一、前言

随着我国循环流化床燃烧技术的不断发展和完善，循环流化床锅炉（简缩CFB，或CFB锅炉）的容量不断增大。现已有几十台75t/h中压，次高压CFB锅炉投产或即将准备投产。更大容量的如：130t/h，220t/h循环流化床锅炉正在研制中，不久也将安装投入运行。

相对于煤粉系统，CFB锅炉亦有制煤系统，两者的差异仅仅是制出的成品煤的粒径大小不同。CFB锅炉燃煤（成品煤或称入炉煤）粒径要比粉炉粗得多（粉炉R90＜20％CFB锅炉R90至少要大于90％），一般在0－25MM之间。因此，许多文献、资料介绍CFB锅炉时往往阐述其具有“可省略制粉系统”成“简化粉系统”等优点。因而，国内替传统复杂的制粉系统。如图1

通过几年的运行实践表明，这种简单的制煤系统满足不了CFB锅炉本身对燃煤粒度的技术要求，其主要原因：

1）当原煤中水份较大时（Wg＞12％）振动筛筛孔堵塞，清理困难，运行维护工作量大；破碎机内原煤结饼或堵煤。其结果：系统出力降低，制出的成品燃煤粗细不均，粒度达不到设计要求。

2）由于采用简单的破碎机械（通常采用反击破碎机）粒度调整比较困难。尤其是当煤种变化时，燃煤粒度无法随着煤种的变化而变化。

3)当原煤比较干燥时，该制煤系统粉尘污染较大。运行人员往往无法检查设备。

因此，采用简单的一级破碎制煤系统，只有当锅炉设计合理、技术完善、煤种不变或变化不大、原煤比较干燥时、制出的成品燃煤才有可能满足的要求。但是，除锅炉设计技术可逐步趋于合理完善外，煤种变化水份变化在大多电站中难以避免。地方中小型供热电站就更难避免，所以这种制煤系统是不可靠的。实际上，正是由于制煤系统的不合理性、制出的成品燃煤粒度不符合锅炉的要求（加之其他原因），而出现了锅炉负荷达不到设计值，过热器趋温、受热面磨损严重等问题。作者通过对国内35t/h，75t/hCFB锅炉制煤系统的调查、结合国外的比较成熟的经验，以及国内研究成果给出几种制煤系统方案，并加以分析和讨论。

二、燃煤颗粒特性对CFB锅炉的影响

为了说明制煤系统对CFB锅炉的重要性，以及如何选择制煤设备、首先必须从理论上弄清楚燃煤的粒径大小，粒度分布对CFB锅炉的影响。

燃煤颗粒特性曲线：

燃煤颗粒特性具有三个含义：

燃煤粒径大小范围；

燃煤粒度的级配，即：各粒径的燃煤占总量的百分比；

在粒径范围内，以颗粒大小排列应连续无间断。

依据上述三点，CFB锅炉燃烧可做出一条曲线――燃烧颗粒特性曲线，图2为国家“八五”技术攻关项目“220t/h平面流循环床锅炉”燃煤颗粒特性曲线和原煤颗粒曲线图。

燃煤粒经范围：0－10MM，其中d＜1MM颗粒占60％以上，d＜4MM的颗粒占95％。

原煤颗粒特性：

d＞10mm28．1％d＝10－4mm13．2％d＝4－1mm占30．2％d＜1mm占28．5％

原煤煤层分析

Cy=44．67Hy=2．75Oy=7．53Ny=0．84Sy=1．14Ay=32．20Wy=10．87Wf=5．83Vy=30．32Oydw=17004k5/kg

燃煤颗粒特性曲线是CFB锅炉设计，运行的一个重要的技术要素，它比笼统的给出燃煤粒径范围（如：0－12MM）或仅给d＜1MM的燃煤占总量百分之几更科学、更直观，同时也是设计制煤系统和选择破碎机械的依据。

（二）燃煤颗粒特性对CFB锅炉的影响。燃煤颗粒等性的CFB锅炉燃烧、炉内传热、受热面磨损及结焦的影响，一直是国内外研究的重点，也有过教训。

国外，早期在设计CFB锅炉时，为提高物料循环倍率、增长炉内传热系数，缩小锅炉体积，对燃煤粒径要求比较细。如：德国Lurgi（鲁奇）公司最早的270t/hCFB锅炉，要求燃煤粒径不大于0．9MM，结果锅炉投运后，发现大量的细粉燃料进入炉膛出口的旋风分离器内燃烧，甚至造成结渣，而且飞灰可燃物含量也较大。后来，将制煤系统和设备作了改进。燃煤粒径增到d=≤6MM运行良好。

我国自已研制和开发出的CFB锅炉物料循环倍率大部分较低，因此认为燃煤粒径可以放大，不必象国外要求的那么细。一般d＞30MM，而且大颗粒所占的比例较大。其结果；

1．由于粗颗粒较多，且沉浮于燃烧室下部燃烧，造成密相区燃烧份额过大炉床超温结焦。运行中为避结焦，减小结煤，导致出力降低；

2．当煤种变化时，燃烧粒度不能随着改变。尤其是设计为褐煤的锅炉。当煤种改为贫煤或无烟煤时，煤颗粒应变细。但仍然与褐煤粒径相同，改使炉内燃烧和温度场改变，偏离设计工况；

3．燃煤颗粒较粗，床层加厚、风阻增大。运行中，或者经常排渣，降低床层厚度，增加热量损失和劳动强度，或者增大一次风压（风量），电耗提高。由于加大一次风量，大颗粒在炉内运动速度增大，加剧了炉内中下部受热面磨损。

总之，CFB锅炉的燃煤粒径，目前发展的趋势：国外由于普遍采用飞灰和炉渣以及烟气再循环技术，燃煤粒径逐步由原来经较细小变粗；而国内由最初的0－30MM降至0－20MM由粗变细，并尽量减少大颗粒的份额。但是，并不是说所有的CFB锅炉其燃煤粒份度是一致的。实际上，不同技术的CFB锅炉需对燃煤粒度的要求是不同的。即使是相同技术的CFB锅炉,烟因燃用煤种不同，其煤粒度不相同，一般来说高倍率的CFB锅炉燃煤粒较细倍率的的CFB锅炉粒径较粗燃煤挥发份低的煤种粒径一般较细高挥发份易燃的煤种颗粒可以粗一些。图3、4、5、6、是德国EVT公司采用奥斯龙技术研制的CFB锅炉燃煤颗粒特性曲线。

从曲线图可以看出，煤种不同，有不同的特性曲线，有不同的颗粒大小范围，但无何种燃料，最小颗粒应尽可能不小于0．1MM（无烟由于d=0-1.0mm,d<0.1mm占的比例大一些）。其主要原因是：CFB锅炉燃烧室内温度较低（一般在8500C－9500C细小颗粒在炉内停留时间短，一次难燃烬，而且分离器又不易捕捉，致使飞灰可燃物含量增大，燃烧效率降低。其次细小颗粒不参加物料循环，影响炉内动力、传热物性。而颗闰范围上限（大颗粒）随着煤种看出，燃烬易难程度可以越来越宽，无烟煤为1．0MM石煤为4MM、允许达10MM；而褐煤在20MM左右，最大可允许达40MM。但是大颗粒所占份额很小，仅占总量的百分之零点几。

燃煤特性曲线很直观地给出各粒径的燃煤占总量的比例。有了这些曲线，就可以依此选制煤设备和设计制煤系统,使该系统制备出的成品燃煤不仅符合设计煤种的特性曲线。同时也可制出符合允许燃用煤种或可能燃用煤种的特性曲线。只有这样，所设计的制煤系统才是合理的。

燃煤颗粒特性对CFB锅炉的影响，主要有如下几点；

燃煤粒径对炉内燃烧份额的影响；

粒径大小对炉内物料浓度及循环倍率的影响；

颗粒大小对受热面磨损的影响。

燃煤颗粒特性参燃料在炉内燃烧份额的影响是不难理解的。对于炉内物料浓度和循环倍率的大小影响，实质上是对炉内传热的影响。因为循环倍率和炉内物料浓度大小、分布对传热系数都有一定的关系。因此在运行中，通过调整燃煤粒度亦可调整燃烧和蒸汽汽温汽压。

关于燃煤粒度对CFB锅炉的影响较具体的分析，可参看作者另篇“CFB锅炉热平衡、灰平衡“一文。

三、制煤系统

燃煤颗粒特性对保证锅炉安全、经济、稳定运行至关重要。制煤系统是CFB一个重要的辅助系统是显而意见的。关键是采用什么破碎机械、设计出什么制煤系统，以制出符合锅炉技术要求的合格成品煤。下面列出几种制煤系统方案，供设计、使用单位参考。

（1）两级破碎系统

两级破碎系统是在一级破碎系统的基础上再加一级破碎设备组成。主要有两种方式。如图7、图8所示。

图7中：

1－输煤皮带2－振动筛3－煤斗4－一级破碎机5－二级破碎机6－输煤皮带

图8中：

1－一级破碎机2－振动筛3－落煤斗4－二4级破碎机5－输煤皮带6－皮带

图7．8所示两种方式，除了原煤是先经振动筛选，还是后经筛子筛选不同外，没有本质上的差别，只是破碎机的出力确定应与筛子和系统综合考虑。破碎机械的选型，第一级破碎机一般选反击，二级一般选环锤式破碎机。显然，二级破碎制煤系统较一级破碎制煤系统优点是，制备出的成品煤颗粒较细，但是还不能从根本上解决原煤水份对一级制煤系统的影响特点。当煤种比较固定，且水份不大时，选用这种制煤系统还是可行的。投资又不太大。

（二）、棒磨制煤系统

棒式研磨机一般用于矿石的破碎和研磨。而用于磨煤，目前国内条见到文献、资料报导。但在国外早有采用，尤其使用于CFB锅炉制煤系统较为理想。美国WOCE电站两台150MW机组配备的CFB锅炉就是采用校友会棒式制煤设备。该炉燃用煤种为劣质石煤（接近于矸石），棒磨制备出的成品煤粒径在0－10MM，其中D＜1．1MM占66％，D＜0．84MM占60％。棒磨布置于锅炉房零米，制出的煤由机械输送机入成品煤仓，再由给煤机送入炉膛。如图9所示。

图9

棒磨制煤系统示意图

该制煤系统简单、运行可靠、一般不受原煤中水份和“四块”的影响。燃煤粒度也可在一定范围内调整。因此对于燃用无烟煤，石煤或对燃煤粒度要求较细的CFB锅炉比适用。其缺点是投资相对较大，成品煤输送有一定的困难。

锤击磨制煤系统是在传统的竖井式锤击磨制粉系统的基础上做一改进。即：采用新型的锤击式碎煤机，并在锤击磨口增加了分选干燥管。见图10

图10

该系统采用热风分选干燥负压运行，基本上与粉炉制粉系统布置相似。原煤由原煤仓经给煤机首先进入分选干燥管。在分选干燥管内，一定颗粒径的原煤在上升的热风作用下，不进入破碎机，而直接被带入分离器。经两级分离绝大部分被分离下来进入成品煤仓，少量的微小颗粒由排粉机送入炉膛（可做二次风，亦可为播煤风）。较大颗粒的原煤经分选干燥管落入破碎机，经破碎后，合格的被热风带入上部进入分离器，不合格的粗颗粒再经破碎直至合格后被送入成品煤仓。

该制煤系统通过调整分选干燥管内和锤击磨内热风速度，就可调整燃煤粒度。比较方便，而且不受原煤中水份的影响，可以随着煤种的变化而变化。由于是在负压下运行，该系统环境较清洁，运行可靠。国产220T／平面流循环流化锅炉将采用该系统，做为制煤系统。缺点是，需要在锅炉房内布置，占地和投资大，系统较复杂。

（四）带有干燥分选装置的制煤系统。

无论是一级破碎制煤系统、还是两级破碎系统，它们最大的缺点是无法解决原煤中的水份破碎粒度的影响。因而就有了带有干燥分选装置的制煤系统。该系统就是在简单的一级破碎系统中去掉振动筛，增加一个干燥分选装置。干燥分选装置可多种多样。这里给出采用热烟气作为干燥介质“烟气干燥分选装置”和以蒸汽做为干燥热源的“蒸汽干燥分选装置”。两种见图11和图12所示。

1．烟气干燥分选装置。

烟气干燥分选装置大致由1）――落煤管、2）――烟气进口、3）――风室、4）――下煤管、5）6）――分选管。7）――出口管、8）清除孔、9）――干燥室等部分组成。实际上烟气干燥分选装置就是一个干燥流化床。其原理：原煤由落煤管引入干燥室，热烟气由管道引入风室，通过布风板和风帽，流化干燥原煤、流化速度由风烟气与干燥室出口“乏气”压差大小来调整、控制。风室按不同流化要求分为前、中、后三部分。当原煤进入干燥后，煤中比重较大的铁块、石块、沉积在前部的凹槽内，可定期清除，避免铁块、石块理进入下级的破碎机内损坏机械。而其它煤块被气流吹至布风板中部，中部布风板成倾斜状，以使在流化不强烈的状态下，易将大颗粒煤吹移至后部。后部水平布置布风板，可根据需要使一定粒径的煤处地临界流化状态，通过“溢流口”分选出来，而细小颗粒由上部出口通过简单的分离装置分离出来。微小颗粒由出口管飞出进入分离器再分离；而料大的煤块则由水平布风板中的“排渣口”排出进入破碎机破碎。详见图13。

图中：1――烟气中干燥分选装置

2――简单的分离装置

3――分离器

4――锁气器

5――环锤式破碎机

6――排粉机

7――输煤机

8――烟气管

图13

该系统也可利用电站废热把干燥分选装置的风室改为：换热器”、加热烟气或者直接加热空气干燥原煤。

蒸汽干燥分选装置

图12是以蒸汽作为干燥热源的干燥分选装置。图中：4）是蒸汽管，也可叫做“埋管”、5）――是以无缝钢管上部开孔作帽、1）――为进煤口、6）为落煤斗、2）和8）为两个干燥流化室、其中8）小室比大干燥流化室内的流化速度大得多。蒸汽干燥分选装置由于彩蒸汽作干燥热源，并以空气流化分选煤粒，所以该装置不仅可布置于锅炉内，亦可布置在输煤间。甚至可在储煤场。图12可清楚的看出，蒸汽干燥分选装置是一个带有埋管的鼓泡床外加一个小的快速床。鼓动泡床的埋管内不是吸热的水，而是放热的蒸汽，原煤不再是燃烧放热，而是做为“工质”吸热烘干。小室快速床的作用是根据煤颗粒特性和锅炉对成品燃煤粒径的要求把一定颗粒的煤粒分离出来，不需要再经过下级的破碎机破碎。其制煤系统如下：

（图14）蒸汽干燥风选系统

带有干燥分选装置的制煤系统对CFB锅炉来说是一个比较理想的制煤方案。它布置灵活、运行可靠，投资也将比棒磨和锤击制煤系统小。由于采用了干燥分选装置，环锤式破碎机可以不受铁块、水份的影响。其出力容量也可根据分选出煤量多少而定。该制煤系统尽管比一级、二级破碎制煤系统投资大，较复杂。但它可以保证制煤粒度符合锅炉要求，运行可靠、维护工作量也小。从总体效益来看，采用该系统要求比简单的一级、二级破碎系统要经济得多。

目前在75T／HCFB锅炉设计中还出现一种闭路制煤系统。即循环筛选――破碎筛系统，或者破碎――筛选――破碎系统。总之，不合格的颗粒需循环回去再破碎直至合格。

对于CFB锅炉，究意采用什么形式的制煤系统，要根据锅炉容量大小，设计煤种的颗粒特性和成品煤的颗粒特性贡线，以及预测可能燃用的其他煤种的特性曲线来确定。同时还考虑是否采用飞灰、大渣回燃以及是否采用是否采用烟气再循环等辅助系统的具体设计情况，不能生搬硬套。