摘要：CFB锅炉技术日趋成熟和大型化，相比于煤粉炉，它燃烧效率高，煤种适应范围广，SOX及NOX排放浓度低，负荷适应性强，目前在国内已被大力推广和应用。对于大型循环流化床机组来说，燃煤粒径分布对锅炉燃烧效率，一二次风的配比，锅炉排渣，受热面磨损，飞灰含碳量，甚至CFB锅炉的安全稳定和经济运行等都有较大的影响，本文主要通过对输煤筛破系统现状分析，比较当前国内几种主要的布置方式，为进一步提高燃煤合格率提供相关技术参考。
关键词：CFB机组；筛分破碎；布置方式；设备选型；安全经济
随着CFB机组的持续发展，筛破系统也日趋完善，从布置方式和设备的选用也经历了几代的更新和优化。从最初的一级筛破发展到现在的二级破碎三级筛分，无论从安全性还是经济性都有了较大的提高。本文结合现有的CFB机组状况，主要分析以下几个问题：
1、当前CFB机组的筛分破碎布置方式
2、几种筛分破碎布置方式特点分析
3、当前筛分破碎设备的选型分析
一、CFB机组筛分破碎系统的常见布置方式
1、一级筛分、一级破碎（或不设置筛分设备，直接采用一级破碎）
此种布置方式常见于小型机组，早期较多小机组采用此种布置方式。原煤直接通过一级筛分后，进入细碎机。当原煤中300mm以上大块较多时，破碎机超负荷，破碎效果变差。当原煤较湿粘时，筛分效果差，物料从筛面全通过，造成破碎机卡死。后期出现齿辊破碎机后也有机组采用。此种布置方式系统简单，设备少，土建工程量小。特别是底部排渣对颗粒适应性较强的CFB锅炉。齿辊破碎机出现后，对筛破系统有了较大的推进，但还无法大型化，破碎量一般控制在300吨/小时以内。齿辊破碎机相较于传统筛破设备，有许多优点，该设备同时兼备了筛分和破碎两种功能，也不需粗细两级破碎，它采用来煤全部通过的形式，向锅炉提供满足颗粒度要求的燃煤。缺点是处理量较小，适用于小型机组。
2、一级筛分、二级破碎
输煤系统中设2座碎煤机室，一级碎煤机室内布置粗筛、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。该种布置方式在200MW以下CFB机组较为常见，也有后期改造增加了筛分装置。
3、二级筛分、二级破碎的布置方式
即在一筛二破的基础上，在细碎机前增加一级细筛分设备。该种布置方式为CFB机组的主流。
4、三级筛分、二级破碎的布置方式
输煤系统设2座碎煤机室，粗碎室内布置粗筛、粗碎设备。细碎室设两级筛分和一级细碎设备。在细碎机后又增加一级细筛分设备，这种布置方式极大地提高了入炉煤的合格率，所有超标粒径及通过破碎避让的杂物全部被第三级细筛滤除。在2010年以后新建的300MW以上CFB机组较多采用，相应的优势逐渐凸显，将会成为一种发展趋势。
5、布置方案比较与选择
目前电厂动力煤入厂粒度基本控制在300mm以下，机组容量在300MW以上，一级筛破系统很难满足要求。因此大中型循环流化床锅炉机组在设计上均采用二级布置。小型自备循环流化床电厂为降低投资，可考虑采用一级筛破的布置方式，但要求对入厂煤粒度根据碎煤机的破碎比及运行经验控制在100mm以下为宜。一筛二破的布置方式在最近几年建设的135MW及部分300MW等级的循环流化床机组应用较多，其优点两级破碎一级筛分可满足入炉煤粒度，降低工程造价。缺点：细碎机前无筛分设备，合格粒径燃料会全通过细碎机，易造成物料过破碎，入炉煤粒度过小或部分大颗粒由于锤头避让而进入锅炉，影响循环流化床锅炉安全稳定运行。细碎机运行一段时间后，每排锤头肯定会因布料情况不一致，造成锤头磨损情况不一致，无论怎么调整锤头和衬板间隙，也会有一部分超标物料进入锅炉。
现阶段或新上大型循环流化床机组的建设基本采用方案三筛二破的布置方式。该种布置方式能较好保证入炉煤的合格率，基本无大块或杂物进入锅炉，过破碎现象也有较好的缓解。对CFB锅炉的经济运行有较大的提高。已经投运的京能集团山西京玉电厂（2*300MWCFB机组）、山西国金电厂（2*350MWCFB机组）、山西河波发电厂（2*350MWCFB机组）、华美电厂（2*350MWCFB机组）大屯电厂（2*350MWCFB机组）等均采用三筛二破方式布置。
但同时需要注意的是，三筛二破系统也带来了一系列问题：1、增加了系统的复杂性，无论是设备数量，皮带和落煤管长度，筛破楼高度均有增加，特别是面对湿粘煤，易造成系统堵塞，上煤困难。2、细筛由于孔径较小，很难做到高效不堵，虽然新产品新工艺层出不穷，但目前面对湿粘煤还没有特效药，这也是所有使用三级筛分电厂所头痛的顽疾。3、三级筛后滤除的大块和杂物不好处理，里面含有部分煤，分拣时耗费较多人力，如分拣不及时，杂物被运回煤场，重复筛分，做了大量无用功。
因此必须根据煤种特点和布置条件慎重选择布置方式，同时对现有市面上纷繁复杂的筛分破碎设备进行调研论证，选择适合各自煤种特点的产品，在保证其安全、可靠运行的同时，提高其经济性和利用效率。
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二、筛破设备选型分析
1、一级筛破设备选型
电厂所用干法筛分设备主要有：圆振筛、直线筛、高幅筛、弛张筛、等厚筛、共振筛、滚轴筛、摆动筛、交叉筛等等，既有振动筛类型的，也有非振动筛类型的。一级筛是原煤的第一道关口，起到预筛分的作用，筛上的物料进入粗碎机，筛下的物料进入二级筛。粗筛体积相对较小，开孔率较高，它的作用主要是减轻粗碎机负担及防止过破碎的产生。在CFB机组中，一级筛（粗筛）常采用滚轴筛，最大入料粒度300mm，出料粒度30mm。筛分效率较高，故障率较少。运行平稳，低噪音，低功率。目前国内该设备生产技术已较为成熟，设备成本与备件成本均较经济。缺点是在遇到有大块杂物或条状带状物时，易在分料口处的两级筛轴处卡死或缠绕，造成系统连锁跳停。因此有些CFB机组在前级增加除杂物装置，效果较好。
粗碎机同样为预破碎，和一级筛一起为细碎机服务。只要粗碎机不卡死，基本没有运行故障。电厂较多采用环锤式碎煤机，结构简单，破碎效率高，故障率低，环锤使用寿命长。该设备国内技术亦较为成熟。缺点是底部因加装了筛板，易被大块卡死，造成液耦超温喷油。同时维护也不方便，外壳开启较为困难，一圈螺栓拆装耗费较长时间。这一点应借鉴德国破碎机，维护极为方便，开盖仅需10几分钟。
一级筛为全通过，处理量应考虑与系统上煤量相同，粗碎处理量按照燃料输送系统出力的60％--80％确定。为确保系统安全，一级筛必须考虑设置旁路。
2、二、三级筛设备选型
二级筛入料30mm，筛下物为合格粒径8~10mm，布置在细碎机前级，是输煤系统最为关键的一个环节。CFB机组用劣质煤，其中包括煤矸石、煤泥、洗中煤、褐煤等，这些燃料中8mm以下的细煤占很大比例，甚至高达80%，更有些用户的燃料不但细煤多、煤泥含量高，而且水分很高，粘性极大，这对二级筛提出了极高要求，二级筛如果效率比较高，就能将更多的细煤筛出来，直接入炉，是很好粒度级配的燃料，如果筛分效率低，堵孔严重，筛子将做无用功，全部粗、细物料一起进入细碎机破碎，过破碎的现象就产生了。细碎机在过破碎的状态下，磨损将出现倍数上升的磨损。同时湿粘的细粒度原煤所带来的阻力会使细碎机电流增大，造成惊人的能耗损失。
因此在选型上要求较高。由于筛子孔径较小，考虑湿粘煤的情况，筛分效率很难保证。难以达到厂家标称的75%以上。相对情况较好的有弛张筛、交叉筛、高幅振动筛等。
弛张筛是双质量振动系统，采用聚氨酚橡胶筛面，厚度约5mm，弹性较好。在工作时，筛网交替地拉紧和松弛，使物料产生前进弹跳运动，可避免物料黏附筛网并堵塞筛孔。当两质体相差二相位振动时，任意两根相邻横梁时而靠近，时而远离，弹性筛面也相应时而松弛，时而张紧，即筛面随筛箱作牵连运动的同时，还相对筛箱作相对运动。这种弛张运动不仅使筛孔不断产生变形，而且大大增加了筛面的振动强度，从而有效地克服了筛孔堵塞现象，显著提高了筛机处理能力。缺点是筛面的振动强度较大且反复变形，筛面寿命较低，易损坏。平均寿命6~8个月。结构复杂，筛机重量大，消耗功率大，整体设备价格和维护费用较高。该产品在国内应用较少。
交叉筛是在滚轴筛的基础上发展而来，它的相邻筛轴上的筛片相互交叉排列，各筛轴同向旋转，交叉处相向手搓式运动，强制透筛，并具有较好的自清理能力。由于筛轴的直径较大，筛片较厚，开孔率在25%左右。耐磨程度很好，使用寿命较长。
高幅振动筛，采用大振幅、大振动强度、较低振频和自清理筛面来完成湿粘原煤的筛分过程。传统的筛分理论认为：筛分过程分为松散、分层、透筛三个阶段，松散是分层的前提。分层是完成筛分过程的条件，透筛是筛分的目的。高幅筛的开孔率相对较高。但老式高幅筛（棒条筛）对湿粘煤还是易形成堵孔，运行几个小时后，筛面大量粘煤，透筛效率较低，棒条与筛框粘死，无法进行自清理。最近几年在高幅筛的基础上优化了一种琴弦筛网，即将直棒条折弯，利用筛条的高弹性，两侧拉紧，就像琴弦一样，利用张力的作用进行自清理和筛分。大大提高了透筛率。最近几年新建机组高幅振动筛的占有率较高。该产品技术基本成熟，密封、开盖清理、维护等均有较人性化的设计。
缺点是高幅筛的直棒条易堵孔，琴弦筛筛网相对寿命较短，并且是单块模块化加工，当有少量断条时，就需更换整块，经济性较差。
三级筛和二级筛选型基本相同，综合考虑透筛率和上煤经济安全性，三级筛筛孔可适当放大4~6mm，振动筛处理湿粘原煤，13㎜是临界状态，小于13㎜堵孔现象加剧，大于13㎜的物料堵孔现象逐步减轻。同时三级筛应设置物料运输旁路，以便在运送劣质煤、含水分高的煤时能保证系统安全。
3、细碎机的选型
目前国内外已投运或在建的CFB机组，多采用进口可逆锤击式细碎机，少数采用笼式破碎机，辊式细碎机在大型循环流化床锅炉电厂中没有运行业绩。可逆锤击式细碎机主要有美国产和德国产，最近几年也有采用国产细碎机。性能基本相近。锤头质量有些差别，从8~16Kg不等。大锤头使用寿命较长，破碎能力强，小锤头使用时间短，检修周期短。这类细碎机开启方便，采用自动润滑，可远程监控操作；振动是细碎机运行中一个较为重要的指标。在现阶段CFB机组细碎机使用情况分析，锤头质量与振动有着一定的关系。同时细碎机锤臂卡涩现象也有较多出现，此现象严重影响设备正常运行，在选型调研时必须考虑这类问题。
结束语
CFB机组中，筛分破碎系统极为重要，在布置方式上和设备选型上要结合自身特点，综合考虑燃煤种类、建设场地、投资费用、运行维护、设备技术特点等各种因素，力求做到安全、高效、经济。
参考文献：
［1］蒋敏华 《大型循环流化床锅炉技术》中国电力出版社出版 2009-3
［2］国电太原第一热电厂编 《输煤系统和设备》 中国电力出版社2008-1-1
论文作者:孙远阔
论文发表刊物:《电力设备》2019年第4期
论文发表时间:2019/7/8
标签：机组论文; 细碎论文; 设备论文; 方式论文; 锅炉论文; 粒度论文; 锤头论文; 《电力设备》2019年第4期论文;