燃煤電廠細碎機選型及基礎(chǔ)提資研究

李 偉，劉增華，李 陽

(中機國能電力工程有限公司，河北 邯鄲 056002)

0 引言

可逆錘擊式破碎機是循環(huán)流化床鍋爐燃煤電廠運煤系統(tǒng)最常用的細碎設(shè)備。合理的設(shè)備選型和基礎(chǔ)提資對于運煤系統(tǒng)的設(shè)計至關(guān)重要。如果選型和基礎(chǔ)提資不合理，不僅會造成工期延誤和投資浪費，還會影響機組的安全運行。因此，有必要對可逆錘擊式破碎機的選型和基礎(chǔ)提資進行研究。

1 可逆錘擊式破碎機工作原理、動擾力產(chǎn)生原因及計算方法

1.1 工作原理

可逆錘擊式破碎機是一種可以雙向旋轉(zhuǎn)的破碎機，可將50 mm的煤破碎到8 mm以下。該破碎機適用于抗壓強度不大于100 MPa、水分不大于15%的物料。物料進入破碎機后，受到高速旋轉(zhuǎn)的錘頭沖擊進行一次破碎，尚未破碎的塊料獲得動能后，高速沖向破碎板被再次破碎，經(jīng)過破碎板的反彈，再次被彈向錘頭，如此反復(fù)，在破碎腔內(nèi)多次破碎，與此同時，物料還會受到塊料間的相互撞擊而破碎。合格粒度的物料從排料口排出。產(chǎn)品粒度控制通過調(diào)整錘頭與破碎板之間的間隙來實現(xiàn)[1]。

1.2 動擾力產(chǎn)生的原因及計算方法

1.2.1 動擾力產(chǎn)生的原因

DL/T1373—2014《可逆錘擊式破碎機》[2]規(guī)定，轉(zhuǎn)子部件在未裝配環(huán)錘前，應(yīng)進行靜平衡試驗，其允許偏心距應(yīng)符合表1的規(guī)定值。

表1 轉(zhuǎn)子部件靜平衡偏心距規(guī)定值

轉(zhuǎn)子部件在轉(zhuǎn)配錘頭后，同一圓周上兩個相對錘頭的質(zhì)量差應(yīng)不大于0.15 kg，相對稱兩排錘頭的質(zhì)量差應(yīng)不大于0.17 kg。

破碎機的振動是由于轉(zhuǎn)子的不平衡慣性力引起的，根源在于轉(zhuǎn)子偏心質(zhì)量回轉(zhuǎn)時所產(chǎn)生的離心力。離心力也稱動擾力，又稱振動載荷，作用于轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)中心處。

1.2.2 動擾力計算方法

離心力主要包括由于轉(zhuǎn)子偏心產(chǎn)生的離心力F1和由于相互對稱兩排錘頭的質(zhì)量差產(chǎn)生的離心力F2?？倓訑_力F為F1和F2兩者之和，計算式如下：

式中：m為轉(zhuǎn)子質(zhì)量，kg；e0為轉(zhuǎn)子部件靜平衡偏心距(DL/T 5188—2004《火力發(fā)電廠輔助機器基礎(chǔ)隔振設(shè)計規(guī)程》[3]附錄表B.1給出的數(shù)值為1 mm。為確保安全，建議偏心距按1 mm考慮)，m；ω為轉(zhuǎn)子角速度，rad/s。

式中：Δm為相互對稱兩排錘頭的質(zhì)量差 (DL/T 1373—2014[2]4.13條，最 大 值 為0.17)，kg；D為轉(zhuǎn)子直徑，m；ω為轉(zhuǎn)子角速度，rad/s。

2 可逆錘擊式破碎機選型應(yīng)考慮的因素及建議

破碎機選型時需要考慮最大進煤粒度、成品煤粒度、設(shè)備出力、減振設(shè)施的型式、錘頭是否需要備用、噪聲限值和排料口是否設(shè)篩板等因素。

2.1 最大進煤粒度

可逆錘擊式破碎機允許的最大進煤粒度一般為50 mm。當(dāng)運煤系統(tǒng)出力小于400 t/h時，最大進煤粒度可定為100 mm[4]。筆者認(rèn)為當(dāng)來煤中粒度50～100 mm之間的煤小于30%時，可將最大進煤粒度定為100 mm。

為減少投資、降低運行成本，對于兩級破碎系統(tǒng)，建議盡可能增大粗碎機的破碎比，以減小細碎機的破碎比，也就是說要盡可能減小細碎機的最大進煤粒度。

2.2 成品煤粒度

破碎機的成品煤粒度需滿足鍋爐對入爐煤粒度的要求。鍋爐訂貨后，鍋爐廠一般會根據(jù)煤質(zhì)資料給出入爐煤最大粒度和粒徑分布曲線，但當(dāng)燃煤為高水分、低灰分的褐煤時，可能會出現(xiàn)內(nèi)在水分迅速汽化導(dǎo)致煤粒爆裂從而影響入爐煤最大粒度的情況。

從2006年運煤專業(yè)技術(shù)交流大會獲悉，云南大唐紅河發(fā)電有限公司裝機規(guī)模為2×300 MW。燃煤為小龍?zhí)逗置?，干燥基揮發(fā)分Vdaf為52.7%，收到基全水分Mar為34.7%。鍋爐廠給出的入爐煤最大粒度為10 mm，設(shè)計院據(jù)此確定采用兩級破碎工藝。投運后由于出現(xiàn)鍋爐尾部過熱、床溫偏低、需定期補充床料等問題導(dǎo)致機組無法正常運行。經(jīng)分析討論后將入爐煤最大粒度調(diào)至30 mm，鍋爐才得以正常運行。假如鍋爐廠期初將入爐煤最大粒度定為30 mm，那么運煤系統(tǒng)就沒有必要設(shè)置兩級破碎，就可節(jié)省上千萬元的投資。

印尼某熱電廠裝機規(guī)模為4×135 MW。燃煤為印尼褐煤，干燥基揮發(fā)分Vdaf為52.57%，收到基全水分Mar為42.72%。鍋爐廠最初要求入爐煤最大粒度為10 mm，最終采納了設(shè)計院提出的加大最大粒度的建議，將其改為20 mm。

DL/T1744—2017《循環(huán)流化床鍋爐煤制備系統(tǒng)選型導(dǎo)則》[5]附錄A給出了成品煤粒徑特征值和煤質(zhì)特性的關(guān)系，見表2所列。鍋爐廠可根據(jù)不同煤質(zhì)合理確定入爐煤的最大粒度，以免影響鍋爐安全運行并造成不必要的投資 浪費。

表2 成品煤粒徑特征值和煤質(zhì)特性的關(guān)系[5]

另外，盡管鍋爐廠提出了燃煤粒徑級配要求，但由于受建設(shè)方無法提供來煤粒度分布數(shù)據(jù)以及受篩、碎設(shè)備設(shè)計技術(shù)和制造能力的制約，因此運煤系統(tǒng)尚不能提供滿足粒徑級配要求的成品煤，僅能滿足最大粒度的要求。此問題尚需相關(guān)方面的從業(yè)人員進一步研究。

2.3 破碎機出力

2.3.1 運煤系統(tǒng)破碎機額定出力的確定

可逆錘擊式破碎機前需設(shè)置預(yù)先篩分設(shè)備，運煤設(shè)計人員需了解影響篩分效率的因素，因為篩分設(shè)備的篩分效率與確定破碎機出力有直接關(guān)系。

影響篩分效率的主要因素為給煤粒度和燃煤表面水分。給煤中大于篩孔尺寸的細顆粒不可能都被篩下去，只有那些比篩孔小得多的細顆粒才會大概率被篩下去。與篩孔尺寸差不多的顆粒屬于難篩顆粒。來煤中難篩顆粒越多，篩分效率就越低。另外，當(dāng)來煤表面水分含量為5%～8%時，會出現(xiàn)楔形水分導(dǎo)致顆粒之間或顆粒與篩板之間產(chǎn)生團聚堵塞篩孔，篩分效率也會顯著減小。當(dāng)表面水分含量為10%～14%以上時，顆粒間會出現(xiàn)空隙水分導(dǎo)致顆粒間內(nèi)聚力變小,使篩分效率增大。

DL/T 5187.1—2016[6]規(guī)定，二級碎煤機的額定出力應(yīng)充分考慮來煤中雜物、水分等對二級碎煤機出力的影響，當(dāng)來煤較為粘結(jié)、二級細篩不能保證其篩分效率時，不宜低于運煤系統(tǒng)的額定出力。DL/T5556—2019[4]規(guī)定，細碎煤機額定出力宜為上煤系統(tǒng)額定出力的70%～100%。

筆者認(rèn)為盡管在可逆錘擊式破碎機前設(shè)置了細篩，DL/T 5187.1—2016《火力發(fā)電廠運煤設(shè)計技術(shù)規(guī)程 第1部分：運煤系統(tǒng)》[6]也給出了不同類型細篩設(shè)備篩分效率的參考值，從理論上講可以選用額定出力小于上煤系統(tǒng)出力的破碎機，但鑒于建設(shè)方無法提供入廠煤粒度分布資料導(dǎo)致很難確定合適的篩分效率，建議破碎機額定出力不宜小于上煤系統(tǒng)額定出力。

2.3.2 單臺破碎機最大額定出力的確定

要確定每路上煤系統(tǒng)設(shè)置破碎機的臺數(shù)，就必須了解單臺破碎機的最大額定出力。 DL/T 5556—2019[4]條文說明給出了可逆錘擊式破碎機能穩(wěn)定運行的最大額定出力為600 t/h。

2.4 減振設(shè)施型式

為減小破碎機振動對廠房結(jié)構(gòu)的沖擊，需考慮減振設(shè)施。細碎碎煤機出力在300 t/h及以上時，宜設(shè)置減振設(shè)施[5]。減振設(shè)施可選擇機械減振或基礎(chǔ)減振。機械減振設(shè)施為阻尼彈簧復(fù)合減振器，一般隨破碎機供貨，安裝在破碎機和廠房樓板之間?；A(chǔ)減振設(shè)施由彈簧隔振器和基礎(chǔ)平臺組成，破碎機安裝在基礎(chǔ)臺座之上，減振設(shè)施安裝在廠房支撐橫梁和基礎(chǔ)臺座之間，由土建專業(yè)設(shè)計。DL 5022—2012《火力發(fā)電廠土建結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)規(guī)程》[7]條文解釋“研究表明：碎煤機隔振系統(tǒng)的總質(zhì)量不宜過小，與設(shè)備擾力的比值宜大于30，可以保證隔振平臺臺面上不出現(xiàn)大振幅”。

建議破碎機減振設(shè)施應(yīng)首先考慮基礎(chǔ)減振，可降低廠房高度500～800 mm，降低工程投資?；A(chǔ)隔振設(shè)計應(yīng)按照DL/T 5188—2004[3]的要求進行。

2.5 錘頭是否考慮備用

錘 頭 使用壽命 不 應(yīng) 小 于3 000 h[2]。破 碎煤矸石時，錘頭的壽命會大大降低。因此，運煤設(shè)計人員需要按照質(zhì)保期的約定并根據(jù)上煤系統(tǒng)的運行小時數(shù)確定是否需要將錘頭納入備品備件。為避免由于轉(zhuǎn)子不平衡慣性力引起設(shè)備的劇烈振動(主軸承座的最大單振幅值在剛性基礎(chǔ)下不應(yīng)大于0.06 mm[3])，錘頭一般需整體更換，因此訂貨時如果需要備用錘頭應(yīng)整套 備用。

2.6 噪聲限值

破碎機空載噪聲值不應(yīng)高于90dB(A)[2]。國際工程經(jīng)常將破碎機的噪聲限值作為輸煤系統(tǒng)的性能保證之一，投標(biāo)時應(yīng)務(wù)必引起注意。破碎機重載運行時，碎煤機室內(nèi)存在各種噪聲，除了破碎機的噪聲之外，還有物料間的撞擊噪聲、物料與落煤管之間的撞擊噪聲以及其他設(shè)備的噪聲等，因此破碎機的噪聲很難測定。建議將距離破碎機表面1 m處空載噪聲90 dB(A)和碎煤機室外1 m處噪聲85 dB(A)作為性能保證限值。

2.7 排料口處是否設(shè)篩板

可逆錘擊式破碎機排料口處可設(shè)篩板或不設(shè)篩板。如果設(shè)置篩板，由于錘頭和篩板之間的擠壓、剪切會使燃煤過粉碎。而且當(dāng)燃煤水分過大時，還會堵塞篩孔，影響破碎機的出力。因此輸煤系統(tǒng)細碎機的排料口不應(yīng)設(shè)置篩板，建議在設(shè)備技術(shù)規(guī)范書中予以明確。

3 破碎機基礎(chǔ)提資應(yīng)注意的問題

破碎機基礎(chǔ)提資時，運煤設(shè)計人員需將破碎機的基礎(chǔ)埋鐵尺寸、靜荷載、動擾力值、動力系數(shù)、超載系數(shù)以及減振平臺的減振效率一并提給土建專業(yè)。由于動擾力值、動力系數(shù)、超載系數(shù)、減振效率對土建結(jié)構(gòu)設(shè)計影響較大，建議運煤設(shè)計人員要學(xué)會判斷廠商提出的數(shù)值是否合理。另外，運煤設(shè)計人員需知道規(guī)程規(guī)范對設(shè)備基礎(chǔ)二次澆灌和調(diào)平墊鐵設(shè)置的相關(guān)要求。

3.1 判斷供貨商提供的動擾力值是否合理

運煤設(shè)計人員可根據(jù)本文給出的計算方法粗略計算破碎機動擾力值，也可根據(jù)DL/T 1373—2014[2]給出的破碎機動擾力值來判斷廠商提供的動擾力值是否合理，若發(fā)現(xiàn)偏差較大，建議與廠商溝通確認(rèn)后再向土建專業(yè)提資，以免造成投資浪費或帶來安全隱患。

3.2 選取動力系數(shù)和超載系數(shù)

當(dāng)采用機械減振形式時，設(shè)備廠商推薦的錘式破碎機動力系數(shù)一般為2.5～3.0。SH 3076—2013《石油化工建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》[8]附錄A給出的動力系數(shù)為4?！峨娏こ淘O(shè)計手冊火力發(fā)電廠運煤技術(shù)》[9]附錄C給出的動力系數(shù)為6，超載系數(shù)為1.2。建議在不設(shè)置減振平臺時動力系數(shù)按4考慮。關(guān)于設(shè)置減振平臺后動力系數(shù)如何取值尚需進一步研究。若廠商提供的荷載未注明是否已考慮動力系數(shù)和超載系數(shù)或者提供的動力系數(shù)和超載系數(shù)與上述數(shù)值偏差較大，運煤設(shè)計人員應(yīng)與廠商溝通確認(rèn)后再向土建專業(yè)提資。

3.3 選取減振平臺的減振效率

動撓力也稱振動荷載。當(dāng)采用機械減振形式時，減振平臺一般隨破碎機供貨。盡管在簽訂破碎機技術(shù)協(xié)議時提出了減振平臺的減振效率不小于90%的要求，但實際往往達不到上述要求。建議向土建專業(yè)提資時減振效率按60%～70%考慮。

3.4 二次澆灌和墊鐵

機座的安裝水平，橫向不應(yīng)大于0.10/1 000，縱向不應(yīng)大于0.50/1 000[10]。

破碎機主軸和電機軸的同軸度允許誤差φ0.1 mm[1]。

當(dāng)采用機械減振時，破碎機基礎(chǔ)無需考慮二次澆灌，可通過在減振平臺和設(shè)備底座之間設(shè)置墊鐵來達到規(guī)范要求的機座水平度、破碎機主軸與電機軸的同軸度。當(dāng)采用基礎(chǔ)減振時，破碎機基礎(chǔ)需首先安放墊鐵，吊裝破碎機后再通過調(diào)整墊鐵來達到規(guī)范要求的機座水平度、破碎機主軸與電機軸的同軸度，然后采用點焊將墊鐵焊牢并進行二次澆灌。二次澆灌層厚度一般為50 mm或60 mm。

調(diào)平墊鐵應(yīng)符合隨設(shè)備技術(shù)文件的規(guī)定，無規(guī)定時，按GB 50231—2009《機械設(shè)備安裝工程施工及驗收通用規(guī)范》[11]附錄A的規(guī)定制作和使用。調(diào)平墊鐵安放應(yīng)符合下列要求：每個地腳螺栓的旁邊應(yīng)至少有一組墊鐵；墊鐵組在能放穩(wěn)和不影響灌漿的條件下應(yīng)放在靠近地腳螺栓和機座主要受力部位下方；相鄰兩墊鐵組的距離宜為500～1 000 mm；設(shè)備底座有接縫處的兩側(cè)應(yīng)各安放一組墊鐵[10]。設(shè)備調(diào)平后，墊鐵端面應(yīng)露出設(shè)備底面外緣，平墊鐵宜露出10～30 mm，斜墊鐵宜露出10～50 mm；墊鐵組伸入設(shè)備底座底面的長度應(yīng)超過設(shè)備地腳螺栓的中心[11]。

4 結(jié)語

本文在介紹可逆錘擊式破碎機工作原理、分析動擾力產(chǎn)生原因的基礎(chǔ)上給出了動撓力的計算方法，指出設(shè)備選型應(yīng)考慮最大進煤粒度、成品煤粒度、設(shè)備出力、減振設(shè)施形式、錘頭備用、噪聲限值、排料口篩板等因素并給出了相關(guān)建議，提出設(shè)備基礎(chǔ)提資應(yīng)注意判斷供貨商提供的動擾力值是否合理以及合理選取動力系數(shù)及超載系數(shù)、選取減振平臺的減振效率、考慮二次澆灌和墊鐵等問題。