輥磨在燃煤爐渣粉磨系統(tǒng)的應(yīng)用

彭凌云，劉箴，聶文海，宋留慶，劉洋

輥磨在燃煤爐渣粉磨系統(tǒng)的應(yīng)用

彭凌云，劉箴，聶文海，宋留慶，劉洋

本文詳細(xì)介紹了TRMWF爐渣輥磨的技術(shù)特點(diǎn)，并簡單介紹了燃煤爐渣粉磨系統(tǒng)的工藝流程。同時也介紹了TRMWF36.3爐渣輥磨在寧海銘洲文具有限公司的使用情況，在產(chǎn)量和質(zhì)量上均超額完成了合同指標(biāo)，取得了廢渣粉磨領(lǐng)域的又一重大突破，填補(bǔ)了國內(nèi)輥磨處理燃煤爐渣領(lǐng)域的空白。

爐渣；輥磨；料床粉磨

1　前言

近年來我國火力發(fā)電發(fā)展較快，電力行業(yè)年度煤耗量自2009年的16.1億噸增長至2013年的20.7億噸，年平均增長率6.3%。煤粉燃燒后的固體副產(chǎn)品除粉煤灰之外，有些熔融物結(jié)塊形成爐渣和爐底灰，三者的比例與所用鍋爐、收塵器的類型有很大關(guān)系。煤粉爐的灰渣中，粉煤灰高達(dá)80%～90%，其余為爐底灰；液態(tài)爐的灰渣中，粉煤灰占50%左右，其余為液態(tài)渣；旋風(fēng)爐的灰渣中，粉煤灰僅占20%～30%，液態(tài)渣卻占70%～80%。爐渣常被視為廢物，堆積存放將會占用大量土地，并且堆放過久會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，一旦生成有害物質(zhì)滲入地下水，將會直接污染地下水資源，危及人體健康，同時還會產(chǎn)生灰塵污染空氣。

因此，爐渣綜合利用所面臨的形勢十分嚴(yán)峻。合理利用爐渣不僅能變廢為寶、減少占地、降低污染，還能為社會和企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。經(jīng)粉磨處理的爐渣微粉現(xiàn)在已成為配制高性能混凝土、大體積混凝土、高強(qiáng)混凝土的重要礦物摻合料之一，摻有爐渣的水泥和混凝土制品具有水化熱低、耐腐蝕性好、流動度好、后期強(qiáng)度高、微膨脹性等優(yōu)點(diǎn)，且在淡水和硫酸鹽介質(zhì)環(huán)境中具有很好的抗侵蝕性，因此被廣泛用于地下、水工、海工等建筑工程中。

中材（天津）粉體技術(shù)有限公司多年來一直致力于物料粉磨技術(shù)的研究開發(fā)工作。由該公司開發(fā)、設(shè)計(jì)、供貨的年產(chǎn)30萬噸爐渣粉磨系統(tǒng)于2014年3月在浙江寧海銘洲文具有限公司正式投產(chǎn)。這是國內(nèi)首條采用立式輥磨處理燃煤爐渣的生產(chǎn)線，投產(chǎn)后經(jīng)過短期調(diào)試，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，產(chǎn)品性能良好，實(shí)際產(chǎn)量遠(yuǎn)超設(shè)計(jì)能力，為業(yè)主創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

2　TRWF36.3爐渣輥磨的技術(shù)特點(diǎn)

TRWF36.3爐渣輥磨在結(jié)構(gòu)、使用、維護(hù)等方面的技術(shù)特點(diǎn)如下：

（1）磨機(jī)烘干能力強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)含水率25%物料的粉磨、烘干與高效選粉；

（2）采用螺旋絞刀輸送裝置，既能保證高濕物料的流暢喂料，又能嚴(yán)密鎖風(fēng)；

（3）磨機(jī)機(jī)械部件耐高溫能力強(qiáng)，入磨氣體溫度可達(dá)450℃；

（4）研磨部分采用平磨盤加錐形磨輥；

（5）分選部分采用動靜態(tài)結(jié)合的組合式高效籠型選粉機(jī)；

（6）每個磨輥相對獨(dú)立地對磨盤上的物料施壓，可實(shí)現(xiàn)空載啟動，具有自動抬輥功能；

（7）風(fēng)環(huán)面積和擋料圈高度可根據(jù)現(xiàn)場情況進(jìn)行調(diào)整；

（8）磨輥密封采用骨架油封和V型塵封組合的形式，既能防止漏油，又能防止粉塵進(jìn)入軸承室；

（9）磨輥軸承采用稀油循環(huán)潤滑方式，可有效降低軸承溫度，維護(hù)方便；

（10）磨輥可以靠油缸作用自動翻出機(jī)殼外，維修方便；

（11）輥套與襯板采用復(fù)合堆焊材質(zhì)，可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場的在線堆焊修復(fù)。

3　系統(tǒng)簡介

3.1系統(tǒng)流程

爐渣輥磨粉磨系統(tǒng)的流程相對簡單，屬單風(fēng)機(jī)的輥磨粉磨系統(tǒng)（見圖1）。爐渣由鏟車從堆場運(yùn)送至卸料坑內(nèi)（卸料坑兩邊有倉壁振動器，防止結(jié)料），開啟卸料坑下的棒閘閥，爐渣向前輸送，經(jīng)過皮帶秤的計(jì)量和三條膠帶輸送機(jī)，喂入螺旋絞刀輸送裝置。期間還需要經(jīng)過除鐵器和振動篩的分選，符合入磨粒度的物料將喂入磨內(nèi)。物料經(jīng)下料管被喂入旋轉(zhuǎn)磨盤的中心，在離心力的作用下被甩至磨盤邊緣，經(jīng)過液壓系統(tǒng)單獨(dú)加壓的磨輥下方時被粉磨。磨盤的旋轉(zhuǎn)使粉磨后的物料從磨輥甩至磨盤外，在磨盤外的風(fēng)環(huán)區(qū)域，向上的高速熱氣流將粉磨后和待粉磨的混合料帶至選粉機(jī)處進(jìn)行分選，合格細(xì)粉被帶出磨機(jī)，粗粉落至選粉機(jī)下方的落料錐斗再落回磨盤，與新物料一起再進(jìn)行粉磨。風(fēng)環(huán)處未被帶起的大顆粒和難磨物料會被排出磨外，通過吐渣口進(jìn)入外循環(huán)系統(tǒng)，再被喂入螺旋絞刀與新物料一起進(jìn)入磨內(nèi)。物料中的水分在物料與熱氣流的充分接觸過程中被蒸發(fā)。物料烘干所需的熱量主要由熱風(fēng)爐提供，熱風(fēng)通過管道進(jìn)入磨機(jī)，出磨氣體經(jīng)收塵器凈化后由系統(tǒng)風(fēng)機(jī)一部分排入大氣，一部分再循環(huán)入磨加以利用。選粉機(jī)分選出的合格細(xì)粉被袋收塵器收集作為成品，出收塵器的成品通過空氣輸送斜槽，再經(jīng)斗式提升機(jī)被輸送至成品庫內(nèi)。

3.2系統(tǒng)的主要設(shè)備及參數(shù)

圖1　系統(tǒng)流程圖

系統(tǒng)的核心設(shè)備為中材（天津）粉體技術(shù)裝備有限公司自主研發(fā)的TRMWF36.3輥磨，基于料床粉磨原理，集粉磨、烘干、分選為一體，結(jié)構(gòu)緊湊。針對原料中含水率高的特點(diǎn)，在風(fēng)環(huán)角度、中殼體與選粉機(jī)結(jié)構(gòu)上均有針對性設(shè)計(jì)，增大了通風(fēng)面積，確保成品的含水率＜1%。表1為寧海銘洲文具有限公司年產(chǎn)30萬噸爐渣粉磨系統(tǒng)的主要配置。

表1　系統(tǒng)主要設(shè)備參數(shù)表

表2　爐渣的化學(xué)成分（%）和物性分析

4　TRMWF36.3爐渣輥磨系統(tǒng)運(yùn)行情況

爐渣輥磨系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性決定了成品產(chǎn)量和質(zhì)量的高低。主要的影響因素包括：入磨原料爐渣的粒度和水分；磨機(jī)的研磨壓力；選粉機(jī)的密封效果和轉(zhuǎn)速；系統(tǒng)的風(fēng)量和風(fēng)溫；磨機(jī)各點(diǎn)的風(fēng)速；磨輥與磨盤的磨損情況和擋料圈的高度。在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)合理控制上述因素，通過加強(qiáng)生產(chǎn)管理和不斷探索，優(yōu)化各個參數(shù)，達(dá)到產(chǎn)量和能耗的最優(yōu)組合。

4.1原料爐渣特性、粒度與水分

寧海銘洲文具有限公司的爐渣主要來源于附近的國華浙能發(fā)電廠和象山縣大唐烏沙山發(fā)電廠，在實(shí)驗(yàn)室對上述兩種爐渣原料進(jìn)行了分析（見表2、圖2）。

從化學(xué)成分檢測結(jié)果來看，其主要成分為SiO2、Al2O3、CaO、Fe2O3，其中，CaO含量<10%。與GB/T 1596-2005規(guī)定的二級粉煤灰要求燒失量<8.0%、SO3含量<3.5%相比較，這兩種爐渣均符合要求。爐渣中水分含量高，粉磨過程中需要更多的熱量蒸發(fā)其水分。

從圖2可以看出，爐渣顆粒較細(xì)小，R3mm<15%，R5mm≈5%，是料床粉磨技術(shù)比較理想的喂料粒度。由于原料含水率高，新物料進(jìn)入磨內(nèi)經(jīng)過磨輥擠壓后較易形成密實(shí)料層，而且根據(jù)成品細(xì)度控制要求，磨內(nèi)循環(huán)次數(shù)較少，不會存在磨內(nèi)物料水分降低的情況，故實(shí)際生產(chǎn)時不需要在料床上噴水。

4.2系統(tǒng)操作參數(shù)

液壓系統(tǒng)通過油缸、搖臂、磨輥將壓力傳遞給物料，合適的壓力是輥磨實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定料床粉磨的前提。如果壓力過低，輥磨的產(chǎn)量降低，料床厚度增加，循環(huán)負(fù)荷增大，粉磨效率低下；如果壓力過高，主電機(jī)電流增加，料層變薄，極易引起磨機(jī)的振動。TRMWF36.3輥磨采用3個磨輥獨(dú)立加壓的模式，每個磨輥彼此間的影響較小，磨機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定。

圖2　兩種爐渣的顆粒分布特性

出磨成品的細(xì)度主要由選粉機(jī)的轉(zhuǎn)速和磨內(nèi)風(fēng)量決定。當(dāng)增加產(chǎn)量時，需要提高磨內(nèi)的通風(fēng)量，這時需要將選粉機(jī)的轉(zhuǎn)速提高，否則會造成成品細(xì)度過粗；如果降低產(chǎn)量時，需要降低磨內(nèi)通風(fēng)量，防止成品細(xì)度跑粗。由于原料含水率高，需要將磨機(jī)的出口溫度控制在85～95℃，＜85℃會引起輥磨內(nèi)的循環(huán)負(fù)荷增大，降低粉磨效率，如果長時間出口溫度過低甚至?xí)斐赡C(jī)飽磨和收塵器布袋結(jié)露等后果。

由于爐渣易磨性較好，較易形成密實(shí)料層，為了提高粉磨效率，可將擋料圈高度調(diào)整至150mm，料層厚度在15～20mm，實(shí)際運(yùn)行主電機(jī)電流理想。

表3　磨機(jī)操作參數(shù)

表4　磨機(jī)電耗、產(chǎn)品細(xì)度和比表面積

表5　燃煤爐渣粉的性能

由表3可以看出，TRMWF36.3輥磨運(yùn)行穩(wěn)定，干基產(chǎn)量可達(dá)72.5t/h，大大超過了設(shè)計(jì)產(chǎn)量55t/h，磨機(jī)烘干能力強(qiáng)，水分蒸發(fā)率高達(dá)19.87t/h，這體現(xiàn)了物料在磨內(nèi)與熱氣流進(jìn)行了充分接觸。輥磨振動小，能夠保證磨盤和磨輥以及其他重要部分的機(jī)械部件不被損壞，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率高。

4.3系統(tǒng)產(chǎn)量及電耗

由于燃煤爐渣顆粒小，易磨性比熟料好，對應(yīng)于表3中兩種不同運(yùn)行工況條件下的電耗情況及其所得產(chǎn)品質(zhì)量如表4所示。

結(jié)果顯示：燃煤爐渣粉磨所需電耗較低，產(chǎn)品質(zhì)量較好。對比兩種工況下的生產(chǎn)情況可以看出，提高產(chǎn)量后，不僅電耗有所降低，產(chǎn)品質(zhì)量也有所改善。這說明，系統(tǒng)運(yùn)行情況優(yōu)化能夠降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。

4.4產(chǎn)品性能

在實(shí)驗(yàn)室對粉磨后的爐渣微粉的物理性能進(jìn)行了檢測，并根據(jù)GB/ T1596-2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》對爐渣的活性指數(shù)和需水量比進(jìn)行檢測，結(jié)果如表5所示。

從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，立式輥磨產(chǎn)品的均勻性系數(shù)介于0.98～1.0，需水量比高于GB/T1596-2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》中二級粉煤灰的要求，強(qiáng)度活性指數(shù)均達(dá)到了粉煤灰的技術(shù)要求，爐渣活性指數(shù)隨著比表面積增加而增大。

混凝土的抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)方法按GB/T50081-2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定進(jìn)行，配合比及其性能檢測結(jié)果如表6所示。

使用爐渣微粉等質(zhì)量取代水泥，對混凝土初始坍落度影響不大，能夠改善膠凝材料的級配，提高混凝土密實(shí)性，改善漿體與骨料之間的界面結(jié)構(gòu)。但由于爐渣的活性較低，對強(qiáng)度起主要作用的C-S-H凝膠、鈣礬石和氫氧化鈣等物質(zhì)的生成量減少，導(dǎo)致其力學(xué)性能下降。

表6　混凝土配合比及其性能檢測結(jié)果

5　結(jié)語

通過近一年的生產(chǎn)實(shí)踐證明，無論在質(zhì)量方面還是產(chǎn)量方面，TRM?WF36.3輥磨均超額完成了指標(biāo)，且在應(yīng)對高濕水分物料的處理方面，優(yōu)勢明顯，水分蒸發(fā)率高達(dá)19.87t/h。爐渣微粉的強(qiáng)度活性指數(shù)可以達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)二級粉煤灰的指標(biāo)，較好地起到了改善水泥和混凝土性能的作用，獲得了很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，填補(bǔ)了國內(nèi)輥磨在處理燃煤爐渣領(lǐng)域的空白。該項(xiàng)目作為固體廢棄物處理的范例，不僅有利于改善環(huán)境，實(shí)現(xiàn)固體廢棄物的減量化、無害化和資源化，還可以擴(kuò)大國家資源量，拓寬就業(yè)渠道，發(fā)展清潔生產(chǎn)、建立循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式，對走可持續(xù)發(fā)展道路具有積極意義。

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[3]陸金馳，等.煤粉爐渣/粉煤灰-石灰體系反應(yīng)特性及差異[J].硅酸鹽通報(bào)，2013，（7）: 1410-1416.

The Application of Roller Mill in Coal Furnace Slag Grinding System

TQ172.632.5

A

1001-6171（2016）05-0047-04

通訊地址：中材（天津）粉體技術(shù)裝備有限公司，天津200092；2016-01-10；編輯：趙星環(huán)