新型筛分布料一体破碎机的设计与应用

□张志实

中国成达工程公司成都610041

新型筛分布料一体破碎机的设计与应用

□张志实

中国成达工程公司成都610041

介绍了循环流化床锅炉对燃煤粒度的要求，分析了目前市场上各主流破碎机的结构特点、工作原理及主要优缺点，在此基础上设计并应用了一种新型筛分布料一体破碎机。新型一体破碎机的技术特点及优势显著，应用效果良好。

1 循环流化床锅炉对燃煤粒度的要求

随着国内大型循环流化床机组的相继投产，电厂所积累的经验越来越丰富，但也出现了新的问题，如燃煤粒度不合格。燃煤粒度不合格表现为两种极端情况：过破碎和产生大颗粒。循环流化床机组的制煤系统包括筛煤机、破碎机。大型机组一般设置为两筛两碎，即使这样也还是会出现粒度不合格的问题。

实践证明，入炉煤的颗粒度对循环流化床锅炉的点火启动、运行控制、燃烧效率以及风帽与水冷壁等部件的运行均有很大影响。为保证锅炉的正常流化，需加大一次风量。加大一次风量后，锅炉的密相区上移，锅炉炉内的磨损量增大，风机的电耗增加。锅炉密相区床温高，严重时锅炉需降负荷运行。内循环增加且床压高，改变了渣和飞灰的比例，造成排渣困难甚至堵渣。燃料与氧气的接触面积减小，燃烧效率降低，底渣含碳量增大，从而影响锅炉的经济性。大粒径的床料会沉积，使流化恶化，引起锅炉结焦。循环流化床锅炉燃煤在煤种发热量一定的前提下，入炉煤的颗粒度大小直接影响锅炉流化工况、燃烧工况、耗煤量及排渣，这就要求所选用的煤炭破碎机设备必须能满足设计颗粒度要求。当前电厂来煤燃料中混有一定比例的煤矸石，煤矸石是采煤和洗煤过程中排放的固体废物，是一种在成煤过程中与煤层伴生的含碳量较低、比煤坚硬的黑灰色岩石，它发热值低，价格低廉。掺和一定比例的煤矸石，有利于电厂节省燃料成本[1-2]。

2 新疆蓝山屯河化工有限公司项目概况

该项目采用循环流化床锅炉，锅炉燃煤破碎流程最初考虑电站传统的碎煤破碎站设计方案，具体如图1所示。

图1 电站传统碎煤破碎站设计方案

煤破碎流程为：输煤皮带送入煤炭→一级环锤式破碎机粗破→双转式滚筒筛分筛→燃煤粒径合格直接落至底楼输煤皮带，燃煤粒径不合格进入二级锤头式破碎机破碎细破，再落至底楼输煤皮带[3]。

该传统方案存在很多年，主要是针对来料煤炭粒度大于100 mm时的情况，很多项目的来料煤炭粒度均较小，大部分都小于80 mm，因此本项目设计时采用了最近几年才出现的较科学的筛分布料一体破碎机，具体布置方案如图2所示。

煤破碎流程为：输煤皮带送入煤炭→筛分布料一体破碎机→底楼输煤皮带。

比较两种方案，图2方案布置形式比图1方案简单，图1传统方案要建五层楼房，图2新型方案只需要建三层楼房。

图2 电站新型碎煤破碎站设计方案

3 各种破碎机的优缺点及选型

3.1 环锤式破碎机

破碎筛板为孔或条孔型，物料进入破碎仓破碎时，筛板孔容易被物料堵塞，在内部出现板块大量集成，主电机高速运转，转子上的锤头起到破碎与输送两大功能，直接与物料板进行摩擦，容易加快环锤的磨损，使破碎间隙增大，造成大燃煤粒度增多。内部无法排放有效粒度，过破碎严重，造成破碎机堵塞。当来煤水分很大时，容易堵死设备。普通环锤式破碎机结构只适合粗破，出料粒度大约为30 mm,不能进行细破，优点是设备非常成熟，处理量大，每日可达千吨以上，价格适中。环锤式破碎机结构如图3所示[4]。

图3 环锤式破碎机结构图

3.2 齿辊式破碎机

两齿辊上的齿高为10 mm内，采用挤压功能实现破碎。对煤矸石、煤泥、高水分煤等物料进行破碎时，齿高10 mm范围内磨损相当快，一旦齿因摩擦而磨损，煤泥、高水分料流动性小，可能造成两齿辊打滑,进料口堵塞。大块煤矸石进入破碎，煤矸石硬度使两齿辊同时退让，物料全进全出，且破碎煤矸石时破碎齿磨损严重，无法保证粒度。齿板使用寿命短，且装拆困难，费工费时。该破碎机的优点是过铁能力较好，适合含铁杂质多的物料粗碎，结构如图4所示。

图4 齿辊式破碎机结构图

3.3 可逆锤头式破碎机

锤头为长方形，破碎比高，当前在电厂中应用率高。缺点为破碎面在两直角上，破碎煤矸石时破碎齿磨损严重，锤头角磨损快，物料在破碎腔内全进全出，对符合粒度要求的物料也进行了破碎，容易造成物料过粉碎；过细的物料加剧了锤头和破碎板的磨损；当来煤水分大时，容易堵死设备，优点为技术成熟，处理量大，处理能力可达600 t/h，价格适中，该破碎机结构如图5所示。

图5 可逆锤头式破碎机结构图

4 无堵塞筛分布料一体破碎机

上述环锤式破碎机、齿辊式破碎机、可逆锤头式破碎机均是传统主流成熟破碎机，在全国大范围内应用。新设备无堵塞筛分布料一体破碎机（图6、图7）实际上是锤式破碎机、齿辊式破碎机、滚轴筛、振动筛等几种设备优点的集合，是最近几年才发展出来的新产品。在与环锤破碎机转子功率相等的前提下，物料处理量比环锤式破碎机多，处理粒度也比环锤式破碎机细，在实际应用中对于煤矸石的破碎效果比上述破碎机都好。

图6 筛分布料一体破碎机效果图

图7 筛分布料一体破碎机结构图

筛分布料一体破碎机由筛分无堵破碎机和正弦叶轮分筛布料器两大部分组成，集筛分、布料和破碎功能于一体。当物料进入设备上段，即正弦叶轮分筛布料器后，在叶轮和筛子的作用下均匀布料、自动筛分，粒度合格的物料通过筛面下部和正弦叶轮分筛布料器的旁路直接进入成品通道，粒度不合格的物料均匀地进入设备下段分筛无堵破碎机的破碎腔。物料在破碎腔内受到绕主轴高速旋转并同时绕锤轴自转的环锤的冲击、剪切、挤压、研磨，进行第一次破碎。第一次破碎后满足粒度要求的物料通过滚动式筛环的间隙进入正弦叶轮分筛布料器旁路，再进入成品通道。粒度不合格的物料在环锤上获得动能，高速冲向滚动式筛环，受到第二次破碎。如此反复多次，物料在正弦叶轮分筛布料器的破碎腔内被强制进行逐级破碎和逐级筛分，最终粒度满足设计要求的物料全部被排出机外。

筛分布料一体破碎机边破碎边筛分，不会堵煤，而且出料粒度相对均匀，成品率比其它类型破碎机高。正常情况下，锤式破碎机破碎比在6～10之间，筛分布料一体破碎机实际破碎比在区间内处于较高水平。此设备虽然为新设备，但技术可靠性高。在蓝山项目筛分布料一体破碎机选型时，要求一级筛分破碎，且在此类项目中首次要求一次完成。因筛分布料一体破碎机是从环锤式破碎机演变而来的，故参考了环锤式破碎机计算公式[5-6]。

式中：Q为环锤式破碎机生产能力，t/h；K1为修正因数，碎煤时K1=0.6～1.2；K2为修正因数，碎煤时K2=15；L为转子长度，mm；D为破碎机转子直径，mm；N为转子转速，r/min；I为破碎比。

最后定型参数为：破碎机设计能力400 t/h，转子直径为1 400 mm，转子长度为1 600 mm,功率为400 kW。转子设计8排锤环，即使进厂来煤来料粒度大部分大于80 mm，也能保证出料粒度≤13 mm的要求。蓝山项目破碎机外形尺寸如图8所示。

图8 蓝山项目破碎机外形尺寸图

若项目选择传统设计方案，需要两台破碎机与一台筛子，方能把物料破碎到合格粒度，但是这样土建投资较大，且锅炉进煤粒度均匀性不如分筛布料一体破碎机的破碎效果。选用分筛布料一体破碎机后，煤粒度很均匀，锅炉用煤量与一次风机吹风量要低于传统方案，为业主节省了燃料成本、部分设备投资，还节省了几十万的土建投资。分筛布料一体破碎机对工厂制造水平要求不是很高，只要有国产普通机床就能完成设备机械加工，节省成本[7]。

乐山和邦项目锅炉煤破碎设计之初是四齿辊式破碎机，运行几年效果不满意，后改分筛布料一体破碎机。运行效果不佳的原因就是不能保证齿辊式破碎机的出料粒度，出料粒度太大。齿辊式破碎机转速比锤式破碎机低，动能小，且齿辊式破碎机靠挤压，比起锤式破碎机高速旋转碰撞产生的动能小得多，因此出物料时粒度较大。选用分筛布料一体破碎机另一大优点是不堵煤，煤炭含水量大时，运行也不堵塞。各种破碎机的对比见表1。

由表1可见，筛分布料一体破碎机只需要一台设备就可完成破碎筛分，来煤水分多时也不会堵煤，出料粒度均匀，长期运行检修维护方便。

表1 各主流破碎机与分筛布料一体破碎机的技术对比[8-10]

5 结论

新疆蓝山项目煤破碎输送运行2年，分筛布料一体破碎机运行稳定，破碎出的粒度符合循环流化床锅炉要求，是一种比较理想的破碎机。特别是对于坑口电厂等煤矸石含量大的循环流化床锅炉电厂很实用。

[1]蒋敏华，肖平.大型循环流化床锅炉技术[M].北京：中国电力出版社，2009.

[2]肖峰，王冬福，李柄顺.循环流化床锅炉的技术特点[J].装备机械，2011(2):23-31.

[3]机械化运输设计手册编委会.机械化运输设计手册[M].北京：机械工业出版社，1997.

[4]唐敬麟.破碎与筛分机械设计选用手册[M].北京：化学工业出版社，2001.

[5]成大先.机械设计手册[M].5版.北京：化学工业出版社，2008.

[6]闻邦椿.机械设计手册[M].5版.北京：机械工业出版社，2009.

[7]王敏.浅析数控机床技术现状[J].机械制造，2012，50（8）:49-51.

[8]李凡.矿山机械修理与安装[M].重庆：重庆大学出版社2009.

[9]郎宝贤，郎世平.破碎机[M].北京:冶金工业出版社,2008.

[10]中国煤炭加工利用协会.选煤厂破碎与筛分[M].徐州：中国矿业大学出版社，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.

筛分布料一体破碎机；设计；应用

Crushing Machine Integrating MaterialScreening and Distribution；Design；Application

TH122

A

1672-0555（2016）03-024-05

2016年3月

张志实（1981—），男，本科，工程师，主要从事粉体物料破碎、筛分等物料处理机械设备的设计工作