摘　要：目前，国内已投产运行的CFB锅炉中，有很大一部分由于燃料颗粒特性达不到锅炉设计要求，而影响锅炉正常、稳定运行，在某种程度上制约了CFB锅炉主体技术的推广和发展。本文从国内CFB燃料制备系统工艺方案及其主要辅机设备(筛碎机械)现状的分析，提出燃料干燥分级予处理、主要功能部件的耐磨寿命及设备选用等方面的技术措施。 关键词：燃料制备　干燥分级予处理

　　0　前言

　　循环流化床锅炉(CFB)技术，在国内已有相当的发展，近年来陆续兴建和投产450t/h级的大型循环流化床锅炉。循环流化床锅炉，以其**、低污染，适应多种燃料、负荷调节性能好和灰渣的可综合利用特性等优越性能，在国内热电联产领域中占据主导地位。

　　循环流化床锅炉的著多优越特性，是与鼓泡流化床和煤粉锅炉完全不同的燃烧特性所决定的。这种特殊的锅炉燃烧特性，对入炉燃料的颗粒特性??颗粒度及颗粒级配提出了严格的要求。适当的燃料粒径和级配是循环流化床锅炉正常运行的前提和保证条件。据我们了解和有关资料介绍，目前国内已投产运行的循环流化床锅炉中，有很大一部分由于燃料颗粒特性不符合锅炉设计要求而锅炉出力、燃烧效率等锅炉运行技术指标达不到设计要求，甚至严重危及锅炉正常、稳定运行。燃料的颗粒特性对循环流化床锅炉的安全稳定运行致关重要，而完成符合循环流化床锅炉设计所确定的颗粒特性的燃料制备，国内**人员作了大量艰苦细仔且卓有成效的工作。但与飞速发展的循环流化床锅炉主体技术的发展相比尚有较大的差距，而且在某种程度上制约了主体技术的推广和发展。本文就国内循环流化床锅炉燃料制备系统的现状，从制备工艺设计和工艺设备(主要为筛碎机械)做以粗浅的分析和探讨，以求燃料制备技术及其工艺与主体技术同步发展。

　　1　循环流化床锅炉对燃料颗粒特性的要求

　　1.1　燃料颗粒特性对循环流化床锅炉运行的影响

　　进入燃烧室的燃料颗粒在一定流速的烟气流作用下在床内悬浮流动，当流化气体的流速增大后，高速的气固悬浮体中的颗粒，被大于单个颗粒终端速度的流化气体所扬析，又以较高的比率返回到炉膛底部，形成一定程度的颗粒回流，同时由于流体动力的相互作用，汇集在一起的细小颗粒的非均匀悬浮体，在很稀的向上流动的气??固连续介质(夹带着稀薄的分散颗粒的流化烟气呈活塞流向上运行)中作上下运行。床内颗粒的运行和混合，形成了内外循环和燃料在床内上、中、下各部位按一定的燃烧份额燃烧，保证炉内温度的均匀性，而且成倍的增长回流颗粒的燃烧时间，从而提高了固硫剂的利用率。

　　进入燃烧室的煤粒要经历加热和干燥、挥发分析出和燃烧、膨胀和初次破裂(对某些煤)、焦炭燃烧和第二次破裂及磨耗的连续过程而燃烧。因此循环流化床的燃烧效率与颗粒在每一个燃烧过程的燃烧速率密切相关。

　　总之，燃料的颗粒特性对循环流化床锅炉炉内燃烧份额、循环倍率及受热面的磨损等影响很大。因此，保证锅炉设计所确定的床内各部的燃烧份额和循环物料量，是锅炉运行时达到各部热量平衡、保证锅炉出力且不会发生局部过热、物料结焦等现象，使锅炉安全、稳定运行的必要条件。为了满足上述条件，充分发挥循环流化床锅炉特点，每一种循环流化床锅炉对燃料的颗粒特性??颗粒粒径及颗粒级配提出特殊的要求。

　　1.2　循环流化床锅炉对燃料颗粒特性的要求

　　循环流化床锅炉入炉燃料粒度分布的确定与选择，与流化速度的选取有关。循环流化床锅炉要求燃料中有较大比例的终端速度小于流化速度的细颗粒，以使得这些细颗粒一旦入炉便有足够的细煤粒吹入悬浮段空间去燃烧，以保证上部的燃烧份额，同时增加循环物料量，而较粗颗粒的燃料在循环流化床的低段高温密相区燃烧，以提高新进燃料的加热速率，有利于缩短燃料颗粒的燃烬时间。

　　(1)燃料的粒度分布，应能保证在已确定的流化速度条件下，有足够的细颗粒吹入悬浮段，以保证上部(稀相区)的燃烧份额，以及能形成足够的床料，保持物料平衡。即入炉燃料的粒度分布应符合宽筛分分布要求。

　　(2) 炉燃料的粒度应具有可调整性：即随煤种、循环倍率的不同而调整。一般情况下，高倍率的循环流化床锅炉，燃煤粒径较细，低倍率的循环流化床锅炉燃料粒径较粗;挥发分低的煤种，粒径一般应较细，高挥发分、易燃煤种，颗粒可粗些。

　　(3)入炉燃料的粒度范围及颗粒度分布：由于炉型或参数选择上的差别，每个锅炉公司都有自己采用的颗粒度范围。在我国，循环流化床采用的颗粒尺寸一般为0-13mm、0-10mm或0-8mm，而且提出燃料粒度分布要求。

　　2　国内循环流化床锅炉燃料制备技术现状的分析

　　2.1　燃料制备系统工艺形式

　　目前，国内循环流化床锅炉燃料制备系统的工艺形式以“粗碎+筛分+细碎”为基本形式，其他根据每个工程的具体情况和条件适当作以变更或重新组合。常用的几种形式为：

　　(1)“粗碎+筛分+细碎”：这种形式可以基本上满足循环流化床锅炉入炉煤的要求。其特点是：①系统总破碎比的合理分配;②减少燃煤的过渡粉碎，燃料粒径分布基本符合宽筛分分布规律;③可选用小规格的细碎机。

　　这种形式可适用于原煤中超出规定粒度的颗粒较多，且50mm以上颗粒占一定比例的系统。

　　(2) “筛分+细碎”：该形式适用于原煤中绝大部分为小于50mm，其中大于50mm的大颗粒含量极少且不超过80mm系统。

　　(3)“粗碎+细碎”：这种形式较适用于原煤粒度较大，煤中杂质较多，原煤水份相对较大，容易造成筛孔堵塞的系统。其缺点是燃料过粉碎现象较严重。

　　据资料介绍，国外CFB锅炉燃料制备工艺系统还有其他多种形式,如

　　(1) 磨制备系统：棒磨机广泛用于建材工业和有色金属磨矿工艺。根据循环流化床锅炉燃料制备的特点，采用棒磨机作为燃料的破磨设备。棒磨制备出的成品煤粒径在0-10mm，其中d≤1.1mm占66%，d≤0.84mm占60%。

　　棒磨机制备系统简单、运行可靠、一般不受原煤中水份和“四块”的影响，燃煤粒度也可在一定范围内调整。因此对于燃用无烟煤、石煤或对燃煤粒度要求较细的循环流化床锅炉比较适用。其缺点是投资相对较大。

　　(2)井式锤击磨系统：该系统是在传统的竖井式锤击磨制粉系统基础上做一改进。即采用新型的锤击式碎煤机，并增加了分选干燥系统。

　　该制煤系统，通过调整分选干燥分选系统和锤击磨磨腔内的热风速度，可调整成品煤的粒度，且不受原煤水份的影响，可以随煤种的变化而调整成品煤粒度。由于该系统是在负压下运行，系统环境较清洁，运行可靠。其缺点是，锤击磨煤机造价相对较高，因为磨腔内通干燥热风，磨机主轴及各部需特殊冷却;投资较大，系统较复杂。

　　(3)干燥分选制煤系统：带有干燥分选(烟气干燥分选或蒸汽干燥分选)制煤系统对循环流化床锅炉系统是一个比较理想的制煤方案。由于采用干燥分选装置，碎煤机可不受原煤水份的影响，系统运行可靠。该系统投资比棒磨和竖井式锤磨系统小，比普通的筛碎系统略高，但总体经济效益较高。

　　除此之外，还有设计成闭路系统，即循环筛选和循环破碎等等各种工艺设计形式。

　　2　燃料制备工艺设备

　　3　燃料制备系统存在问题的分析

　　目前，国内循环流化床锅炉燃料制备系统存在很多问题，直接影响锅炉的安全、稳定运行。

　　3.1 入炉燃料的粒度及粒度分布满足不了锅炉运行要求

　　我国已投入运行和正在建设中的循环流化床锅炉，一般要求燃料粒度在0-8mm或0-10mm范围之内，而且其粒度分布符合宽筛分分布规律，其中有些锅炉要求0.1-1mm的颗粒占40-60%左右。但实际运行中出现有的系统制备的燃料过细，有的则超出要求范围的大颗粒较多等现象。其主要原因有以下几方面：

　　(1) 国内普遍采用的破碎机为环锤式碎煤机或齿板冲击式破碎机，其破碎机理基本上以冲击破碎为主。国内破碎机制造厂家在设计破碎机时多考虑原煤品种复杂以及煤中含有杂质，尤其是矸石等坚硬杂质不易细破的因素，通过提高转子的线速度和加大锤头质量以增加破碎能力。这样以来，对煤的破碎能量相对过剩，造成煤的过粉碎现象。

　　(2) 在系统改造工程中，由于资金或原有系统结构，而主要是到目前为止没有适用于国内工况条件的难筛分煤的干法筛分设备而不得不采用无筛分分级措施的两级全通过式破碎工艺。在原煤中已经含有相当数量的小颗粒煤，在未经过中间筛分分离而全部经过两级破碎，结果颗粒粒度分布脱离正常宽筛分分布，出现过粉碎现象。这种不经筛分分级措施的两级全通过式破碎工艺，只是在原煤中100mm以上的大块煤的含量较多小颗粒煤较少，或者原煤中矸石含量较多，或者平均粒径在80mm以上的原煤情况下可以采用。

　　(3) 在破碎机??尤其是细碎机的主要工作部件，锤头和破碎板磨损之后，一是锤头质量变小而破碎能力下降，二是打击面由原来的平面变为园弧面而改变了冲击角度(见图1)。这在一定程度上原有的冲击破碎变成了碾压破碎，而且锤头和破碎板之间的间隙??控制破碎粒度的重要因素??扩大。其结果，一是产品的粒度过大，二是降低了锤头的拨料功能而使破碎机的出力急剧下降。

　　图1　锤头磨损前后工作状况

　　4)进入破碎机的原煤粒度不能有效控制，而超出破碎机能力范围的超大块原煤直接进入破碎机造成产品粒度超标。一般在单级破碎系统容易出现这种情况。以冲击破碎为主的锤击式破碎机，其破碎比一般应控制在10左右。超过破碎比允许范围，将会造成产品粒度超标或其出力下降。

　　3.2　筛分分级效率不高

　　破碎-粗破和细破-前物料的筛分分级，无论是对破碎机功效的充分发挥还是对保证产品煤达到循环流化床锅炉所要求颗粒特性具有相当重要的意义。但是目前国内大部分电厂接受的煤或供给制煤系统的原煤中非矿物性杂质较多，水分较高，常规的筛分设备不能发挥正常的筛分功能和效率，筛分分级效率很低。

　　目前，国内循环流化床锅炉燃料制备系统中普遍采用振动网筛、琴弦筛、机械螺旋筛和细孔滚轴筛等筛分设备。但这些筛分机械，在筛分未经干燥和除去非矿物性杂质等予处理的原煤时，普遍存在筛分效率不高，甚至堵塞筛孔而失去或减弱筛分功能，有时只能当作低效率的给料机使用。

　　据资料介绍，英国制定了一种评定末煤干筛分难度的方法，即根据煤的可处理性指数来评定筛分困难度。煤的可处理性指数与原煤粒度组成、水分(特别是表面水分)、泥质页岩含量及其泥化特性有关。当指数超过5秒时，用振动筛分就很困难，一般认为，当水分为4-14%的原煤按13毫米以下进行干筛分时，属于难筛分物料。循环流化床锅炉所要求的燃料正属于难筛分物料范围。因此，不改变原煤状况而一味追求适应各种工况的筛碎设备，在当前技术条件下是不可能得到理想的结果的。

　　(1) 破碎机械主要功能部件的耐磨寿命短，不能在一个检修周期内连续、稳定运行，须经常停机更换和检修，既影响系统稳定又增加检修工作量。

　　(2) 在循环流化床锅炉燃料制备系统工艺设计中，由于各种条件受限，如有些工程项目资金受限或原有系统结构受限，或者大部分因没有更多的适合该工况的筛碎设备可选用，不得不采用不尽合理的系统结构设计方式或采用不尽理想的设备，使系统运行满足不了循环流化床锅炉对燃料特性的要求。如无筛分分级措施的二级破碎系统和单级破碎系统等往往达不到予期的效果。同时，个别工程中对筛碎设备的选型不合理。

　　(3) 循环流化床锅炉燃料制备设备的大型化问题

　　国内生产的燃料制备设备，目前基本上处于试验运行阶段而且其规格只在200t/h以下，只能满足中小型流化床锅炉系统。410t/h以上的大型循环流化床锅炉系统的筛碎设备基本上采用进口设备。因此国内筛碎设备的设计技术急需提高，尽快设计生产大型筛碎机械，以满足大型流化床系统的需要。

　　4　提高循环流化床锅炉燃料制备技术措施的探讨

　　4.1　对供给燃料制备系统的原煤进行干燥和除杂质等予处理

　　在系统工艺设计时尽可能采取有效措施为筛碎设备创造有利于提高筛碎设备工作效率的工况条件，即在进入制备系统之前对原煤进行干燥和除去非矿物性杂质的处理，如进行干燥分选。煤的干燥分选装置在有关资料中已有介绍，如烟气干燥分选装置(图2)，蒸汽干燥分选装置(图3)等。国外的一些循环流化床锅炉系统中也有采用原煤干燥制煤的实例。原煤干燥以后，现有燃料制备系统常见的粘煤、堵塞及因此而产生的筛碎设备效率不高，出力下降和难以保证产品粒度等问题在很大程度上得以缓解，而且目前普遍采用的筛碎设备??尤其是筛分设备均能发挥正常的设计功能和效率。

　　原煤干燥处理后在破碎筛分过程中出现的粉尘污染问题，通过加强筛碎设备的密封和加设除尘器等措施来解决。

　　图2　烟气干燥分选装置 　　　　 图3　蒸汽干燥分选装置

　　4.2　耐磨材料技术是当前筛碎技术发展的关键

　　耐磨材料，主要是破碎设备的主要功能部件的耐磨性能，是影响国产破碎设备性能的主要因素。

　　常规电站输煤系统中碎煤机的锤头多年来一直采用铸钢Mn13材料。国标规定其耐磨寿命应达到3000小时。这在碎前筛分分离的系统中基本上能够达到，但在碎前不经过筛分而全通过式系统中，如果原煤中细煤较多而大块含量不多的系统中基本上达不到耐磨寿命指标。这是由于Mn13材料的特殊性能所决定的。

　　循环流化床锅炉燃料制备系统中，无论是单级破碎还是双级破碎，进入细粒破碎机的煤是中细粒煤。尽管其破碎机是冲击破碎机理，但细颗粒煤对锤头的冲击起不到对锤头材质(Mn13)产生冲击硬化作用。因此，初期开发的细粒破碎机(普遍采用Mn13)的锤头耐磨寿命只有几百小时。到目前为止，国内生产的细碎机锤头耐磨寿命只能达到1000小时左右。这在使用的后半期只能在严重磨损而产品粒度和出力相对较低情况下维持运行。近年来，一些厂家正在不断研究和试验种种新材料，但其耐磨寿命只在1500-2000小时之内。锤头的严重磨损不仅燃料制备产生严重超标而且破碎机的出力明显下降。为了保证系统指标，只能频繁更换新锤头而运行费用提高，运行检修人员的劳动强度加大。也是降低国内产品的市场信誉度，制约国内辅机技术发展的重要因素。据称美国或德国产品的耐磨寿命可达到8000-10000小时。比国内产品的耐磨寿命长5-10倍以上。

　　目前国内各厂家都在积极与有关材料科研部门和有关耐磨材料专家合作研究和攻关。但我们的资金、试验研究手段以及工业试验条件极其有限，研究试验进度很慢。这就需要国家或行业有关部门的政策引导和资金、工业试验方面的支持。

　　4.3　燃料制备工艺方案的选择

　　燃料制备工艺方案的选择，应全面考虑工艺设备的综合功能和经济性：

　　(1) 前述关于对原煤进行干燥分选工艺方案，尽管增加投资和占用面积。但因此而提高整个燃料制备系统的功能、提高循环流化床锅炉的燃烧效率和安全稳定运行可靠性，具有极其重要意义。

　　(2) 原煤在进入粗破碎机和细破碎机之前分别经过筛分，避免符合颗粒特性要求的成品煤重复破碎而破坏原有的颗粒特性。即系统采用干燥-筛分-粗破-筛分-细破的二级筛分二级破碎工艺方案。这种工艺方案的优点是：

　　1)可根据不同锅炉的燃料颗粒特性的要求调整筛分粒度，有效地保证产品的颗粒特性;

　　2)根据筛上物料的份额选择小规格破碎设备;

　　3)减轻破碎设备主要功能部件的磨损，延长其使用寿命;

　　4)基本上可消除筛碎设备的粘堵现象，保持稳定运行。

　　(3) 合理分配总破碎比：在根据原煤中颗粒粒径和所需产品颗粒粒径选择破碎工艺时，粗破破碎比一般在10左右(锤式冲击破碎)，细破破碎比尽量选小，一般在3-6之间为好。

　　(4) 细粒破碎机的破碎比尽量选小(3-6之间),而其配套的驱动电动机功率要选大。

　　粉碎物料时，粉碎机械以巨大的作用力作用于物料颗粒上，作用力超过颗粒之间的结合力而产生粉碎。粉碎过程中，特别是在磨碎时，产品的比表面积大大增加，产生所谓力化学效应，增加了变形功、表面能、晶体结构变化能等，粉碎能耗急剧增大。雷廷格(P.P.Riottinger)理论认为：粉碎能耗与粉碎时新生表面积成正比。因此在粉碎的不同阶段，尽管破碎比相同，但所用功耗却大不相同。

　　现用适用于粗磨阶段的邦德(F.C.Bond)公式，试计算不同破碎阶段的破碎能耗与以比较：

　　A=10Wi (1/√d80 ?1/√D80)

　　式中：A?破碎一吨物料的能耗(千瓦小时/短吨)

　　Wi?比例常数，既功指数，(千瓦小时/短吨)?

　　煤的Wi=11.37千瓦小时/短吨=12.53千瓦小时/吨.

　　D80、d80、?破碎前、后物料累积含量为80?的粒度(微米)。

　　下面将入料粒度和出料粒度不同、粉碎比相同的不同粉碎阶段，按上式计算的粉碎能耗列于表中：

　　从分析表中数据可知：

　　(1) 破碎比相同，但入料粒度和出料粒度不同，所用功耗不同，即把煤从100mm破碎到10mm和把10mm破碎到1mm，二者所用功耗差别很大，前者是后者的1/3;

　　(2) 对于不同级配的煤，粉碎到循环流化床锅炉所要求的粒度组成所需的能耗相差也很大。

　　4.4　引进和消化国际**技术，提高辅机技术水平

　　国际**国家有相当的差距。

　　细粒破碎机的结构设计：就目前国内较普遍采用的锤击式细碎机而言，以美国和德国的齿板冲击细碎机为代表机型，我们称美洲型(图5)和欧洲型(图6)。

　　循环流化床锅炉燃料制备系统中主要制煤设备??筛分分离机、械和破碎、主要是细粒破碎机械，国内已形成了相当的开发设计和生产制造规模，而且在结构设计和生产制造技术水平也已接近国际但某些技术领域仍比国际**国家有相当的差距。同类产品水平。但某些技术领域仍比

　　图5　美洲型 　 图6 欧洲型

　　美洲型的特点是破碎腔的容积相对较小，锤头为整体铸造结构，锤柄短锤头大，锤头在沿主轴轴线方向的排列较密(见图7)，破碎板以顶部轴为中心变角度调整破碎间隙;欧洲型的特点是破碎腔的容积大，锤头小锤柄长，而且锤头和锤柄为两种材质采用装配式结构，轴向排列间隔大(见图8)，破碎间隙调整也可变角度调整也可以平移调整。

　　据我们分析，美洲型的优点是锤头大破碎能力大，较适合于含矸石类较多的硬煤的破碎;但对300t/h以上大出力系统其轴向尺寸过大，入料口的均匀布料难度大;欧洲型破碎机容腔较大，设备出力调整范围大，适应各种工况条件的能力较强。

　　国内辅机制造行业基本上以国际**设备技术为基础开发设计的。但是到目前为止，国内设计生产的细粒破碎机只有200t/h左右，沈阳电力机械总厂正在设计、制造300t/h、400t/h级的齿板冲击细碎机，但还没有试验运行实例。

　　因此，我们必须通过引进和消化国际**技术，研究设计和生产适合国内市场和工况条件的辅机设备，同时适应循环流化床锅炉技术的发展和建设规模速度，发展大型筛碎设备。