我国选煤厂弛张筛应用现状研究

于 驰，王新文，宫三朋，赵国锋，林冬冬，徐宁宁

(中国矿业大学(北京) 化学与环境工程学院，北京 100083)

目前我国大部分矿区的动力煤具有粉煤量大、水分高以及随粒度减小灰分降低的特点。动力煤选前深度筛分工艺是近几年动力煤选煤厂洗选工艺研究的热点，该工艺是指末煤入选前预先进行3～6mm筛分，筛上产品进入重介旋流器分选，筛下粉煤可以作为产品直接供应电厂等用户进行发电[1]。洗选前的深度筛分与重介分选的配合工艺，在排出细粒粉煤的同时，增加了煤炭洗选系统的精度和稳定性，减小了煤泥水处理系统的压力，此外，粉煤不进入主洗系统也避免了泥化产生次生煤泥的现象，因此，煤炭干法深度筛分对节省投资、降低加工成本、减少排放都具有非常重要的意义[2-6]。但是，由于原煤外在水分、黏土矿物、泥土等的存在，使细粒粉煤在筛分过程中极易出现粘连、团聚、板结的现象，造成筛面堵孔，给深度筛分作业带来极大困难，用普通筛分方法具有相当大的难度。为了解决潮湿细粒物料干法筛分过程中的堵孔问题，各国均开展了干法筛分设备的研制工作[7，8]，一般而言，细粒物料干法深度筛分需要设备具有较大的振动强度，即通过增大振幅或提高频率来提高筛分效果，但提高筛机振动强度的同时降低了筛机运行的可靠性与寿命。近年来，用于处理13mm以下难筛物料的筛分设备研制工作已取得了较大的进展，出现了滚轴筛、梯流筛、博后筛、弛张筛、琴弦筛、概率筛、高幅筛、介质筛、共振筛等设备，其中弛张筛由于其筛体振动强度小，筛面振动强度大，可靠性较高，且筛分效果好，自清理能力较强等特点，在选煤厂潮湿细粒物料深度筛分中得到了广泛应用。

笔者从我国选煤厂中两类常用的弛张筛的结构和工作原理入手，比较了两种筛板的安装方式，并结合弛张筛近年来在我国选煤厂中实际应用情况，对二者间的性能参数进行详细的分析介绍，为广大用户在弛张筛的选择和使用提供一定的参考依据。

1 弛张筛结构及工作原理

弛张筛是一种起源于20世纪 60年代的筛分机械，筛网由可以伸缩的聚氨酯橡胶材料制成，在工作时，筛网交替张紧和松弛，使物料产生弹跳运动，可避免物料粘附筛网并堵塞筛孔，同时，由于采用了挠性筛板，使物料被抛射加速度达到重力加速度的30～50倍，因此筛孔不但不易堵塞，而且提高了筛分效率，增大了处理量，在实际应用中，有效的解决了难筛煤的堵孔问题，简化了工艺流程，提高了企业经济效益[9-13]。目前，我国常用的弛张筛主要分为机械式和振动式两种。

1.1 机械式弛张筛

机械式弛张筛又叫曲柄连杆式弛张筛，主要以Liwell弛张筛为代表，如图1所示，它由两个筛框：筛框Ⅰ和Ⅱ组成，其中筛框Ⅱ放入筛框Ⅰ内，筛框Ⅱ用隔振弹簧支撑在机架上，它们之间有吊挂装置，将筛框Ⅰ平行吊挂在筛框Ⅱ上，同时该吊挂装置又可以作导向，使筛框Ⅰ、Ⅱ之间作相对平行运动。每个筛框由两块侧板组成，通过横梁连接一起，聚氨酯筛板两端分别固定到筛框Ⅰ和Ⅱ的横梁上。筛框的驱动是电机通过皮带轮带动偏心轴转动，偏心轴通过连杆就会不断推拉筛框Ⅰ，使筛框Ⅰ和筛框Ⅱ产生相向和相背的交替运动，由于两筛框的质量近似相等，筛框Ⅱ推拉筛框Ⅰ的同时，筛框Ⅰ也推拉筛框Ⅱ，所以筛框Ⅰ和筛框Ⅱ相对振幅是正负12mm，每个筛框的绝对振幅为6mm。当筛框Ⅱ推筛框Ⅰ时，筛框Ⅰ向前运动6mm，筛框Ⅱ向后运动6mm，同理，当筛框Ⅱ拉筛框Ⅰ时，筛框Ⅰ向回运动6mm，筛框Ⅱ向前运动6mm，安装在筛框上的横梁带动柔性的筛板也进行交替张紧和松弛，如此，筛面上的物料就会发生“弹起—落下—弹起”的循环过程。机械式弛张筛的工作频率为500～600r/min左右。

图1 Liwell弛张筛结构

1.2 振动式弛张筛

振动式弛张筛是在传统的圆振动筛或直线振动筛上发展而来的。单一驱动产生双重振动，即由一个激振器或激振器组提供两个振动，基本的振动是偏心块旋转使主动筛框产生的圆形或直线振动；附加的振动是通过剪切弹簧使浮动筛框产生的椭圆形振动，当主浮筛框产生相对运动时，使两端分别安装在固定梁和浮动梁上聚氨酯筛板不断扩张、收缩，柔性筛板产生大挠度的变形，从而使筛面上的物料颗粒获得很高的加速度，最大可达50g以上，且筛孔不断地伸缩变形过程中，可有效防止筛孔堵塞，提高物料筛分效率，振动式弛张筛的工作频率大多为800r/min左右，其结构如图2所示。

图2 振动式弛张筛结构

2 弛张筛筛面安装方式

目前，弛张筛筛面与筛梁的安装方式有螺栓固定式和卡槽嵌入式两种[14]，下面详细介绍两种安装方式的特点。

螺栓固定式安装：筛板沿筛宽方向布置，筛板两侧均匀布置螺栓孔，为了确保筛板与筛梁接触区受力均匀，筛板通过压条与筛梁上的螺栓连接，为防止磨损螺栓，上方装有防磨螺帽，筛网像屋顶的瓦片一样，一片压一片重叠放置，如图3所示。这种安装方式，筛机两侧密封不好，会有物料侧漏到筛下，此外，筛板采用螺栓固定式安装会导致筛面不平，容易阻碍物料流动且螺栓容易磨损，拆装比较麻烦。目前国内使用的弛张筛中Liwell弛张筛的筛板多采用的是螺栓固定式安装方式。

图3 螺栓固定式安装

卡槽嵌入式安装：筛板沿筛宽方向布置，每根固定梁和浮动梁上方均装有牛角型卡槽，相邻筛板共用一个筛面卡槽，两块筛板间的缝隙用楔条密封，如图4所示。弛张筛筛体两侧的筛面卡槽采用大弧度的牛角设计，可有效防止筛上物侧漏到筛下，减少筛下物料错配物含量。卡槽嵌入式安装方式拆装简单，更换方便。奥地利宾得，美国的伯特利，天津奥瑞及秦皇岛优格玛的筛板安装大都采用的是卡槽嵌入式安装方式。

图4 卡槽嵌入式安装

3 两种弛张筛在我国选煤厂的应用

目前，我国选煤厂中使用的机械式弛张筛以荷兰天利威尔Liwell为代表，振动式弛张筛主要有：奥地利宾得Binder、美国伯特利Birtley，天津奥瑞，秦皇岛优格玛EuroCMA几种，现将我国选煤厂中主要使用几种弛张筛参数进行汇总，见表1。

表1 我国选煤厂使用的几种弛张筛参数汇总

综合表1可以看出，机械式弛张筛为偏心轴驱动，而振动式弛张筛均为带偏心块的单轴激振器或激振器组来驱动，相对来说，机械式弛张筛振幅大、频率低，依靠“低频大振幅”达到了振动式弛张筛“高频小振幅”相同的筛分效果。此外，由于机械式弛张筛的主浮筛框只有沿筛面方向的运动，为了达到与振动式相同的处理量，需要加大整个筛体的安装倾角；振动式弛张筛主动筛框为圆形或直线运动，在垂直于筛面方向具有一定的振幅，对于增大其处理量也有促进作用。机械式弛张筛的振幅相对稳定，其设备耗能大，满载物料时，设备负载较大，影响设备的使用寿命。振动式的筛体装机功率小，是一种节能设备；筛体运动部件振动强度低，所受的惯性力较小，运行可靠性高。但是，由于该设备工作在近共振区，是一个不稳定的工况区间，负载物料会导致振幅发生变化，此外，弹性元件—剪切弹簧在极冷极热条件下，刚度易发生变化，也会影响设备的稳定性。

自20世纪80年代我国鞍山矿山机械厂就开始了弛张筛的研究和开发工作，但由于当时的制造技术和生产的筛板、剪切弹簧等关键零部件质量不过关，加上对弛张筛使用的不规范性，生产出的产品满足不了设计参数要求，与国外的弛张筛产品存在较大差距，此外，进口的关键零部件价格比较昂贵，因此，在上世纪我国弛张筛的发展一直处于停滞状态。直到2010年前后，弛张筛才进入我国的选煤厂系统，短短几年，弛张筛在我国选煤厂得到大力推广，为企业带来了巨额效益，现将我国选煤厂中弛张筛的应用情况进行汇总，见表2[15-23]。

3.1 地基动负荷

对于振动式弛张筛，主动筛框振幅2A1=7mm，浮动筛框振幅2A2=16mm，工作转速n=800r/min，主动筛框振动强度K1=ω2A1/g=2.50，浮动筛框振动强度K2=ω2A2/g=5.72，主动筛框与地基相连，K1=2.5这是一个很小的振动强度，对基础的动负荷和噪声也会有明显优势；由于浮动筛框结构更加紧凑，况且浮动筛框是沿筛面方向振动，浮动筛框振动强度K1=5.72，普通的振动筛振动强度K值在5左右，实践表明，浮动筛框是可以承受该振动强度的。

对于机械式弛张筛，筛框Ⅰ和筛框Ⅱ的绝对振幅A=6mm，工作转速n=600r/min，筛框Ⅰ、Ⅱ的振动强度K2=ω2A/g=2.41，筛框Ⅰ和筛框Ⅱ的质量接近，相互运动时，二者间惯性力可以获得平衡，只有少部分的惯性力传给地基，降低了传给地基的动负荷。

表2 选煤厂弛张筛参数及应用情况

3.2 功率及效率

综合表1和表2可以看出，目前我国主要使用的弛张筛还是以振动式为主，由于处理能力受入料粒度和分级粒度影响很大，因此，笔者首先比较的是入料粒度和分级粒度相同，处理量相同时两种弛张筛单位面积消耗的功率。

以河南煤气集团义马气化厂使用的LF2.2-8.82/28ED型利威尔弛张筛为例，其筛分面积S=19.40m2，装机功率为37kW，其单位面积消耗功率为：ηh=N/S=37/19.40=1.907kW/m2。

河南义马气化厂对入炉原料煤的粒度要求极为严格，粒度范围为50～6mm，且限下率小于5%。

对于淮北矿业祁南矿使用的宾得KRL/ED3×8型振动弛张筛，其筛分面积S=24m2，装机功率为30kW，其单位面积消耗功率为：ηh=N/S=30/24=1.250kW/m2。

祁南矿选煤厂进行煤炭6mm筛分时，其筛分效率可达85%以上。

因为选煤厂面积和空间有限，设备单位(面积)体积处理能力也是考察设备效率的重要因素。

LF2.2-8.82/28ED型利威尔弛张筛的外形长宽高为：10600mm×4760mm×6690mm。

面积效率为：

ηs=Q/S=300/(10.60×4.76)= 5.946t/(h·m2)

体积效率为：

ηv=Q/V=300/(10.6×4.76×6.69)=0.889t/(h·m3)

KRL/ED3×8型宾得弛张筛的外形长宽高为：8489mm×5286mm×4074mm。

面积效率为：

ηs=Q/S=300/(8.49×5.29)= 6.680t/(h·m2)

体积效率为：

ηv=Q/V=300/(8.49×5.29×4.01)=1.666t/(h·m2)

将两种弛张筛的功率和效率参数进行汇总，结果见表3。

表3 功率和效率参数

振动式弛张筛与机械式弛张筛相比，其单位面积消耗功率低，换句话说，在相同筛分面积的前提下，振动式弛张筛消耗功率更低，这也验证了振动式弛张筛是一种节能设备；由于机械式弛张筛只有沿筛面方向的振动，为了达到相同的处理量，使得其安装倾角大于后者，此外，其驱动装置靠近入料端，与在中间位置驱动的振动式弛张筛相比，驱动占有部分空间，相同筛分面积下筛体长度更长，意味着两种相同型号的弛张筛，机械式的安装高度更高，在保证入料粒度和分级粒度一致的前提下，面积效率和体积效率要低于振动式，其中，其体积效率仅为振动式的一半。

4 结 论

1)机械式弛张筛与振动式弛张筛结构不同，机械式驱动装置靠近入料端，且安装倾角大，因此，相同筛分面积下具有更高的安装高度。

2)两种弛张筛的工作原理不同，机械式由偏心轴驱动使主浮筛框产生相对运动，而振动式是利用共振原理，前者设备稳定性更高，但是耗能较大；后者耗能较小。

3)机械式弛张筛多采用螺栓固定式安装筛板，振动式弛张筛多采用卡槽嵌入式安装，卡槽嵌入式的安装方式使结构更加紧凑，拆装简单，更换方便。

4)两种弛张筛与基础连接的筛体振动强度均较小，此外，机械式通过惯性力平衡进一步减小了传给地基的动负荷，二者对地基动负荷都有明显的优势。

5)振动式弛张筛的单位面积消耗功率比机械式低，面积效率和体积效率要高于机械式。