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循环流化床锅炉破碎设备布置与选型分析

 

       随着国家能源结构的调整和循环流化床锅炉技术的不断进步,国内采用循环流化床锅炉的电厂呈上升趋势。循环流化床锅炉对入炉煤粒度级配(燃料粒度级配:强调的是燃料的粒度组成及分布,需保证各种尺寸的颗粒所占的份额合理)要求较高,由于燃料粒度级配不合理会导致锅炉效率下降、厂用电提高、锅炉可用率低等一系列问题,因此循环流化床锅炉入炉煤筛分、破碎设备的选择非常重要。随着循环流化床锅炉蒸发量的增加,其耗煤量也相应增大,国内应用较多的小出力燃煤筛碎设备已经不再适用。能否寻找到适合300MW、600MW甚至将来可能出现的1000MW大型循环流化床锅炉的燃煤筛碎设备,这给燃料输送专业提出了新的课题。

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筛碎系统布置方式
       循环流化床锅炉筛碎设备的选型应根据来煤粒度和入炉煤粒度(锅炉对燃煤粒度的要求)来确定。目前循环流化床电厂的燃煤筛碎系统有以下几种布置方式。方案a:一级筛分、一级破碎(或不设筛分设备,直接采用一级破碎)。方案b:不设筛分设备,采用二级破碎,两级破碎设备布置在1座碎煤机室内。方案c:一级筛分、二级破碎布置方式。输煤系统中设2座碎煤机室,一级碎煤机室内布置粗筛分、粗破碎设备,经过一级筛分破碎后燃煤粒度达到30mm以下。在二级碎煤机室内布置细粒破碎设备,经过细碎后,燃煤粒度达到循环流化床锅炉入炉煤粒度要求。方案d:二级筛分、二级破碎的布置方式,即在c方案的基础上,在二级破碎前增加一级细筛分设备。方案e:三级筛分、二级破碎的布置方式,即在方案d的基础上,在二级破碎后再增加一级细筛分设备,其筛上物可返回至破碎设备再次破碎或运至煤场,筛下物进入锅炉燃烧。
目前国内大型循环流化床锅炉电厂中通常采用方案c与方案d的布置方式,方案e在近几年的工程中也得到越来越多的应用。

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燃煤破碎设备的要求
      常用的循环流化床锅炉燃烧煤矸石、煤泥和洗中煤,其中需经筛分、破碎的是煤矸石和洗中煤。以国内常规300MW循环流化床锅炉为例:耗煤量约250t/h,来煤粒度约300mm,入炉煤粒度要求约10mm,破碎比达30或更高;根据《火力发电厂设计规范》(GB50660-2011)规定,“上煤系统带式输送机的出力不应小于对应机组最大连续蒸发量时、燃用设计煤种与校核煤种两个耗煤量较大值的135%”,根据《火力发电厂运煤设计技术规程第1部分:运煤系统》(DL/T5187.1-2004)的规定,“循环流化床锅炉细碎机的额定出力,宜不低于运煤系统的额定出力”,因此,2台300MW循环流化床锅炉电厂采用一套双路上煤系统、不设煤筛时,单路系统破碎机的出力应不低于675t/h;循环流化床锅炉燃煤破碎设备的选型在满足破碎出力的前提下,同时应满足循环流化床锅炉燃料粒度分布曲线,破碎效率>95%;循环流化床锅炉入厂煤中往往含铁块、木块、石块等杂质较多,这就要求破碎机应有防杂物损坏措施,使难破碎物可顺利通过破碎机内部并不损坏破碎机;破碎设备还需满足被破碎物料的物性,主要包括物料硬度(破碎难易的决定因素是物料的抗压强度,由于同一物料测出的抗压强度数据差异很大,因此实际工作中常用物料的硬度表示其易碎性)、含水量、粘性、密度、爆炸性、腐蚀性等,对于煤矸石和洗中煤主要需满足其硬度及含水量特性。综合以上四点,循环流化床锅炉燃煤破碎设备应满足大破碎比、大出力、高效、杂物闪避、符合燃料物性的要求。
 
     要满足入炉煤粒度10mm的要求,可采用一级破碎或两级破碎,一级破碎仅通过单级设备即可满足来料粒度300mm、出料粒度10mm的要求,两级破碎通过串联的二级设备可将来料由300mm破碎至一定值,再经第二级设备将来料进一步破碎至10mm;要满足破碎出力,要求单台破碎设备出力即可达675t/h,或2台
      破碎设备并联可达到675t/h,但2台以上破碎设备的并联将使碎煤机室外形过于庞大,且并联中的任何一台设备出现故障都将使该路破碎系统出力无法达到额定值,整个系统的可靠性降低;要满足循环流化床锅炉燃料粒度分布曲线及高破碎效率,则和燃料煤化程度、破碎机的破碎机理(对破碎物料的主要施力)有关,符合来料特性的破碎机理才可能将复杂的来料破碎至符合循环流化床锅炉燃料粒度分布曲线的颗粒;要满足杂物闪避的功能,要求破碎设备的破碎部件具备柔性连接、运转灵活的特点;煤矸石和洗中煤的莫式硬度一般在2~5之间,较一般烟煤为高,Mar(收到基全水分)在10%~15%之间,属中、低硬度且含水量适中的物料,绝大多数破碎设备都可以满足煤矸石和洗中煤的硬度及Mar要求。
 
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主要破碎机械适用性分析
      固体物料在外力的作用下,克服物料的内聚力,使大颗粒破碎成小颗粒的过程称为粉碎。物料的粉碎机械大体分为破碎机和粉磨机。按照构造与工作原理的不同,常用的破碎机械有如下几类:颚式破碎机、锤式破碎机、圆锥破碎机(旋回破碎机)、反击式破碎机、辊式破碎机;常用的粉磨机如下几类:球(棒)磨机、无介质磨机、碾磨机、振动磨、气流磨。根据物料粉碎后的粒度大小,通常将粉碎分为五个阶段,其中破碎可分为三个阶段,为粗碎段(入料粒度300~1500mm,出料粒度100~350mm)、中碎段(入料粒度100~350mm,出料粒度20~100mm)、细碎段(入料粒度20~100mm,出料粒度5~20mm);粉磨也可分为粗磨段和细磨段,一般都是一个粉碎段(入料粒度5~19mm,出料粒度0.074~0.4mm)。可见,循环流化床锅炉燃煤破碎设备需要的破碎阶段为中碎段及细碎段,不需粉磨设备。
 

 


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