的加工性能，更好地使用它，可有效降低破磨設(shè)備耐磨部件的磨損（本文不討論降低熟料熱耗）。

　　煤炭的工藝性能
　　煤炭是由泥炭或腐泥轉(zhuǎn)變形成的，是泥炭或腐泥沒入水中，不斷被上層沉積物覆蓋受到壓力和溫度作用，并經(jīng)過物理與化學(xué)變化而形成的有機生物巖。

　　煤的加工工藝性能有很多，結(jié)合目前水泥工業(yè)的實際用煤情況及水泥企業(yè)對煤的破磨加工，本文重點分析煤的機械強度、硬度、可磨性、磨損性。

　　1.煤炭的機械強度
　　同其他非金屬材料一樣，煤炭受到外力的作用時，如破碎、粉磨和研磨設(shè)備的部件與介質(zhì)的沖擊、擠壓、搓揉等，其顆粒形態(tài)大小會發(fā)生變化，比表面積增加，顆粒產(chǎn)生新的裂縫的現(xiàn)象反映出煤炭的機械強度。煤炭的機械強度是指規(guī)定粒度的塊煤，在一定的高度自由落體到專用試驗鋼板上的抗破碎能力。試驗用塊煤粒度為60~100mm，落體高度為2m。煤炭的機械強度與其含有的礦物數(shù)量及其結(jié)構(gòu)和抗斷裂能力有直接的關(guān)系。因此，水泥企業(yè)可以將煤炭的機械強度作為選擇破磨設(shè)備及耐磨部件的一個條件。

　　2.煤炭的顯微硬度
　　煤炭顯微硬度的試驗方法與某些材料的顯微硬度試驗方法類似。煤炭顯微硬度與其含有的高塑性物質(zhì)的多少等因素有關(guān)，如褐煤中富含高塑性的腐殖質(zhì)，它的顯微硬度很低，但表現(xiàn)出很高的韌性，給破磨帶來困難，尤其不易細磨，但它對耐磨部件的磨損相對降低。顯微硬度與煤的可磨性呈現(xiàn)一定的連帶關(guān)系，通過顯微硬度可初步推測煤的可磨性。

　　3.煤炭的可磨性
　　煤炭的可磨性表示煤炭被粉碎成細粉的難易程度。煤炭的可磨性受煤炭的種類、水分含量和煤中礦物質(zhì)的成分、組織結(jié)構(gòu)及分布狀態(tài)的影響。測定可磨性有兩種方法：前蘇聯(lián)的全蘇熱工研究所(BTN)法和美國的哈特格洛夫法。我國現(xiàn)在使用后者，記為HGI（哈氏可磨性指數(shù)）。其計算公式如下：HGI=13+6.93W，W是指通過0.071mm方孔篩的煤樣質(zhì)量，單位是g。

　　由上式可知，HGI值越大，煤炭越好磨。

　　煤炭的灰分對煤炭可磨性的影響與煤炭的種類有關(guān)，5%左右灰分時，難磨的、中等的和易磨的煤炭的可磨性指數(shù)HGI差別很大；但是隨著灰分的增長，可磨性指數(shù)HGI的差別逐步縮??；當(dāng)各類煤炭灰分含量達到70%左右時，可磨性指數(shù)HGI趨近75。煤炭灰分對可磨性的特殊影響作用，應(yīng)當(dāng)引起水泥企業(yè)在設(shè)備選型和生產(chǎn)管理時的注意。

　　此外，煤炭中的水分對其可磨性的影響也很大，如果水分高了，臺時產(chǎn)量就會下降。

　　4.煤炭的磨損性
　　煤炭在運輸、加工、使用過程中，對金屬耐磨部件的磨損，可以認為是煤炭的磨損性，以磨損指數(shù)來表示磨損大小的程度，磨損指數(shù)記為AI。

　　煤炭的可磨性指數(shù)HGI和磨損指數(shù)AI之間不存在顯著的相關(guān)關(guān)系，前者表明的是煤炭被粉碎的難易程度，后者表明的是煤炭被粉碎時對設(shè)備耐磨部件磨損程度的大小。

　　被粉磨煤的可磨性和磨損性是設(shè)計制造粉磨設(shè)備的基礎(chǔ)，也是操作管理中必須關(guān)注的問題。煤中的雜物灰分高且灰分含有難磨礦物，即要求粉磨煤粉的細度值越小，則粉磨裝置的功耗和耐磨部件的磨損率越高。

　　立式輥磨在粉磨煤粉時，兼有擠壓摩擦磨損和沖刷磨損。擠壓磨損主要發(fā)生在粉磨部件表面受到的壓力以及產(chǎn)生滑移時物料和部件之間的摩擦，沖刷磨損主要發(fā)生在氣流攜帶粉塵所及之處。前者如立式輥磨的磨輥、磨盤襯板，后者如噴口環(huán)。立磨殼體選粉機部件、進出口管等這種固體摩擦產(chǎn)生的磨損會導(dǎo)致設(shè)備出力下降，其現(xiàn)象是襯板的工作面磨損變形和變薄，直接影響粉磨能力。受到磨損或磨損達到一定程度的部件要進行更換。近年來采用的堆焊修復(fù)技術(shù)，延長部件的使用壽命達20000小時，比起整體更換耐磨部件，金屬磨損度大為降低。

　　磨損量受到很多因素的影響，如物料的可磨性、磨損性，形成料床的自然屬性（如粒度、水分等），所用設(shè)備的技術(shù)性能和操作參數(shù)，磨內(nèi)風(fēng)速、負荷、速度（相對速度和絕對速度），輥盤間隙，料床厚度，磨輥和磨盤的接觸方式、接觸面積以及設(shè)備結(jié)構(gòu)（有無內(nèi)置選粉機、進料管等）和工藝流程（有無外循環(huán)）等等，這些因素都會直接或間接地對磨機的利用效率和易磨件壽命產(chǎn)生影響。對立式輥磨的磨損分析方法，同樣適用于立式輥磨粉磨水泥生料、熟料、礦渣和煤粉的磨損機理分析。

　　設(shè)備的選擇
　　科研人員在研究無煙煤煤粉的粉磨問題時，采用歸納法將不同易磨性的無煙煤的易磨程度分為易磨、一般易磨、難磨、特難磨4種類型，它們所對應(yīng)的不同的易磨性系數(shù)為1.5，1.3，1.1，0.9。

　　研究表明，隨著無煙煤易磨程度的加大，單位功耗也在增加。因此，在原煤粒度、水分等相同的情況下，選擇磨機的規(guī)格、功率就有很大差異。由于磨機規(guī)格不同，磨機內(nèi)的襯板等磨損部件和研磨體的裝載量在發(fā)生變化，相同產(chǎn)量下，規(guī)格大的，磨損消耗自然高些。磨內(nèi)的工作特性表明，降低球徑可增加研磨能力，因此在選擇磨機風(fēng)掃磨時，具體要參照原煤的參數(shù)進行?，F(xiàn)在研制出的選粉機，其效率比過去配置的粗粉、細粉分離器效率有了大幅度提高，所以在選擇風(fēng)掃式球磨制備煤粉時，可結(jié)合制備系統(tǒng)工藝和系統(tǒng)配置的其他輔助設(shè)備進行。

　　不同煤炭粉磨設(shè)備比較
　　目前，水泥企業(yè)采用的煤粉磨設(shè)備主要是風(fēng)掃磨和立式輥磨。為了使無煙煤達到要求的粉磨細度，以解決其易磨性分布較寬、粉磨能力相對較低的問題，近年來有較傳統(tǒng)風(fēng)掃磨長徑比大的磨機出現(xiàn)，且磨內(nèi)研磨體級配、倉位設(shè)置發(fā)生了變化成為高細磨。而采用雷蒙磨、開流磨粉磨煤粉，因其產(chǎn)量低或粉磨效率低已逐漸退出水泥行業(yè)制備煤粉的設(shè)備之列，或是開流磨被改造為具有烘干、粉磨功能的閉路系統(tǒng)。

　　立式輥磨粉磨煤炭案例
　　MPS型煤磨機是一種輥盤式中速煤磨機，是由德國BabcoCK公司轉(zhuǎn)讓德國Pfiffer公司的。我國某重型機械企業(yè)引進BabcoCK公司的MPS技術(shù)，型號分別為MPS190、225、255，技術(shù)性能符合BabcoCK公司標(biāo)準(zhǔn)。MPS1915A立式輥磨是該重型機械企業(yè)生產(chǎn)的，它結(jié)合水泥企業(yè)用煤的特點作為水泥企業(yè)制備煤粉的設(shè)備。其主要特點如下：采用中心管給料，分布均勻，便于形成料床；采用靜動態(tài)結(jié)合的分選設(shè)備，分選效率可達90%；均勻性指數(shù)可達1.3~1.35；煤粉細度值調(diào)節(jié)方便；電耗低到7~8kWh/t，粉磨效率高；金屬利用率達到50%；磨機可空載啟停，而且空載啟停不會使磨輥、磨盤金屬表面相磨損，也可避免負荷加載啟動對電網(wǎng)的沖擊。

　　綜上所述，掌握水泥工業(yè)用煤炭的工藝性能是正確選擇粉磨設(shè)備的基礎(chǔ)，進而可以減少水泥生產(chǎn)中粉磨煤炭的磨損，從整體上提高生產(chǎn)效率。