1 前言
石灰石-石膏煙氣脫硫濕法工藝(FGD)和鍋爐內噴鈣工藝,是目前世界上技術最成熟、應用最廣泛的控制二氧化硫排放的技術,國內90%以上的火電廠采用的都是石灰石-石膏法脫硫技術。
無論是鍋爐內噴鈣,還是石灰石-石膏法對燃燒后煙氣脫硫凈化,吸收二氧化硫的介質都是石灰石粉,石灰石粉的粒度對脫硫效率有較大的影響,粒度愈小,愈有利于二氧化硫的吸收,石灰石粉的制備則成為火電廠、鋼廠脫硫,提高脫硫效率的先決條件。另外,石灰石粉的制備成本對脫硫成本有較大的影響。低成本制備高細度的石灰石粉技術成為環保脫硫技術的重要環節。
2 影響石灰石脫硫效率的主要因素
(1)石灰石品質
通常,石灰石中碳酸鈣的含量應高于85%,含量太低則會由于雜質較多給運行帶來一些問題,造成吸收劑耗量和運輸費用增加,石膏純度下降。
石灰石品質由CaO的含量決定,石灰石純度越高,脫硫效率越好。但在工藝進行配料設計時,既要計算其化學成分,也要了解它的物理性能。石灰石一級品的氧化鈣含量為48%~54%,但石灰石不一定是CaO含量越高越好。如CaO>54%的石灰巖,其因純度較高而大理石化,不易粉磨,化學穩定性也強,因而不適合用作脫硫劑。
(2)石灰石粒徑(細度)
石灰石粉的細度是影響脫硫效率的一個重要因素,反應接觸面積很大程度上決定了化學反應速度,石灰石粉的顆粒越細,質量比表面積就越大,單位質量的化學反應的接觸面積也越大。由于石灰石的消溶反應是固—液兩相反應,其反應速率與石灰石顆粒比表面積成正比,因此,較細的石灰石顆粒的消溶性能好,各種相關反應速率較高,能夠以更快的速度與漿液中的HSO3-反應,從而更快地吸收二氧化硫氣體,脫硫效率及石灰石利用率較高。
但石灰石的粒度愈小,破碎的能耗愈高。要研磨成較細的石灰石粉,需要有較大的磨機,消耗較高的電能,從而會增加成本,因此需要權衡利弊,綜合考慮。通常要求的石灰石粉通過250目篩或325目篩的過篩率達到90%即可。同時石灰石粉的粒度與石灰石的品質有關。為保證脫硫效率和石灰石利用率達到一定水平,當石灰石中雜質含量較高時,應當磨制得更細一些。
(3)石灰石的反應活性對脫硫系統性能的影響
石灰石作為吸收劑的特性不僅包括其化學成分,主要也包括其反應活性,脫硫系統的堿量是通過石灰石粉的溶解來提供,吸收劑的活性影響到吸收劑的溶解度和溶解速度,是表示一種在酸性環境中的轉化特性。吸收劑的活性包含吸收劑種類、物化特性和與其反應的酸性環境。吸收劑的物化特性包括純度、晶體結構、雜質含量、粒度分布、包括內表面(即孔隙率)在內的單位總表面積和顆粒密度?;钚暂^高的石灰石在保持相同石灰石利用率的情況下,可以達到較高的二氧化硫脫除效率。石灰石反應活性高,石灰石利用率也高,石膏中過剩CaCO3含量低,即石膏純度高。
3 石灰石粉制備技術及工藝流程
脫硫用石灰石粉要求粒度250目或325目(45μm),325目石灰石粉脫硫效果更好。但制備如此細的石灰石粉,目前主要采用的磨機為雷蒙磨(擺式磨)、懸輥磨、球磨機或歐版磨粉機。以往,雷蒙磨、懸輥磨、球磨機使用的較多,近年來,隨著對石灰石粉細度要求的提高和節能減排的需要,愈來愈多的電廠脫硫制備石灰石粉開始采用歐版磨粉機方案。歐版磨粉機制備石灰石粉工藝流程見圖1。
由圖1可知,制粉系統采用的設備為:破碎機、提升機、電磁振動給料機、歐版磨粉機。由于歐版磨粉機內部帶有選粉裝置,不需外部的選粉機,因而流程簡單。工藝流程簡述如下:大塊狀石灰石經顎式破碎機破碎到所需粒度后,由提升機將其送至儲料斗,再經振動給料機將其均勻定量連續地送入歐版磨粉機主機磨室內進行研磨,粉磨后的石灰石粉被風吹起,經選粉機進行分級。
符合細度的石灰石粉隨氣流經管道進入新型隔離式旋風集粉器內,進行分離收集。收集的石灰石粉成品經出料口并由輸送裝置送入石粉倉,以備脫硫使用。不合格的粉粒經選粉機分離后被甩向筒壁,沿筒壁落下后重新回到磨機研磨。整個系統在負壓狀態下運行,系統粉塵不外溢從而保證了現場清潔。
由于進入磨機內的石灰石有時有一定的含水量,研磨時產生的熱量會使其變成水蒸氣,使系統內氣體的總量增加,同時由于管道接合處會有空氣隨石灰石進入系統,也會使系統內氣體總量增加。研磨時的摩擦熱也會使氣體升溫,體積膨脹。此時為了保持系統的負壓運行狀態,可以開啟風機和主機之間的閥門,使多余氣體自動導入脈沖布袋除塵器經過濾后排出,確保環境達標。
4 歐版磨粉機結構和工作原理
歐版磨粉機整機結構由主機、選粉機、管道裝置、離心引風機、隔離式旋風集粉器、除塵器組成。
(1)主機工作原理
電動機通過三角帶帶動橫向傳動軸,橫向傳動軸再通過另一端的錐齒輪帶動主軸。主軸的上端連接著磨輥吊架,磨輥部件通過橫擔軸懸掛在磨輥吊架上,整個磨輥部件可以繞橫擔軸擺動。當主軸轉動時,磨輥部件在圍繞中心軸回轉的同時,在離心力的作用下磨輥沿著磨環內圓滾動。磨輥吊架下端裝有鏟刀架,鏟刀架下裝有鏟刀座盤,鏟刀座盤上裝有鏟刀。鏟刀刃將磨機內的物料鏟起后送往磨環和磨輥之間進行碾壓。
(2)選粉機工作過程
變頻調速電機帶動葉盤旋轉,葉盤上的葉片轉動會形成旋轉氣流,大顆粒物料的離心力較大,被甩向筒壁后下落回到磨機,合格物料則會通過選粉機。電機的轉速要按成品粉塵粒度大小做相應的調節:如要獲得較細粒度的粉塵時,就應該提高葉片的轉速,如果要獲得較粗粒度的粉塵時,就應該降低葉片的轉速,具體的轉速要根據成品的目數、物料的比重、當地的溫度和濕度、氣壓高低以及顆粒的具體特性、磨機的使用狀態進行仔細調節。
(3)旋風集粉器對磨粉機的性能起到很重要的作用
帶粉氣流進入集粉器時,在集粉器內會形成向下運動的旋轉氣流。旋轉粒子在離心力的作用下,顆粒物被甩向筒壁。顆粒一旦碰到筒壁即被捕集并沿著筒壁滑向桶底。向下運動的氣體在錐體的作用下加速旋轉并被向上反射從回氣管排出進入風機。集粉器的下端裝有卸料閥,從集粉器下端掉落下的粉塵通過上下錐閥排出。由于在集粉器錐底形成的向上旋轉的氣流核心呈負壓狀態,所以對集粉器的下端密封要求很高,不允許有漏氣現象。一旦漏氣就會使已經被捕集的粉塵被氣體重新吹起帶走,直接影響到整機的產量。因此集粉器的下端裝有上、下錐閥,其作用是分別打開或關閉,從而能夠在卸料時保證外界空氣不被吸入集粉器。
5 歐版磨粉機制備石灰石粉的技術特點
MTW歐版磨粉機采用了錐齒輪整體傳動、內部稀油潤滑系統、弧形風道等多項專利技術,性能穩定,操作方便,能耗低,可調可控成品粒度粉磨物料應用廣泛;配備專用除塵器,粉塵排放濃度可完全達到國家環保有關規定,目前已在國電、華電、華能、大唐等下屬多家電廠脫硫石灰石制粉項目中得到廣泛應用。
該技術的主要特點有:
(1)錐齒輪整體傳動,能量損耗小、效率高:傳統擺式磨、懸輥磨機需另有減速機、通過聯軸節傳動主軸,安裝時對中難度大,易產生噪聲,降低效率,MTW歐版磨粉機為錐齒輪整體傳動,結構更加緊湊,安裝調節更方便快捷,效率大大增加。
(2)內部稀油潤滑系統、先進可靠:傳統磨機潤滑形式為脂潤滑,潤滑阻力大、溫升高、軸承壽命短,MTW歐版磨粉機采用內部油泵,無需另外增加油泵或潤滑站,就可以實現主軸軸承和圓錐齒輪軸軸承的潤滑,極大地提高了設備的使用壽命。
(3)傳統磨機中的磨粉機風道均為直板型風道,這種結構存在氣流直接沖擊風道板而產生阻力,氣流分子間相互碰撞的能量損失大,易產生渦流導致風道堵塞等缺點。而弧形風道的風量損失小、物料流動性好。MTW歐版磨粉機所采用風道為曲面型風道,切向氣流進口順滑,阻力小,內部出口方向有利于物料的分散,不容易堵料?;⌒物L道與直板型風道對比示意見圖2。
(4)特殊磨輥及磨環結構設計為曲面可換刀刃鏟刀(見圖3),提高了粉磨效率,降低了使用成本。傳統磨機鏟刀刀刃磨損較快,鏟刀為整體鏟刀,刃部磨損后,需要整體更換鏟刀,浪費材料,增加停機更換時間。MTW歐版磨粉機鏟刀,刃部采用高耐磨合金材料,使用壽命長,更換時只需更換刀刃部分,提高了材料利用率。另外,傳統的平面型鏟刀,物料鏟起后堆積在一個層面上,使磨輥磨環中部磨損嚴重,曲面型鏟刀可將物料導向立面,使磨輥磨環上、中、下部都能磨粉,使其均勻磨損,同時也增大了有效工作面積,從而增加了產量。
(5) 成品粒度可調可控、選粉效率高:選粉機轉速采用變頻控制,轉速更加精確,細料分選效果更佳;隔離式旋風集粉器、選粉效率大大提高,內筒與混合氣粉流之間采用隔離結構,能夠有效地提高選粉效率和選粉精度。隔離式旋風集粉器與常規集粉器
(6)無阻力進風蝸殼(小觀察門無渦流):傳統磨機的進風蝸殼觀察門內部門板內面向外凸出,與進風蝸殼內面不在一個平面上,這樣就易產生渦流效應,增加系統能耗。MTW歐版磨粉機采用內部門板內面與進風蝸殼內面在同一曲面上,這樣就能有效地避免渦流效應。
(7)人性化設計、易于操作:歐版磨機不僅內部采用了諸多先進結構,而且外觀也采用優美的弧形結構設計,使整臺機器更加人性化,降低了工人操作時產生不必要損傷的可能性。
(8)注重環保理念:設備工作噪聲小,配備先進的除塵器,粉塵排放濃度完全符合國家有關環保標準。氣流由大旋風集粉器上端回風管吸入離心引風機,該引風機整個氣流系統是密閉循環的,并且是在正負壓狀態下循環流動的,獨特的空氣自循環系統,大大降低了外排風量,降低粉塵排放濃度,避免環境污染。
6 歐版磨粉機在環保脫硫石灰石粉制備系統中的選型
環保脫硫石灰石粉制備系統年可運行300天,每天有效運行時間為20小時,根據環保脫硫一年需要的石灰石粉量計算需要的單機臺時產量,再由單機的臺時產量選擇歐版磨機的型號和規格。用于石灰石粉制備的歐版磨粉機規格性能見下表。
7 結論
綜上所述,采用歐版磨粉機制粉工藝的環保脫硫石灰石粉制備技術,其產品的細度及顆粒級配均齊,能夠很好滿足煙氣脫硫所需要的石灰石粉,提高脫硫效率,且生產線工藝流程通暢,投資省上馬快,易于生產管理,綜合能耗比傳統的雷蒙磨、懸輥磨、球磨機等工藝降低20%~30%,產品質量大幅提高,可為火電、鋼鐵企業的節能減排提供可靠的技術和設備保障。
作者:侯憲勇,肖 威(河南黎明重工科技股份有限公司,鄭州 450001)
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