胡 晴 穆凱旋 姚志偉

(1.南大環(huán)境規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院(江蘇)有限公司；2.南京大學(xué)環(huán)境規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院集團(tuán)股份公司，南京 210093)

目前，我國(guó)每年產(chǎn)生的建筑垃圾大約占到城市垃圾的40%[1]，雖然政府和企業(yè)廣泛推廣建設(shè)建筑垃圾處理項(xiàng)目，但該行業(yè)發(fā)展還不夠成熟，設(shè)備供應(yīng)商也是參差不齊，且大多是砂石骨料生產(chǎn)廠(chǎng)家轉(zhuǎn)型而來(lái)。建設(shè)單位、設(shè)計(jì)院等對(duì)于建筑垃圾處理項(xiàng)目還處于摸索階段，甚至對(duì)整個(gè)項(xiàng)目的認(rèn)知僅限于“處理量”，而對(duì)工藝流程設(shè)計(jì)和設(shè)備選型都依賴(lài)于設(shè)備供應(yīng)商。本文以某縣50 t/h建筑垃圾處理項(xiàng)目為例，基于建筑垃圾處理典型設(shè)備，提出建筑垃圾處理關(guān)鍵設(shè)備選型的要素，為同類(lèi)型項(xiàng)目設(shè)計(jì)提供思路。

1 建筑垃圾處理典型設(shè)備

建筑垃圾處理典型設(shè)備包括：給料機(jī)、破碎機(jī)、篩分機(jī)、磁選機(jī)、風(fēng)選機(jī)等。圖1為典型的固定式建筑垃圾處理工藝流程圖，建筑垃圾處理過(guò)程主要是建筑垃圾通過(guò)破碎、篩分后加工成粗碎、細(xì)碎等不同規(guī)格的再生骨料，因此建筑垃圾處理過(guò)程中關(guān)鍵設(shè)備是破碎機(jī)和篩分機(jī)[2]。

建筑垃圾在產(chǎn)生地或進(jìn)料車(chē)間進(jìn)行預(yù)破碎，粒徑小于1米后，通過(guò)給料機(jī)輸送至一次篩分設(shè)備，篩分出其中的廢渣土再進(jìn)行一次破碎，進(jìn)一步減小建筑垃圾的尺寸。一次破碎后通過(guò)磁力分選除去其中的廢金屬，再經(jīng)過(guò)二次破碎和二次篩分，進(jìn)一步達(dá)到建筑垃圾破碎和粒徑分級(jí)的目的。其中，二次破碎后需通過(guò)人工、風(fēng)力或浮力分選，將其中的廢塑料、廢木材類(lèi)垃圾等分選出來(lái)，以保證最終骨料的純度。二次篩分出10～31.5 mm的再生中、粗骨料可用于生產(chǎn)混凝土或無(wú)機(jī)混合料應(yīng)用于道路工程；篩分出0～10 mm的再生中骨料可用于生產(chǎn)再生磚。根據(jù)再生骨料的應(yīng)用方向生產(chǎn)機(jī)制砂時(shí)，需經(jīng)過(guò)三次破碎和三次篩分，主要目的是細(xì)碎和再生骨料分級(jí)，最終得到粒徑為0～5 mm的再生細(xì)骨料。處理過(guò)程中分選出的廢金屬類(lèi)物質(zhì)回收再利用；廢塑料、廢木料等其他物質(zhì)分類(lèi)打包后外委處置。

圖1 典型工藝流程圖

2 建筑垃圾處理關(guān)鍵設(shè)備選型的要素

建筑垃圾處理是系統(tǒng)化工程，作為工程中關(guān)鍵設(shè)備的破碎機(jī)、篩分機(jī)選型前，需根據(jù)建筑垃圾的物料組分、處理工藝流程等方面選擇適合建筑垃圾處理的破碎機(jī)和篩分機(jī)。

2.1 建筑垃圾物料組分

我國(guó)建筑垃圾中由廢棄舊居民建筑物、廢舊廠(chǎng)房拆除所產(chǎn)生的混凝土塊、磚石類(lèi)占比最大，約為80%，其余為木料、渣土等。而裝修垃圾組成較為復(fù)雜，除混凝土、砌塊、渣土外還存在少量廢油漆桶等有害物質(zhì)，具體進(jìn)料組分見(jiàn)表1。由表可見(jiàn)，建筑垃圾主要是混凝土磚石類(lèi)和灰土混合類(lèi)，混凝土磚石類(lèi)和灰土混合類(lèi)按普氏硬度系數(shù)劃分的硬度等級(jí)分別屬于：中硬和很軟；硬度等級(jí)分別為4～8級(jí)和<2級(jí)。

表1 建筑垃圾物料組分分析

2.2 破碎篩分系統(tǒng)設(shè)備種類(lèi)

2.2.1 破碎系統(tǒng)

結(jié)合建筑垃圾處理典型工藝流程(圖1)，建筑垃圾破碎設(shè)備主要分為三類(lèi)：

(1)一次破碎工藝可選擇錘式破碎機(jī)或顎式破碎機(jī)。設(shè)備應(yīng)具有進(jìn)料尺寸大、破碎能力強(qiáng)、沖擊力強(qiáng)、不易堵腔的性能特點(diǎn)。

(2)二次破碎工藝可選擇反擊式破碎機(jī)或圓錐破碎機(jī)。設(shè)備應(yīng)具有破碎比大、沖擊力強(qiáng)、破碎效率高、出料粒度好的性能特點(diǎn)。

(3)三次破碎工藝可選擇立軸破碎機(jī)或輥式破碎機(jī)。設(shè)備應(yīng)具有破碎效率高、骨料粒形好的性能特點(diǎn)，在避免物料過(guò)度粉碎的同時(shí)確保最終針片狀骨料含量低于規(guī)范要求。

二次破碎和三次破碎可采用“閉路”破碎，使大粒徑的物料返回破碎機(jī)再次破碎，以滿(mǎn)足再生骨料級(jí)配要求。表2將各類(lèi)破碎機(jī)從進(jìn)料組分適應(yīng)性、塑形能力及經(jīng)濟(jì)性等方面進(jìn)行對(duì)比分析。由表可知，一次破碎建議采用顎式破碎機(jī)，二次破碎建議采用反擊式破碎機(jī)，三次破碎建議采用立軸破碎機(jī)。三次破碎工藝可根據(jù)再生骨料產(chǎn)品粒徑分級(jí)需求增加，若生產(chǎn)再生中粗骨料，只需要到二次破碎即可，而需要生產(chǎn)人工機(jī)制砂時(shí)，則需增加三次破碎的設(shè)備，甚至是研磨設(shè)備。

表2 各破碎段破碎機(jī)對(duì)比分析

2.2.2 篩分系統(tǒng)

由建筑垃圾處理典型工藝流程(圖1)可知，篩分工藝主要分為三類(lèi)：預(yù)篩分、檢查篩分(一次、二次篩分)、分級(jí)篩分(三次篩分)，如果最終產(chǎn)品要求是人工機(jī)制砂，還需要增加沖洗、脫水、脫泥等篩分工藝[3]。具體工藝如下：

(1)預(yù)篩分是物料進(jìn)入一次破碎前的篩分作業(yè)，常用兩種設(shè)備：一是除土篩，常設(shè)于顎式破碎機(jī)之前，主要用于建筑垃圾中廢土的篩分；二是棒條篩，篩分出的篩上物送至顎式破碎機(jī)，篩下物送至除土篩，進(jìn)一步去除建筑垃圾中的廢土。

(2)檢查篩分主要采用重型篩，例如重型圓振篩、重型階梯篩。重型篩主要有兩種功能：一是分流建筑垃圾物料，減輕后續(xù)人工分選機(jī)、風(fēng)選機(jī)或浮選機(jī)的工作強(qiáng)度，增強(qiáng)分選塑料類(lèi)、廢木料類(lèi)等其他雜質(zhì)的效果。二是調(diào)整物料級(jí)配以控制進(jìn)入反擊式破碎機(jī)的粒徑。

(3)分級(jí)篩分常用的設(shè)備是圓振篩。分級(jí)篩分主要功能是再生骨料粒徑分級(jí)，可按照混凝土用再生粗骨料單粒級(jí)分為5～10 mm、10～20 mm和16～31.5 mm三種規(guī)格[4]。

2.3 破碎篩分設(shè)備選型關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)

現(xiàn)階段建筑垃圾處理生產(chǎn)再生骨料中，破碎系統(tǒng)多采用“預(yù)破碎+一次破碎+二次破碎”工藝；篩分系統(tǒng)多采用“預(yù)篩分+檢查篩分+分級(jí)篩分”工藝，例如金華市建筑垃圾資源化利用項(xiàng)目和山安立德建筑垃圾資源化處理項(xiàng)目[5-6]。下面對(duì)上述工藝中的破碎機(jī)和篩分機(jī)選型關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)進(jìn)行介紹。

2.3.1 破碎機(jī)

破碎機(jī)選型時(shí)，除“處理量”關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)外，還包括最大允許進(jìn)料(排料)粒徑、排料口調(diào)節(jié)方式、破碎腔型[7-8]。

(1)粒徑

建筑垃圾不同破碎段的生產(chǎn)需求對(duì)應(yīng)不同的破碎程度，破碎程度由最終破碎產(chǎn)物粒度反映，根據(jù)郎寶賢、王羅春等對(duì)破碎機(jī)分類(lèi)研究，各破碎段的粒徑范圍見(jiàn)表3[9-10]。由表3可知，顎式破碎機(jī)作為一次破碎，給料粒度應(yīng)為500～1 000 mm，排料粒度應(yīng)為100～250 mm；反擊式破碎機(jī)作為二次破碎，允許進(jìn)料粒度應(yīng)不超過(guò)250 mm，排料粒度應(yīng)不超過(guò)60 mm。需要注意的是，建筑垃圾處理中反擊式破碎機(jī)采用“閉路”，受到返料的影響，需要在處理能力上高20%～40%[11]。

表3 各破碎段粒徑范圍分布表

(2)排料口調(diào)節(jié)方式

破碎機(jī)排料口間隙會(huì)因?yàn)槟p而增大，影響建筑垃圾的處理能力和再生骨料的質(zhì)量。常用的排料口調(diào)節(jié)方式分為墊片調(diào)節(jié)法、斜鐵調(diào)節(jié)法和液壓調(diào)節(jié)法。墊片調(diào)節(jié)法屬于傳統(tǒng)方法，必須停機(jī)才能調(diào)節(jié)。楔塊調(diào)節(jié)法調(diào)節(jié)時(shí)費(fèi)力，只適用于中小型破碎機(jī)。目前無(wú)需停機(jī)、操作方便的是液壓調(diào)節(jié)法。

在破碎機(jī)選型時(shí)可優(yōu)先選擇液壓調(diào)節(jié)法的排料口調(diào)節(jié)方式。

(3)破碎腔型

顎式破碎機(jī)的破碎腔內(nèi)部的破碎壁可分為曲線(xiàn)形和直線(xiàn)形，直線(xiàn)形破碎腔很容易造成堵塞現(xiàn)象，曲線(xiàn)形破碎腔利用遞增式狀態(tài)，加大了動(dòng)靜顎在工作時(shí)與破碎腔的接觸面，在一定程度上可以避免堵料現(xiàn)象。由于建筑垃圾的復(fù)雜性，建筑垃圾處理所采用的顎式破碎機(jī)在選型時(shí)優(yōu)先考慮V型深腔型，例如PE系列的深腔重型顎式破碎機(jī)。

反擊式破碎機(jī)的破碎腔型主要分為兩腔和三腔，分別具有兩個(gè)反擊架和三個(gè)反擊架。為提高建筑垃圾的破碎效率，同時(shí)發(fā)揮反擊式破碎機(jī)一定的骨料塑型能力，選型時(shí)可優(yōu)先選擇三腔反擊式破碎機(jī)中的大腔型錘式反擊式破碎機(jī)。

2.3.2 篩分機(jī)

篩分機(jī)最關(guān)鍵的技術(shù)參數(shù)是篩分效率，振動(dòng)篩篩分效率達(dá)90%，固定篩篩分效率雖只有60%，但造價(jià)低，所以建筑垃圾處理一般都采用固定篩進(jìn)行預(yù)篩分，振動(dòng)篩進(jìn)行檢查和分級(jí)篩分[10]。固定篩和振動(dòng)篩的篩分效率受傾斜角、振動(dòng)強(qiáng)度、篩面層數(shù)等技術(shù)參數(shù)影響。根據(jù)建筑垃圾處理流程中不同篩分工藝，其關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)選擇不盡相同，具體見(jiàn)表4。

(1)傾斜角

篩面傾斜角一般在0°～45°，篩面傾斜角關(guān)系到篩分速度(篩分時(shí)間)和效率：篩分速度與傾斜角成正比關(guān)系，篩分效率卻與傾斜角成反比關(guān)系?？梢?jiàn)，為兼顧篩分速度和篩分效率，一般建筑垃圾處理中篩分機(jī)的傾角取中間段18°～20°。

(2)篩面層數(shù)

建筑垃圾處理中篩分機(jī)的篩面應(yīng)根據(jù)處理工藝流程中再生骨料級(jí)配進(jìn)行選擇單、雙、三或四面。

(3)振動(dòng)強(qiáng)度

頻率和振幅兩個(gè)因素構(gòu)成振動(dòng)強(qiáng)度。一般對(duì)于大于31.75 mm粗料篩分采取低頻高幅；對(duì)于9.53～31.75 mm中細(xì)物料采取中頻中幅；而對(duì)于小于9.93 mm細(xì)料的篩分采用高頻低幅[10]。

表4 不同篩分機(jī)關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)表

3 工程案例

3.1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

某縣500 t/h建筑垃圾處理項(xiàng)目以生產(chǎn)0～5 mm、5～10 mm、10～31.5 mm再生骨料為主要目的，年工作300天，年處理建筑垃圾120萬(wàn)噸。結(jié)合上述建筑垃圾物料組分以及破碎、篩分工藝，本項(xiàng)目工藝流程設(shè)計(jì)如圖2所示。破碎系統(tǒng)采用“預(yù)破碎+一次破碎+二次破碎”工藝：在進(jìn)入振動(dòng)給料機(jī)前將大于1 m的物料預(yù)先破碎，一次破碎采用顎式破碎機(jī)，二次破碎采用反擊式破碎機(jī)。篩分系統(tǒng)采用“預(yù)篩分+檢查篩分+分級(jí)篩分”工藝：設(shè)備分別采用棒條篩、除土篩、重型篩及圓振篩。通過(guò)圓振篩將大于31.5 mm的骨料返料至反擊式破碎機(jī)再破碎，形成閉路，直至物料粒徑小于等于31.5 mm，最后得到0～5 mm、5～10 mm、10～31.5 mm再生骨料。

1—棒條篩；2—顎式破碎機(jī)；3—反擊式破碎機(jī)；4—除土篩；5—重型篩；6—圓振篩；7—人工分選機(jī)；8—風(fēng)選機(jī)；9—輸送機(jī)；10—磁選機(jī)圖2 某縣500 t/h建筑垃圾處理工藝流程圖

3.2 設(shè)備選型

3.2.1 設(shè)備關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)

按破碎機(jī)和篩分機(jī)選型關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)，選擇滿(mǎn)足項(xiàng)目要求的設(shè)備，其關(guān)鍵參數(shù)如表5。

表5 項(xiàng)目設(shè)備關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)表

3.2.2 設(shè)備質(zhì)量分析

破碎機(jī)和篩分機(jī)作為建筑垃圾處理系統(tǒng)中最關(guān)鍵的設(shè)備，其設(shè)備質(zhì)量由設(shè)備本身和產(chǎn)品(建筑垃圾再生骨料)質(zhì)量決定。產(chǎn)品粒度和產(chǎn)品粒形是衡量破碎機(jī)和篩分機(jī)質(zhì)量的主要指標(biāo)。

(1)產(chǎn)品粒度

破碎機(jī)的粒度特性曲線(xiàn)可鑒定破碎機(jī)的破碎效果，是作為破碎機(jī)質(zhì)量衡量的重要依據(jù)。篩分機(jī)的粒度分配曲線(xiàn)直接反應(yīng)篩分機(jī)的篩分效率，篩分效率是衡量篩分過(guò)程最重要的質(zhì)量指標(biāo)。由于篩分機(jī)的篩分效率的計(jì)算與分配粒度的取值、物料組分、物料性質(zhì)等外在因素有直接關(guān)系，且建筑垃圾較復(fù)雜，本項(xiàng)目所采用的篩分機(jī)暫不做分配粒度曲線(xiàn)分析[12]。

選擇滿(mǎn)足以上技術(shù)參數(shù)下的兩家設(shè)備供應(yīng)商的顎式破碎機(jī)，顎式破碎機(jī)的粒度特性曲線(xiàn)如圖3所示，排料口尺寸在75～250 mm時(shí)，粒度特性曲線(xiàn)呈指數(shù)增長(zhǎng)，正好反映建筑垃圾中多屬于中細(xì)度的混凝土類(lèi)和灰土類(lèi)，屬于易碎性物料。同時(shí)，在通過(guò)率為80%和排料口尺寸100 mm時(shí)，供應(yīng)商A對(duì)應(yīng)的方孔篩尺寸遠(yuǎn)超過(guò)100 mm，供應(yīng)商B剛好相反，可見(jiàn)供應(yīng)商B的顎式破碎機(jī)破碎效果更佳。

a—供應(yīng)商A顎式破碎機(jī)粒度特性曲線(xiàn) b—供應(yīng)商B顎式破碎機(jī)粒度特性曲線(xiàn)圖3 供應(yīng)商A、B顎式破碎機(jī)粒度特性曲線(xiàn)圖

在供應(yīng)商A、B的產(chǎn)品手冊(cè)中再選擇滿(mǎn)足技術(shù)參數(shù)所需的反擊式破碎機(jī)，其粒度特性曲線(xiàn)如圖4所示?？梢?jiàn)，排料口尺寸在2～60 mm時(shí)，粒度特性曲線(xiàn)呈指數(shù)增長(zhǎng)，其反應(yīng)結(jié)果與圖3正好相一致。同時(shí)，供應(yīng)商A在通過(guò)率為80%和排料口尺寸50 mm時(shí)對(duì)應(yīng)的方孔篩尺寸與供應(yīng)商B相差僅1 mm，可見(jiàn)供應(yīng)商A、B在反擊式破碎機(jī)破碎效果上性能相當(dāng)。

a——供應(yīng)商A反擊式破碎機(jī)粒度特性曲線(xiàn) b——供應(yīng)商B反擊式破碎機(jī)粒度特性曲線(xiàn)圖4 供應(yīng)商A、B反擊式破碎機(jī)粒度特性曲線(xiàn)圖

(2)產(chǎn)品粒形

建筑垃圾再生粗骨料產(chǎn)品粒形需滿(mǎn)足《混凝土用再生粗骨料》(GB/T 25177—2010)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，其試運(yùn)行中再生骨料檢測(cè)結(jié)果如表5所示，可見(jiàn)再生骨料表觀密度、空隙率、泥塊含量和針片狀顆粒合格率分別為98%、95%、90%和88%，其再生骨料質(zhì)量較好。

表5 項(xiàng)目再生骨料檢測(cè)結(jié)果表

4 結(jié)論

破碎機(jī)和篩分機(jī)屬于建筑垃圾處理關(guān)鍵設(shè)備，以某縣建筑垃圾500 t/h處理項(xiàng)目為例，破碎系統(tǒng)采用“預(yù)破碎+一次破碎+二次破碎”工藝；篩分系統(tǒng)采用“預(yù)篩分+檢查篩分+分級(jí)篩分”。其中，預(yù)破碎屬于進(jìn)場(chǎng)前的破碎；一次破碎采用顎式破碎機(jī)；二次破碎采用反擊式破碎機(jī)，預(yù)篩分采用除土篩和棒條篩；檢查篩分采用重型篩；分級(jí)篩分采用圓振篩。通過(guò)破碎、篩分，建筑垃圾再生骨料表觀密度、空隙率、泥塊含量和針片狀顆粒合格率分別為98%、95%、90%和88%，質(zhì)量較好。