长沙深湘通用机器有限公司柱磨机在循环流化床锅炉石灰石脱硫制粉系统中的应用效果非常好
作者：长沙深湘通用机器有限公司时间：2010-08-16 11:14:48 我要发布
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%的脱硫效率和较高的燃烧效率，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：最大粒径为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。
图二：虚线部分为FW锅炉粒级允许范围实线为柱磨机出磨粒级分布曲线
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）认为d50应是120～150μm，美国福斯特惠勒（Foster Wheeler）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。目前有17家CFB锅炉的火电厂和热电厂中采用柱磨机配套生产石灰石脱硫剂，并取得了良好的效果。
三、柱磨机的工作原理
图三
柱磨机采用连续反复中压力的辊压粉磨原理，其工作原理见图三，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。
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1~0.1mm粒度的产品。柱磨机粉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，颗粒里面的孔隙率增多，增加了比表面积，加大了石灰石粉的活性，并使石灰石受热后易自碎，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）。此外柱磨机产品的颗粒一般呈多角形的片状，使其表面积增大，这也增大了其石灰石粉的活性。
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的方式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）
表一：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 |
dmax |
d50 |
d99 |
d90 |
d80 |
d30 |
d25 |
d12 |
d7 |
|
锅炉要求（mm） |
1.00 |
0.15 |
0.70 |
0.25 |
0.20 |
|
0.10 |
|
0.044 |
|
柱磨产品（mm） |
0.70 |
0.12 |
0.63 |
0.32 |
0.25 |
0.053 |
|
0.044 |
|
注：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=0.1mm,0.044mm的细粉占12%，成品粒度已经基本接近所用CFB锅炉的粒级分布要求。
表二是柱磨机在广州石化自备电厂（广州正良脱硫有限公司）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,产品中0.15-1.5mm的颗粒达77.4%。
表二：广州石化自备电厂(广州正良脱硫有限公司)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 |
广州正良脱硫有限公司 | |||||||
|
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 | ||||
|
1 |
0.10 |
150 |
117 |
86.6 |
13.4 |
| ||||
|
2 |
0.15 |
100 |
197 |
77.4 |
22.6 |
| ||||
|
3 |
0.20 |
80 |
298 |
65.8 |
34.2 |
| ||||
|
4 |
0.30 |
60 |
361 |
58.6 |
41.4 |
| ||||
|
5 |
0.45 |
40 |
456 |
47.7 |
52.3 |
| ||||
|
6 |
0.50 |
35 |
476 |
45.4 |
54.6 |
| ||||
|
7 |
0.63 |
28 |
604 |
30.7 |
69.3 |
| ||||
|
8 |
0.80 |
24 |
614 |
29.6 |
70.4 |
| ||||
|
9 |
1.00 |
18 |
728 |
16.5 |
83.5 |
| ||||
|
10 |
1.25 |
16 |
833 |
4.5 |
95.5 |
| ||||
|
11 |
1.43 |
14 |
872 |
0 |
100 |
| ||||
|
| ||||||||||
|
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 | |||||||
4、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、振动筛筛分效率低磨损大且易糊筛的缺点。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
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
|
产品型号 |
ZMJ-
500 |
ZMJ-
750 |
ZMJ-
900 |
ZMJ-
1050 |
ZMJ-
1150 |
ZMJ-
1600 |
|
生产能力（T/ h） |
3-5 |
8-10 |
15-20 |
25-30 |
45-50 |
70-75 |
|
最大给料粒度（mm） |
20 |
25 |
30 |
35 |
40 |
45 |
|
产品细度（mm） |
-1 |
-1 |
-1 |
-1 |
-1 |
-1 |
|
电机功率（KW） |
55 |
75 |
110 |
185 |
250 |
450 |
|
设备外型尺寸 |
ф1.84×2.5 |
ф1.9×2.7 |
ф2.5×3.3 |
ф2.9×4.4 |
ф3.4×4.7 |
ф4.4×6.5 |
六、综述
循环流化床锅炉是近年来发展的高效、低污染的清洁燃烧新技术，但其对脱硫剂石灰石的粒级要求较为严格，且其粒级区间主要局限于0.1~1.5mm之内，这种粒级的产品对于传统磨机来说太粗，难于生产，对于传统破碎机来说，粒级太细，采用破碎机生产的产品不但产量低、成本高、设备维修量大，而且其产品粒级分布也较难满足循环流化床锅炉的要求。通过柱磨机在多家大型电厂的较长时间的运行，证明其设备可靠性高，产量大、能耗低、易损件消耗很少，尤其是产品粒度分布曲线与循环流化床锅炉的最佳曲线十分接近，此外其产品颗粒的特有裂纹和较大比表面积的形状使其作为脱硫剂的活性进一步增加。
七、柱磨机制粉系统在CFB锅炉脱硫石灰石制粉行业中的业绩表
|
序号 |
应用公司名称 |
机组大小 |
制粉系统 |
制粉能力 |
使用时间 |
|
1 |
国电云南开远
发电有限公司 |
6×100MW |
ZMJ900A系统一套
（配转子式选粉机） |
台时出力18t/h（石灰粉，-150目） |
2001年1月投产 |
|
2 |
国电云南开远
发电有限公司 |
2×300MW |
ZMJ1150A系统一套
（配打散分级机） |
台时-1mm石粉，40t/h |
2006年3月投产 |
|
3 |
大唐秦皇岛热电
有限公司 |
2×300MW |
ZMJ1150A系统一套
（配振动筛） |
台时-1mm石粉，35t/h |
2007年1月投产 |
|
4 |
广东石化
自备电厂 |
2×220MW |
ZMJ900A系统两套
（配振动筛） |
台时-1.5mm石粉，15t/h |
2007年9月投产 |
|
5 |
洛阳石化
自备电厂 |
1×220MW |
ZMJ900A系统一套
（配瀑流式选粉机） |
-1mm石粉，台时出力20 t/h |
2008年1月投产 |
|
6 |
天津石化大港
自备电厂 |
3×220MW |
ZMJ1150A系统三套
（配瀑流式选粉机） |
-0.7mm石粉台时出力32 t/h |
2009年8月投产 |
|
7 |
山西临汾河西热电有限公司 |
2×150MW |
ZMJ900A系统一套
（配振动筛） |
-1mm石粉台时出力15t/h |
2008年6月投产 |
|
8 |
华电云南巡检司
发电有限公司 |
2×300MW |
ZMJ1150A系统一套
（配瀑流式选粉机） |
-1.5mm石粉，台时出力45 t/h |
2009年4月投产 |
|
9 |
山西平朔矸石发
电有限公司 |
2×300MW |
ZMJ1150A系统一套
（配振动筛） |
-1.5mm石粉，台时出力38 t/h |
2008年11月投产 |
|
10 |
河南伊川天灵脱硫制粉有限公司 |
4×150MW |
ZMJ900A系统一套
（配球磨机） |
-325目石粉，年产能力35万吨 |
2007年投产 |
|
11 |
黑龙江黑河市热电有限公司 |
3×50MW |
ZMJ900A系统一套
（配瀑流式选粉机） |
-1.5mm石粉，台时出力22t/h |
2009年12月投产 |
|
13 |
贵州毕节东华热电有限公司 |
2×150MW |
ZMJ1150A系统一套
（配瀑流式选粉机） |
-1.5mm石粉，台时出力设计45 t/h |
调试, 中 |
|
14 |
云南大唐红河
发电有限公司 |
2×300MW |
ZMJ1150A系统一套
（配瀑流式选粉机） |
-1.5mm石粉，台时出力45 t/h |
建设中 |
|
15 |
广东坪石煤矸石
发电有限公司 |
2×300MW |
ZMJ1150A系统一套
（配瀑流式选粉机） |
-1.5mm石粉，台时出力45t/h |
建设中 |
|
16 |
中国联合工程公司越南煤头项目 |
4×35MW |
ZMJ900A系统一套
（配瀑流式选粉机） |
-1mm石粉，台时出力18-20 t/h |
建设中 |
|
17 |
法国达尔凯重庆长扬热能有限公司 |
|
ZMJ1150系统一套
(配瀑流式选粉机和转子式选粉机) |
-1mm石粉,台时32t/h,-325目石粉,台时出力5t/h |
建设中 |
