柱磨机在循环流化床炉内脱硫的应用研究

闫事忠，白 鹭，刘晓飞

（1.中能建山西省电力勘测设计院，山西太原 030001；2.国网山西省电力公司电力科学研究院，山西太原 030001）

柱磨机在循环流化床炉内脱硫的应用研究

闫事忠1，白 鹭2，刘晓飞2

（1.中能建山西省电力勘测设计院，山西太原 030001；2.国网山西省电力公司电力科学研究院，山西太原 030001）

指出循环流化床锅炉技术因其高效低污染的清洁燃烧方式得到迅速发展。主要从石灰石粒径对循环流化床锅炉炉内脱硫效率的影响为出发点进行讨论，根据柱磨机磨粉系统所制备的石灰石粉性质，探讨该系统在循环流化床电厂脱硫中的应用前景。

柱磨机；循环流化床；脱硫

0 引言

目前，火电厂煤炭的脱硫技术在不断发展，其中循环流化床锅炉技术是一项迅速发展起来的高效低污染的清洁燃烧技术[1]。其发展的核心问题主要是锅炉燃烧效率和环保的问题，即一方面保证锅炉燃烧效率的同时，最大程度地降低污染物的排放量。循环流化床锅炉具有炉内脱硫的优势，脱硫效率主要与石灰石粉的粒径、性能、反应床层的温度以及钙硫摩尔比等因素有关[2]。此外，循环倍率、物料流化速度、石灰石输送系统等因素也直接影响到脱硫的效率[3]。

1 脱硫机理

炉内脱硫反应原理为CaCO3的分解和SO2的吸收反应。反应方程式为

从上述反应式可知，1 mol CaCO3将减少1 mol SO2，同时消耗0.5 mol O2，反应后生成1 mol CO2；但在实际反应中，上述 2组化学反应无法彻底完成，Ca/S mol比是衡量脱硫效率主要的参数。

2 石灰石粉脱硫剂粒径对脱硫效率的影响

石灰石粉粒径过大时，一方面脱硫剂与高浓度SO2烟气接触的比表面积较小，反应时间较短，导致大部分脱硫剂未能参与循环反应便经排渣口排出。另一方面，CaO、SO2和O2反应生成的CaSO4体积大于CaCO3，引起烟气中SO2进入石灰石内部的通道堵塞，大大降低了石灰石粉的利用率。如果粒径过小，分离器无法进行捕集，直接进入尾部烟道后形成的飞灰占比较大，导致其与烟气接触的时间过短，利用率也偏低。因此，石灰石粉脱硫剂的粒径分布对循环流化床锅炉炉内脱硫的效率产生重要作用，最佳的脱硫剂粒径分布与锅炉设计参数有关，一般保持在0～1 mm的范围较为合理，平均为200～300μm[4]。

3 不同循环硫化床锅炉对石灰石粉的需求

选用不同锅炉厂家生产的的循环流化床锅炉，对于石灰石的粒径也有不同的要求，但石灰石的粒径曲线基本一致，只是取用的范围有所不同。比如东方锅炉厂的需求一般为dmax在0～1 mm 95%左右，d50在200～300μm之间；哈尔滨锅炉厂的需求一般为 dmax在 0～1.5 mm 95%左右，d50在250～350μm之间；上海锅炉厂的需求一般为dmax在0～1 mm 95%左右，d50在300～400μm之间，但3家锅炉厂对100μm以下的石灰石粉都要求小于10%。由此可见，石灰石粉制备系统需要有粒径的可调节性，且制备的石灰石粉不能太细。dm指一个样品的累计粒度分布百分数达到m%时所对应的粒径。

4 柱磨机石灰石制备系统

4.1 柱磨机的工作原理

柱磨机的工作原理为连续反复中等压力的辊压粉磨，如图1所示，该种方式相对简单，且运行科学。

图1 柱磨机结构图

设备上部经过皮带和齿轮箱的两级减速，进一步带动主轴的旋转，从而使辊轮在环锥状的内衬结构中转动（辊、衬之间为可调间隙，没有接触）。当物料从顶部投入时，依靠自身重力降落，在上部推料和下部堵料之间存在相互作用下，衬板与辊轮之间形成料层，经过辊轮的反复滚动碾压形成粉末，最终从底部自动完成卸料。辊轮进行规则性的公转和自转运动，可以根据物料的特性调整料层厚度，其工作压力来自弹性装置，能有效避免衬板与辊轮间因碰撞产生的磨损和能耗。

4.2 柱磨机的粉磨特性

由于柱磨机能够实现堵料装置的高度、外部弹簧压力和辊衬之间的粉磨间隙的调整（也可以称呼为磨内料层堆积厚度），因此更加便于控制出料粒径的范围，更适合生产粒径为0.1～1.5 mm的产品。

4.3 柱磨机制备石灰石粉的特点

该设备“料挤料”的粉磨方式和中等工作压力（3～5 MPa），能够使未经分级的一次性出磨产品中粒径小于1 mm的比例占到60%以上。如果继续用其加工0～1 mm粒径范围的石灰石脱硫剂，其经济性和产能效率均远高于其他破碎或粉磨设备。鄂破、锤破等破碎设备，破碎后的产品粒度太粗；而球磨、立磨等粉磨设备，粉磨后的产品粒度又太细，通过分级机后只能得到极少部分0.1～1 mm区间的产品，产能和经济效益极其低下，难以达到循环流化床锅炉的炉内脱硫要求[5]，具体对比如表1所示。

表1 不同类型磨机的粉磨对比

因为柱磨机制粉系统特殊的工作原理，物料经反复揉搓和碾压，内应力受到破坏，产生大量微裂痕，从而增大了颗粒的孔隙率，提高了产品的比表面积，增强了石灰石粉脱硫剂的活性。另一方面，石灰石因挤压产生热量后更易自碎，加快了CaO与SO2的反应速度，使脱硫反应进行的更为彻底[6]。由图2可见，柱磨机粉磨的产品颗粒一般呈多角形片状，增大了其表面积，从而增加了石灰石粉的活性。

图2 放大1 000倍后的柱磨机出磨石灰石产品图

由于柱磨机本身的粒级分布相对集中，也使得粒径的调节更加方便。为在保证脱硫效率的同时还能节省石灰石粉的用量，一般对于循环流化床锅炉应采用特定粒径分布的石灰石粉，而该设备可通过调整堵料装置的高度、外部弹簧压力和辊衬之间的粉磨间隙的方式，将产品的粒度控制在合理范围，即实现大部分颗粒粒径集中在d50附近区域，如表2所示。

表2 柱磨机产品与循环流化床锅炉对石灰石粉粒径要求的对比表

表2是某石化公司3×420 t/h循环流化床锅炉炉内脱硫项目中，采用柱磨机粉磨石灰石得到的产品的实际粒径分布表。由表2可知，柱磨机磨制石灰石粉时，d50=0.05～0.12 mm的石灰石粉占比到12%，能满足锅炉要求的石灰石粉的粒级分布。

4.4 柱磨机制备的石灰石粉在循环流化床锅炉的脱硫效果

某示范电厂曾经在300 MW机组中使用了国外进口设备配备振动筛进行制粉，由于振动筛效率低，故障率高，维护量大。该循环流化床示范电厂对振动筛进行改造，更换了国内振动筛，效果仍未达预期。对300 MW机组原使用的破碎机进行彻底改造为柱磨机，一套易损件可加工30万t石灰石。通过实验对比，使用柱磨机制粉后，脱硫效果提升20%～30%，石灰石的用量减少了1/3。

a）柱磨机制备的石灰石粉粒径完全满足锅炉炉内脱硫的需求，石灰石粉可在锅炉内进行2～3次循环，脱硫反应进行充分且完整，浪费极少。

b）柱磨机制备石灰石粉的不规则形状，以及颗粒内部的微裂纹大大增加了物料的比表面积，分解更加容易且更能充分地与SO2接触反应。

c）石灰石的添加量比较合适，锅炉内钙硫摩尔比控制在1.5～2之间，脱硫效率已基本符合电厂的需求，脱硫效果显著。

5 结论与展望

循环流化床石灰石粉制备使用的普通破碎机，因其粒级分布不均、产生的粉尘量大，容易造成污染，无法满足环保排放标准；同时，破碎机的后续维护工作量大，需经常更换零配件。相比之下，柱磨机具有高产量、低能耗、少扬尘、低噪音的优点，维护成本较低，且柱磨机粉磨所得的脱硫制粉，其使用效果完全满足循环流化床锅炉的脱硫特性和对石灰石粒级分布的要求，设备性能大大优于普通破碎机。随着国家对环境保护的逐渐重视，柱磨机制粉在控制石灰石品质、提高炉内脱硫效果方面将有良好的应用前景。

[1]岑可法.循环流化床锅炉理论设计与运行 [M].北京：中国电力出版社，1998：7-13.

[2]宋志伟，陈玉平，张鸿波.我国煤炭脱硫技术现状及展望 [J].煤炭加工与综合利用，2000（1）：12-14.

[3]王三平，马红友，姜凌.火电厂循环流化床锅炉炉内脱硫效率影响因素分析 [J].科技信息，2010（17）：976-977.

[4]蒋俊.循环流化床锅炉炉内干法脱硫分析 [J].苏盐科技，2013 （1）：1-3.

[5]周一工.循环流化床锅炉添加石灰石脱硫对锅炉效率的影响[J].环境技术，2001（1）：27-32.

[6]薛建民，朱法华，陈德全.火电厂主流脱硫工艺的技术性能[J].环境影响评价动态，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

闫事忠（1985），男，黑龙江大庆人，2012年毕业于华北电力大学环境科学与工程学院，硕士，工程师，从事发电厂环保设施的设计工作；

白 鹭（1988），女，山西阳泉市人，2012年毕业于华北电力大学环境科学与工程学院，硕士，工程师，从事电力行业的环境保护工作；

刘晓飞（1988），男，山西朔州人，2012年毕业于武汉大学电气学院，硕士，工程师，从事人力资源管理工作。