辊磨在燃煤炉渣粉磨系统的应用

彭凌云，刘箴，聂文海，宋留庆，刘洋

辊磨在燃煤炉渣粉磨系统的应用

彭凌云，刘箴，聂文海，宋留庆，刘洋

本文详细介绍了TRMWF炉渣辊磨的技术特点，并简单介绍了燃煤炉渣粉磨系统的工艺流程。同时也介绍了TRMWF36.3炉渣辊磨在宁海铭洲文具有限公司的使用情况，在产量和质量上均超额完成了合同指标，取得了废渣粉磨领域的又一重大突破，填补了国内辊磨处理燃煤炉渣领域的空白。

炉渣；辊磨；料床粉磨

1　前言

近年来我国火力发电发展较快，电力行业年度煤耗量自2009年的16.1亿吨增长至2013年的20.7亿吨，年平均增长率6.3%。煤粉燃烧后的固体副产品除粉煤灰之外，有些熔融物结块形成炉渣和炉底灰，三者的比例与所用锅炉、收尘器的类型有很大关系。煤粉炉的灰渣中，粉煤灰高达80%～90%，其余为炉底灰；液态炉的灰渣中，粉煤灰占50%左右，其余为液态渣；旋风炉的灰渣中，粉煤灰仅占20%～30%，液态渣却占70%～80%。炉渣常被视为废物，堆积存放将会占用大量土地，并且堆放过久会发生化学反应，一旦生成有害物质渗入地下水，将会直接污染地下水资源，危及人体健康，同时还会产生灰尘污染空气。

因此，炉渣综合利用所面临的形势十分严峻。合理利用炉渣不仅能变废为宝、减少占地、降低污染，还能为社会和企业带来巨大的经济效益。经粉磨处理的炉渣微粉现在已成为配制高性能混凝土、大体积混凝土、高强混凝土的重要矿物掺合料之一，掺有炉渣的水泥和混凝土制品具有水化热低、耐腐蚀性好、流动度好、后期强度高、微膨胀性等优点，且在淡水和硫酸盐介质环境中具有很好的抗侵蚀性，因此被广泛用于地下、水工、海工等建筑工程中。

中材（天津）粉体技术有限公司多年来一直致力于物料粉磨技术的研究开发工作。由该公司开发、设计、供货的年产30万吨炉渣粉磨系统于2014年3月在浙江宁海铭洲文具有限公司正式投产。这是国内首条采用立式辊磨处理燃煤炉渣的生产线，投产后经过短期调试，各项技术指标均达到设计要求，产品性能良好，实际产量远超设计能力，为业主创造了良好的经济效益。

2　TRWF36.3炉渣辊磨的技术特点

TRWF36.3炉渣辊磨在结构、使用、维护等方面的技术特点如下：

（1）磨机烘干能力强，可实现含水率25%物料的粉磨、烘干与高效选粉；

（2）采用螺旋绞刀输送装置，既能保证高湿物料的流畅喂料，又能严密锁风；

（3）磨机机械部件耐高温能力强，入磨气体温度可达450℃；

（4）研磨部分采用平磨盘加锥形磨辊；

（5）分选部分采用动静态结合的组合式高效笼型选粉机；

（6）每个磨辊相对独立地对磨盘上的物料施压，可实现空载启动，具有自动抬辊功能；

（7）风环面积和挡料圈高度可根据现场情况进行调整；

（8）磨辊密封采用骨架油封和V型尘封组合的形式，既能防止漏油，又能防止粉尘进入轴承室；

（9）磨辊轴承采用稀油循环润滑方式，可有效降低轴承温度，维护方便；

（10）磨辊可以靠油缸作用自动翻出机壳外，维修方便；

（11）辊套与衬板采用复合堆焊材质，可以实现现场的在线堆焊修复。

3　系统简介

3.1系统流程

炉渣辊磨粉磨系统的流程相对简单，属单风机的辊磨粉磨系统（见图1）。炉渣由铲车从堆场运送至卸料坑内（卸料坑两边有仓壁振动器，防止结料），开启卸料坑下的棒闸阀，炉渣向前输送，经过皮带秤的计量和三条胶带输送机，喂入螺旋绞刀输送装置。期间还需要经过除铁器和振动筛的分选，符合入磨粒度的物料将喂入磨内。物料经下料管被喂入旋转磨盘的中心，在离心力的作用下被甩至磨盘边缘，经过液压系统单独加压的磨辊下方时被粉磨。磨盘的旋转使粉磨后的物料从磨辊甩至磨盘外，在磨盘外的风环区域，向上的高速热气流将粉磨后和待粉磨的混合料带至选粉机处进行分选，合格细粉被带出磨机，粗粉落至选粉机下方的落料锥斗再落回磨盘，与新物料一起再进行粉磨。风环处未被带起的大颗粒和难磨物料会被排出磨外，通过吐渣口进入外循环系统，再被喂入螺旋绞刀与新物料一起进入磨内。物料中的水分在物料与热气流的充分接触过程中被蒸发。物料烘干所需的热量主要由热风炉提供，热风通过管道进入磨机，出磨气体经收尘器净化后由系统风机一部分排入大气，一部分再循环入磨加以利用。选粉机分选出的合格细粉被袋收尘器收集作为成品，出收尘器的成品通过空气输送斜槽，再经斗式提升机被输送至成品库内。

3.2系统的主要设备及参数

图1　系统流程图

系统的核心设备为中材（天津）粉体技术装备有限公司自主研发的TRMWF36.3辊磨，基于料床粉磨原理，集粉磨、烘干、分选为一体，结构紧凑。针对原料中含水率高的特点，在风环角度、中壳体与选粉机结构上均有针对性设计，增大了通风面积，确保成品的含水率＜1%。表1为宁海铭洲文具有限公司年产30万吨炉渣粉磨系统的主要配置。

表1　系统主要设备参数表

表2　炉渣的化学成分（%）和物性分析

4　TRMWF36.3炉渣辊磨系统运行情况

炉渣辊磨系统的运行稳定性决定了成品产量和质量的高低。主要的影响因素包括：入磨原料炉渣的粒度和水分；磨机的研磨压力；选粉机的密封效果和转速；系统的风量和风温；磨机各点的风速；磨辊与磨盘的磨损情况和挡料圈的高度。在实际生产中应合理控制上述因素，通过加强生产管理和不断探索，优化各个参数，达到产量和能耗的最优组合。

4.1原料炉渣特性、粒度与水分

宁海铭洲文具有限公司的炉渣主要来源于附近的国华浙能发电厂和象山县大唐乌沙山发电厂，在实验室对上述两种炉渣原料进行了分析（见表2、图2）。

从化学成分检测结果来看，其主要成分为SiO2、Al2O3、CaO、Fe2O3，其中，CaO含量<10%。与GB/T 1596-2005规定的二级粉煤灰要求烧失量<8.0%、SO3含量<3.5%相比较，这两种炉渣均符合要求。炉渣中水分含量高，粉磨过程中需要更多的热量蒸发其水分。

从图2可以看出，炉渣颗粒较细小，R3mm<15%，R5mm≈5%，是料床粉磨技术比较理想的喂料粒度。由于原料含水率高，新物料进入磨内经过磨辊挤压后较易形成密实料层，而且根据成品细度控制要求，磨内循环次数较少，不会存在磨内物料水分降低的情况，故实际生产时不需要在料床上喷水。

4.2系统操作参数

液压系统通过油缸、摇臂、磨辊将压力传递给物料，合适的压力是辊磨实现稳定料床粉磨的前提。如果压力过低，辊磨的产量降低，料床厚度增加，循环负荷增大，粉磨效率低下；如果压力过高，主电机电流增加，料层变薄，极易引起磨机的振动。TRMWF36.3辊磨采用3个磨辊独立加压的模式，每个磨辊彼此间的影响较小，磨机运行稳定。

图2　两种炉渣的颗粒分布特性

出磨成品的细度主要由选粉机的转速和磨内风量决定。当增加产量时，需要提高磨内的通风量，这时需要将选粉机的转速提高，否则会造成成品细度过粗；如果降低产量时，需要降低磨内通风量，防止成品细度跑粗。由于原料含水率高，需要将磨机的出口温度控制在85～95℃，＜85℃会引起辊磨内的循环负荷增大，降低粉磨效率，如果长时间出口温度过低甚至会造成磨机饱磨和收尘器布袋结露等后果。

由于炉渣易磨性较好，较易形成密实料层，为了提高粉磨效率，可将挡料圈高度调整至150mm，料层厚度在15～20mm，实际运行主电机电流理想。

表3　磨机操作参数

表4　磨机电耗、产品细度和比表面积

表5　燃煤炉渣粉的性能

由表3可以看出，TRMWF36.3辊磨运行稳定，干基产量可达72.5t/h，大大超过了设计产量55t/h，磨机烘干能力强，水分蒸发率高达19.87t/h，这体现了物料在磨内与热气流进行了充分接触。辊磨振动小，能够保证磨盘和磨辊以及其他重要部分的机械部件不被损坏，设备运转率高。

4.3系统产量及电耗

由于燃煤炉渣颗粒小，易磨性比熟料好，对应于表3中两种不同运行工况条件下的电耗情况及其所得产品质量如表4所示。

结果显示：燃煤炉渣粉磨所需电耗较低，产品质量较好。对比两种工况下的生产情况可以看出，提高产量后，不仅电耗有所降低，产品质量也有所改善。这说明，系统运行情况优化能够降低生产成本，提高经济效益。

4.4产品性能

在实验室对粉磨后的炉渣微粉的物理性能进行了检测，并根据GB/ T1596-2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》对炉渣的活性指数和需水量比进行检测，结果如表5所示。

从试验结果可以看出，立式辊磨产品的均匀性系数介于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》中二级粉煤灰的要求，强度活性指数均达到了粉煤灰的技术要求，炉渣活性指数随着比表面积增加而增大。

混凝土的抗压强度试验方法按GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》规定进行，配合比及其性能检测结果如表6所示。

使用炉渣微粉等质量取代水泥，对混凝土初始坍落度影响不大，能够改善胶凝材料的级配，提高混凝土密实性，改善浆体与骨料之间的界面结构。但由于炉渣的活性较低，对强度起主要作用的C-S-H凝胶、钙矾石和氢氧化钙等物质的生成量减少，导致其力学性能下降。

表6　混凝土配合比及其性能检测结果

5　结语

通过近一年的生产实践证明，无论在质量方面还是产量方面，TRM⁃WF36.3辊磨均超额完成了指标，且在应对高湿水分物料的处理方面，优势明显，水分蒸发率高达19.87t/h。炉渣微粉的强度活性指数可以达到国家标准二级粉煤灰的指标，较好地起到了改善水泥和混凝土性能的作用，获得了很好的经济效益和社会效益，填补了国内辊磨在处理燃煤炉渣领域的空白。该项目作为固体废弃物处理的范例，不仅有利于改善环境，实现固体废弃物的减量化、无害化和资源化，还可以扩大国家资源量，拓宽就业渠道，发展清洁生产、建立循环经济模式，对走可持续发展道路具有积极意义。

[1]刘爱新.粉煤灰混凝土的性能及其应用[J].混凝土，2001，（12）:6-8.

[2]王仲春.水泥工业粉磨工艺技术[M].北京:中国建材工业出版社，2000.

[3]陆金驰，等.煤粉炉渣/粉煤灰-石灰体系反应特性及差异[J].硅酸盐通报，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

通讯地址：中材（天津）粉体技术装备有限公司，天津200092；2016-01-10；编辑：赵星环