煤炭的工艺性能及其粉磨设备的选择

　　水泥熟料烧成工艺设备分为立窑和回转窑两类。立窑一直使用无烟煤作为燃料，将煤和石灰石原料共同粉磨制备全黑生料，成球后在立窑内煅烧熟料。而回转窑则使用烟煤作燃料，并制备成煤粉，喷入窑内燃烧发出热量煅烧熟料。在煤炭破碎、煤粉粉磨中，重点研究的是水泥厂的煤炭破磨问题。一般无烟煤与烟煤比较，其易磨性差，质地坚硬，难于细磨。然而，根据窑用煤的细度要求，无烟煤比烟煤磨的还要细。煤的加工工艺性能和产品指标影响着磨机衬板等部件的使用寿命。在耐磨材料与抗磨技术中，重点研究的是煤的加工工艺性能的问题。煤的加工工艺性能一般有黏结性、结焦性、发热量、化学反应性、热稳定性、透光率、机械强度、可选性、硬度、可磨性、磨损性等。掌握煤炭的加工性能，更好地使用它，可有效降低破磨设备耐磨部件的磨损（本文不讨论降低熟料热耗）。

　　煤炭的工艺性能
　　煤炭是由泥炭或腐泥转变形成的，是泥炭或腐泥没入水中，不断被上层沉积物覆盖受到压力和温度作用，并经过物理与化学变化而形成的有机生物岩。

　　煤的加工工艺性能有很多，结合目前水泥工业的实际用煤情况及水泥企业对煤的破磨加工，本文重点分析煤的机械强度、硬度、可磨性、磨损性。

　　1.煤炭的机械强度
　　同其他非金属材料一样，煤炭受到外力的作用时，如破碎、粉磨和研磨设备的部件与介质的冲击、挤压、搓揉等，其颗粒形态大小会发生变化，比表面积增加，颗粒产生新的裂缝的现象反映出煤炭的机械强度。煤炭的机械强度是指规定粒度的块煤，在一定的高度自由落体到专用试验钢板上的抗破碎能力。试验用块煤粒度为60~100mm，落体高度为2m。煤炭的机械强度与其含有的矿物数量及其结构和抗断裂能力有直接的关系。因此，水泥企业可以将煤炭的机械强度作为选择破磨设备及耐磨部件的一个条件。

　　2.煤炭的显微硬度
　　煤炭显微硬度的试验方法与某些材料的显微硬度试验方法类似。煤炭显微硬度与其含有的高塑性物质的多少等因素有关，如褐煤中富含高塑性的腐殖质，它的显微硬度很低，但表现出很高的韧性，给破磨带来困难，尤其不易细磨，但它对耐磨部件的磨损相对降低。显微硬度与煤的可磨性呈现一定的连带关系，通过显微硬度可初步推测煤的可磨性。

　　3.煤炭的可磨性
　　煤炭的可磨性表示煤炭被粉碎成细粉的难易程度。煤炭的可磨性受煤炭的种类、水分含量和煤中矿物质的成分、组织结构及分布状态的影响。测定可磨性有两种方法：前苏联的全苏热工研究所(BTN)法和美国的哈特格洛夫法。我国现在使用后者，记为HGI（哈氏可磨性指数）。其计算公式如下：HGI=13+6.93W，W是指通过0.071mm方孔筛的煤样质量，单位是g。

　　由上式可知，HGI值越大，煤炭越好磨。

　　煤炭的灰分对煤炭可磨性的影响与煤炭的种类有关，5%左右灰分时，难磨的、中等的和易磨的煤炭的可磨性指数HGI差别很大；但是随着灰分的增长，可磨性指数HGI的差别逐步缩小；当各类煤炭灰分含量达到70%左右时，可磨性指数HGI趋近75。煤炭灰分对可磨性的特殊影响作用，应当引起水泥企业在设备选型和生产管理时的注意。

　　此外，煤炭中的水分对其可磨性的影响也很大，如果水分高了，台时产量就会下降。

　　4.煤炭的磨损性
　　煤炭在运输、加工、使用过程中，对金属耐磨部件的磨损，可以认为是煤炭的磨损性，以磨损指数来表示磨损大小的程度，磨损指数记为AI。

　　煤炭的可磨性指数HGI和磨损指数AI之间不存在显著的相关关系，前者表明的是煤炭被粉碎的难易程度，后者表明的是煤炭被粉碎时对设备耐磨部件磨损程度的大小。

　　被粉磨煤的可磨性和磨损性是设计制造粉磨设备的基础，也是操作管理中必须关注的问题。煤中的杂物灰分高且灰分含有难磨矿物，即要求粉磨煤粉的细度值越小，则粉磨装置的功耗和耐磨部件的磨损率越高。

　　立式辊磨在粉磨煤粉时，兼有挤压摩擦磨损和冲刷磨损。挤压磨损主要发生在粉磨部件表面受到的压力以及产生滑移时物料和部件之间的摩擦，冲刷磨损主要发生在气流携带粉尘所及之处。前者如立式辊磨的磨辊、磨盘衬板，后者如喷口环。立磨壳体选粉机部件、进出口管等这种固体摩擦产生的磨损会导致设备出力下降，其现象是衬板的工作面磨损变形和变薄，直接影响粉磨能力。受到磨损或磨损达到一定程度的部件要进行更换。近年来采用的堆焊修复技术，延长部件的使用寿命达20000小时，比起整体更换耐磨部件，金属磨损度大为降低。

　　磨损量受到很多因素的影响，如物料的可磨性、磨损性，形成料床的自然属性（如粒度、水分等），所用设备的技术性能和操作参数，磨内风速、负荷、速度（相对速度和绝对速度），辊盘间隙，料床厚度，磨辊和磨盘的接触方式、接触面积以及设备结构（有无内置选粉机、进料管等）和工艺流程（有无外循环）等等，这些因素都会直接或间接地对磨机的利用效率和易磨件寿命产生影响。对立式辊磨的磨损分析方法，同样适用于立式辊磨粉磨水泥生料、熟料、矿渣和煤粉的磨损机理分析。

　　设备的选择
　　科研人员在研究无烟煤煤粉的粉磨问题时，采用归纳法将不同易磨性的无烟煤的易磨程度分为易磨、一般易磨、难磨、特难磨4种类型，它们所对应的不同的易磨性系数为1.5，1.3，1.1，0.9。

　　研究表明，随着无烟煤易磨程度的加大，单位功耗也在增加。因此，在原煤粒度、水分等相同的情况下，选择磨机的规格、功率就有很大差异。由于磨机规格不同，磨机内的衬板等磨损部件和研磨体的装载量在发生变化，相同产量下，规格大的，磨损消耗自然高些。磨内的工作特性表明，降低球径可增加研磨能力，因此在选择磨机风扫磨时，具体要参照原煤的参数进行。现在研制出的选粉机，其效率比过去配置的粗粉、细粉分离器效率有了大幅度提高，所以在选择风扫式球磨制备煤粉时，可结合制备系统工艺和系统配置的其他辅助设备进行。

　　不同煤炭粉磨设备比较
　　目前，水泥企业采用的煤粉磨设备主要是风扫磨和立式辊磨。为了使无烟煤达到要求的粉磨细度，以解决其易磨性分布较宽、粉磨能力相对较低的问题，近年来有较传统风扫磨长径比大的磨机出现，且磨内研磨体级配、仓位设置发生了变化成为高细磨。而采用雷蒙磨、开流磨粉磨煤粉，因其产量低或粉磨效率低已逐渐退出水泥行业制备煤粉的设备之列，或是开流磨被改造为具有烘干、粉磨功能的闭路系统。

　　立式辊磨粉磨煤炭案例
　　MPS型煤磨机是一种辊盘式中速煤磨机，是由德国BabcoCK公司转让德国Pfiffer公司的。我国某重型机械企业引进BabcoCK公司的MPS技术，型号分别为MPS190、225、255，技术性能符合BabcoCK公司标准。MPS1915A立式辊磨是该重型机械企业生产的，它结合水泥企业用煤的特点作为水泥企业制备煤粉的设备。其主要特点如下：采用中心管给料，分布均匀，便于形成料床；采用静动态结合的分选设备，分选效率可达90%；均匀性指数可达1.3~1.35；煤粉细度值调节方便；电耗低到7~8kWh/t，粉磨效率高；金属利用率达到50%；磨机可空载启停，而且空载启停不会使磨辊、磨盘金属表面相磨损，也可避免负荷加载启动对电网的冲击。

　　综上所述，掌握水泥工业用煤炭的工艺性能是正确选择粉磨设备的基础，进而可以减少水泥生产中粉磨煤炭的磨损，从整体上提高生产效率。