详细分析循环流化床锅炉破碎设备的选型

　　针对循环流化床锅炉对人炉煤粒度要求较高的特点，对循环流化床锅炉破碎设备的选型进行了详细分析。希望本文能对其他循环流化床锅炉原煤破碎设备的选型提供一定的借鉴。

　　前言

　　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。

　　1 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。

　　2 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。

　　3 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。以下，对几种主要的破碎机械对破碎循环流化床锅炉燃煤的适用性分别进行介绍。

　　3.1 颚式破碎机

　　颚式破碎机，是依靠偏心轴带动活动颚板作周期性的往复运动，把进入定颚板和动颚板间的物料压碎。颚式破碎机适用于莫氏硬度 7 级以下的高、中硬度物料的粗、中、细碎。现 有颚式破碎机按动颚的运动特征，分为简单 摆动型、复杂摆动型和混合摆动型三种型式。 简单摆动型又分为 PJ 型、JC56 型、PEJ 型、 PEXZ - 150X750 细碎型，其中复杂摆动型破 碎机又分为 PEF 复摆型、PE 系列复摆型、PES 系列复摆型、PEX 复摆细碎型、PEXS 复摆细 碎型，混合摆动型又分为 PEY 型液压保护型、 PJQ 强力型、PSH 系列双腔回转型。其中诸如 PEXZ - 150X750 细碎型、PEF 复摆型、PE 系 列复摆型、PES 系列复摆型、PEX 复摆细碎型、 PEXS 复摆细碎型、PSH 系列双腔回转型都能 够将物料破碎至 10 mm 以下，但其出力均不超 过 50 t/h ;由于其破碎机理之故，无法将来料 破碎至符合循环流化床锅炉燃料粒度分布曲线， 破碎效率低。总体来说，颚式破碎机无法满足 大型循环流化床锅炉燃料破碎的要求。

　　3.2 辊式破碎机

　　辊式破碎机，是一种较古老的破碎机械。辊式破碎机的破碎机构是一对或几对相互平行水平安装在机架上的圆柱形辊子，辊子间相向旋转，物料加入到喂料箱后落在转辊上面，并在辊子表面摩擦力的作用下，被带进转辊之间，受到辊子的挤压而破碎，破碎后的物料被转辊推出，向下卸落。因此，辊式破碎机是连续运行的，且有强制卸料的特性，常用作中、低硬度物料的中、细碎。按辊子的数目，辊式破碎机可以分为单辊、双辊、三辊和四辊四种型式;按辊面形状，可以分为光面、槽面和齿面辊式破碎机等三种。其主要优点在于：结构简单，机体紧凑轻便;价格低廉;调整破碎比方便;过破碎现象少;对于粘湿物料其破碎效果比颚式破碎机、圆锥破碎机要好。主要缺点在于：生产能力低，在给料粒度50mm左右条件下，传统的双辊、四辊式破碎机都可以将物料破碎到10mm以下，但出力仅能达到60t/h;由于其破碎机理之故，无法将来料破碎至符合循环流化床锅炉燃料粒度分布曲线，破碎效率无法达到大于95%;出料粒度较小时辊齿易堵塞;大出力辊式细碎机由于齿辊较长，设备体积较庞大，必须严格保证布料均匀，否则因辊子磨损不均会导致细碎机下产品粒度也不均匀，而且大出力辊式细碎机因辊子易磨损使维修量增加;对铁块、木块等杂物的闪避功能较差，当来煤中存在杂物时易引起破碎机故障;对于矸石含量高的硬度较大的劣质燃料适应性较差。传统辊式破碎机用于电厂内碎渣机较多。经改进的新型辊式破碎机可将50mm来料破碎至10mm以下，最大出力可达500～600t/h，但由于其仍存在煤种适应性差、出料粒度难控制等问题，因此仅在少部分循环流化床锅炉电厂中得以应用，未得到推广。

　　近年国内制造厂自主研发的四齿辊式破碎机，机内设有两对相向转动的齿辊，将粗、细两级破碎合并在一起，可将300～500mm的大块物料不需另外筛分一并进入破碎机，可破碎到8～13mm。国内600t/h及以下出力的设备已有较多的投运业绩，800t/h四齿辊式破碎机正在安装中，已投运的产品在业主中反响较好。

　　3.3 圆锥破碎机

　　圆锥破碎机，其工作部件是两个截锥体。 一个是动锥 ( 内锥 )，固定在主轴上 ;另一个称 定锥 ( 外锥 )，是机架的一部分，是静置的。动 锥沿着定锥的内表面作偏旋运动，靠拢定锥的 地方，该处的物料就受到动锥挤压和弯曲作用 而破碎，偏离定锥的地方，已经破碎的物料由 于重力的作用就从锥底落下。圆锥破碎机的工 作原理是对物料施加挤压力，使物料在两个锥 面之间同时受到弯曲力和剪切力的作用而破碎， 物料破碎后自由卸料。圆锥破碎机的破碎机理 决定其可用于高或极高硬度物料的粗、中、细 碎。圆锥破碎机按用途可分为粗碎和中细碎两 种 ;按结构与功能可分为悬挂式、托轴式和振 动式三种。其中 PYB、PYD、PYZ、PYT 弹簧型、PYX1600 单缸液压型、PYS - B 型、PYY - D 多缸液压型、PYY - T 单缸液压型圆锥破碎机 在给料粒度 40 ～ 130 mm 条件下，可将物料破 碎至 10 mm 以下，但由于其破碎原理决定其破 碎速度慢，最大生产能力仅能达到 360 t/h，且 设备外形庞大，如 PYD2200 型弹簧圆锥破碎机， 设备外形尺寸达 7.7 m×3.43 m×5.06 m ;由于 其破碎机理之故，无法将来料破碎至符合循环 流化床锅炉燃料粒度分布曲线，破碎效率低。 其常用于矿ft矿石破碎、建筑石料破碎、金属 矿石破碎、固体废弃物处理等行业。

　　3.4 卧式转子类破碎机

　　卧式转子类破碎机，包括锤式破碎机、环锤式破碎机、反击式破碎机、笼式破碎机、链式破碎机等。

　　3.4.1 锤式破碎机

　　锤式破碎机，物料受高速回转的锤头的冲击和物料本身以高速向固定衬板冲击而使物料破碎。锤式破碎机的主要工作部件为带有锤子(又称锤头)的转子。转子由主轴、圆盘、销轴和锤子组成。电动机带动转子在破碎腔内高速旋转。物料自上部给料口给入机内，受高速运动的锤子的打击、冲击、剪切、研磨作用而破碎。锤式破碎机多用于破碎中、低硬度且含水率适中的物料，并且适合于破碎纤维结构、弹性和韧性较强的物料。锤式破碎机类型很多，按转子数目分为单转子锤式破碎机和双转子锤式破碎机;按转子回转方向，分为可逆式和不可逆式;按锤子排数，分为单排式和多排式;按锤子在转子上的连接方式，分为固定锤式和活动锤式。其中，可逆锤击式细碎机因其破碎后物料粒度分布合理、破碎效率高、锤头可顺利的让过难破碎物、易磨损件使用寿命较长、易于检修维护、出料粒度调节方便、出口风量小等特点，目前在国内已投运或在建的大型循环流化床锅炉电厂中采用较多。其可以相对容易地将50mm来料破碎至10mm以下，而且出力也可以做到650t/h或者更大。四川白马600MW循环流化床锅炉电厂采用可逆锤击式细碎机。

　　早期国内大型循环流化床锅炉工程中采用国外进口大出力可逆锤击式细碎机的较多，且均为整机进口。采用较多的国外进口细碎机品牌有：德国FAM公司、美国破碎机公司、美国宾西法尼亚破碎机公司、德国ZEMAG、德国奥贝玛AUBEMA破碎公司等。据了解，墨西哥某化肥厂内已经投运1000t/h破碎磷酸岩矿石的可逆锤击式细碎机，其进料粒度50mm，出料粒度9.5mm。早期国产可逆锤击式细碎机主要存在锤头和破碎板耐磨性能差、寿命短、检修更换频繁、对煤的水分适应性差、破碎效率低等问题。随着国内制造厂的不断改进，近年来越来越多的国产可逆锤击式细碎机得到应用，国产出力600t/h及以下的可逆锤击式细碎机已有为数不少的投运业绩，800t/h的国产可逆锤击式细碎机目前正在制造中。

　　由于国内电厂燃用煤种的多样性，因此建议根据每个电厂的燃煤特性来进行不同可逆锤击式细碎机产品的设计，使得破碎后的物料粒度分布尽可能地符合循环流化床锅炉入炉煤粒度特性曲线的要求。

　　3.4.2环锤式破碎机

　　环锤式破碎机是一种带有环锤的冲击转子式破碎机。环锤不仅能随转子旋转，还能绕锤销轴自转。物料进入破碎机后，在破碎腔内受到随转子高速旋转的环锤的冲击而破碎。环锤式破碎机多用于破碎中、低硬度且含水率适中的物料。环锤式细碎机在早期的循环流化床锅炉燃料破碎系统中有一定的采用，但是，随着循环流化床锅炉燃料量的增大，环锤式破碎机因其破碎机理决定其很难将大多数物料破碎至10mm以下，更不用说符合燃料粒度分布曲线;由于筛板的存在，当来料水分较大时，很容易堵塞;作为细碎机使用时，环锤、破碎板磨损大，维护量大，维护费用高。因此，环锤式破碎机逐渐退出了循环流化床锅炉细碎设备的队伍。

　　3.4.3反击式破碎机

　　反击式破碎机是锤式破碎机的变形，主要变动有：活动锤头改为固定锤头;在机壳上正对转子锤头的切线方向装了1～2个反击板。反击式破碎机利用高速旋转的转子上的板锤，对送入破碎腔内的物料产生高速冲击而破碎，且使已破碎的物料沿切线方向以高速抛向破碎腔另一端的反击板，再次被破碎，然后从反击板反弹到板锤，继续重复上述过程。在往返途中，物料间还有互相碰击作用。由于物料受到板锤的打击，与反击板的冲击以及物料相互之间的碰撞，物料不断产生裂缝，松散而致粉碎。当物料粒度小于反击板与板锤之间的缝隙时，就可通过。反击式破碎机结构简单，电耗较省;破碎比大，一般为40左右，最大可达150;多用于破碎中、低硬度且含水率适中的物料;进料粒度～50mm、出料粒度小于10mm范围内，反击式破碎机出力均在100t/h以下，且由于其破碎机理之故，无法将来料破碎至符合大型循环流化床锅炉燃料粒度分布曲线的颗粒，破碎效率低。

　　3.4.4其他型式的卧式转子类破碎机

　　其他型式的卧式转子类破碎机，如链式破碎机(主要工作部件为带有钢制环链的转子，环链的一端与转子相连，环链的另一端安有耐磨钢制成的环链头，通过高速旋转的链条对料块的冲击进行破碎)、笼式破碎机(其结构为两个相对旋转的转笼构成，物料由装料斗进去后，在两个转笼的相对高速回转下被破碎)等也可将50mm来料破碎至10mm以下。链式破碎机出力在100t/h以下，主要用于破碎中等硬度、湿粘的物料，在化肥生产线中应用较多。笼式细碎机多用于中、低硬度且含水率适中物料的细碎，破碎比可达40，可以通过调整笼式转子转速调整破碎比。笼式细碎机在早期的循环流化床锅炉燃料破碎系统中有较多的采用，如平顶ft瑞平电厂就采用了2台美国钢莱克公司生产的500t/h的转笼式细碎机。但是，笼式细碎机由于破碎原理的限制，满足循环流化床锅炉燃料要求的出力一般不大于500t/h;破碎粒度难以控制，出料粒度过细;由于破碎条磨损严重，在破碎约8万t煤时就需更换破碎条，设备维护工作量大;来煤中的杂物对高速运转的破碎条损坏严重;设备依赖进口，价格比同出力锤击式细碎机高30%～40%，也有部分国内厂家生产笼式破碎机，但运行效果普遍不够理想。河南神火煤电股份有限公司于2009年新安装的两台笼式破碎机，投运后效果不佳，存在破碎粒度不好控制、电机易过负荷等问题。因此，笼式破碎机仅在对物料细粉颗粒比例要求较高的砖瓦厂广泛应用。

　　除以上几种主要的破碎机械外，其他诸如立轴式破碎机、涡轮式粉碎机等也都无法满足大型循环流化床锅炉燃煤破碎的要求。

　　4 燃煤破碎设备价格比较

　　表1对可用作循环流化床锅炉燃煤破碎设备、同出力的可逆锤击式细碎机、辊式细碎机、四齿辊式破碎机、笼式细碎机、环锤式细碎机价格作大致比较。

　　

　　从上表可见，进口的细碎机价格基本是同规格国产设备的2倍，采用进口细碎机尽管设备性能较优越，但将增加工程投资。如何进一步提高国产细碎机性能，减少此类设备的进口，也是今后国内细碎机制造业技术人员面临的课题。

　　5结语可逆锤击式细碎机、环锤式细碎机、笼式破碎机、辊式细碎机均可用作循环流化床锅炉的细碎设备，符合煤矸石、洗中煤的物性。其中，环锤式细碎机、笼式破碎机、辊式细碎机在早期的小出力循环流化床锅炉燃料破碎系统中有一定的采用。可逆锤击式细碎机在大、中、小型循环流化床锅炉燃料破碎系统中均有采用，国内工程投运业绩最多。

　　以前国内工程中大多采用国外整机进口的大出力可逆锤击式细碎机，近年来国产出力600t/h及以下的可逆锤击式细碎机已有为数不少的投运业绩。

　　国外化肥厂内已有1000t/h破碎磷酸岩矿石的可逆锤击式细碎机业绩，800t/h的国产可逆锤击式细碎机目前正在制造中。

　　要一次性将300mm来料破碎至10mm以下，可采用四齿辊式破碎机，破碎效果在业主中反响较好。

　　燃料煤化程度、破碎机的破碎机理决定了破碎后燃料的粒度分布曲线，建议制造厂根据每个工程的燃煤特性作模拟实验，进行可逆锤击式细碎机不同产品的设计，使得破碎后的物料粒度分布尽可能的符合循环流化床锅炉粒度特性曲线。