新型錘式破碎機在建筑裝修垃圾資源化處置線上的應用

劉凱朋

（湖北省電力勘測設計院有限公司，武漢 430040）

建筑裝修垃圾是指在房屋拆遷和裝修過程中產生的自然垃圾，涉及老舊小區改造、征地拆遷、裝修開鑿和裝修板材切削等。我國每年建筑垃圾的產生量占城市垃圾總量的30%～40%。據估計，近年來，我國建筑垃圾年度產生量保持在14 億～24 億t。建筑裝修垃圾資源化是針對建筑裝修垃圾進行綜合除雜、破碎、篩分等處理，將建筑裝修垃圾做成符合建筑材料要求的再生骨料。目前，市場較認可的建筑垃圾再生產品有再生環保磚、再生水穩材料、再生輕質砌塊材料等。

1 行業背景

2013年，建筑裝修垃圾資源化行業規模為600億元，經過幾年的發展，2020年，整個行業的規模達到千億元級別。從目前行業發展情況來看，歐盟的建筑垃圾資源化利用率達到50%，韓國、日本高達97%左右，而我國建筑垃圾資源化利用率尚不足10%。通過考察和調研我國多地（馬鞍山、武漢、西安等）的建筑裝修垃圾處置情況，目前，我國建筑裝修垃圾處置行業存在比較突出的發展問題。

1.1 區域發展不協調

經過多年高速發展，目前，建筑裝修垃圾處置行業基本格局已初步完成。東南沿海和內地經濟發展狀況較好的區域對建筑裝修垃圾的重視度較高，其余區域基本仍處于探索和觀望階段。另外，不同區域的處置費用存在較大差距，主要影響因素在于行業管控。據統計，上海、江蘇等地的建筑裝修垃圾平均處置價格為90 元/t 左右，而內地不少城市的價格低至5 元/t。根據項目運營數據和相關資料，建筑垃圾處置項目的運營成本介于30～60 元，裝修垃圾處置項目的運營成本介于130～160 元。典型城市建筑裝修垃圾的處理費標準如表1所示。

表1 典型城市建筑裝修垃圾處置收費情況（建筑裝修垃圾1∶1 平均收費）

1.2 行業指導欠缺

建筑裝修垃圾處置行業屬于生產加工行業，但與傳統生產加工行業存在一定的不同，其產品種類較多，雖然目前已有相關產品指導性標準，但在市場應用和生產企業方面均存在知行不一的問題。結合多年的項目經驗，筆者認為該行業屬于半開放性行業，建筑裝修垃圾的收運和處置歸屬為封閉式行業，為使資源得到充分利用，避免建筑裝修垃圾造成二次污染，必須采用政府主導性策略。而再生產品屬于開放性市場，按照市場秩序進行監管。

1.3 處置模式不成熟

根據目前國內行業發展情況，建筑裝修垃圾處置主要分為特許經營、政府采購服務、市場化運行和委托經營等模式。從行業內運行成熟的項目來看，多數特許經營模式下的項目運行效果較為理想，而部分采用市場化運行模式的項目以建筑裝修垃圾處置之名，行廢棄混凝土及砂石骨料丟棄之實。另外，由于主管部門認知不一，項目落地模式五花八門，沒有明確的政策導向，國內多數城市處于等待政策落地的階段。建筑裝修垃圾處置在收費機制上很難落實，這也是制約建筑裝修垃圾處置行業發展的關鍵，目前，成熟運營的項目多數采用“使用者付費＋可行性缺口補助”的形式。

2 建筑裝修垃圾成分分析

建筑裝修垃圾成分比較復雜，各地情況有所不同。某新型錘式破碎機首先應用在上海建筑裝修垃圾資源化項目中，因此本文主要對上海建筑裝修垃圾成分進行分析。在實際運營的項目現場，連續10 d 分別從10 輛運輸車中采集10 組樣品，每組樣品約為1 t。對樣品進行分類和稱重，得到建筑垃圾成分和裝修垃圾成分，如表2、表3所示。

表2 建筑垃圾成分

表3 裝修垃圾成分

由表2、表3 可以看出，建筑垃圾和裝修垃圾整體成分較為接近，但建筑垃圾中可利用成分為85%左右，裝修垃圾中可利用成分為77%左右。二者的主要成分均為混凝土磚石類再生材料。建筑裝修垃圾資源化生產線的設計類似于礦山砂石骨料生產線，但混凝土磚石類硬度比砂石骨料小，其在破碎設備的選擇上范圍更廣。

3 新型錘式破碎機結構

新型錘式破碎機的主要構件為轉子、錘頭和篩板。在破碎原料的過程中，轉子高速旋轉，帶動錘頭對物料進行剪切、擠壓和撞擊。這種破碎機可以通過下部篩板來控制破碎后產品的粒徑并控制破碎比。其結構如圖1所示。

圖1 新型錘式破碎機結構

針對建筑裝修垃圾物料強度不高但成分復雜的特點，新型錘式破碎機采用大轉動慣量與高線速度的轉子、大傾角的入料角度，錘頭上設計有槽口，與下架體的水平襯板配合，產生剪切破碎效果，可將長條狀的木材剪斷。高達60 m/s 的線速度與大出料間隙使混在建筑裝修垃圾中的破布、塑料袋、細鋼筋等雜質來不及纏繞在轉子與篩板上，便在沖擊力、剪切力、擠壓力的作用下變成更小尺寸，排出機體。出料篩板的圍繞轉子的包角達到225°，篩板孔尺寸可根據出料要求進行更換，一般選用70 mm×160 mm。從這兩方面來看，新型錘式破碎機都遠大于傳統的錘式破碎機。

錘頭是錘式破碎機的核心部件，其在高線速度工況下的使用壽命是設備重點考核指標之一。錘頭結構設計滿足理論力學的“碰撞中心”理論要求，并且錘頭打擊面的寬度和厚度都進行反復的優化設計，材料選用ZGMn18Cr2Mo，最大限度地提高耐磨性，經對磨損報廢后的錘頭打擊面進行硬度測試，其硬度為40～45 HRC，硬化效果十分理想。同時，錘頭還可雙面使用，提高材料利用率。錘頭結構如圖2所示。

圖2 錘頭結構設計

4 破碎方式分析

破碎機械的施力方式包括壓碎、劈碎、折斷、磨碎及擊碎等，如圖3所示。對于硬度較大的材料（天然礦石或建筑裝修垃圾），采用折斷配合擊碎的方式進行破碎；對于脆性材料，折斷和劈碎較為有利；對于韌性及黏性較大的材料，最好選用磨碎方式。建筑垃圾資源化項目使用的破碎機以沖擊破碎方式為主，例如，反擊式破碎機在破碎過程中利用反擊板的沖擊力將原料擊碎，但在破碎過程中，針片狀顆粒含量較高，針對建筑裝修垃圾中的大塊木材、編織物、大塊布條等雜質，其并沒有破碎效果。

圖3 破碎方式

錘式破碎機采用與反擊式破碎機完全不同的破碎方式，其在破碎時伴隨著剪切、擠壓、沖擊等多種破碎方式，可以將原料雜質一同破碎且破碎產品以塊狀、圓狀為主，針片狀顆粒含量較少，對后續資源化利用有很好的適用性。

目前已運行的多個建筑裝修垃圾處置項目主要用反擊式破碎機作為細碎破碎機，將其處理成不同粒徑的骨粒再進行利用。但是，建筑裝修垃圾中輕物質、石棉、五金、木材、生活垃圾的占比并不穩定，當原料雜質含量較多時，在使用過程中，堵料率大幅增加，其產品中針片狀顆粒含量較多，影響后續資源化利用。

為有效分析新型錘式破碎機相對于反擊式破碎機的優勢，對建筑裝修垃圾進行實驗室破碎試驗，主要對其針片狀顆粒含量及雜質破碎情況進行對比，如表4、表5所示。反擊式破碎機試驗中，針片狀顆粒平均含量為8.68%；新型錘式破碎機試驗中，其平均含量為5.80%。雜質破碎越碎，后續分選除雜效果越好。

表4 反擊式破碎機試驗結果

表5 新型錘式破碎機試驗結果

張景琦分析了粗骨料針片狀含量對泵送混凝土性能的影響，并針對針片狀含量對應的抗壓強度、抗折強度和軸心抗壓強度做了分析，如圖4所示。研究表明，隨著粗骨料針片狀含量的增加，混凝土抗壓強度、抗折強度和軸心抗壓強度均降低，并且針片狀顆粒越多，其流動性越差。

圖4 針片狀顆粒含量對混凝土的影響

《建筑用卵石、碎石》（GB/T 14685—2011）規定，建筑用卵石、碎石按照Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類分類，對應的針片狀顆粒含量要求分別是≤5%、≤10%、≤15%。從試驗結果來看，新型錘式破碎機和反擊式破碎機在處理建筑裝修垃圾時，其針片狀顆粒含量均符合要求，但新型錘式破碎機針片狀顆粒含量相對于反擊式破碎機小3 個百分點，其破碎效果更好。

另外，為對比其對后續除雜（雜質有布條、木棍、塑料等）以及防堵料的影響，針對新型錘式破碎機對雜質的撕碎效果進行試驗。將類別占比及形狀相似的兩組雜質與兩組質量相同的原料混合后，分別放入試驗破碎機內，試驗效果如圖5所示。

圖5 撕碎效果對比

從試驗來看，新型錘式破碎機對雜質的撕碎效果更好，其對后續生產工藝的機械除雜效果更佳。

5 新型錘式破碎機的使用效益研究

這種新型錘式破碎機首次應用于上海的某建筑裝修垃圾處置現場，該項目使用1 臺新型錘式破碎機作為二級破碎機，用來破碎建筑裝修垃圾。項目于2018年建成投產，目前已累計運行超3 000 h，共處置建筑裝修垃圾22 萬t，設備一直運行良好，未出現堵塞等異常情況。

在軸承潤滑方面，新型錘式破碎機創新性地使用了潤滑站循環油潤滑，潤滑站可以監測進油流量及回油溫度，確保高轉速下軸承溫度正常與連續運行，經實測，軸承連續運行的溫度穩定在50 ℃上下。新型錘式破碎機的稀油潤滑使用現場如圖6所示。

圖6 新型錘式破碎機稀油潤滑使用現場

應用發現，建筑裝修垃圾含有紅磚、混凝土加氣塊，硬度較為適中。處理建筑裝修垃圾時，錘式破碎機相對于其他破碎機的優勢在于其單位效益，生產過程設備運行穩定，不需要專人進行針對性維護。要定期對比兩側錘頭的高差，若高差大于5 cm，即可更換錘頭方向。當錘頭距轉子的距離小于10 cm 時，即可更換新錘頭，以保證錘頭的使用效率和破碎比。

為了更直觀地表現生產過程中設備的使用情況，更好地反映不同時間段錘頭使用時的磨損情況，筆者對錘頭使用過程中的破碎情況進行采樣分析。現場生產原料保證特性基本相似，上料速度保持基本恒定，分別采集兩組數據，兩次取樣間隔20 d 左右，并對破碎后的原料進行篩分比較，以15 mm 作為粒徑分界點。其篩分結果分別如表6、表7所示。第一次取樣時，10 min 所生產的各產品共計13 t，0～7 mm 和0～15 mm 合計占比為71.5%，7～25 mm 和25～50 mm 合計占比為28.5%；第二次取樣時，10 min 所生產的各產品共計12.96 t，0～7 mm 和0～15 mm 合計占比為42.13%，7～25 mm和25～50 mm 合計占比為57.87%。

表6 第一次取樣

表7 第二次取樣

根據篩分數據，當間隔20 d 時，15 mm 以下粒徑的原料由71.5%降到42.13%，按照每天生產550 t來計算，20 d共生產1.1萬t。此時，為了確保產品質量，要對錘頭進行翻轉處理，以保證其破碎效率。

為更直觀地展示錘頭的磨損情況，筆者對第一次取樣時的錘頭磨損情況進行測量。從測量結果來看，原錘頭中心至錘頭頂端的距離為185 mm，經過一段時間磨損后，入料側的錘頭磨損量已達到45 mm，而出料側的錘頭磨損基本保持原有量，如圖7所示。

圖7 檢查錘頭情況

綜上所述，若使用新型錘式破碎機處理建筑裝修垃圾，當處理量達到1 萬t 時，要檢查錘頭并調轉方向，處理量達到2 萬t 時，要更換錘頭。一套錘頭可處理建筑裝修垃圾2 萬t，更換周期為20 d，每套錘頭價格為10 萬元。結合項目現場工藝及管理成本進行計算，處置線總成本約為160 萬元，其分為三個主系統（一級破碎、二級破碎、除雜系統），每個系統的平均利潤為52 萬左右。一套錘頭可實現利潤156 萬元。傳統反擊式破碎機根據生產統計計算，每套反擊板可實現利潤約130 萬元。新型錘式破碎機的經濟價值相對于傳統破碎機更高。

6 結論

新型錘式破碎機針對建筑裝修垃圾的特點進行結構設計，有效地解決破碎建筑裝修垃圾時輕物質堵塞設備的難題。與其他同類設備相比，這種錘式破碎機有顯著的優勢，其獨特的結構可以使破碎效率大幅提高。

一是新型錘式破碎機在建筑裝修垃圾的處置過程中利用高速旋轉的錘頭，將原料中的大塊雜質撕碎，以便展開原料除雜工藝，提高原料純凈度。對于目前使用的新型錘式破碎機的建筑裝修垃圾生產線，整體要求產品含雜率不高于1.5‰。另外，該型設備具有很好的破碎效率和持續性，在當今社會對于資源循環利用產業綠色發展有積極的意義。

二是新型錘式破碎機在破碎建筑裝修垃圾時采用剪切、擠壓、沖擊等破碎方式，相對于傳統破碎機，其破碎方式變得多樣化。由于其采用多種破碎方式，在破碎過程中，產品的粒徑較為均勻，針片狀顆粒含量少，經過試驗采樣得出，新型錘式破碎機破碎產品中針片狀顆粒含量相對于傳統破碎機降低3 個百分點，提高了產品市場化應用要求。

三是新型錘式破碎機檢修窗口采用封閉式可翻折設計，生產過程中不需要專人巡檢，節約了人力成本。在對設備進行檢修時，只需要打開檢修窗口即可進入設備內部，錘頭及內部備件更換非常便捷，便于生產運營過程中的設備管理。

四是新型錘式破碎機處理建筑裝修垃圾的過程中，處理量達到1 萬t 時需要對錘頭進行檢查并調轉方向，處理量達到2 萬t 時需要對錘頭進行更換。在實際應用中，可根據每日的處理量統計，當處理量達到要求時便可進行檢修操作。每套錘頭價格便宜，結合建筑裝修垃圾處置收費情況，一套錘頭可實現利潤156 萬元，其具有很高的經濟價值。

五是新型錘式破碎機與處置線的整體配合度更高，其破碎效果好，產品質量高，檢修便捷，對整個處置線的篩分作業、除雜作業均有幫助。配合處置線的整體效果更符合產品要求，整體效能要高。