随着循环流化床锅炉的大型化，其运煤破碎系统的设计及设备选型成为技术难题；针对循环流化床锅炉破碎系统存在堵煤、粒度级配不满足要求、出力不足等问题，在调查研究基础上，结合我院设计的龙岩坑口电厂，提出循环流化床锅炉破碎系统设计及设备的选型意见。

1  概述

循环流化床作为一种清洁、高效、煤种适应广的燃烧技术，具有适用煤种广泛、便于实现机械化和自动化、降低环境污染等优点，越来越受到重视。在我国，循环流化床锅炉从六十年代开始，陆续在部分电厂使用，近年来采用该炉型的电厂发展更为迅速，并且容量越来越大。循环硫化床锅炉对入炉煤粒度要求严格，颗粒过大会造成磨损面积扩大、磨损速度加快等问题；燃煤过细将导致循环效果不好,燃尽不良,影响锅炉效率。但目前对循环流化床锅炉电厂的设计，尤其运煤系统筛碎设备的选型、设备布置要求等，尚未有统一的规定。由于循环流化床锅炉燃烧的是煤粒而不是煤粉，减少了磨煤过程、制粉系统，就要求燃煤通过破碎机后，能够得到满足要求的粒度，且粒度等级分布要满足锅炉燃烧的要求。因此破碎系统在输煤系统运行中的可靠性将直接影响到锅炉的安全经济运行。在对国内具有代表性的循环流化床锅炉筛碎系统及进口破碎机的应用情况分析的基础上，提出合理地选择筛碎系统，以保证CFB锅炉的安全可靠运行。

2  CFB机组筛碎系统布置方式

通常情况下，认为循环流化床锅炉燃煤的粒度不大于10mm即可，为满足这一要求，目前国内外循环流化床锅炉电厂运煤破碎系统通常采用两级破碎方式。

当来煤粒度大于120mm时一般采用a和b布置方式，当来煤粒度小于120mm时一般采用c和d布置方式；一般电厂来煤粒度均大于120mm，故循环流化床锅炉电厂较多采用前两种布置方式。就来煤破碎的科学性而言，a布置方式优于b布置方式，但由于细筛煤机技术不成熟，目前较多采用b布置方式。

3  国内部分CFB机组筛碎系统及设备运行情况

3.1  金东纸业有限责任公司动力中心

金东纸业有限责任公司动力中心设堆取料机干煤棚一座。筛碎系统采用一级筛分、一级破碎，即：细筛、细碎的方式。工艺布置为通过式布置。

系统运行严格按设计要求进行，并能按设备要求及时保养、维护设备。运行至今，较正常。细筛、细碎机均未发生堵塞现象，细碎机破碎后的燃煤粒度能较好满足锅炉要求。

3.2  大化电厂

大化电厂是大连化工集团公司的自备热电厂运煤系统未设干煤棚，运煤破碎系统采用粗碎、细碎两级破碎，两级破碎机均采用PCH型环锤式破碎机，两级破碎均为全通过式布置，未设旁路。

运煤系统运行基本正常。除了在煤质较差及给煤量不均衡的情况下，产生较多的细粉外，经过粗、细碎机的粒度基本能得到保证。电厂反映在煤湿及雨季煤湿的情况下，碎煤机底篦易堵，每次堵煤后需人工清堵方能运行，同时电厂也发生过因煤湿锅炉降负荷的现象。此外，对来煤较干时，因碎煤机鼓风量较大，粉尘多，对环境污染严重。

3.3  亚太纸业

本厂设抓斗机干煤棚一座。筛碎系统采用一级筛分、一级破碎、二级筛分，即：初筛、细碎、细筛的方式。来煤进入一级振动筛进行初级筛分，筛下物进入系统；筛上物进入细粒破碎机进行破碎。破碎后的物料进入细筛进行筛分，筛上物由皮带送出室外，筛下物进入系统。筛碎系统采用开式循环布置。

电厂自99年2月投产以来，运煤系统运行较差。原因有三：一是煤质较差及破碎机给煤量不均衡的情况下，产生较多的细粉，经过细碎机的粒度得不到保证；二是在煤湿的情况下，碎煤机底篦易堵，每次堵煤后需人工清堵方能运行。三是系统设计混乱，中间环节太多，检修工作量较大，电厂多次因运煤系统故障锅炉降负荷或停机。

3.4  辽河化工热电厂

辽河化工热电厂厂内设桥抓干煤棚一座，运煤破碎系统仅采用锤击式细碎机一级破碎，物料为全通过式布置，未设旁路。

电厂燃煤实际进厂粒度为： 0∽70mm，运煤系统运行基本正常。细碎机后的燃煤粒度基本能得到保证。但在煤湿的情况下，细碎机底篦易堵，堵煤后不能反转，需人工清堵。

3.5  四川高坝内江电厂

内江电厂设桥抓干煤棚一座，运煤筛碎系统采用两级破碎、一级筛分的方式，即：粗碎、细筛、细碎，筛碎系统为通过式布置。

电厂自96年6月投产以来，运煤系统运行基本正常。由于采用两级破碎，一级筛分，不仅减小了细碎机的出力，而且减少了细煤重复破碎引起的细粒过多的问题，电厂反映细碎机后的燃煤粒度基本能得到保证。但在煤含水量较大的情况下，滚轴筛易堵，使滚轴电机堵转，后电厂增加了一套滚轴电机驱动装置，解决了电机堵转问题。

3.6  福建省龙岩坑口火电厂

福建省龙岩坑口火电厂一期装机方案4×135MW循环流化床锅炉机组。运煤系统于2005年9月投产，运煤系统出力500 t／h，厂内设斗轮机煤场一座。运煤筛碎系统采用两级破碎、一级筛分的方式，即：粗筛、粗碎、细筛。筛碎系统为通过式布置。

电厂自投产以来，运煤系统运行基本正常。在煤质较差及给煤量不均衡的情况下，电厂反映细碎产生的粗颗粒有所超标，细碎机锤头磨损较严重。对来煤较干时，因碎煤机鼓风量较大，粉尘多，对环境污染严重(目前除尘器运行不正常)。

3.7  运行情况的分析及结论

从以上几个电厂了解的情况来看，循环流化床锅炉对运煤系统的要求，主要集中在对燃煤粒度的处理上，锅炉对燃煤粒度级配有较严格的要求，因此解决好物料破碎筛分后粒度分布问题是进行CFB炉输煤系统设计的关键。

通过对以上几个电厂了解的情况进行分析，我们认为CFB炉的输煤系统设计应着重注意以下几个方面：

3.7.1  干煤棚的设置

上述几个工程中，除大化电厂外，其余电厂均设干煤棚。对这种情况，我们分析主要是因为在保证较小破碎筛分后燃煤粒度的前提下，运煤筛碎系统难以处理含水量大于8%的原煤。特别是对于雨量充沛的福建省，应储存一定天数的干煤来缓解雨季破碎系统堵煤的问题。

3.7.2  筛子的设置

通过了解我们认为筛子的设置，不仅是为了减少碎煤机的出力，更重要的是通过筛分减少已符合要求细粒重复破碎，以使破碎后的细煤量不超出锅炉的要求，因此在条件允许时应尽可能设置细粒筛。目前国产出力大于200 t／h的国产细粒筛目前尚无应用实例，且尺寸较大，难以布置。故出力大于200 t／h的系统一般不推荐配置细粒筛。

3.7.3  碎煤机的设置

细碎机的形式主要有：双辊式、环锤式和锤击式。从控制粒度的方式看，分为可调式和不可调式：可调式如双辊式破碎机（GUNDLACH）通过调整两辊间距来调整粒度；不可调式如大化电厂PCHZ型，这类碎煤机均设有破碎筛篦，碎后煤的粒度通过破碎机底篦开孔尺寸由出厂时一次确定。从破碎机的转速来看，又可分为高速和低速型：低速型如美国GUNDLACH公司生产的双辊式破碎机；高速型如美国Pennsylvania Crusher 生产的锤击式破碎机。

3.7.3.1  双辊式细碎机

破碎原理为碾压，通过调整两辊间距来调整出料粒度。这类碎煤机碎后不易产生过细粒度，鼓风量小，粉尘小，对环境污染小，其缺点为磨损快，适应出力不大，在煤中含有铁件、矸石等难破碎杂物时，易因对碎煤机的自我保护而产生过粗量，维护工作量大。

3.7.3.2  环锤式细碎机

与普通环锤式碎煤机的结构形式相同，在出料口处设有破碎筛篦，篦孔的尺寸根据要求的出料粒度在出厂时一次确定。这种形式的破碎机主要是国内厂商结合国外技术开发的。循环硫化床锅炉要求的粒度一般在10mm左右，其对应的篦孔尺寸在12mm左右，因此，在煤湿的情况下很容易发生堵塞现象。另外，当设备的出力增大时，其体积、重量也增大很多。

3.7.3.3  锤击式细碎机

具有粒度保证性高、不堵塞、体积较小等特点，比较适合用做大型循环流化床（CFB）锅炉的细碎设备。

锤击式破碎机的工作原理为：当煤进入破碎机后，受到高速旋转的转子的冲击作用被初碎，此时的煤获得动能，高速冲向破碎板（齿板），再次被破碎,经过破碎板的反弹，再次弹向锤头。如此反复，煤在破碎腔中多次破碎，在此过程中，煤还受到煤块之间的冲击以及碾压。最后，煤从排料口排出。锤击式破碎机对铁件外的其它杂物相对敏感性不大。但该类碎煤机鼓风量大，粉尘大，对环境污染大。

锤击式破碎机有以下优点：

a、在排料口处没有安装筛蓖，避免了物料被过破碎及堵塞现象。

b、利用齿板与锤头的间隙保证物料粒度。

c、破碎机是可逆式，当锤头与破碎板磨损过大时，使转子反向旋转，利用锤头与破碎板的另一面工作，延长了破碎机的使用寿命。

3.7.4  细碎机对工艺系统布置要求

进料需沿转子方向均匀布料，在进料口上方需设置布料装置和锁气装置。为使进料物料获得最佳的初速度，细碎机上落料高度应满足设备要求。锤击式破碎机鼓风量大，可考虑设置进、出口循环风管。

    综上所述，推荐采用双向锤击式细碎机。

4  双向锤击式细碎机设计计算

4.1  破碎原理

原煤从进料口沿转子长度方向均匀布料进入转子、物料与高速旋转的锤头在瞬间(约1/100秒)能量交换，获得的能量∑MV2产生应力波沿物料脆性表面释放，产生破碎效应。物料进入破碎机中,遭受到高速旋转锤头冲击破碎,破碎后物料从锤头获得动能,以两倍于锤头线速度冲向冲击板,再次破碎,大于出料粒度要求的煤集合后被强制进入锯齿形衬板,颗粒集合体反复受剪切和碾磨,最终达到出料粒度排除腔体。

4.2  转子工作参数

4.2.1  转速

转速取决于锤头所需的圆周速度和物料所需的破碎粒度，同时不得超过临界转速，线速度越高破碎比越大，但锤头的磨损也越加剧，锤式破碎机的转子线速度一般为：V＝35～75m/s。

4.2.2  转子工作的动荷载

由于制造的误差，易产生转子的质量偏离回转轴心现象，当细碎机运转时，则产生附加惯性力(动力荷载，俗称扰力)，引起冲击和振动，影响机件的寿命和安装基础的可靠性。

    计算扰力值的目的是为细碎机的安装基础设计进行动力计算的依据，计算方法是以转子部件来进行，一般计算扰力值为：

    R＝meω2

    式中：m－转子部件的回转质量

          ω－回转速度

          e－偏心距(制造厂一般取e＝1mm计算)

4.3  细碎机的生产率

现有的破碎理论均有一定的局限性，没有完全地解释矿物被破碎的实质，所以在计算细碎机的生产率时，只能采用经验公式进行近似计算，细碎机属于细碎机械，应用于第二破碎理论(即体积破碎假说)建立生产率的计算公式：

    Q=[KLD2(n/60)2]/(i-1)

    式中：k－物料硬度和破碎机结构影响系数

          i－破碎比(选入料和出料粒度占85~90%时的粒径比)

          D－转子直径

          L－转子破碎段长度

          n－转子的转速

4.4  破碎的电机功率

功率与给料粒度、出料粒度、煤质状况、转子转速等诸多因素有关，煤块在细碎机破碎腔内的运动很复杂，难以准确地计算细碎机的功率，细碎机选型时，一般用经验公式或比功率耗近似地计算功率，计算出转子的转动贯量和飞轮矩，再校核电机的启动功率。

（1）初定细碎机的所需功率

a) 功耗法：即破碎一吨煤所需消耗的电能为1.4~1.9kWh。

b) 借用锤击式碎煤机的经验公式计算

Nm=(0.1~0.15)D2Lnk

    式中：D－转子直径；L－转子工作长度；n－转子最高转速

               k－过载系数1.15~1.35。

（2）核算电机启动功率

由于细碎机转动贯量GD2很大，在传动设计计算中应验算电机的启动功率。

a) 转子的静态力矩Ma: 转子的静态力矩等于转子自重在两轴承中产生的磨擦力矩Mc。

Ma=Mc=Rrf

式中：R－两轴的径向负荷，r－轴承内半径，f－磨擦系数

b) 转子动态力矩Mb

机器转动部分(包含皮带轮)分析到电机轴上的飞轮力矩GD2为：破碎机转子飞轮矩、液力偶合器的转动贯量、皮带轮转动贯量三部分组成。

Mb=GD2n/（375.T）

式中：T－电机启动时间5～30s，n－转速

c) 电机轴上的启动转矩M：

M＝Ma+Mb

d) 所需电机的启动功率Nm：

Nm=( Ma+Mb)/(975ηa)     ηa：电动机的效率

当初定功率大于核算电机启动功率时,则电动机满足要求；反之则需选取电机功率和核算电机启动功率。

5  进口细碎机及其应用

目前，国内小型循环流化床锅炉运煤系统细粒破碎机均为环锤式碎煤机，环锤式碎煤机在排料口安装筛蓖，用以控制出料粒度，但由于锤头与筛蓖的挤压与剪切，使得物料易被过粉碎，产生大量粉煤，而大量粉煤的出现并不适合流化床锅炉的工作，同时煤质（主要是水份）的变化易导致碎煤机筛孔堵塞，严重影响锅炉运行稳定性。随着大、中型循环流化床锅炉的发展，环锤式碎煤机已不能满足大出力使用要求，为此逐步从国外引进不易堵塞、体积小、粒度能够得到保证的锤击式破碎机，渐渐得到了使用厂家的认同。大型CFB锅炉电厂宜采用进口锤击式细碎机。

机体两侧利用机械机构或液压机构开启更换破碎板，两端体可以抽轴更换锤头。环锤轴可做成破剖分式，抽轴占具空间较小。

近期在国内大、中型循环流化床锅炉的建设过程中，出现的国外锤击式破碎机厂家主要有：美国宾西法尼亚破碎机公司，日本近畿株式会社，德国AUBEMA破碎机公司等。

5.1  美国宾西法尼亚破碎机公司

美国宾西法尼亚破碎机公司在国内有良好的业绩。主要应用在四川内江高坝电厂、大港金东纸业有限责任公司动力中心等。在国内现运行的主要机型有FBR549A型双向锤击式破碎机。

5.2  日本近畿株式会社

日本近畿株式会社产品进入中国市场主要集中在化工及煤炭行业。近畿的破碎机技术来源于美国宾州并相应进行了改进。与中国华电电站装备（集团）总公司合作生产的KBC系列双向锤击式破碎机应用于秦皇岛北山电厂等。

5.3  德国AUBEMA破碎机械制造有限公司

德国AUBEMA破碎机械制造有限公司公司为国际知名的生产破碎机的专业公司，在国内拥有良好的业绩。在电力行业中，其破碎机主要应用在华能南通电厂、华能上安电厂、宝钢自备电厂、天津杨柳青电厂、龙岩坑口火电厂等。

5.4  进口细碎机考察及应用结论

对大型CFB锅炉采用双向锤击式细粒破碎机在技术上是可行的。双向锤击式破碎机在国外已是成熟设备并拥有良好的应用业绩，该技术并非某一公司独有，不同的设备制造公司在近似的工作机理上开发出的产品各有所长，并已形成良好的竞争局面。

5.4.1  根据考察情况，建议在细碎机进料口采用缓冲布料装置，以实现沿细碎机轴向均匀布料，避免集中布料引起的局部堵煤而使整机达不到出力情况的发生；同时可降低物料进入细碎机的初速度，使破碎机吃料更迅速，更易于取得接近90°的入射角，实现物料晶界间的分离细碎；且使整机锤头工作强度一致，避免局部过度磨损而影响出力及频繁更换部件。

5.4.2  对双向锤击式细碎机目前普遍采用的两种形式，针对电厂的燃煤特性进行进一步分析论证，以确定是采用侧筛板侧出形式还是全打击板底部全出料形式。由于侧筛板形式存在一定的堵煤因素，对细粒破碎机满足CFB炉燃烧粒度要求的前提下，不堵煤应是首要的要求。因此，一般采用全打击板底部全出料形式较多。

6  结论及下一步需研究的问题

6.1  结论

6.1.1  由于闭式（或开式）循环布置工艺复杂，且合理的通过式布置方案也能满足CFB炉燃烧粒度要求；因此，CFB锅炉筛碎系统工艺布置推荐采用通过式布置。

6.1.2  根据电厂的来煤实际情况确定筛、碎设备的配置。当来煤粒度大于120mm采用两级破碎，当来煤粒度小于120mm时采用一级破碎布置方式；运煤系统有条件布置时均可设置粗筛；但由于细筛煤机技术不成熟，大型CFB锅炉电厂细筛煤机的采用应经过专题论证。

6.1.3  CFB锅炉电厂细碎机推荐优先采用双向可逆锤击式细碎机。

6.1.4  由于CFB锅炉电厂筛碎系统受原煤含水份的影响大，运煤系统应设置干煤棚。

6.2  下一步需研究的问题

6.2.1  来煤的粒度组成，雨季时煤的物理特性的变化（主要是粘度和附着力）对破碎能力的影响。

6.2.2  干煤棚的设置

据了解目前国内尚无输煤系统中不设干煤棚的CFB锅炉成功运行范例, 但若设置，宜考虑多少天的干煤储量，大跨度干煤棚造价高，将会增加投资。所以应科学合理地设置干煤棚。

文章作者：福建省电力勘测设计院　　　曾先进