燃煤电厂细碎机选型及基础提资研究

李 伟，刘增华，李 阳

(中机国能电力工程有限公司，河北 邯郸 056002)

0 引言

可逆锤击式破碎机是循环流化床锅炉燃煤电厂运煤系统最常用的细碎设备。合理的设备选型和基础提资对于运煤系统的设计至关重要。如果选型和基础提资不合理，不仅会造成工期延误和投资浪费，还会影响机组的安全运行。因此，有必要对可逆锤击式破碎机的选型和基础提资进行研究。

1 可逆锤击式破碎机工作原理、动扰力产生原因及计算方法

1.1 工作原理

可逆锤击式破碎机是一种可以双向旋转的破碎机，可将50 mm的煤破碎到8 mm以下。该破碎机适用于抗压强度不大于100 MPa、水分不大于15%的物料。物料进入破碎机后，受到高速旋转的锤头冲击进行一次破碎，尚未破碎的块料获得动能后，高速冲向破碎板被再次破碎，经过破碎板的反弹，再次被弹向锤头，如此反复，在破碎腔内多次破碎，与此同时，物料还会受到块料间的相互撞击而破碎。合格粒度的物料从排料口排出。产品粒度控制通过调整锤头与破碎板之间的间隙来实现[1]。

1.2 动扰力产生的原因及计算方法

1.2.1 动扰力产生的原因

DL/T1373—2014《可逆锤击式破碎机》[2]规定，转子部件在未装配环锤前，应进行静平衡试验，其允许偏心距应符合表1的规定值。

表1 转子部件静平衡偏心距规定值

转子部件在转配锤头后，同一圆周上两个相对锤头的质量差应不大于0.15 kg，相对称两排锤头的质量差应不大于0.17 kg。

破碎机的振动是由于转子的不平衡惯性力引起的，根源在于转子偏心质量回转时所产生的离心力。离心力也称动扰力，又称振动载荷，作用于转子旋转中心处。

1.2.2 动扰力计算方法

离心力主要包括由于转子偏心产生的离心力F1和由于相互对称两排锤头的质量差产生的离心力F2。总动扰力F为F1和F2两者之和，计算式如下：

式中：m为转子质量，kg；e0为转子部件静平衡偏心距(DL/T 5188—2004《火力发电厂辅助机器基础隔振设计规程》[3]附录表B.1给出的数值为1 mm。为确保安全，建议偏心距按1 mm考虑)，m；ω为转子角速度，rad/s。

式中：Δm为相互对称两排锤头的质量差 (DL/T 1373—2014[2]4.13条，最 大 值 为0.17)，kg；D为转子直径，m；ω为转子角速度，rad/s。

2 可逆锤击式破碎机选型应考虑的因素及建议

破碎机选型时需要考虑最大进煤粒度、成品煤粒度、设备出力、减振设施的型式、锤头是否需要备用、噪声限值和排料口是否设筛板等因素。

2.1 最大进煤粒度

可逆锤击式破碎机允许的最大进煤粒度一般为50 mm。当运煤系统出力小于400 t/h时，最大进煤粒度可定为100 mm[4]。笔者认为当来煤中粒度50～100 mm之间的煤小于30%时，可将最大进煤粒度定为100 mm。

为减少投资、降低运行成本，对于两级破碎系统，建议尽可能增大粗碎机的破碎比，以减小细碎机的破碎比，也就是说要尽可能减小细碎机的最大进煤粒度。

2.2 成品煤粒度

破碎机的成品煤粒度需满足锅炉对入炉煤粒度的要求。锅炉订货后，锅炉厂一般会根据煤质资料给出入炉煤最大粒度和粒径分布曲线，但当燃煤为高水分、低灰分的褐煤时，可能会出现内在水分迅速汽化导致煤粒爆裂从而影响入炉煤最大粒度的情况。

从2006年运煤专业技术交流大会获悉，云南大唐红河发电有限公司装机规模为2×300 MW。燃煤为小龙潭褐煤，干燥基挥发分Vdaf为52.7%，收到基全水分Mar为34.7%。锅炉厂给出的入炉煤最大粒度为10 mm，设计院据此确定采用两级破碎工艺。投运后由于出现锅炉尾部过热、床温偏低、需定期补充床料等问题导致机组无法正常运行。经分析讨论后将入炉煤最大粒度调至30 mm，锅炉才得以正常运行。假如锅炉厂期初将入炉煤最大粒度定为30 mm，那么运煤系统就没有必要设置两级破碎，就可节省上千万元的投资。

印尼某热电厂装机规模为4×135 MW。燃煤为印尼褐煤，干燥基挥发分Vdaf为52.57%，收到基全水分Mar为42.72%。锅炉厂最初要求入炉煤最大粒度为10 mm，最终采纳了设计院提出的加大最大粒度的建议，将其改为20 mm。

DL/T1744—2017《循环流化床锅炉煤制备系统选型导则》[5]附录A给出了成品煤粒径特征值和煤质特性的关系，见表2所列。锅炉厂可根据不同煤质合理确定入炉煤的最大粒度，以免影响锅炉安全运行并造成不必要的投资 浪费。

表2 成品煤粒径特征值和煤质特性的关系[5]

另外，尽管锅炉厂提出了燃煤粒径级配要求，但由于受建设方无法提供来煤粒度分布数据以及受筛、碎设备设计技术和制造能力的制约，因此运煤系统尚不能提供满足粒径级配要求的成品煤，仅能满足最大粒度的要求。此问题尚需相关方面的从业人员进一步研究。

2.3 破碎机出力

2.3.1 运煤系统破碎机额定出力的确定

可逆锤击式破碎机前需设置预先筛分设备，运煤设计人员需了解影响筛分效率的因素，因为筛分设备的筛分效率与确定破碎机出力有直接关系。

影响筛分效率的主要因素为给煤粒度和燃煤表面水分。给煤中大于筛孔尺寸的细颗粒不可能都被筛下去，只有那些比筛孔小得多的细颗粒才会大概率被筛下去。与筛孔尺寸差不多的颗粒属于难筛颗粒。来煤中难筛颗粒越多，筛分效率就越低。另外，当来煤表面水分含量为5%～8%时，会出现楔形水分导致颗粒之间或颗粒与筛板之间产生团聚堵塞筛孔，筛分效率也会显著减小。当表面水分含量为10%～14%以上时，颗粒间会出现空隙水分导致颗粒间内聚力变小,使筛分效率增大。

DL/T 5187.1—2016[6]规定，二级碎煤机的额定出力应充分考虑来煤中杂物、水分等对二级碎煤机出力的影响，当来煤较为粘结、二级细筛不能保证其筛分效率时，不宜低于运煤系统的额定出力。DL/T5556—2019[4]规定，细碎煤机额定出力宜为上煤系统额定出力的70%～100%。

笔者认为尽管在可逆锤击式破碎机前设置了细筛，DL/T 5187.1—2016《火力发电厂运煤设计技术规程 第1部分：运煤系统》[6]也给出了不同类型细筛设备筛分效率的参考值，从理论上讲可以选用额定出力小于上煤系统出力的破碎机，但鉴于建设方无法提供入厂煤粒度分布资料导致很难确定合适的筛分效率，建议破碎机额定出力不宜小于上煤系统额定出力。

2.3.2 单台破碎机最大额定出力的确定

要确定每路上煤系统设置破碎机的台数，就必须了解单台破碎机的最大额定出力。 DL/T 5556—2019[4]条文说明给出了可逆锤击式破碎机能稳定运行的最大额定出力为600 t/h。

2.4 减振设施型式

为减小破碎机振动对厂房结构的冲击，需考虑减振设施。细碎碎煤机出力在300 t/h及以上时，宜设置减振设施[5]。减振设施可选择机械减振或基础减振。机械减振设施为阻尼弹簧复合减振器，一般随破碎机供货，安装在破碎机和厂房楼板之间。基础减振设施由弹簧隔振器和基础平台组成，破碎机安装在基础台座之上，减振设施安装在厂房支撑横梁和基础台座之间，由土建专业设计。DL 5022—2012《火力发电厂土建结构设计技术规程》[7]条文解释“研究表明：碎煤机隔振系统的总质量不宜过小，与设备扰力的比值宜大于30，可以保证隔振平台台面上不出现大振幅”。

建议破碎机减振设施应首先考虑基础减振，可降低厂房高度500～800 mm，降低工程投资。基础隔振设计应按照DL/T 5188—2004[3]的要求进行。

2.5 锤头是否考虑备用

锤 头 使用寿命 不 应 小 于3 000 h[2]。破 碎煤矸石时，锤头的寿命会大大降低。因此，运煤设计人员需要按照质保期的约定并根据上煤系统的运行小时数确定是否需要将锤头纳入备品备件。为避免由于转子不平衡惯性力引起设备的剧烈振动(主轴承座的最大单振幅值在刚性基础下不应大于0.06 mm[3])，锤头一般需整体更换，因此订货时如果需要备用锤头应整套 备用。

2.6 噪声限值

破碎机空载噪声值不应高于90dB(A)[2]。国际工程经常将破碎机的噪声限值作为输煤系统的性能保证之一，投标时应务必引起注意。破碎机重载运行时，碎煤机室内存在各种噪声，除了破碎机的噪声之外，还有物料间的撞击噪声、物料与落煤管之间的撞击噪声以及其他设备的噪声等，因此破碎机的噪声很难测定。建议将距离破碎机表面1 m处空载噪声90 dB(A)和碎煤机室外1 m处噪声85 dB(A)作为性能保证限值。

2.7 排料口处是否设筛板

可逆锤击式破碎机排料口处可设筛板或不设筛板。如果设置筛板，由于锤头和筛板之间的挤压、剪切会使燃煤过粉碎。而且当燃煤水分过大时，还会堵塞筛孔，影响破碎机的出力。因此输煤系统细碎机的排料口不应设置筛板，建议在设备技术规范书中予以明确。

3 破碎机基础提资应注意的问题

破碎机基础提资时，运煤设计人员需将破碎机的基础埋铁尺寸、静荷载、动扰力值、动力系数、超载系数以及减振平台的减振效率一并提给土建专业。由于动扰力值、动力系数、超载系数、减振效率对土建结构设计影响较大，建议运煤设计人员要学会判断厂商提出的数值是否合理。另外，运煤设计人员需知道规程规范对设备基础二次浇灌和调平垫铁设置的相关要求。

3.1 判断供货商提供的动扰力值是否合理

运煤设计人员可根据本文给出的计算方法粗略计算破碎机动扰力值，也可根据DL/T 1373—2014[2]给出的破碎机动扰力值来判断厂商提供的动扰力值是否合理，若发现偏差较大，建议与厂商沟通确认后再向土建专业提资，以免造成投资浪费或带来安全隐患。

3.2 选取动力系数和超载系数

当采用机械减振形式时，设备厂商推荐的锤式破碎机动力系数一般为2.5～3.0。SH 3076—2013《石油化工建筑物结构设计规范》[8]附录A给出的动力系数为4。《电力工程设计手册火力发电厂运煤技术》[9]附录C给出的动力系数为6，超载系数为1.2。建议在不设置减振平台时动力系数按4考虑。关于设置减振平台后动力系数如何取值尚需进一步研究。若厂商提供的荷载未注明是否已考虑动力系数和超载系数或者提供的动力系数和超载系数与上述数值偏差较大，运煤设计人员应与厂商沟通确认后再向土建专业提资。

3.3 选取减振平台的减振效率

动挠力也称振动荷载。当采用机械减振形式时，减振平台一般随破碎机供货。尽管在签订破碎机技术协议时提出了减振平台的减振效率不小于90%的要求，但实际往往达不到上述要求。建议向土建专业提资时减振效率按60%～70%考虑。

3.4 二次浇灌和垫铁

机座的安装水平，横向不应大于0.10/1 000，纵向不应大于0.50/1 000[10]。

破碎机主轴和电机轴的同轴度允许误差φ0.1 mm[1]。

当采用机械减振时，破碎机基础无需考虑二次浇灌，可通过在减振平台和设备底座之间设置垫铁来达到规范要求的机座水平度、破碎机主轴与电机轴的同轴度。当采用基础减振时，破碎机基础需首先安放垫铁，吊装破碎机后再通过调整垫铁来达到规范要求的机座水平度、破碎机主轴与电机轴的同轴度，然后采用点焊将垫铁焊牢并进行二次浇灌。二次浇灌层厚度一般为50 mm或60 mm。

调平垫铁应符合随设备技术文件的规定，无规定时，按GB 50231—2009《机械设备安装工程施工及验收通用规范》[11]附录A的规定制作和使用。调平垫铁安放应符合下列要求：每个地脚螺栓的旁边应至少有一组垫铁；垫铁组在能放稳和不影响灌浆的条件下应放在靠近地脚螺栓和机座主要受力部位下方；相邻两垫铁组的距离宜为500～1 000 mm；设备底座有接缝处的两侧应各安放一组垫铁[10]。设备调平后，垫铁端面应露出设备底面外缘，平垫铁宜露出10～30 mm，斜垫铁宜露出10～50 mm；垫铁组伸入设备底座底面的长度应超过设备地脚螺栓的中心[11]。

4 结语

本文在介绍可逆锤击式破碎机工作原理、分析动扰力产生原因的基础上给出了动挠力的计算方法，指出设备选型应考虑最大进煤粒度、成品煤粒度、设备出力、减振设施形式、锤头备用、噪声限值、排料口筛板等因素并给出了相关建议，提出设备基础提资应注意判断供货商提供的动扰力值是否合理以及合理选取动力系数及超载系数、选取减振平台的减振效率、考虑二次浇灌和垫铁等问题。