柱磨機在循環(huán)流化床爐內脫硫的應用研究

閆事忠，白 鷺，劉曉飛

（1.中能建山西省電力勘測設計院，山西太原 030001；2.國網(wǎng)山西省電力公司電力科學研究院，山西太原 030001）

柱磨機在循環(huán)流化床爐內脫硫的應用研究

閆事忠1，白 鷺2，劉曉飛2

（1.中能建山西省電力勘測設計院，山西太原 030001；2.國網(wǎng)山西省電力公司電力科學研究院，山西太原 030001）

指出循環(huán)流化床鍋爐技術因其高效低污染的清潔燃燒方式得到迅速發(fā)展。主要從石灰石粒徑對循環(huán)流化床鍋爐爐內脫硫效率的影響為出發(fā)點進行討論，根據(jù)柱磨機磨粉系統(tǒng)所制備的石灰石粉性質，探討該系統(tǒng)在循環(huán)流化床電廠脫硫中的應用前景。

柱磨機；循環(huán)流化床；脫硫

0 引言

目前，火電廠煤炭的脫硫技術在不斷發(fā)展，其中循環(huán)流化床鍋爐技術是一項迅速發(fā)展起來的高效低污染的清潔燃燒技術[1]。其發(fā)展的核心問題主要是鍋爐燃燒效率和環(huán)保的問題，即一方面保證鍋爐燃燒效率的同時，最大程度地降低污染物的排放量。循環(huán)流化床鍋爐具有爐內脫硫的優(yōu)勢，脫硫效率主要與石灰石粉的粒徑、性能、反應床層的溫度以及鈣硫摩爾比等因素有關[2]。此外，循環(huán)倍率、物料流化速度、石灰石輸送系統(tǒng)等因素也直接影響到脫硫的效率[3]。

1 脫硫機理

爐內脫硫反應原理為CaCO3的分解和SO2的吸收反應。反應方程式為

從上述反應式可知，1 mol CaCO3將減少1 mol SO2，同時消耗0.5 mol O2，反應后生成1 mol CO2；但在實際反應中，上述 2組化學反應無法徹底完成，Ca/S mol比是衡量脫硫效率主要的參數(shù)。

2 石灰石粉脫硫劑粒徑對脫硫效率的影響

石灰石粉粒徑過大時，一方面脫硫劑與高濃度SO2煙氣接觸的比表面積較小，反應時間較短，導致大部分脫硫劑未能參與循環(huán)反應便經排渣口排出。另一方面，CaO、SO2和O2反應生成的CaSO4體積大于CaCO3，引起煙氣中SO2進入石灰石內部的通道堵塞，大大降低了石灰石粉的利用率。如果粒徑過小，分離器無法進行捕集，直接進入尾部煙道后形成的飛灰占比較大，導致其與煙氣接觸的時間過短，利用率也偏低。因此，石灰石粉脫硫劑的粒徑分布對循環(huán)流化床鍋爐爐內脫硫的效率產生重要作用，最佳的脫硫劑粒徑分布與鍋爐設計參數(shù)有關，一般保持在0～1 mm的范圍較為合理，平均為200～300μm[4]。

3 不同循環(huán)硫化床鍋爐對石灰石粉的需求

選用不同鍋爐廠家生產的的循環(huán)流化床鍋爐，對于石灰石的粒徑也有不同的要求，但石灰石的粒徑曲線基本一致，只是取用的范圍有所不同。比如東方鍋爐廠的需求一般為dmax在0～1 mm 95%左右，d50在200～300μm之間；哈爾濱鍋爐廠的需求一般為 dmax在 0～1.5 mm 95%左右，d50在250～350μm之間；上海鍋爐廠的需求一般為dmax在0～1 mm 95%左右，d50在300～400μm之間，但3家鍋爐廠對100μm以下的石灰石粉都要求小于10%。由此可見，石灰石粉制備系統(tǒng)需要有粒徑的可調節(jié)性，且制備的石灰石粉不能太細。dm指一個樣品的累計粒度分布百分數(shù)達到m%時所對應的粒徑。

4 柱磨機石灰石制備系統(tǒng)

4.1 柱磨機的工作原理

柱磨機的工作原理為連續(xù)反復中等壓力的輥壓粉磨，如圖1所示，該種方式相對簡單，且運行科學。

圖1 柱磨機結構圖

設備上部經過皮帶和齒輪箱的兩級減速，進一步帶動主軸的旋轉，從而使輥輪在環(huán)錐狀的內襯結構中轉動（輥、襯之間為可調間隙，沒有接觸）。當物料從頂部投入時，依靠自身重力降落，在上部推料和下部堵料之間存在相互作用下，襯板與輥輪之間形成料層，經過輥輪的反復滾動碾壓形成粉末，最終從底部自動完成卸料。輥輪進行規(guī)則性的公轉和自轉運動，可以根據(jù)物料的特性調整料層厚度，其工作壓力來自彈性裝置，能有效避免襯板與輥輪間因碰撞產生的磨損和能耗。

4.2 柱磨機的粉磨特性

由于柱磨機能夠實現(xiàn)堵料裝置的高度、外部彈簧壓力和輥襯之間的粉磨間隙的調整（也可以稱呼為磨內料層堆積厚度），因此更加便于控制出料粒徑的范圍，更適合生產粒徑為0.1～1.5 mm的產品。

4.3 柱磨機制備石灰石粉的特點

該設備“料擠料”的粉磨方式和中等工作壓力（3～5 MPa），能夠使未經分級的一次性出磨產品中粒徑小于1 mm的比例占到60%以上。如果繼續(xù)用其加工0～1 mm粒徑范圍的石灰石脫硫劑，其經濟性和產能效率均遠高于其他破碎或粉磨設備。鄂破、錘破等破碎設備，破碎后的產品粒度太粗；而球磨、立磨等粉磨設備，粉磨后的產品粒度又太細，通過分級機后只能得到極少部分0.1～1 mm區(qū)間的產品，產能和經濟效益極其低下，難以達到循環(huán)流化床鍋爐的爐內脫硫要求[5]，具體對比如表1所示。

表1 不同類型磨機的粉磨對比

因為柱磨機制粉系統(tǒng)特殊的工作原理，物料經反復揉搓和碾壓，內應力受到破壞，產生大量微裂痕，從而增大了顆粒的孔隙率，提高了產品的比表面積，增強了石灰石粉脫硫劑的活性。另一方面，石灰石因擠壓產生熱量后更易自碎，加快了CaO與SO2的反應速度，使脫硫反應進行的更為徹底[6]。由圖2可見，柱磨機粉磨的產品顆粒一般呈多角形片狀，增大了其表面積，從而增加了石灰石粉的活性。

圖2 放大1 000倍后的柱磨機出磨石灰石產品圖

由于柱磨機本身的粒級分布相對集中，也使得粒徑的調節(jié)更加方便。為在保證脫硫效率的同時還能節(jié)省石灰石粉的用量，一般對于循環(huán)流化床鍋爐應采用特定粒徑分布的石灰石粉，而該設備可通過調整堵料裝置的高度、外部彈簧壓力和輥襯之間的粉磨間隙的方式，將產品的粒度控制在合理范圍，即實現(xiàn)大部分顆粒粒徑集中在d50附近區(qū)域，如表2所示。

表2 柱磨機產品與循環(huán)流化床鍋爐對石灰石粉粒徑要求的對比表

表2是某石化公司3×420 t/h循環(huán)流化床鍋爐爐內脫硫項目中，采用柱磨機粉磨石灰石得到的產品的實際粒徑分布表。由表2可知，柱磨機磨制石灰石粉時，d50=0.05～0.12 mm的石灰石粉占比到12%，能滿足鍋爐要求的石灰石粉的粒級分布。

4.4 柱磨機制備的石灰石粉在循環(huán)流化床鍋爐的脫硫效果

某示范電廠曾經在300 MW機組中使用了國外進口設備配備振動篩進行制粉，由于振動篩效率低，故障率高，維護量大。該循環(huán)流化床示范電廠對振動篩進行改造，更換了國內振動篩，效果仍未達預期。對300 MW機組原使用的破碎機進行徹底改造為柱磨機，一套易損件可加工30萬t石灰石。通過實驗對比，使用柱磨機制粉后，脫硫效果提升20%～30%，石灰石的用量減少了1/3。

a）柱磨機制備的石灰石粉粒徑完全滿足鍋爐爐內脫硫的需求，石灰石粉可在鍋爐內進行2～3次循環(huán)，脫硫反應進行充分且完整，浪費極少。

b）柱磨機制備石灰石粉的不規(guī)則形狀，以及顆粒內部的微裂紋大大增加了物料的比表面積，分解更加容易且更能充分地與SO2接觸反應。

c）石灰石的添加量比較合適，鍋爐內鈣硫摩爾比控制在1.5～2之間，脫硫效率已基本符合電廠的需求，脫硫效果顯著。

5 結論與展望

循環(huán)流化床石灰石粉制備使用的普通破碎機，因其粒級分布不均、產生的粉塵量大，容易造成污染，無法滿足環(huán)保排放標準；同時，破碎機的后續(xù)維護工作量大，需經常更換零配件。相比之下，柱磨機具有高產量、低能耗、少揚塵、低噪音的優(yōu)點，維護成本較低，且柱磨機粉磨所得的脫硫制粉，其使用效果完全滿足循環(huán)流化床鍋爐的脫硫特性和對石灰石粒級分布的要求，設備性能大大優(yōu)于普通破碎機。隨著國家對環(huán)境保護的逐漸重視，柱磨機制粉在控制石灰石品質、提高爐內脫硫效果方面將有良好的應用前景。

[1]岑可法.循環(huán)流化床鍋爐理論設計與運行 [M].北京：中國電力出版社，1998：7-13.

[2]宋志偉，陳玉平，張鴻波.我國煤炭脫硫技術現(xiàn)狀及展望 [J].煤炭加工與綜合利用，2000（1）：12-14.

[3]王三平，馬紅友，姜凌.火電廠循環(huán)流化床鍋爐爐內脫硫效率影響因素分析 [J].科技信息，2010（17）：976-977.

[4]蔣俊.循環(huán)流化床鍋爐爐內干法脫硫分析 [J].蘇鹽科技，2013 （1）：1-3.

[5]周一工.循環(huán)流化床鍋爐添加石灰石脫硫對鍋爐效率的影響[J].環(huán)境技術，2001（1）：27-32.

[6]薛建民，朱法華，陳德全.火電廠主流脫硫工藝的技術性能[J].環(huán)境影響評價動態(tài)，2009（9）：17-19.

Application Research on Column Mill for Desulfurization of Circulating Fluidized Bed Boiler

YAN Shizhong1，BAILu2，LIU Xiaofei2

(1.Shanxi Electric Power Exp loration&Design Institute of China Energy Engineering Group, Taiyuan,Shanxi 030001,China；2.State Grid Shanxi Electric Power Research Institute of SEPC,Taiyuan,Shanxi 030001,China)

Due to low pollutantemission and clean combustion,CFB boiler technology gets rapid development.The influenceof lime stone's particle size on the boiler desulfurization efficiency is discussed.According to the nature of the prepared lime stone powdermilled by columnmill,the application prospectof columnmill lime stone powder system for desulphurization in circulating fluidized bed power plantisexplored.

columnmill;circulating fluidized bed;desulfurization

X773

B

1671-0320（2016）03-0069-04

2016-01-13，

2016-04-15

閆事忠（1985），男，黑龍江大慶人，2012年畢業(yè)于華北電力大學環(huán)境科學與工程學院，碩士，工程師，從事發(fā)電廠環(huán)保設施的設計工作；

白 鷺（1988），女，山西陽泉市人，2012年畢業(yè)于華北電力大學環(huán)境科學與工程學院，碩士，工程師，從事電力行業(yè)的環(huán)境保護工作；

劉曉飛（1988），男，山西朔州人，2012年畢業(yè)于武漢大學電氣學院，碩士，工程師，從事人力資源管理工作。