Study on the Coal Grain Size of the Boiler of Fluidized Bed
Chen Jingfu Zhu Zhengyu
(Zigong Light Industry Design and Rearch Institute Zigong Sichuan 643000)
Abstract:The grain size of the coal that entered the boiler greatly impacts the heat transfer,the combustion efficiency,running adjustment operation in the boiler and directly influence the safety and economy of the fluidized operation.Bad on investigation of the influence of coal grain size in the boiler on the burnout time,burnout rate and thermal efficiency of the boiler,we carried out optimization design of coal sieve broken links in the coal conveying system which efficiently control the grain size of coal that into the boiler in the ideal range ad improves the boiler burning situation and the heat efficient of the boiler.
Key words:the grain size of the boiler,fluidized bed,coal sieve broken,heat efficient
摘要：入炉煤粒径对循环流化床的炉内传热、燃烧效率、运行调整操作等均有影响，直接关系循环流化床运行的安全性、经济性。通过对循环流化床锅炉入炉煤粒径在炉内燃尽时间和燃尽率及对锅炉热效率影响的调查研究，在运煤系统燃煤筛碎环节采取的优化设计，有效的将入炉煤粒径控制到锅炉需要的最佳范围，改善锅炉燃烧工况，提高锅炉热效率。
关键词：锅炉煤粒径；循环流化床；燃煤筛碎；热效率中图分类号:TS36
文献标识码:B
文章编号:1001-0335(2014)02-0032-05
作者简介：陈靖釜(1957-)，男，四川自贡人，大学本科，高工，现任自贡市轻工业设计研究院有限责任公司副总经理。
循环流化床锅炉煤粒径控制研究
陈靖釜，朱征宇
(自贡市轻工业设计研究院有限责任公司，四川自贡643000)
第45卷Vol.45
中国井矿盐
CHINA WELL AND ROCK SALT
1前言
循环流化床锅炉因为其燃料适用性广、负荷调节性强以及环保性能优良而得到了越来越多的重视。在我国能源与环境的双重压力下，循环流化床锅炉在我国得到了快速的发展[1]。循环流化床锅炉对入炉煤粒度要求严格，颗粒过大会造成磨损速度加快，燃尽率低等问题；燃煤过细将导致循环效果不好，影响锅炉热效率。对四川久大盐业公司及四川和邦股份有限公司等几家单位锅炉运行工况的调查研究表明：合理控制入炉煤粒径，是确保锅炉稳定运行在最佳工况下的重要手段之一。而目前《小型火力发电厂设计规范》GB50049-2011对运煤系统筛碎环节设计尚未有统一的规定。由于循环流化床锅炉燃烧的是合适的煤粒，要求燃煤通过破碎机后，能够得到满足要求的粒度，且粒度在不同工况下要能够调节，粒度等级分布要满足锅炉燃烧的要求。因此破碎系统在输煤系统运行中的可靠性将直接影响到锅炉的安全经济运行。在对国内具有代表性的循环流化床锅炉筛碎系统及破碎机的应用情况分析的基础上，提出运煤系统筛碎环节合理设计方案，以保证循环流化床锅炉的安全经济运行,
提高煤资源利用效率。2循环流化床燃烧系统技术特点
2.1
循环流化床燃烧机理
循环流化床锅炉燃烧是一项高效、低污染、节启动燃料、调峰性能好的洁净煤燃烧技术，这与其他一般的燃煤锅炉相比较其性能的优越性更为突出，主要在于流化床技术具有低温燃烧方式、传热与传质
速率快且能耗小等优点，在技术上的这些特点决定了循环流化床锅炉燃烧在现场实际的应用更加广泛:(1)负荷调节范围大，运行操作灵活;(2)循环流化床锅炉燃烧稳定;(3)循环流化床锅炉环保性能优，属清洁燃烧技术。2.2循环流化床煤粒特性研究
入炉煤的粒径不同，其物理性质和力学性质也不同。通常，我们以等效粒径来描述入炉煤颗粒的尺寸，用球形度来描述入炉煤颗粒的形状。球形度的定义为:
Φ=等体积圆球表面积/颗粒表面积
在炉内运动的煤颗粒受到的气流阻力与其等效粒径的平方成正比；对于较大的煤粒，气流阻力则与其运动速度和等效粒径成正比。
目前，我国流化床燃烧锅炉还存在烟/风系统阻
力较高，锅炉对流受热面磨损严重，燃烧室下部温
度很高，上部温度偏低并且有过热超温等问题，这
些问题究其根源，大多与入炉煤粒径特性和在燃烧
过程中颗粒粒径分布相关[2]。入炉煤粒径对影响锅炉燃烧的影响较大，尤其影响循环床锅炉受热面磨
损的重要因素。以下就入炉煤粒径对循环流化床燃烧的影响作进一步分析，以便整体把握循环流化床锅炉的运行特点。
3入炉煤粒径对循环流化床锅炉运行的影响入炉煤的颗粒特性对CFB炉内燃烧、传热、受热面磨损等均有较大影响，颗粒特性包括挥发分含量、灰分含量、含碳量、含硫量、发热值和颗粒粒径等多方面因素，入炉煤的颗粒特性是锅炉安全、稳定运行的前提。
3.1燃煤粒径对循环流化床炉内传热的影响
由于小颗粒床料和大颗粒床料有着不同的换
热机理，不同粒度的床料，其换热系数随流化风速
的改变呈现出明显不同的变化趋势。对于小颗粒床料，颗粒的冷却时间小于其在受热面上的停留时间，颗粒主要通过气膜与受热面进行热交换，这是个非稳态过程。因此，当流化风速增加时，颗粒在表面停留时间缩短，使得传热系数迅速增大。就大颗粒床料而言，其临界流化速度较高，气膜的对流换热作用增强，颗粒与受热面的换热因气膜厚度的加大而相对减弱，因此，传热系数随流化风速的变化不如小颗粒床料剧烈。
相关试验表明：流化风速一定时，当细颗粒的
质量百分比低于25%，受热面的换热系数随细颗粒
质量分数的增加而增大，且增幅明显；当细颗粒质
量百分比高于25%，换热系数随细颗粒质量分数的
增加反而减小，但减幅很小。不同流化风速下，细颗
粒相对质量分数在25~35%时，对应的传热系数达
到最大值[3]。
3.2入炉煤粒径对锅炉蒸发量的影响
入炉煤平均粒径太大，在额定流化风速下，吹出
密相区的细颗粒就少，大量的粗煤粒在密相区内燃
烧(燃烧份额增加)，释放出大量的热量。而燃烧室下部受热面的布置是一定的，等额的受热面积无法带走过多的热量，造成流化床沸下温度升高。其结果是：一方面因床温已高，为避免床料高温结渣，不能增加锅炉的入炉煤量；而另一方面，由于炉内稀相区的换热不足，锅炉出力受限、无法达到额定
负荷。3.3入炉煤粒径及分布对燃烧效率的影响
对循环流化床锅炉而言，影响锅炉热效率的最关键因素为不完全燃烧热损失q4。而它与入炉煤粒径及其分布有很大关联，这可以通过无烟煤粒的燃尽时间公式得以解释[4]:
细小无烟煤焦碳粒子(dp≤200μm)的燃尽时间为:
t2=ρs d p
2M c k0T g exp(-E/RTg)ψ×C∞,O2
无烟煤颗粒子(dp>200μm)的燃尽时间为:
t2=ρs d p F c
36C∞,O2(2α+2k d p2D a)
式中:d p─颗粒粒径;
ρs─煤颗粒密度;祝你一路顺风
E─活化能;
Ψ─化学反应当量系数;
T g─炉膛烟气温度;
C∞,O2─炉膛中氧摩尔浓度;
M c─碳的摩尔浓度;
D a─灰层中氧扩散系数;
F c─煤焦中固定碳含量;
K─燃烧化学反应速度。
煤粒的燃烧时间与其粒径的成正比，即粒径越大、燃尽所用的时间越长；而且燃煤粒径越大，燃烧后的外壳灰层越厚，燃烧反应速度受氧扩散控制越严重，导致了燃尽时间增长。随着燃煤粒径的减小，比表面增大，有助于反应速率从扩散控制向动力学控制区域转化，提高反应速度。下图所示细煤粒径对燃尽时间的影响[4]。
当然，无论煤粒大小几何，只要有充足时间都是可以燃尽的。但是，源于循环流化床锅炉的结构尺寸
、运行参数等因素的制约，部分煤粒并未燃尽即排出炉内，因此，合适的入炉煤粒径对炉内燃烧效率至关重要。
4循环流化床锅炉入炉煤粒径的控制
4.1控制手段
依据《小型火力发电厂设计规范》GB50049-2011经筛碎后的入炉煤块粒度应满足不同形式锅
炉的要求，循环流化床炉不宜大于10mm,
且当锅炉厂对循环流化床炉入炉煤的颗粒尺寸有具体规定时，筛碎设备应满足锅炉要求。由此可见控制入炉煤粒径主要在合理选择布设入炉煤筛碎系统。4.2循环流化床机组筛碎系统工艺布置
按工艺流程可分为以下三种布置方式如图1所示。
图1筛碎环节常用工艺布置方式
5对三家热电站循环流化床运煤筛碎系统运行情况分析
5.1四川久大盐业公司热电站两台130t/h循环流化床锅炉，运煤系统设干煤棚，筛碎系统采用一筛分、破碎。即细筛、细碎的方式，工艺布置为一级通过式布置。系统运行平稳，并能按设备要求及时维护保养。运行至今较正常，筛分采用滚筒筛，清堵方便，而破碎采用环锤式破碎机，细碎机破碎后粒度基本达到要求。但有时原煤粒度过大，影响破碎后的均粒度。
5.2泸州天华股份有限公司热电站两台220t/h循环流化床锅炉，运煤系统设干煤棚，筛碎系统采用粗破碎、筛分、二级破碎。即细筛、细碎的方式。5.3四川和邦股份有限公司两台35t/h循环流化床锅炉，运煤系统设干煤棚，筛碎系统采用一级筛分、一级破碎。即细筛、细碎的方式。
5.4三家热电站运煤筛碎环节比较如表1所示。
表1各电站运煤筛碎情况
6循环流化床入炉煤粒径控制重点
经过对以上电厂与布置，及设备选型对煤粒度控制的分析，我们认为循环流化床入炉煤粒径控制应着重注意以下几方面:
6.1干煤棚的设置
要控制入炉煤粒径，减少来煤中的水份，不仅可提高锅炉的热效率，减少排烟热损失。尤其重要的是可以保证运煤筛碎系统的稳定运行。来煤中含水量在于8%时，会造成破碎机和分离筛堵塞。而水分大时，破碎粒度更难以保证。
6.2筛分的设置
通过实际运用，我们认识到筛分的设置不仅是为了减少碎煤机的出力，更重要的是通过筛分减少已符合要求细粒重复破碎，以使破碎后的细煤量不超出锅炉的要求，因此在条件允许时应尽可能设置细粒筛。同时考虑到煤碳含水量高时，易发生堵筛现象，选择筛分时宜选自清型筛分机。
6.3碎煤机的设置
粗碎一般可选用鄂式破碎机和反击式破碎机。细碎机的形式主要有：双辊式、环锤式和锤击式。从控
制粒度的方式看，分为可调式和不可调式：可调式如双辊式破碎机通过调整两辊间距来调整粒度；不可调式如舒坪热电厂的环锤式碎煤机，碎煤机设有破碎筛篦，碎后煤的粒度通过破碎机底篦开孔尺寸由出厂时一次确定。从破碎机的转速看，又可分为高速和低速型：低速型如双辊式破碎机；高速型如锤击式破碎机。
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6.3.1双辊式细碎机
破碎原理为碾压。出料粒度的调节：两辊轮之间装有楔形或垫片调节装置，调节两辊轮间隙变大，出料粒度变大，这类碎煤机碎后不易产生过细粒度，鼓风量小，粉尘小，对环境污染小。其缺点为磨损快，适应出力不大，在煤中含有铁件、矸石等难破碎杂物时，易因对碎煤机的损伤，影响破碎粒径。
6.3.2环锤式破碎机
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环锤式破碎机在出料口处设有筛篦，篦孔的尺寸根据要求的出料粒度在出厂时一次确定。循环流化床锅炉要求的粒度一般在10mm左右，其对应的篦孔尺寸在12mm左右，因此，在煤湿的情况下很容易发生堵塞现象。另外，当设备的出力增大时，其体积、重量也增大很多。
6.3.3可逆锤式破碎机
具有粒度保证性高、不堵塞、体积较小等特点，比较适合用做循环流化床锅炉的细破碎设备。其工作
原理为：当煤进入破碎机后，受到高速旋转的转子的冲击作用被初碎，此时的煤获得动能，高速冲向破碎板(齿板)，再次被破碎，经过破碎板的反弹，再次弹向锤头。如此反复，煤在破碎腔中多次破碎，最后，煤从排料口排出。该破碎机有以下优点:a.在排料口处没有安装筛篦，避免了物料被过破碎及堵塞现象。b.利用齿板与锤头的间隙调整，可方便调整煤的粒度c.破碎机是可逆式，当锤头与破碎板单面磨损过大时，使转子反向旋转，利用锤头与破碎板的另一面工作，延长了破碎机的使用寿命。
7入炉煤粒径控制的设计方案
7.1在有条件的情况下热电厂应布设干煤棚。干煤棚贮存量为保证锅炉运行的10~15天为宜，为后继破碎系统创造条件。因循环流化床锅炉煤种适应性强，能燃烧劣质煤，许多供应商直接供应洗选煤泥，水分含量几乎都在8%
以上，此煤种由于水份偏大，不利于筛碎。
7.2筛碎系统最佳推荐方案
图2入炉煤粒径控制最佳推荐方案投降英文
7.2.2此方案选择有以下显著优点:
(1)实际生产中，供应煤碳商较多，不可能保证来煤的粒度，在进入粗破碎前增加旁通设计，可以对来煤中小于80mm 以下的煤直接可进入下一工序。
诞生的近义词(2)先粗破碎，将进入细破碎机的最大煤粒控在50~80mm 范围。因此在粗破碎后可有三分之二的筛分合格，剩余三分之一的煤进入细破碎机。从而减小了细破碎机的磨损，增加了运行周期。
(3)便于对锅炉在各工况下运行时，对入炉煤粒径的控制，使锅炉长期保证在最佳热效率下工作。7.3设备的优选
7.3.1粗破碎可选颚式破碎机：破碎能力大，不堵塞、易维护、运行周期长。
7.3.2筛分可选自清理笼式滚筒筛机，其优点是:a.筛分效率高因设备设有板式清筛机构，在筛分过程中，不管进入分离筛的物料多粘、多湿、多杂，通过清筛机与筛体的相对运动，永远堵塞不了筛网，从而提高了设备的筛分效率。 b.工作环境好整个筛分机构均设计在密封防尘罩内，彻底消除了筛分过程中的粉尘飞扬现象，从而改善了工作环境。c.设备噪音低设备在运行中，物料与旋转筛网所产生的噪音完全由密封防尘罩隔离，使噪音无法传递到设备外部，从而降低了设备噪音。d.使用寿命长设备筛网是由若干个圆环状扁钢组成，规格为16mm×12mm，其截面积远远大于其它分离设备筛网的筛条截面积故而使用寿命得到提高。 e.检修方便设备密封防尘罩两侧设备观察窗口，工作时工作人员可随时观察设备运行情况，在密封罩端部和清筛机机构侧面设有检修快开门口，在设备定期检修时十分便利，不影响设备的正常运行。
7.3.3细破碎机优选可PCXK 系列无堵塞细破碎机，该破碎机的优点还在于无须担心物料在破碎腔中的堵塞，适合含水脆性物料的破碎。避免了一般破碎机因物料在破碎腔中的滞留而使易损件加剧磨损的缺陷，延长了破碎机易损件的寿命。破碎机的可逆。转子可双向转动产生的工作效果是完全一样。通过持续的等班次的双向转动操作方式，可以使旋锤和破碎齿板均匀磨损，重要的是减少了停机更换易损件的频率。该破碎机出料粒度可由调节机构进行随意调节，克服了普通破碎机在旋锤磨损后不能保证煤的破碎粒度的要求，同时也能适应锅炉在各种工况下运行，及时调整煤粒的目的。8
煤粒径控制方案的实践
恐怖故事短篇
2012年10月份，四川鑫宇化工股份有限责任
公司75t/h 循环流化床锅炉中的输煤系统将原有的单级无筛分破碎改造为二级直通式布置工艺，并选用了可靠筛碎设备，取得较好的效果。8.1改造采用主要设备如下
(1)选用一台颚式破碎机如表2所示。
表2颚式破碎机技术参数
(2)选用一台自清理笼式滚筒筛机如表3所示。
表3自清理笼式滚筒筛机技术参数
(3)选用两台无堵塞可逆细破碎机如表4所示。
表4无堵塞可逆细破碎机技术参数
8.2该改造前后筛碎系统煤颗粒度情况及对锅炉运行影响
改造前后均在筛碎系统后的输煤皮带上取样随机取样，并在样煤入炉后，对锅炉飞灰及锅炉热效率进行了测定。煤抽样及样煤对锅炉运行影响情况如表5所示:
8.3改造前后锅炉运行效果分析
改造后，运煤系统得到明显改善，使小于1mm 的煤粒控制在50~60%间，不仅使运煤系统运行更稳定，而且使煤粒径在锅炉中可随时快速调整；循环流化床内密相区、稀相区差较小，温度分布均衡合理，燃烧更充分，根据表5中实测结果可知，改造后比改造前锅炉从而飞灰含碳量减小了1.32%，锅炉热效率提高1.8%。9
结论
经过对各热电厂的运行情况进行分析后，可以得出入炉煤粒径对锅炉运行工况与运行效率影响
(二级直通式布置)炒米粉的做法
k
(上接第29页)4蒸发循环泵传动特点4.1
泵安装方式
图2驰宇蒸发循环泵安装示意图
4.2
泵传动方式
在大口径蒸发循环泵传动上使用了电机-减速器-可伸缩型万向节-泵的直联传动方式，此次根据自贡轻工设计院要求，也采用这种传动方式。蒸发循环泵泵轴基本只承受转矩(见图2)，大幅改善了轴承、泵部件的受力状况，提高机械密封寿命，克服了皮带在大功率传动上的诸多不利影响，使泵运行安全性、可靠性极大提高。5结束语
通过实际运行，实测数据显示，该泵设计理念先进、合理，运行效果良好，完全满足设计要求，运行效率大幅提升，得到用户的好评。表2是此新型高效循环泵24小时运转实时测试数据。
参加试验的工作人员对新型高效循环泵实际运行进行了三次全天24小测试，并做了相应的记录，由于篇幅的原因，文中我们仅列举了2013年10
月16日的数据，从测试的数据来看基本上达到了设计要求，可以较肯定地说在实际生产上的应用是成功的。
(收稿日期:
2014-01-14)
(编辑/孔志远
)
表2新型高效循环泵实际运行测试数据
较大，通过运煤和筛碎系统的优化工艺设计，和对筛碎系统的选型后，可以较好的控制入炉粒径，从而达到及时改善锅炉运行工况，达到最佳热效率的要求。当然随着科学的进步，筛分、破碎设备的创新完善，将可以有更多更好的控制入炉煤粒径的手段出现。
参考文献
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盗汗怎么调理
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(收稿日期:2014-02-24)
(编辑/周蕾)
表5改造前后对比分析
