隨著循環流化床鍋爐的大型化，其運煤破碎系統的設計及設備選型成為技術難題；針對循環流化床鍋爐破碎系統存在堵煤、粒度級配不滿足要求、出力不足等問題，在調查研究基礎上，結合我院設計的龍巖坑口電廠，提出循環流化床鍋爐破碎系統設計及設備的選型意見。

1  概述

循環流化床作為一種清潔、高效、煤種適應廣的燃燒技術，具有適用煤種廣泛、便于實現機械化和自動化、降低環境污染等優點，越來越受到重視。在我國，循環流化床鍋爐從六十年代開始，陸續在部分電廠使用，近年來采用該爐型的電廠發展更為迅速，并且容量越來越大。循環硫化床鍋爐對入爐煤粒度要求嚴格，顆粒過大會造成磨損面積擴大、磨損速度加快等問題；燃煤過細將導致循環效果不好,燃盡不良,影響鍋爐效率。但目前對循環流化床鍋爐電廠的設計，尤其運煤系統篩碎設備的選型、設備布置要求等，尚未有統一的規定。由于循環流化床鍋爐燃燒的是煤粒而不是煤粉，減少了磨煤過程、制粉系統，就要求燃煤通過破碎機后，能夠得到滿足要求的粒度，且粒度等級分布要滿足鍋爐燃燒的要求。因此破碎系統在輸煤系統運行中的可靠性將直接影響到鍋爐的安全經濟運行。在對國內具有代表性的循環流化床鍋爐篩碎系統及進口破碎機的應用情況分析的基礎上，提出合理地選擇篩碎系統，以保證CFB鍋爐的安全可靠運行。

2  CFB機組篩碎系統布置方式

通常情況下，認為循環流化床鍋爐燃煤的粒度不大于10mm即可，為滿足這一要求，目前國內外循環流化床鍋爐電廠運煤破碎系統通常采用兩級破碎方式。

當來煤粒度大于120mm時一般采用a和b布置方式，當來煤粒度小于120mm時一般采用c和d布置方式；一般電廠來煤粒度均大于120mm，故循環流化床鍋爐電廠較多采用前兩種布置方式。就來煤破碎的科學性而言，a布置方式優于b布置方式，但由于細篩煤機技術不成熟，目前較多采用b布置方式。

3  國內部分CFB機組篩碎系統及設備運行情況

3.1  金東紙業有限責任公司動力中心

金東紙業有限責任公司動力中心設堆取料機干煤棚一座。篩碎系統采用一級篩分、一級破碎，即：細篩、細碎的方式。工藝布置為通過式布置。

系統運行嚴格按設計要求進行，并能按設備要求及時保養、維護設備。運行至今，較正常。細篩、細碎機均未發生堵塞現象，細碎機破碎后的燃煤粒度能較好滿足鍋爐要求。

3.2  大化電廠

大化電廠是大連化工集團公司的自備熱電廠運煤系統未設干煤棚，運煤破碎系統采用粗碎、細碎兩級破碎，兩級破碎機均采用PCH型環錘式破碎機，兩級破碎均為全通過式布置，未設旁路。

運煤系統運行基本正常。除了在煤質較差及給煤量不均衡的情況下，產生較多的細粉外，經過粗、細碎機的粒度基本能得到保證。電廠反映在煤濕及雨季煤濕的情況下，碎煤機底篦易堵，每次堵煤后需人工清堵方能運行，同時電廠也發生過因煤濕鍋爐降負荷的現象。此外，對來煤較干時，因碎煤機鼓風量較大，粉塵多，對環境污染嚴重。

3.3  亞太紙業

本廠設抓斗機干煤棚一座。篩碎系統采用一級篩分、一級破碎、二級篩分，即：初篩、細碎、細篩的方式。來煤進入一級振動篩進行初級篩分，篩下物進入系統；篩上物進入細粒破碎機進行破碎。破碎后的物料進入細篩進行篩分，篩上物由皮帶送出室外，篩下物進入系統。篩碎系統采用開式循環布置。

電廠自99年2月投產以來，運煤系統運行較差。原因有三：一是煤質較差及破碎機給煤量不均衡的情況下，產生較多的細粉，經過細碎機的粒度得不到保證；二是在煤濕的情況下，碎煤機底篦易堵，每次堵煤后需人工清堵方能運行。三是系統設計混亂，中間環節太多，檢修工作量較大，電廠多次因運煤系統故障鍋爐降負荷或停機。

3.4  遼河化工熱電廠

遼河化工熱電廠廠內設橋抓干煤棚一座，運煤破碎系統僅采用錘擊式細碎機一級破碎，物料為全通過式布置，未設旁路。

電廠燃煤實際進廠粒度為： 0∽70mm，運煤系統運行基本正常。細碎機后的燃煤粒度基本能得到保證。但在煤濕的情況下，細碎機底篦易堵，堵煤后不能反轉，需人工清堵。

3.5  四川高壩內江電廠

內江電廠設橋抓干煤棚一座，運煤篩碎系統采用兩級破碎、一級篩分的方式，即：粗碎、細篩、細碎，篩碎系統為通過式布置。

電廠自96年6月投產以來，運煤系統運行基本正常。由于采用兩級破碎，一級篩分，不僅減小了細碎機的出力，而且減少了細煤重復破碎引起的細粒過多的問題，電廠反映細碎機后的燃煤粒度基本能得到保證。但在煤含水量較大的情況下，滾軸篩易堵，使滾軸電機堵轉，后電廠增加了一套滾軸電機驅動裝置，解決了電機堵轉問題。

3.6  福建省龍巖坑口火電廠

福建省龍巖坑口火電廠一期裝機方案4×135MW循環流化床鍋爐機組。運煤系統于2005年9月投產，運煤系統出力500 t／h，廠內設斗輪機煤場一座。運煤篩碎系統采用兩級破碎、一級篩分的方式，即：粗篩、粗碎、細篩。篩碎系統為通過式布置。

電廠自投產以來，運煤系統運行基本正常。在煤質較差及給煤量不均衡的情況下，電廠反映細碎產生的粗顆粒有所超標，細碎機錘頭磨損較嚴重。對來煤較干時，因碎煤機鼓風量較大，粉塵多，對環境污染嚴重(目前除塵器運行不正常)。

3.7  運行情況的分析及結論

從以上幾個電廠了解的情況來看，循環流化床鍋爐對運煤系統的要求，主要集中在對燃煤粒度的處理上，鍋爐對燃煤粒度級配有較嚴格的要求，因此解決好物料破碎篩分后粒度分布問題是進行CFB爐輸煤系統設計的關鍵。

通過對以上幾個電廠了解的情況進行分析，我們認為CFB爐的輸煤系統設計應著重注意以下幾個方面：

3.7.1  干煤棚的設置

上述幾個工程中，除大化電廠外，其余電廠均設干煤棚。對這種情況，我們分析主要是因為在保證較小破碎篩分后燃煤粒度的前提下，運煤篩碎系統難以處理含水量大于8%的原煤。特別是對于雨量充沛的福建省，應儲存一定天數的干煤來緩解雨季破碎系統堵煤的問題。

3.7.2  篩子的設置

通過了解我們認為篩子的設置，不僅是為了減少碎煤機的出力，更重要的是通過篩分減少已符合要求細粒重復破碎，以使破碎后的細煤量不超出鍋爐的要求，因此在條件允許時應盡可能設置細粒篩。目前國產出力大于200 t／h的國產細粒篩目前尚無應用實例，且尺寸較大，難以布置。故出力大于200 t／h的系統一般不推薦配置細粒篩。

3.7.3  碎煤機的設置

細碎機的形式主要有：雙輥式、環錘式和錘擊式。從控制粒度的方式看，分為可調式和不可調式：可調式如雙輥式破碎機（GUNDLACH）通過調整兩輥間距來調整粒度；不可調式如大化電廠PCHZ型，這類碎煤機均設有破碎篩篦，碎后煤的粒度通過破碎機底篦開孔尺寸由出廠時一次確定。從破碎機的轉速來看，又可分為高速和低速型：低速型如美國GUNDLACH公司生產的雙輥式破碎機；高速型如美國Pennsylvania Crusher 生產的錘擊式破碎機。

3.7.3.1  雙輥式細碎機

破碎原理為碾壓，通過調整兩輥間距來調整出料粒度。這類碎煤機碎后不易產生過細粒度，鼓風量小，粉塵小，對環境污染小，其缺點為磨損快，適應出力不大，在煤中含有鐵件、矸石等難破碎雜物時，易因對碎煤機的自我保護而產生過粗量，維護工作量大。

3.7.3.2  環錘式細碎機

與普通環錘式碎煤機的結構形式相同，在出料口處設有破碎篩篦，篦孔的尺寸根據要求的出料粒度在出廠時一次確定。這種形式的破碎機主要是國內廠商結合國外技術開發的。循環硫化床鍋爐要求的粒度一般在10mm左右，其對應的篦孔尺寸在12mm左右，因此，在煤濕的情況下很容易發生堵塞現象。另外，當設備的出力增大時，其體積、重量也增大很多。

3.7.3.3  錘擊式細碎機

具有粒度保證性高、不堵塞、體積較小等特點，比較適合用做大型循環流化床（CFB）鍋爐的細碎設備。

錘擊式破碎機的工作原理為：當煤進入破碎機后，受到高速旋轉的轉子的沖擊作用被初碎，此時的煤獲得動能，高速沖向破碎板（齒板），再次被破碎,經過破碎板的反彈，再次彈向錘頭。如此反復，煤在破碎腔中多次破碎，在此過程中，煤還受到煤塊之間的沖擊以及碾壓。最后，煤從排料口排出。錘擊式破碎機對鐵件外的其它雜物相對敏感性不大。但該類碎煤機鼓風量大，粉塵大，對環境污染大。

錘擊式破碎機有以下優點：

a、在排料口處沒有安裝篩蓖，避免了物料被過破碎及堵塞現象。

b、利用齒板與錘頭的間隙保證物料粒度。

c、破碎機是可逆式，當錘頭與破碎板磨損過大時，使轉子反向旋轉，利用錘頭與破碎板的另一面工作，延長了破碎機的使用壽命。

3.7.4  細碎機對工藝系統布置要求

進料需沿轉子方向均勻布料，在進料口上方需設置布料裝置和鎖氣裝置。為使進料物料獲得最佳的初速度，細碎機上落料高度應滿足設備要求。錘擊式破碎機鼓風量大，可考慮設置進、出口循環風管。

    綜上所述，推薦采用雙向錘擊式細碎機。

4  雙向錘擊式細碎機設計計算

4.1  破碎原理

原煤從進料口沿轉子長度方向均勻布料進入轉子、物料與高速旋轉的錘頭在瞬間(約1/100秒)能量交換，獲得的能量∑MV2產生應力波沿物料脆性表面釋放，產生破碎效應。物料進入破碎機中,遭受到高速旋轉錘頭沖擊破碎,破碎后物料從錘頭獲得動能,以兩倍于錘頭線速度沖向沖擊板,再次破碎,大于出料粒度要求的煤集合后被強制進入鋸齒形襯板,顆粒集合體反復受剪切和碾磨,最終達到出料粒度排除腔體。

4.2  轉子工作參數

4.2.1  轉速

轉速取決于錘頭所需的圓周速度和物料所需的破碎粒度，同時不得超過臨界轉速，線速度越高破碎比越大，但錘頭的磨損也越加劇，錘式破碎機的轉子線速度一般為：V＝35～75m/s。

4.2.2  轉子工作的動荷載

由于制造的誤差，易產生轉子的質量偏離回轉軸心現象，當細碎機運轉時，則產生附加慣性力(動力荷載，俗稱擾力)，引起沖擊和振動，影響機件的壽命和安裝基礎的可靠性。

    計算擾力值的目的是為細碎機的安裝基礎設計進行動力計算的依據，計算方法是以轉子部件來進行，一般計算擾力值為：

    R＝meω2

    式中：m－轉子部件的回轉質量

          ω－回轉速度

          e－偏心距(制造廠一般取e＝1mm計算)

4.3  細碎機的生產率

現有的破碎理論均有一定的局限性，沒有完全地解釋礦物被破碎的實質，所以在計算細碎機的生產率時，只能采用經驗公式進行近似計算，細碎機屬于細碎機械，應用于第二破碎理論(即體積破碎假說)建立生產率的計算公式：

    Q=[KLD2(n/60)2]/(i-1)

    式中：k－物料硬度和破碎機結構影響系數

          i－破碎比(選入料和出料粒度占85~90%時的粒徑比)

          D－轉子直徑

          L－轉子破碎段長度

          n－轉子的轉速

4.4  破碎的電機功率

功率與給料粒度、出料粒度、煤質狀況、轉子轉速等諸多因素有關，煤塊在細碎機破碎腔內的運動很復雜，難以準確地計算細碎機的功率，細碎機選型時，一般用經驗公式或比功率耗近似地計算功率，計算出轉子的轉動貫量和飛輪矩，再校核電機的啟動功率。

（1）初定細碎機的所需功率

a) 功耗法：即破碎一噸煤所需消耗的電能為1.4~1.9kWh。

b) 借用錘擊式碎煤機的經驗公式計算

Nm=(0.1~0.15)D2Lnk

    式中：D－轉子直徑；L－轉子工作長度；n－轉子最高轉速

               k－過載系數1.15~1.35。

（2）核算電機啟動功率

由于細碎機轉動貫量GD2很大，在傳動設計計算中應驗算電機的啟動功率。

a) 轉子的靜態力矩Ma: 轉子的靜態力矩等于轉子自重在兩軸承中產生的磨擦力矩Mc。

Ma=Mc=Rrf

式中：R－兩軸的徑向負荷，r－軸承內半徑，f－磨擦系數

b) 轉子動態力矩Mb

機器轉動部分(包含皮帶輪)分析到電機軸上的飛輪力矩GD2為：破碎機轉子飛輪矩、液力偶合器的轉動貫量、皮帶輪轉動貫量三部分組成。

Mb=GD2n/（375.T）

式中：T－電機啟動時間5～30s，n－轉速

c) 電機軸上的啟動轉矩M：

M＝Ma+Mb

d) 所需電機的啟動功率Nm：

Nm=( Ma+Mb)/(975ηa)     ηa：電動機的效率

當初定功率大于核算電機啟動功率時,則電動機滿足要求；反之則需選取電機功率和核算電機啟動功率。

5  進口細碎機及其應用

目前，國內小型循環流化床鍋爐運煤系統細粒破碎機均為環錘式碎煤機，環錘式碎煤機在排料口安裝篩蓖，用以控制出料粒度，但由于錘頭與篩蓖的擠壓與剪切，使得物料易被過粉碎，產生大量粉煤，而大量粉煤的出現并不適合流化床鍋爐的工作，同時煤質（主要是水份）的變化易導致碎煤機篩孔堵塞，嚴重影響鍋爐運行穩定性。隨著大、中型循環流化床鍋爐的發展，環錘式碎煤機已不能滿足大出力使用要求，為此逐步從國外引進不易堵塞、體積小、粒度能夠得到保證的錘擊式破碎機，漸漸得到了使用廠家的認同。大型CFB鍋爐電廠宜采用進口錘擊式細碎機。

機體兩側利用機械機構或液壓機構開啟更換破碎板，兩端體可以抽軸更換錘頭。環錘軸可做成破剖分式，抽軸占具空間較小。

近期在國內大、中型循環流化床鍋爐的建設過程中，出現的國外錘擊式破碎機廠家主要有：美國賓西法尼亞破碎機公司，日本近畿株式會社，德國AUBEMA破碎機公司等。

5.1  美國賓西法尼亞破碎機公司

美國賓西法尼亞破碎機公司在國內有良好的業績。主要應用在四川內江高壩電廠、大港金東紙業有限責任公司動力中心等。在國內現運行的主要機型有FBR549A型雙向錘擊式破碎機。

5.2  日本近畿株式會社

日本近畿株式會社產品進入中國市場主要集中在化工及煤炭行業。近畿的破碎機技術來源于美國賓州并相應進行了改進。與中國華電電站裝備（集團）總公司合作生產的KBC系列雙向錘擊式破碎機應用于秦皇島北山電廠等。

5.3  德國AUBEMA破碎機械制造有限公司

德國AUBEMA破碎機械制造有限公司公司為國際知名的生產破碎機的專業公司，在國內擁有良好的業績。在電力行業中，其破碎機主要應用在華能南通電廠、華能上安電廠、寶鋼自備電廠、天津楊柳青電廠、龍巖坑口火電廠等。

5.4  進口細碎機考察及應用結論

對大型CFB鍋爐采用雙向錘擊式細粒破碎機在技術上是可行的。雙向錘擊式破碎機在國外已是成熟設備并擁有良好的應用業績，該技術并非某一公司獨有，不同的設備制造公司在近似的工作機理上開發出的產品各有所長，并已形成良好的競爭局面。

5.4.1  根據考察情況，建議在細碎機進料口采用緩沖布料裝置，以實現沿細碎機軸向均勻布料，避免集中布料引起的局部堵煤而使整機達不到出力情況的發生；同時可降低物料進入細碎機的初速度，使破碎機吃料更迅速，更易于取得接近90°的入射角，實現物料晶界間的分離細碎；且使整機錘頭工作強度一致，避免局部過度磨損而影響出力及頻繁更換部件。

5.4.2  對雙向錘擊式細碎機目前普遍采用的兩種形式，針對電廠的燃煤特性進行進一步分析論證，以確定是采用側篩板側出形式還是全打擊板底部全出料形式。由于側篩板形式存在一定的堵煤因素，對細粒破碎機滿足CFB爐燃燒粒度要求的前提下，不堵煤應是首要的要求。因此，一般采用全打擊板底部全出料形式較多。

6  結論及下一步需研究的問題

6.1  結論

6.1.1  由于閉式（或開式）循環布置工藝復雜，且合理的通過式布置方案也能滿足CFB爐燃燒粒度要求；因此，CFB鍋爐篩碎系統工藝布置推薦采用通過式布置。

6.1.2  根據電廠的來煤實際情況確定篩、碎設備的配置。當來煤粒度大于120mm采用兩級破碎，當來煤粒度小于120mm時采用一級破碎布置方式；運煤系統有條件布置時均可設置粗篩；但由于細篩煤機技術不成熟，大型CFB鍋爐電廠細篩煤機的采用應經過專題論證。

6.1.3  CFB鍋爐電廠細碎機推薦優先采用雙向可逆錘擊式細碎機。

6.1.4  由于CFB鍋爐電廠篩碎系統受原煤含水份的影響大，運煤系統應設置干煤棚。

6.2  下一步需研究的問題

6.2.1  來煤的粒度組成，雨季時煤的物理特性的變化（主要是粘度和附著力）對破碎能力的影響。

6.2.2  干煤棚的設置

據了解目前國內尚無輸煤系統中不設干煤棚的CFB鍋爐成功運行范例, 但若設置，宜考慮多少天的干煤儲量，大跨度干煤棚造價高，將會增加投資。所以應科學合理地設置干煤棚。

文章作者：福建省電力勘測設計院　　　曾先進