□張志實(shí)

中國成達(dá)工程公司成都610041

新型篩分布料一體破碎機(jī)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

□張志實(shí)

中國成達(dá)工程公司成都610041

介紹了循環(huán)流化床鍋爐對(duì)燃煤粒度的要求，分析了目前市場(chǎng)上各主流破碎機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工作原理及主要優(yōu)缺點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)并應(yīng)用了一種新型篩分布料一體破碎機(jī)。新型一體破碎機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)顯著，應(yīng)用效果良好。

1 循環(huán)流化床鍋爐對(duì)燃煤粒度的要求

隨著國內(nèi)大型循環(huán)流化床機(jī)組的相繼投產(chǎn)，電廠所積累的經(jīng)驗(yàn)越來越豐富，但也出現(xiàn)了新的問題，如燃煤粒度不合格。燃煤粒度不合格表現(xiàn)為兩種極端情況：過破碎和產(chǎn)生大顆粒。循環(huán)流化床機(jī)組的制煤系統(tǒng)包括篩煤機(jī)、破碎機(jī)。大型機(jī)組一般設(shè)置為兩篩兩碎，即使這樣也還是會(huì)出現(xiàn)粒度不合格的問題。

實(shí)踐證明，入爐煤的顆粒度對(duì)循環(huán)流化床鍋爐的點(diǎn)火啟動(dòng)、運(yùn)行控制、燃燒效率以及風(fēng)帽與水冷壁等部件的運(yùn)行均有很大影響。為保證鍋爐的正常流化，需加大一次風(fēng)量。加大一次風(fēng)量后，鍋爐的密相區(qū)上移，鍋爐爐內(nèi)的磨損量增大，風(fēng)機(jī)的電耗增加。鍋爐密相區(qū)床溫高，嚴(yán)重時(shí)鍋爐需降負(fù)荷運(yùn)行。內(nèi)循環(huán)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(jīng)濟(jì)性。大粒徑的床料會(huì)沉積，使流化惡化，引起鍋爐結(jié)焦。循環(huán)流化床鍋爐燃煤在煤種發(fā)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(jī)設(shè)備必須能滿足設(shè)計(jì)顆粒度要求。當(dāng)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(jiān)硬的黑灰色巖石，它發(fā)熱值低，價(jià)格低廉。摻和一定比例的煤矸石，有利于電廠節(jié)省燃料成本[1-2]。

2 新疆藍(lán)山屯河化工有限公司項(xiàng)目概況

該項(xiàng)目采用循環(huán)流化床鍋爐，鍋爐燃煤破碎流程最初考慮電站傳統(tǒng)的碎煤破碎站設(shè)計(jì)方案，具體如圖1所示。

圖1 電站傳統(tǒng)碎煤破碎站設(shè)計(jì)方案

煤破碎流程為：輸煤皮帶送入煤炭→一級(jí)環(huán)錘式破碎機(jī)粗破→雙轉(zhuǎn)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(jìn)入二級(jí)錘頭式破碎機(jī)破碎細(xì)破，再落至底樓輸煤皮帶[3]。

該傳統(tǒng)方案存在很多年，主要是針對(duì)來料煤炭粒度大于100 mm時(shí)的情況，很多項(xiàng)目的來料煤炭粒度均較小，大部分都小于80 mm，因此本項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)采用了最近幾年才出現(xiàn)的較科學(xué)的篩分布料一體破碎機(jī)，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(jī)→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(jiǎn)單，圖1傳統(tǒng)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(shè)計(jì)方案

3 各種破碎機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)及選型

3.1 環(huán)錘式破碎機(jī)

破碎篩板為孔或條孔型，物料進(jìn)入破碎倉破碎時(shí)，篩板孔容易被物料堵塞，在內(nèi)部出現(xiàn)板塊大量集成，主電機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子上的錘頭起到破碎與輸送兩大功能，直接與物料板進(jìn)行摩擦，容易加快環(huán)錘的磨損，使破碎間隙增大，造成大燃煤粒度增多。內(nèi)部無法排放有效粒度，過破碎嚴(yán)重，造成破碎機(jī)堵塞。當(dāng)來煤水分很大時(shí)，容易堵死設(shè)備。普通環(huán)錘式破碎機(jī)結(jié)構(gòu)只適合粗破，出料粒度大約為30 mm,不能進(jìn)行細(xì)破，優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備非常成熟，處理量大，每日可達(dá)千噸以上，價(jià)格適中。環(huán)錘式破碎機(jī)結(jié)構(gòu)如圖3所示[4]。

圖3 環(huán)錘式破碎機(jī)結(jié)構(gòu)圖

3.2 齒輥式破碎機(jī)

兩齒輥上的齒高為10 mm內(nèi)，采用擠壓功能實(shí)現(xiàn)破碎。對(duì)煤矸石、煤泥、高水分煤等物料進(jìn)行破碎時(shí)，齒高10 mm范圍內(nèi)磨損相當(dāng)快，一旦齒因摩擦而磨損，煤泥、高水分料流動(dòng)性小，可能造成兩齒輥打滑,進(jìn)料口堵塞。大塊煤矸石進(jìn)入破碎，煤矸石硬度使兩齒輥同時(shí)退讓，物料全進(jìn)全出，且破碎煤矸石時(shí)破碎齒磨損嚴(yán)重，無法保證粒度。齒板使用壽命短，且裝拆困難，費(fèi)工費(fèi)時(shí)。該破碎機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是過鐵能力較好，適合含鐵雜質(zhì)多的物料粗碎，結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 齒輥式破碎機(jī)結(jié)構(gòu)圖

3.3 可逆錘頭式破碎機(jī)

錘頭為長(zhǎng)方形，破碎比高，當(dāng)前在電廠中應(yīng)用率高。缺點(diǎn)為破碎面在兩直角上，破碎煤矸石時(shí)破碎齒磨損嚴(yán)重，錘頭角磨損快，物料在破碎腔內(nèi)全進(jìn)全出，對(duì)符合粒度要求的物料也進(jìn)行了破碎，容易造成物料過粉碎；過細(xì)的物料加劇了錘頭和破碎板的磨損；當(dāng)來煤水分大時(shí)，容易堵死設(shè)備，優(yōu)點(diǎn)為技術(shù)成熟，處理量大，處理能力可達(dá)600 t/h，價(jià)格適中，該破碎機(jī)結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 可逆錘頭式破碎機(jī)結(jié)構(gòu)圖

4 無堵塞篩分布料一體破碎機(jī)

上述環(huán)錘式破碎機(jī)、齒輥式破碎機(jī)、可逆錘頭式破碎機(jī)均是傳統(tǒng)主流成熟破碎機(jī)，在全國大范圍內(nèi)應(yīng)用。新設(shè)備無堵塞篩分布料一體破碎機(jī)（圖6、圖7）實(shí)際上是錘式破碎機(jī)、齒輥式破碎機(jī)、滾軸篩、振動(dòng)篩等幾種設(shè)備優(yōu)點(diǎn)的集合，是最近幾年才發(fā)展出來的新產(chǎn)品。在與環(huán)錘破碎機(jī)轉(zhuǎn)子功率相等的前提下，物料處理量比環(huán)錘式破碎機(jī)多，處理粒度也比環(huán)錘式破碎機(jī)細(xì)，在實(shí)際應(yīng)用中對(duì)于煤矸石的破碎效果比上述破碎機(jī)都好。

圖6 篩分布料一體破碎機(jī)效果圖

圖7 篩分布料一體破碎機(jī)結(jié)構(gòu)圖

篩分布料一體破碎機(jī)由篩分無堵破碎機(jī)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(dāng)物料進(jìn)入設(shè)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(dòng)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(jìn)入成品通道，粒度不合格的物料均勻地進(jìn)入設(shè)備下段分篩無堵破碎機(jī)的破碎腔。物料在破碎腔內(nèi)受到繞主軸高速旋轉(zhuǎn)并同時(shí)繞錘軸自轉(zhuǎn)的環(huán)錘的沖擊、剪切、擠壓、研磨，進(jìn)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(dòng)式篩環(huán)的間隙進(jìn)入正弦葉輪分篩布料器旁路，再進(jìn)入成品通道。粒度不合格的物料在環(huán)錘上獲得動(dòng)能，高速?zèng)_向滾動(dòng)式篩環(huán)，受到第二次破碎。如此反復(fù)多次，物料在正弦葉輪分篩布料器的破碎腔內(nèi)被強(qiáng)制進(jìn)行逐級(jí)破碎和逐級(jí)篩分，最終粒度滿足設(shè)計(jì)要求的物料全部被排出機(jī)外。

篩分布料一體破碎機(jī)邊破碎邊篩分，不會(huì)堵煤，而且出料粒度相對(duì)均勻，成品率比其它類型破碎機(jī)高。正常情況下，錘式破碎機(jī)破碎比在6～10之間，篩分布料一體破碎機(jī)實(shí)際破碎比在區(qū)間內(nèi)處于較高水平。此設(shè)備雖然為新設(shè)備，但技術(shù)可靠性高。在藍(lán)山項(xiàng)目篩分布料一體破碎機(jī)選型時(shí)，要求一級(jí)篩分破碎，且在此類項(xiàng)目中首次要求一次完成。因篩分布料一體破碎機(jī)是從環(huán)錘式破碎機(jī)演變而來的，故參考了環(huán)錘式破碎機(jī)計(jì)算公式[5-6]。

式中：Q為環(huán)錘式破碎機(jī)生產(chǎn)能力，t/h；K1為修正因數(shù)，碎煤時(shí)K1=0.6～1.2；K2為修正因數(shù)，碎煤時(shí)K2=15；L為轉(zhuǎn)子長(zhǎng)度，mm；D為破碎機(jī)轉(zhuǎn)子直徑，mm；N為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，r/min；I為破碎比。

最后定型參數(shù)為：破碎機(jī)設(shè)計(jì)能力400 t/h，轉(zhuǎn)子直徑為1 400 mm，轉(zhuǎn)子長(zhǎng)度為1 600 mm,功率為400 kW。轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)8排錘環(huán)，即使進(jìn)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(lán)山項(xiàng)目破碎機(jī)外形尺寸如圖8所示。

圖8 藍(lán)山項(xiàng)目破碎機(jī)外形尺寸圖

若項(xiàng)目選擇傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，需要兩臺(tái)破碎機(jī)與一臺(tái)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(jìn)煤粒度均勻性不如分篩布料一體破碎機(jī)的破碎效果。選用分篩布料一體破碎機(jī)后，煤粒度很均勻，鍋爐用煤量與一次風(fēng)機(jī)吹風(fēng)量要低于傳統(tǒng)方案，為業(yè)主節(jié)省了燃料成本、部分設(shè)備投資，還節(jié)省了幾十萬的土建投資。分篩布料一體破碎機(jī)對(duì)工廠制造水平要求不是很高，只要有國產(chǎn)普通機(jī)床就能完成設(shè)備機(jī)械加工，節(jié)省成本[7]。

樂山和邦項(xiàng)目鍋爐煤破碎設(shè)計(jì)之初是四齒輥式破碎機(jī)，運(yùn)行幾年效果不滿意，后改分篩布料一體破碎機(jī)。運(yùn)行效果不佳的原因就是不能保證齒輥式破碎機(jī)的出料粒度，出料粒度太大。齒輥式破碎機(jī)轉(zhuǎn)速比錘式破碎機(jī)低，動(dòng)能小，且齒輥式破碎機(jī)靠擠壓，比起錘式破碎機(jī)高速旋轉(zhuǎn)碰撞產(chǎn)生的動(dòng)能小得多，因此出物料時(shí)粒度較大。選用分篩布料一體破碎機(jī)另一大優(yōu)點(diǎn)是不堵煤，煤炭含水量大時(shí)，運(yùn)行也不堵塞。各種破碎機(jī)的對(duì)比見表1。

由表1可見，篩分布料一體破碎機(jī)只需要一臺(tái)設(shè)備就可完成破碎篩分，來煤水分多時(shí)也不會(huì)堵煤，出料粒度均勻，長(zhǎng)期運(yùn)行檢修維護(hù)方便。

表1 各主流破碎機(jī)與分篩布料一體破碎機(jī)的技術(shù)對(duì)比[8-10]

5 結(jié)論

新疆藍(lán)山項(xiàng)目煤破碎輸送運(yùn)行2年，分篩布料一體破碎機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定，破碎出的粒度符合循環(huán)流化床鍋爐要求，是一種比較理想的破碎機(jī)。特別是對(duì)于坑口電廠等煤矸石含量大的循環(huán)流化床鍋爐電廠很實(shí)用。

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

[2]肖峰，王冬福，李柄順.循環(huán)流化床鍋爐的技術(shù)特點(diǎn)[J].裝備機(jī)械，2011(2):23-31.

[3]機(jī)械化運(yùn)輸設(shè)計(jì)手冊(cè)編委會(huì).機(jī)械化運(yùn)輸設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1997.

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[5]成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].5版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.

[6]聞邦椿.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].5版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

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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(jī)；設(shè)計(jì)；應(yīng)用

Crushing Machine Integrating MaterialScreening and Distribution；Design；Application

TH122

A

1672-0555（2016）03-024-05

2016年3月

張志實(shí)（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(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)工作