循环流化床锅炉燃煤破碎设备的研究与设计

　　 循环流化床锅炉燃煤破碎设备的研究与设计程云山，姚健平(沈阳皇姑热电有限公司，辽宁 沈阳 110035)
??摘 要:针对目前循环流化床锅炉所配置的碎煤设备，从其使用性能，锅炉的运行状况和燃煤的燃烬效果进行全面分析，从而开发设计出适合循环流化床锅炉燃煤破碎设备-FC型细粒破碎机，以满足目前循环流化床锅炉市场的要求。
关键词:循环流化床锅炉 破碎机 破碎粒度??
1循环流化床锅炉对燃煤粒度的要求
循环流化床锅炉对燃煤粒度的要求，主要是由其燃烧特点和运行经济性所决定的，无论燃用哪种煤，其粒度一般都在0～13mm范围内，平均粒度为2～3mm，所以为循环流化床锅炉所配置碎煤设备，破碎的燃煤粒度应达到这一粒度要求，否则将影响循环流化床锅炉的燃烧调整和燃煤的燃烬，造成锅炉运行的不稳定和燃煤的燃烧效率的降低，即燃煤的浪费，降低燃烧经济性。??
2目前循环流化床锅炉配置碎煤设备使用性能的分析
目前循环流化床锅炉配置的碎煤设备主要有环锤式破碎机和锤式破碎机等。每种破碎机由于生产厂家不同其结构有所区别，但其破碎机理完全一样，这两种破碎机，尤以环锤式破碎机目前应用最多。下面就对这两种破碎机的结构、破碎原理及使用性能进行分析。?

2.1环锤式破碎机
环锤式破碎机的结构包括：机壳体、转子、破碎筛板。锤环通过锤柄悬桂在转子挂盘上。
工作原理：物料经过进料口进入破碎机内被旋转的锤环击打破碎，破碎细的物料通过破碎筛板排出输送至锅炉燃烧，没有破碎的物料在破碎室内继续被锤环击打挤压直至破碎排出，破碎不了的物料或杂质进入杂物室内排除掉，其破碎机理是击打和挤压，物料被锤环击打和筛板的撞击而破碎。
使用性能：从现在为循环流化床锅炉配置的环锤式破碎机的使用情况看来，虽然粒度上满足要求，但存在下列问题：
a.实际出力达不到铭牌出力，正常情况下最大出力只有铭牌出力60％左右。
b.对煤的表面湿度适应性差，当煤质表面水份达5 ％以上时，便经常发生堵塞现象，直接影响正常生产。
c.锤环和破碎筛板磨损较快，使用时间短，维护费用高，工作量大。
原因分析如下：
a.环锤式破碎机在循环流化床锅炉来推广普及前，主要应用于燃烧煤粉锅炉给煤系统一级粗粒破碎，将进厂的原煤破碎成30mm以下粒度，送到煤仓供磨煤机制备煤粉。当应用在循环流化床锅炉上制备粒度在13mm以下，甚至有的锅炉要求粒度在10mm以下时，只是通过改变破碎筛板的孔眼尺寸来保证破碎粒度。虽然设计时理论上保证了孔眼的通过量能满足出力要求，但实际运行时相差较大，这与煤的破碎粒度、湿度及破碎筛板的孔眼尺寸相关，破碎粒度越少，出力越低，湿度越大，造成孔眼的堵塞率越高从而出力降低越大，孔眼尺寸小，物料通过孔眼的时间将延长，导致出力下降。
b.环锤式破碎机破碎的物料在破碎室内经过反复击打、挤压破碎，物料在破碎机内有一定的停留时间，当破碎的煤湿度大时，锤环对煤的击打和挤压造成煤粘接在一起，形成堵煤，被迫停运清理，特别在冬夏两季，煤质湿度大时，给生产运行带来极大的困难。经运行经验确定，当煤质表面水份大于5％时，破碎机便会经常发生堵塞现象。
c.环锤破碎机的转子转速一般在960r/min以下，锤环在破碎煤的过程中，在打击半圈内，煤与锤环的撞击除中心一点是垂直撞击外，其余部分都以不同的角度撞击，这导致锤环的磨损非常快。破碎筛板在破碎过程，也同样受到类似的撞击，磨损也较快。另外，锤环在运行过程中常发生碎断现象，需经常检查填补更换，所以维护工作量较大。锤环和破碎筛板一般都采用特殊的耐磨抗冲击材料，费用较高。
现在一些单位采取如下方法解决这些问题。
a.先选择出力大的环锤破碎机。建设时本应选择铭牌出力为1００ｔ／h，而实际选用出力在15０～2００ｔ／h。这不但使投资成本增大，也使今后的生产成本，检修维护成本增大。
b.选择粗破碎环锤破碎机，出料经过下一级筛分，合格的筛下煤输送给锅炉燃烧，粗大的筛上煤又通过输送设备送回破碎机与新进原煤混在一起进行破碎，这样在破碎和筛分之间形成一个环形的闭路破碎筛分系统，这样虽能保证出力和粒度要求，但破碎机在选型上要偏大一些，否则设备运行时间要增长。另外增加这一套环形破碎筛分系统，不仅使燃料设备系统复杂，而且投资增大，运行维护成本也增大，降低电厂经济效益。
增大破碎筛板孔径，增大出力，防止堵塞。但煤的粒度增大，破坏了煤的粒度要求，导致大的颗粒进入燃烧室，影响床上物料的流化造成风压的波动，给运行控制带来难度，同时大的煤粒燃烬时间长，有的煤粒没有燃烬便随炉渣排出造成燃料的浪费，降低电厂经济效益。这种方法是电厂建设时，没有考虑到环锤式破碎机实际出力能力小于铭牌出力能力，投产后为保证燃煤的制备能力，在采取其它方法又不可行的情况下，不得以采取的措施，这种措施无疑降低了电厂的经济性。?


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2.2锤式破碎机
锤式破碎机的基本结构包括：机壳体、破碎板、筛板、转子和锤子。其锤子由悬挂杆直接挂在转子上，形式有单转子、双转子、有筛板、无筛板等。
工作原理：无论哪种型式其工作原理均一样，即破碎的物料从入料口进入旋转锤子的轨道被锤子打击粉碎后冲向对面的破碎板（或另一个转子的锤头）进行撞击破碎，反弹回来的物料又进入锤子轨道被锤子打击破碎，直至向下冲落离开锤子轨道从出料口或筛板孔排出。物料破碎粒度的大小主要依靠调节锤头顶端与破碎板之间的间距的大小来保证，有筛板的破碎机，物料向下冲落过程中筛板除起到进一步冲击破碎作用外，主要是阻挡一些不可破碎物进入下一级设备，影响其它给煤设备的运行，停机后除掉这些不可破碎杂物。单转子的可正反两方向运行；双转子的只能一个方向运行。
使用性能分析：目前配置在循环流化床锅炉的锤式破碎机，有国产的，有进口的，从其使用性能上来看出力和粒度都能满足使用要求。目前双转子的国内应用较少，采用的大多都是单转子双向可逆转结构，下面对单转子的破碎机的使用性能进一步分析，从目前国内各电厂使用单转子锤式破碎机的情况，其使用性能和存在的问题如下：
a.煤种适应上，目前国内循环流化床锅炉电厂燃用的煤种，锤式破碎机都能满足其破碎要求，破碎粒度均在保证范围13mm以下，甚至可以进行调节锤头和破碎板之间的间距使出料粒度更小或更大。
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b.出力方面：在煤质水份低的情况下能够达到额定出力，水份高时出力受限制，甚至堵塞。齿型破碎板的破碎机更易粘堵，破坏了破碎机的正常工作，造成出力降低，出料过细；有筛板结构易发生筛板堵塞，造成负荷超载设备损坏。
c.锤头端头磨损较快。虽然锤头端点的线速度达50～53m／ｓ，但是下落的物料与锤头的撞击未达到合适的撞击面，撞击面过小，只集中在锤头顶端造成过渡磨损加快，需经常进行调节破碎间隙。
d.没有筛板的锤式破碎机，其出料粒度的大小由破碎板下半部与锤头端部的间隙大小决定，调节这个间隙可获得要求的粒度，这种结构要求煤中不应有铁块、石块等不可破碎的杂物，但实际情况是，煤中存有不可破碎的杂物是不可避免的，这种不可破碎的杂物易造成锤头和破碎板的损坏，并随着破碎后的煤进入到下一级设备送往锅炉，时常会发生由于这些杂物的存在造成锅炉给煤系统的卡涩，塞堵故障，时间增长，这些不可破碎的铁块、石块等大量积聚在锅炉床面，影响锅炉正常流化燃烧。输煤系统即使设置除铁器等设备，但对煤中的这些杂质是无法全部除掉的，这说明一些如铁块、石块等杂质进入下一级是不可避免的。
由于有上述因素的制约，现在使用锤式破碎机的电厂一般采取下列措施来减轻上述因素对电厂正常运行的影响。
a.控制入厂煤的湿度，减少由于煤质过湿而影响破碎机正常工作。（煤质过湿水份过大，不但影响设备运行，而且增大燃料消耗和损伤锅炉尾部设备）。
b.把好入厂煤质关，减少煤中杂物量，特别是铁块、石块等。
c.加强对锤子的检查和更换，保证破碎效果。?
3ＦＣ型细粒破碎机的设计
根据对目前循环流化床锅炉配置的破碎机使用性能的分析，环锤式破碎机不是循环流化床锅炉理想的燃料破碎设备，目前使用锤式破碎机虽然能够满足破碎要求，但其结构不尽完善，生产中出现制约正常运行的因素，且进口的设备价格十分昂贵，投资较大。开发设计一种能适应我国国情的满足循环流化床锅炉燃煤破碎要求的破碎设备成为一种必要和急需，以满足不断扩大的循环流化床锅炉市场。经过不断对各种碎煤设备的研究分析，设计了ＦＣ型细粒破碎机，其主要内容及特点如下：?
3.1ＦＣ型细粒破碎机主要结构
如图1所示，ＦＣ型细粒破碎机的结构是在综合考虑了上述细粒破碎设备优点和不足而设计的，其工作原理与上述的锤式破碎机相同，主要针对上述锤式破碎机使用中出现的问题，通过分析从具体结构布置上进行了重新设计，主要内容及特点为：
a.结构紧凑，破碎板、筛板和转子所形成的破碎空间呈“水滴形”，破碎时物料破碎时间短，对各部件的磨损少。
b.破碎板和筛板形状重新设计，在保证破碎性能的情况下，通过改变物料冲击破碎方向使物料在破碎过程中增强了对破碎板和筛板的清理能力，防粘堵，提高了对煤质水份的适应能力。经验证煤质表面水份高达12％时均能正常稳定运行。
c.在破碎机底部设计有杂物斗，破碎不了的铁块、石块等杂物落到斗内，避免了落入到煤中，影响下一级设备的运行和锅炉的稳定燃烧。??
d.可根据煤质的不同选择不同的锤端线速度和给料高度，保证锤头、破碎板与物料合理撞击，提高锤头和破碎板的使用寿命。


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