循环流化床锅炉筛分破碎系统研究

发表时间:2021/5/27   来源:《当代电力文化》2021年第5期   作者:彭旭
[导读] 燃烧低劣质煤是循环流化床锅炉的一个最大的优点
        彭旭
        陕西能源麟北发电有限公司 陕西省宝鸡市721599
        摘要:燃烧低劣质煤是循环流化床锅炉的一个最大的优点。入炉煤颗粒是循环流化床锅炉一个关键问题。在工程设计中,优化的筛碎系统、正确的选择筛碎设备,使锅炉燃烧的煤粒更趋近于锅炉的设计值,从而使锅炉的燃烧达到最佳效果。采用三级筛分系统可有效地控制了入炉煤粒度,并对入炉煤粒度级配控制起到了积极的作用;但三级细筛增加了工艺系统环节,增加了检修维护工作量,具体工程是否设置三级细筛,应根据循环流化床锅炉对燃煤粒度的要求确定。
        关键词:循环流化床;锅炉;筛分破碎系统
        一、循环流化床锅炉对燃煤粒度的要求
        随着我国大型循环流化床机组的不断投产,电厂积累的经验越来越丰富,但也出现了新的问题,如煤粒径不合格等。在两种极端情况下,煤的粒度不合格:过度破碎或大颗粒生产。循环流化床机组的选煤系统包括筛煤机和破碎机。大型机组一般会设置两屏两片,即使这样,也存在煤粒径不合格的问题。
        实践表明,煤泥粒度对循环流化床锅炉的点火启动、运行控制、燃烧效率、烟罩和水冷壁有很大影响。煤粉粒径过大对锅炉运行的影响是:(1)为保证锅炉的正常流化,应增加一次风量。因为增加一次风量后,锅炉密相区向上移动,炉内磨损增大,风机电耗增大(2)锅炉密相区床温高,锅炉严重时需带负荷运行(3)内循环增大,床压升高,改变渣粉比,排渣困难,甚至堵渣(4)燃煤与氧气接触面积减小,燃烧效率降低,炉底炉渣含碳量增加,影响锅炉经济性。(5)大颗粒床料沉积,恶化流态化,引起锅炉结焦。
        在煤的加热量一定的前提下,循环流化床锅炉所用煤的粒度直接影响锅炉的流化状态、燃烧状态、煤耗和排渣量。这就要求碎煤机生产的煤必须符合设计要求的粒度。
        二、燃煤筛分破碎系统存在的问题
        循环流化床锅炉要求的煤粒径应小于6-13mm,且只能通过燃煤筛分系统进行分离。目前常用的筛分破碎系统一般设置为开式二次筛分破碎系统。
        开式系统是指煤经二次筛粉碎后,通过下一台皮带机直接进入锅炉燃烧。对于通过二次筛分破碎系统后仍大于循环流化床锅炉要求的物料,开放式系统不予处理。破碎后物料的粒度由二级碎煤机的调整来控制。所有物料经过二次筛分破碎设施后进入给煤系统,送锅炉炉膛燃烧。该系统是目前循环流化床电厂中最常见的一种。开放式二次筛分系统布局简单,节省投资和电耗。但即使在正常运行情况下,二次筛的筛面也会局部磨损。二级碎煤机的环锤(齿辊)会发生局部磨损(不均匀磨损),这给开式二级筛分破碎系统的煤种尺寸提供了困难。
        从大量工程作业调查来看,二次破碎机易受煤种不稳定、给料不均、锤头磨损不均等因素的影响,卸料级配分布具有两端大、中、小的特点。一般情况下,进入二次破碎机的物料在整个转子轴向分布不均匀,中间多,两侧少。因此,煤的锤头磨损也会导致磨粒磨损越来越小。长时间运行后,锤头与破碎机板之间的间隙相差较大,很难保证煤的粒度。当煤质不稳定时,由于煤质不同,锤头会产生不均匀磨损。锤头的不均匀磨损还可能导致破碎后的煤粒径超过设计值,这是破碎机本身难以解决的问题。
        三、循环流化床锅炉筛分破碎系统
        (一)筛分布料一体破碎机结构技术
        筛分布料一体破碎机由筛分无堵破碎机和正弦叶轮筛分布料器两大部分组成,正转叶轮筛分一体化破碎机工作时,具有筛分、布料、破碎三种功能。当物料进入设备上部即正转叶轮筛分分配器时,物料在叶轮和筛网的作用下均匀分布并自动筛分。合格物料通过筛面下部旁路和正弦叶轮筛分分配一体式破碎机直接进入成品通道;不合格物料均匀进入设备下部筛分无堵塞破碎机破碎室。在破碎室内,环锤围绕主轴高速旋转,第一次围绕锤轴旋转,对物料进行冲击、剪切、挤压和研磨。符合粒径要求的物料通过滚动筛环间隙进入正弦叶轮筛分一体式破碎机的产品通道;同时,不合格物料在环锤上获得动能,高速冲向滚动筛环,进行第二次破碎。经过多次破碎后,物料在正弦叶轮筛分一体式破碎机的破碎腔中逐步破碎筛分,最终粒径达到设计要求的物料全部出机。


        在筛分一体化破碎机的选型中,由于一级筛分破碎的要求,设备由环锤式破碎机演变而来,选型计算中参考了环锤式破碎机的计算公式。最后确定了该设备的选型参数为:破碎机设计能力350~400t/h,主转子直径1400mm,主转子长度1600mm,功率400kw,主转子设计8排锤环。即使大部分来煤粒度大于业主要求的60mm,排放粒度也能满足不大于13mm的要求。
        筛分一体化破碎机可同时筛分,不堵煤,出料粒度相对均匀。对于循环硫化床锅炉来说,粒度的均匀性是非常重要的,其收率高于其它类型的破碎机。在正常情况下,锤式破碎机的破碎率在6~10之间,筛分一体破碎机的实际反应破碎率在该范围内较高。该设备虽然是一种新设备,但业主对用筛分一体化破碎机取代齿辊破碎机的反应表明,该设备具有较高的技术可靠性。
        (二)闭式循环系统
        闭路循环系统设有三级细筛和两级筛分后的返料系统。仍大于循环流化床锅炉要求的物料通过三级筛分设备进行筛分。合格的物料进入给煤系统,送入锅炉炉膛燃烧。不符合粒度要求的煤经皮带机或斗式提升机返回两级筛(碎)机入口。
        在闭式循环系统中增加了三级细筛和循环操作,解决了煤粉粒度分布的要求,保证了煤粉的粒度分布。但由于破碎机房布置难度加大,系统设置更加复杂,投资大幅增加;二级筛、二级碎煤机、三级筛需要重复循环操作,效率低,设备出力大。同时,很难确定每台设备的出力,在实际工程设计中很少使用。
        300mw循环流化床白马示范电站石灰石破碎系统采用闭式循环系统。由于三级细筛设备物料堵塞严重,系统运行中存在诸多问题。
        (三)半开放系统
        半开式系统在二级细筛和二级破碎机后设置三级筛分设备,对二级筛分破碎设施后仍大于循环流化床锅炉要求的物料进行筛分,合格的物料进入给煤系统,送入锅炉炉膛燃烧;不合格物料排出系统。人工筛分后,大块石块和杂物被丢弃,煤炭由装载机等设备送至煤场。
        该系统可以大大减少散料进入锅炉,有效提高锅炉运行的稳定性和燃烧效率。近年来,大型循环流化床电厂的应用逐渐增多。
        在半开式系统设计中,经过三级筛分、两级破碎后,符合粒度要求的煤进入给煤系统,进入锅炉炉膛燃烧,仍不符合粒度要求的煤从系统中排出。
        半开放系统能有效地控制煤的粒度,对控制煤的粒度分布起到积极的作用。同时避免了封闭循环系统复杂的工艺流程,节省了工程投资。
        考虑到三级筛分设备故障和维护的实际情况,系统设计中可在三级筛分设备处设置旁路。
        四、结论
        筛分布料一体破碎机只需要一台设备就完成破碎筛分,来煤水分多时也不会堵煤,出料粒度均匀,长期运行检修维护方便。
        参考文献:
        [1]孙捷夫.多级破碎筛分机的研究设计[J].机电信息,2019,(07):54-55.
        [2]鲜仕君.碎石破碎筛分设备选型方案的综合评价[J].建筑机械化,2019,43(1):44.
        [3]张志实.筛分布料一体破碎机在循环流化床锅炉碎煤的应用[J].硫磷设计与粉体工程,2019(05):12-16+5.
        [4]张志实.筛分布料一体破碎机技术特点及其用于循环流化床锅炉碎煤的应用前景[J].石油和化工设备,2019,19(09):56-59.
        [5]唐敬麟.破碎与筛分机械设计选用手册[M].北京:化学工业出版社,2019:150.
       
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