柱磨机在循环流化床锅炉石灰石脱硫制粉系统中的应用

1柱磨机在循环流化床锅炉石灰石脱硫制粉系统中的应用能源与环境是当今社会发展的两大问题，在能源的利用中，矿物燃料的燃烧要排放出大量污染物。例如，我国每年排入大气中的87%SO2、68%NOx和60%粉尘均来自于煤的直接燃烧，因此，发展高效、低污染的清洁煤燃烧技术、降低NOx和SO2的排放量是当前亟待解决的问题。循环流化床锅炉是近二十年来在国际上发展起来的新一代高效、低污染的清洁燃烧技术，其主要特点在于燃料及脱硫剂经多次循环、反复地进行低温燃烧和脱硫反应，炉内湍流运动强烈，不但能达到低NOx排放、90%的脱硫效率和与煤粉炉相近的燃烧效率，而且具有燃料适应性广、负荷调节性能好、灰渣易于综合利用等优点，因此，在国际上得到了迅速的商业推广。一、循环流化床脱硫机理循环流化床锅炉脱硫工艺是近年来迅速发展起来的一种新型脱硫技术，通常采用向炉内添加石灰石等脱硫剂在燃烧的同时实现脱硫，其工作原理是燃料和作为吸收剂的石灰石粉送入燃烧室下部，一次风从布风板下送入，二次风从燃烧室中部送入，气流使燃料颗粒、石灰石粉和循环灰一起在循环流化床内强烈扰动并充满燃烧室，天然石灰石是一种致密的不规则结构，主要成分是CaCO3，石灰石在炉内经过煅烧后分解，颗粒中CO2析出，CaCO3颗粒就变成多孔的CaO颗粒，孔隙率和比表面积均有极大增加，CaO颗粒中由于大量气孔的存在，以及表面积的大大增加，一方面有利于贮集反应产物，另一方面可以使反应气体穿透至颗粒内部进行反应，因此大大加速了CaO与SO2反应生成CaSO4的机会，于是原煤中的硫分就被固化为硫酸钙进入灰渣中，最后排出床层，以达到脱硫的目的。二、流化床燃烧床内加钙脱硫石灰石粒径的影响流化床燃烧床内加钙脱硫的影响因素包括Ca/S比、床温、料层厚度及流化速度、石灰石性能和石灰石颗粒直径；在CFB锅炉工程一定的情况下，石灰石的反应能力决定了需要加入添加的石灰石的数量，其中石灰石的颗粒直径对床内脱硫反应工况具有重大的甚至决定性的影响。如果颗粒太细，它从床内飞出后不能被气固分离器捕捉送回，不能充分利用；颗粒太大，CaO和SO2反应后在颗粒2表面形成CaSO4，由于CaSO4的分子量比CaO大得多，所以颗粒外表面的致密的CaSO4层阻止了SO2与颗粒中心区域CaO的进一步反应。因此，循环流化床锅炉脱硫过程中，对石灰石的颗粒尺寸具有严格的要求。一般，进入炉膛的石灰石颗粒直径应小于1mm，从粒径分布上讲，大多数颗粒的直径应集中于d50附近区域。（如下：图一）图一：石灰石粉粒度分布曲线分级后的成品石灰石粉粒度：0.1mm～1.5mm占60%以上，平均粒度0.40～0.55mm。因此，减小颗粒粒径可以提高脱硫效率。而过细的石灰石在没有全利用之前就已经从分离器出口逃逸出去，而无法参与循环过程。所以，存在一个最佳的石灰石颗粒粒径，以达到最佳的石灰石利用率。最佳的石灰石粒径分布应与通过的热循环回路循环物料典型颗粒分布（40μm～1.0mm）相对应。CFB锅炉用石灰石的典型的粒度是最大粒径未1mm，d50＝90μm～200μm。国外多数CFB锅炉基本上采用0～1mm粒径范围的石灰石，并尽可能减小细粉的份额。床内最佳粒径并不是一个固定值，它与床内的流化速度、料层压差、循环倍率、分离器特性等工况参数密切相关。从国外资料看，几家大型循环流化床锅炉制造商提供的最佳颗粒直径各不相同，法国通用电气阿尔斯登工业公司（GASI）3认为d50应是120～150μm，美国福斯特惠勒（FosterWheeler）公司认为300μm，美国ABB-CE公司认为500μm。柱磨机以其独特的工作原理使其粉磨的产品在产能、细度、粒级分布等方面比其它粉磨设备更适合CFB锅炉脱硫剂的生产。在目前引进技术国产的大唐红河电厂、秦皇岛电厂、华电巡检司电厂、小龙潭电厂等八台已投产的300MWCFB锅炉中，就有秦皇岛、巡检司、小龙潭三家电厂采用柱磨机配套生产石灰石脱硫剂。三、柱磨机的工作原理柱磨机采用连续反复中压力的辊压粉磨原理，结构简单、科学。该机上部传动，带动主轴旋转，使辊轮在环锥形内衬中转动（辊、衬之间间隙可调，不接触），物料从上部给入，靠自重下落，由于上部推料和下部堵料相互作用，物料在辊轮与衬板之间形成料层，料层受到辊轮的反复滚动碾压而成粉末，最后从磨机的下部自动卸料。柱磨机辊轮只做规则的公转和自转，而料层厚度可以根据物料特性和进出料粒度要求进行调整，其工作压力主要来自于弹性装置给予的压力，从而避免了辊轮与衬板因撞击而产生的能耗及磨损，节能降耗效果十分明显。四、柱磨机的粉磨特性柱磨机采用上进料、下出料，连续反复中压力的料床挤压粉碎原理，粉碎和分级分别进行。该设备能通过调整堵料高度、弹簧压力和碾磨间隙很方便的控制出料粒级范围。它的粉碎和分级方式使其最适于生产中等粒度的产品。柱磨机粉图二图二：柱磨机出磨粒级分布曲线（实线）虚线部分为粒级允许变化范围4磨脱硫石灰石具有以下特点:1、柱磨机“料挤料”的辊压粉磨原理及中等工作压力（3-5MPa）使其未经分级的一次性出磨产品中50%以上粒径小于1mm，用其加工-1mm石灰石脱硫剂，其效率和经济性是一般设备不可比拟的，鄂破、锤破等粒度太粗，立磨、球磨等粒度太细，即使通过分级机能得到-1mm的区间产品，也缺乏效率和经济性。2、由于柱磨机独特的工作原理，在粉磨石灰石粉的过程中，物料经过反复的碾压与搓揉，破坏了石灰石的内应力，使石灰石粉产生大量的微裂纹和气孔，颗粒里面的空隙率增多，增加了比表面积，加大了石灰石粉的活性，使石灰石受热易自碎，加速了CaO与SO2反应生成CaSO4的机会，使脱硫效果更彻底。（柱磨机粉磨后石灰石微观效果图见附件一）3、柱磨机粒级分布集中，粒径调节方便。为了保证脱硫效率，控制石灰石粉的用量，对特定的CFB锅炉采用特定的石灰石粒径分布时，存在一个最佳的石灰石粒径及其分布范围。柱磨机能通过调整堵料筒的高度、弹簧压力和碾磨间隙很方便地控制出料粒度及分布范围,可使大部分颗粒粒径集中在d50附近区域（见表一、表二）。表一是柱磨机在天津石化3×420t/hCFB锅炉炉内脱硫项目中粉磨石灰石的粒径及分布情况（锅炉燃料：石油焦，含硫6.67%，用粉量45.6万吨/年，配套ZMJ1150柱磨机三台，中国联合工程公司设计）：表一：天津CFB锅炉对石灰石粉粒度要求与柱磨机加工产品对比表：项目dmaxd50d99d90d80d30d25d12d7锅炉要求（mm）1.000.150.700.250.200.100.044柱磨产品（mm）0.700.0850.570.320.250.0530.044注1:为使石灰石粉粒级分布更接近其CFB锅炉要求,天津石化将其柱磨机产品最大粒径确定为0.5-0.7mm。从上表可知,柱磨机粉磨石灰石时,d50=0.085mm,0.044mm的细粉占12%,完全进入控制范围的粉体占60%,已经相当接近所用CFB锅炉的粒级分布要求。表二是柱磨机在秦皇岛电厂（丹诚石业）根据其CFB锅炉要求生产的石灰石粉检验分析报告，从表中可看出，d50≈0.45mm,产品的合格率(0.15-1.5mm)达78%。5表二：秦皇岛电厂(秦皇岛丹诚石业)石灰石粉检验分析报告分析编号DATA-07-11-26-001分析日期2007年11月26日样品名称石灰石粉生产日期2007年11月26日样品编号生产厂家秦皇岛丹诚石业取样位置筛后成品样品重量(g)1000序号筛孔(mm)目数通筛量(g)筛余率(%)通筛率(%)备注10.1015011786.613.420.1510019777.422.630.208029865.834.240.306036158.641.450.454045647.752.360.503547645.454.670.632860430.769.380.802461429.670.491.001872816.583.5101.25168334.595.5111.431487201000.100.150.200.300.450.500.630.801.001.251.4310.00%20.00%30.00%40.00%50.00%60.00%70.00%80.00%90.00%100.00%0.00%粒度分析曲线检验结论合格率（015mm-1.5mm）:78.00％检验员刘伟日期2007年11月26日批准人罗军日期2007年11月26日64、柱磨机适用多种工艺配置1）柱磨机与瀑流式选粉机配套工艺该工艺系统产能大、效率高，系列化的产品能很好地满足热电厂各类循环流化床锅炉需要。瀑流式选粉机是专门针对柱磨机粉磨特征而开发的粗粉分级设备，适宜分离上限为1.5-0.5mm的产品，它克服了离心式、转子式选粉机只能选细粉、振动筛筛分效率低且易糊筛的缺点。在实际应用中，系统负压循环，布置紧凑，噪音低，扬尘少。2）柱磨机与筛子配套工艺破碎机皮带输送给料柱磨机振动筛成品+1.5mm破碎机皮带输送给料柱磨机瀑流式选粉机成品+1.5mm7该工艺投资省，能耗低，工艺简单，适应给电厂配套的制粉企业，缺点是粉尘大，筛子易磨损，振动筛筛分效率低且易糊筛。五、柱磨机技术参数表（标定物：石灰石）六、柱磨机在循环流化床脱硫行业中的部分用户1、云南小龙潭电厂2002年使用ZMJ900柱磨机粉磨生石灰，用于脱硫,生产-150目产品,产量14-18t/h，易损件消耗低，设备运转率高。2006年新上的2×300MW发电机组的脱硫生产线，采用的是流化床脱硫工艺，选用一台ZMJ1150型柱磨机，生产-1mm石粉，产量大于44t/h（使用附后所述制粉工艺）。2、秦皇岛热电厂(秦皇岛丹诚石业)该电厂新上循环硫化床脱硫系统，需配套生产-1mm石灰石粉，用量大于35t/h，配套厂家使用一台ZMJ1150柱磨机，用两台振筛分级，产量40t/h。3、河南伊川天灵脱硫制粉有限公司（伊川第三电厂）2006年12月该电厂使用我公司ZMJ900型柱磨机与Ф3×9m的球磨机组成联合粉磨系统（作为球磨机的预磨设备），生产细度为-325目98%的石灰石粉,用于电厂的烟气脱硫系统，该粉磨系统产量48t/h，比较单独使用球磨机生产而言，该系统电耗降低了40%、产量增加了60%。4、山西临酚河西热电厂2005年使用一台ZMJ900柱磨机，配套振动筛生产-1mm脱硫石灰石粉，产量20t/h。产品型号ZMJ-500ZMJ-750ZMJ-900ZMJ-1050ZMJ-1150ZMJ-1600生产能力（T/h）3-58-1015-2025-3045-5070-75最大给料粒度（mm）202530354045产品细度（mm）-1-1-1-1-1-1电机功率（KW）5575110185250450设备外型尺寸ф1.84×2.5ф1.9×2.7ф2.5×3.3ф2.9×4.4ф3.4×4.7ф4.4×6.585、广州石化、洛阳石化各用一台ZMJ900柱磨机分别配振动筛和瀑流式选粉机生产-1mm石灰石粉，用于CFB锅炉石油焦脱硫。七、华电云南巡检司电厂1000t/d脱硫用石灰石粉生产线的设计实践（一）概况1)锅炉型号：HG-1025/17.4-L.HM二台2)容量:2×300MW3)设计燃料:褐煤4)脱硫剂:石灰石粉,细度:-1mm5)柱磨机型号:ZMJ1150一台,产量:45-50t/h（二）制粉系统设备一览表（附件二）（三）制粉系统工艺流程图（附件三）八、结论通过柱磨机在几家大型电厂的实际应用，论证了柱磨机在循环流化床脱硫制粉中的使用效果，完全符合循环流化床锅炉的脱硫特性及对石灰石粒级分布要求。是一般破碎机很难做到的；而破碎机粒级分布不均匀，粉尘大，容易带来污染，不适应环保要求，维护量也大，经常要更换零配件；柱磨机产量高、能耗低、扬尘少、噪音低，一套易损件可加工三十万吨石灰石，使用费用相当低。随着国家对环保的要求越来越严，更多的电厂都在考虑自己加工制粉，控制质量，以符合脱硫的标准，达到环保部门的要求。深湘通用机器公司以严谨科学的态度、严格的质量要求、完善的售后服务，热忱为全国电力行业的脱硫环保保驾护航。