新型篩分布料一體破碎機的設計與應用

□張志實

中國成達工程公司成都610041

新型篩分布料一體破碎機的設計與應用

□張志實

中國成達工程公司成都610041

介紹了循環流化床鍋爐對燃煤粒度的要求，分析了目前市場上各主流破碎機的結構特點、工作原理及主要優缺點，在此基礎上設計并應用了一種新型篩分布料一體破碎機。新型一體破碎機的技術特點及優勢顯著，應用效果良好。

1 循環流化床鍋爐對燃煤粒度的要求

隨著國內大型循環流化床機組的相繼投產，電廠所積累的經驗越來越豐富，但也出現了新的問題，如燃煤粒度不合格。燃煤粒度不合格表現為兩種極端情況：過破碎和產生大顆粒。循環流化床機組的制煤系統包括篩煤機、破碎機。大型機組一般設置為兩篩兩碎，即使這樣也還是會出現粒度不合格的問題。

實踐證明，入爐煤的顆粒度對循環流化床鍋爐的點火啟動、運行控制、燃燒效率以及風帽與水冷壁等部件的運行均有很大影響。為保證鍋爐的正常流化，需加大一次風量。加大一次風量后，鍋爐的密相區上移，鍋爐爐內的磨損量增大，風機的電耗增加。鍋爐密相區床溫高，嚴重時鍋爐需降負荷運行。內循環增加且床壓高，改變了渣和飛灰的比例，造成排渣困難甚至堵渣。燃料與氧氣的接觸面積減小，燃燒效率降低，底渣含碳量增大，從而影響鍋爐的經濟性。大粒徑的床料會沉積，使流化惡化，引起鍋爐結焦。循環流化床鍋爐燃煤在煤種發熱量一定的前提下，入爐煤的顆粒度大小直接影響鍋爐流化工況、燃燒工況、耗煤量及排渣，這就要求所選用的煤炭破碎機設備必須能滿足設計顆粒度要求。當前電廠來煤燃料中混有一定比例的煤矸石，煤矸石是采煤和洗煤過程中排放的固體廢物，是一種在成煤過程中與煤層伴生的含碳量較低、比煤堅硬的黑灰色巖石，它發熱值低，價格低廉。摻和一定比例的煤矸石，有利于電廠節省燃料成本[1-2]。

2 新疆藍山屯河化工有限公司項目概況

該項目采用循環流化床鍋爐，鍋爐燃煤破碎流程最初考慮電站傳統的碎煤破碎站設計方案，具體如圖1所示。

圖1 電站傳統碎煤破碎站設計方案

煤破碎流程為：輸煤皮帶送入煤炭→一級環錘式破碎機粗破→雙轉式滾筒篩分篩→燃煤粒徑合格直接落至底樓輸煤皮帶，燃煤粒徑不合格進入二級錘頭式破碎機破碎細破，再落至底樓輸煤皮帶[3]。

該傳統方案存在很多年，主要是針對來料煤炭粒度大于100 mm時的情況，很多項目的來料煤炭粒度均較小，大部分都小于80 mm，因此本項目設計時采用了最近幾年才出現的較科學的篩分布料一體破碎機，具體布置方案如圖2所示。

煤破碎流程為：輸煤皮帶送入煤炭→篩分布料一體破碎機→底樓輸煤皮帶。

比較兩種方案，圖2方案布置形式比圖1方案簡單，圖1傳統方案要建五層樓房，圖2新型方案只需要建三層樓房。

圖2 電站新型碎煤破碎站設計方案

3 各種破碎機的優缺點及選型

3.1 環錘式破碎機

破碎篩板為孔或條孔型，物料進入破碎倉破碎時，篩板孔容易被物料堵塞，在內部出現板塊大量集成，主電機高速運轉，轉子上的錘頭起到破碎與輸送兩大功能，直接與物料板進行摩擦，容易加快環錘的磨損，使破碎間隙增大，造成大燃煤粒度增多。內部無法排放有效粒度，過破碎嚴重，造成破碎機堵塞。當來煤水分很大時，容易堵死設備。普通環錘式破碎機結構只適合粗破，出料粒度大約為30 mm,不能進行細破，優點是設備非常成熟，處理量大，每日可達千噸以上，價格適中。環錘式破碎機結構如圖3所示[4]。

圖3 環錘式破碎機結構圖

3.2 齒輥式破碎機

兩齒輥上的齒高為10 mm內，采用擠壓功能實現破碎。對煤矸石、煤泥、高水分煤等物料進行破碎時，齒高10 mm范圍內磨損相當快，一旦齒因摩擦而磨損，煤泥、高水分料流動性小，可能造成兩齒輥打滑,進料口堵塞。大塊煤矸石進入破碎，煤矸石硬度使兩齒輥同時退讓，物料全進全出，且破碎煤矸石時破碎齒磨損嚴重，無法保證粒度。齒板使用壽命短，且裝拆困難，費工費時。該破碎機的優點是過鐵能力較好，適合含鐵雜質多的物料粗碎，結構如圖4所示。

圖4 齒輥式破碎機結構圖

3.3 可逆錘頭式破碎機

錘頭為長方形，破碎比高，當前在電廠中應用率高。缺點為破碎面在兩直角上，破碎煤矸石時破碎齒磨損嚴重，錘頭角磨損快，物料在破碎腔內全進全出，對符合粒度要求的物料也進行了破碎，容易造成物料過粉碎；過細的物料加劇了錘頭和破碎板的磨損；當來煤水分大時，容易堵死設備，優點為技術成熟，處理量大，處理能力可達600 t/h，價格適中，該破碎機結構如圖5所示。

圖5 可逆錘頭式破碎機結構圖

4 無堵塞篩分布料一體破碎機

上述環錘式破碎機、齒輥式破碎機、可逆錘頭式破碎機均是傳統主流成熟破碎機，在全國大范圍內應用。新設備無堵塞篩分布料一體破碎機（圖6、圖7）實際上是錘式破碎機、齒輥式破碎機、滾軸篩、振動篩等幾種設備優點的集合，是最近幾年才發展出來的新產品。在與環錘破碎機轉子功率相等的前提下，物料處理量比環錘式破碎機多，處理粒度也比環錘式破碎機細，在實際應用中對于煤矸石的破碎效果比上述破碎機都好。

圖6 篩分布料一體破碎機效果圖

圖7 篩分布料一體破碎機結構圖

篩分布料一體破碎機由篩分無堵破碎機和正弦葉輪分篩布料器兩大部分組成，集篩分、布料和破碎功能于一體。當物料進入設備上段，即正弦葉輪分篩布料器后，在葉輪和篩子的作用下均勻布料、自動篩分，粒度合格的物料通過篩面下部和正弦葉輪分篩布料器的旁路直接進入成品通道，粒度不合格的物料均勻地進入設備下段分篩無堵破碎機的破碎腔。物料在破碎腔內受到繞主軸高速旋轉并同時繞錘軸自轉的環錘的沖擊、剪切、擠壓、研磨，進行第一次破碎。第一次破碎后滿足粒度要求的物料通過滾動式篩環的間隙進入正弦葉輪分篩布料器旁路，再進入成品通道。粒度不合格的物料在環錘上獲得動能，高速沖向滾動式篩環，受到第二次破碎。如此反復多次，物料在正弦葉輪分篩布料器的破碎腔內被強制進行逐級破碎和逐級篩分，最終粒度滿足設計要求的物料全部被排出機外。

篩分布料一體破碎機邊破碎邊篩分，不會堵煤，而且出料粒度相對均勻，成品率比其它類型破碎機高。正常情況下，錘式破碎機破碎比在6～10之間，篩分布料一體破碎機實際破碎比在區間內處于較高水平。此設備雖然為新設備，但技術可靠性高。在藍山項目篩分布料一體破碎機選型時，要求一級篩分破碎，且在此類項目中首次要求一次完成。因篩分布料一體破碎機是從環錘式破碎機演變而來的，故參考了環錘式破碎機計算公式[5-6]。

式中：Q為環錘式破碎機生產能力，t/h；K1為修正因數，碎煤時K1=0.6～1.2；K2為修正因數，碎煤時K2=15；L為轉子長度，mm；D為破碎機轉子直徑，mm；N為轉子轉速，r/min；I為破碎比。

最后定型參數為：破碎機設計能力400 t/h，轉子直徑為1 400 mm，轉子長度為1 600 mm,功率為400 kW。轉子設計8排錘環，即使進廠來煤來料粒度大部分大于80 mm，也能保證出料粒度≤13 mm的要求。藍山項目破碎機外形尺寸如圖8所示。

圖8 藍山項目破碎機外形尺寸圖

若項目選擇傳統設計方案，需要兩臺破碎機與一臺篩子，方能把物料破碎到合格粒度，但是這樣土建投資較大，且鍋爐進煤粒度均勻性不如分篩布料一體破碎機的破碎效果。選用分篩布料一體破碎機后，煤粒度很均勻，鍋爐用煤量與一次風機吹風量要低于傳統方案，為業主節省了燃料成本、部分設備投資，還節省了幾十萬的土建投資。分篩布料一體破碎機對工廠制造水平要求不是很高，只要有國產普通機床就能完成設備機械加工，節省成本[7]。

樂山和邦項目鍋爐煤破碎設計之初是四齒輥式破碎機，運行幾年效果不滿意，后改分篩布料一體破碎機。運行效果不佳的原因就是不能保證齒輥式破碎機的出料粒度，出料粒度太大。齒輥式破碎機轉速比錘式破碎機低，動能小，且齒輥式破碎機靠擠壓，比起錘式破碎機高速旋轉碰撞產生的動能小得多，因此出物料時粒度較大。選用分篩布料一體破碎機另一大優點是不堵煤，煤炭含水量大時，運行也不堵塞。各種破碎機的對比見表1。

由表1可見，篩分布料一體破碎機只需要一臺設備就可完成破碎篩分，來煤水分多時也不會堵煤，出料粒度均勻，長期運行檢修維護方便。

表1 各主流破碎機與分篩布料一體破碎機的技術對比[8-10]

5 結論

新疆藍山項目煤破碎輸送運行2年，分篩布料一體破碎機運行穩定，破碎出的粒度符合循環流化床鍋爐要求，是一種比較理想的破碎機。特別是對于坑口電廠等煤矸石含量大的循環流化床鍋爐電廠很實用。

[1]蔣敏華，肖平.大型循環流化床鍋爐技術[M].北京：中國電力出版社，2009.

[2]肖峰，王冬福，李柄順.循環流化床鍋爐的技術特點[J].裝備機械，2011(2):23-31.

[3]機械化運輸設計手冊編委會.機械化運輸設計手冊[M].北京：機械工業出版社，1997.

[4]唐敬麟.破碎與篩分機械設計選用手冊[M].北京：化學工業出版社，2001.

[5]成大先.機械設計手冊[M].5版.北京：化學工業出版社，2008.

[6]聞邦椿.機械設計手冊[M].5版.北京：機械工業出版社，2009.

[7]王敏.淺析數控機床技術現狀[J].機械制造，2012，50（8）:49-51.

[8]李凡.礦山機械修理與安裝[M].重慶：重慶大學出版社2009.

[9]郎寶賢，郎世平.破碎機[M].北京:冶金工業出版社,2008.

[10]中國煤炭加工利用協會.選煤廠破碎與篩分[M].徐州：中國礦業大學出版社，2004.

An introduction was given on the particle size of the coal required by the boiler with circulating fluid bed and an analysis was also given on structural characteristics,working principle and main advantages and disadvantages of the mainstream crushing machines on the existing market.A new type of crushing machine integrating material screening and distribution was designed for application on the basis.This new crushing machine has significant technical characters and advantages with sound application effects.

篩分布料一體破碎機；設計；應用

Crushing Machine Integrating MaterialScreening and Distribution；Design；Application

TH122

A

1672-0555（2016）03-024-05

2016年3月

張志實（1981—），男，本科，工程師，主要從事粉體物料破碎、篩分等物料處理機械設備的設計工作