振動(dòng)逆流干法降灰脫粉技術(shù)與火電廠制粉系統(tǒng)的集成研究

鄧 鋒

（1.畢節(jié)學(xué)院化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院，貴州 畢節(jié)551700；2.貴州省煤基新材料工程中心，貴州 畢節(jié)551700；3.貴州省應(yīng)用化學(xué)特色重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴州 畢節(jié)551700）

振動(dòng)逆流干法降灰脫粉技術(shù)是由中國礦業(yè)大學(xué)自主研發(fā)的新型干法分選分級工藝和設(shè)備，目前已進(jìn)行了大量有益的探索［1－2］。作者自2008年起至今，參與了該技術(shù)的研發(fā)和推廣。由于該技術(shù)的部分工藝環(huán)節(jié)在粉煤火電廠制粉系統(tǒng)中已完全具備，二者如能合理結(jié)合，可有效實(shí)現(xiàn)燃煤的爐前在線降灰脫粉、提高磨煤效率和燃燒效率。

1 集成的可行性

振動(dòng)逆流干法降灰脫粉技術(shù)的核心設(shè)備是振動(dòng)逆流流化床，見圖1。床面為具有一定開孔率的魚鱗狀突起氣孔，開孔朝向尾煤端。物料在適宜的斜上吹氣流，氣孔突起及床面激振力的作用下完成按密度分離，再配合相應(yīng)的床面傾角、激振力、激振頻率和入料壓力參數(shù)，可使顆粒群按密度分層。高密度顆粒沿床面跳躍上行排出，低密度顆粒以輕重顆粒群界面為下滑面下行排出，從而完成流態(tài)化分選。流化床的頂部設(shè)有引風(fēng)口，連接除塵器，通過對引風(fēng)管道的調(diào)節(jié)，一方面保證流化床內(nèi)一定的負(fù)壓條件，強(qiáng)化流態(tài)化分選，另一方面將部分低密度細(xì)粒物料排出，起到脫粉分級的作用，同時(shí)也避免了工作車間的揚(yáng)塵。

圖1 振動(dòng)逆流流化床降灰脫粉原理示意圖

目前，火電廠常見的制粉系統(tǒng)主要有中倉式、負(fù)壓直吹式和正壓直吹式，各自的主要工藝流程見圖2。結(jié)合振動(dòng)逆流降灰脫粉技術(shù)的特點(diǎn)，其核心設(shè)備振動(dòng)逆流流化床所需的氣流可由火電廠制粉系統(tǒng)的熱風(fēng)供應(yīng)機(jī)制提供，給料可由制粉系統(tǒng)的給煤機(jī)完成，二者具有集成一體的共性工藝條件。

圖2 常見火電廠制粉系統(tǒng)工藝流程

2 集成的技術(shù)路線

火電廠制粉系統(tǒng)的工藝流程可簡單概括為：原煤→干燥、磨粉→輸送→燃燒。集成振動(dòng)逆流降灰脫粉技術(shù)之后的制粉系統(tǒng)工藝流程將為：原煤→振動(dòng)逆流降灰脫粉、干燥→磨粉→輸送→燃燒，圖3為集成示意圖。

圖3 振動(dòng)逆流降灰脫粉技術(shù)與火電廠制粉系統(tǒng)集成的工藝流程圖

從圖3的各集成工藝流程圖可以看出，振動(dòng)逆流流化床的給料和鼓風(fēng)環(huán)節(jié)均由制粉系統(tǒng)原有工藝完成。原煤進(jìn)入振動(dòng)逆流流化床之后，完成按密度分選和氣力脫粉。同時(shí)，由于制粉系統(tǒng)供應(yīng)的是熱風(fēng)，原煤在流化床內(nèi)的流態(tài)化狀態(tài)能對其干燥起到良好的作用，集成后可省去原制粉系統(tǒng)的原煤干燥工藝環(huán)節(jié)。分選產(chǎn)品低灰精煤入磨后送燃燒器燃燒，分選產(chǎn)品高灰尾煤可拋棄，用于井下填充或綜合利用。通過分選作用，降低了燃煤灰分，提高了鍋爐發(fā)電效率。而脫粉產(chǎn)品由吸風(fēng)管導(dǎo)入制粉系統(tǒng)的分級設(shè)備，細(xì)粉直接進(jìn)鍋爐，粗粉返磨機(jī)入磨。通過脫粉處理，避免原煤中的微粉煤直接入磨，減少了磨機(jī)負(fù)荷，提高磨煤效率?？梢娬駝?dòng)逆流降灰脫粉技術(shù)所需的重要工藝環(huán)節(jié)，均可由火電廠原有的制粉系統(tǒng)提供，流程走向與制粉系統(tǒng)配合緊密，二者的集成容易實(shí)現(xiàn)。如應(yīng)用在坑口電站，在減少了原煤運(yùn)輸成本和洗選廠建廠成本的基礎(chǔ)上，該集成技術(shù)的優(yōu)勢更加明顯。

3 研究現(xiàn)狀

振動(dòng)逆流干法降灰脫粉試驗(yàn)系統(tǒng)主要由供風(fēng)、分選、脫粉、控制等機(jī)制構(gòu)成，工作流程簡單，設(shè)備組裝容易，實(shí)時(shí)調(diào)控性強(qiáng)。

圖4 試驗(yàn)系統(tǒng)圖

由于新的發(fā)電廠多采用噴吹粉煤，要求供應(yīng)的原煤為粒度小于13mm的末煤［3］，所以目前對振動(dòng)逆流流化床的研究主要采用13～0mm煤樣，全粒級入選。如采用澳大利亞某火電廠灰分為49.62%的13～0mm原煤煤樣進(jìn)行分選降灰試驗(yàn)情況見圖5、表1和表2。

圖5為煤樣的可選性曲線圖，由圖中灰分特性λ曲線可以看出，該煤樣中有機(jī)質(zhì)可燃物與矸石礦物的幾何較為細(xì)微致密，且隨著密度的增大，矸石在煤中的含量增加也較大，既較難從中選出低灰分精煤，也較難從中選出高灰分矸石，屬于難選煤。

表1 是在各操作參數(shù)單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，應(yīng)用美國State－Ease公司開發(fā)的Design－expert軟件，以流化床面傾角、激振力、激振頻率、鼓風(fēng)量、給料量（以給料機(jī)電機(jī)頻率表征）為因素，以精煤產(chǎn)率γj、精煤灰分Aj和數(shù)量效率ηi為評價(jià)指標(biāo)，設(shè)計(jì)并完成五因素三水平正交試驗(yàn)后得到的綜合優(yōu)化方案。表中參數(shù)均為優(yōu)化值，各優(yōu)化方案的可信度均在0.8以上。根據(jù)優(yōu)化方案，可達(dá)到精煤產(chǎn)率為62%，精煤灰分為29%，數(shù)量效率高達(dá)99%的良好分選效果。

圖5 煤樣的可選性曲線圖

表1 綜合優(yōu)化方案

表2 驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果

表2 為優(yōu)化方案的驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果。根據(jù)優(yōu)化方案1，結(jié)合試驗(yàn)調(diào)節(jié)的方便，對操作參數(shù)的取值分別為：分選床面傾角23°，激振力3.9kN，激振頻率40.4Hz，鼓風(fēng)量840m3·h－1，給料量37.5Hz。采用空氣干燥煤樣進(jìn)行了3組平行試驗(yàn)，可得到灰分為29%、產(chǎn)率為62%的精煤產(chǎn)品，同時(shí)數(shù)量效率均為94%。

3 小結(jié)

1）振動(dòng)逆流干法降灰脫粉技術(shù)與火電廠制粉系統(tǒng)的集成，從技術(shù)路線角度來看是可行的，更適用于坑口電站。

2）振動(dòng)逆流流化干法降灰脫粉技術(shù)與火電廠制粉系統(tǒng)集成后，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)電廠燃煤原煤的在線干燥、降灰、脫粉，燃煤品質(zhì)得到提高，磨煤效率也得到提高，集成后可省去原制粉系統(tǒng)的原煤干燥工藝環(huán)節(jié)。

3）應(yīng)用振動(dòng)逆流流化床對電廠用煤分選降灰的效果良好，可將灰分為49.62%的13～0mm電廠難選原煤煤樣降灰至29%，產(chǎn)率為62%，數(shù)量效率為94%。

［1］張軍華，章新喜，蔣善勇，等.振動(dòng)逆流干法分選煤炭的探索［J］.中國煤炭，2005，32（12）：53－54.

［2］張廈，章新喜.振動(dòng)逆流干法選煤機(jī)的試驗(yàn)研究［J］.選煤技術(shù)，2011（1）：1－3.

［3］解京選，武建軍.煤炭加工利用概論［M］.徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2010：69.