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1、大型CFB电厂石灰石制备系统之细碎设备的设计和选型易礼容 王仕能 许华中国电力顾问集团西南电力设计院，成都市摘要：石灰石系统是CFB机组非常重要的一个辅助系统，近年来，随着外购成品粉的成本越来越大，并且石灰石粉粒度控制越来越差，更多的电厂选择自己制备石灰石粉，而制备系统中的细碎环节是首要关键的环节，因此做好细碎环节的设计，设备选型尤为重要，本篇将以白马600MW CFB电厂细碎系统设计选型为基础，重点论述石灰石粉制备中细碎环节的合理设计。关键词：石灰石；破碎；粉磨；级配；出力引言发展低碳经济已成为全球性共识，我国已把发展低碳经济，应对气候变化作为国家经济社会发展的重大战略，到2020年的行动目
2、标，单位GDP的CO2排放强度比2005年下降40-50%。在实现这一目标的过程中，电力行业，尤其是火力发电领域承担着及其重要的责任。当前，我国清洁煤发电技术和装备有了巨大的进步，大容量CFB锅炉技术已臻于成熟，300MW等级CFB锅炉在国内已全面普及，600MW等级机组已经开始研究并已实施。为了满足脱硫环保的要求，CFB机组的运行石需要掺烧石灰石粉，进入膛内的石灰石粉品质，粒径及级配，石灰石粉量等都有严格的要求，石灰石粉一旦达不到要求，就会影响炉内脱硫的效果，甚至影响其它系统。目前国内CFB很多电厂石灰石粉直播系统的运行还不够理想，其中最重要的原因之一就是粉碎设备，尤其是细碎设备的设计和选型
3、不当，因此做好石灰石粉细碎设备系统的设计，是一项非常迫切和重要的工作。1、粉碎的基本概念，方式和原则1.1粉碎的基本概念固体物料在外力作用下克服其内聚力使之破碎的过程称为粉碎。因处理物料的尺寸大小不同，可大致分为破碎和粉磨两个过程：使大块物料碎裂成小块物料的加工过程称之为破碎；使小块物料碎裂成细粉末状物料的加工过程称为粉磨。1.2粉碎的方式基本的粉碎方式有：挤压粉碎，冲击粉碎，摩擦剪切粉碎和劈裂粉碎等，如下图：挤压粉碎摩擦剪切粉碎劈裂粉碎冲击式粉碎物料粉碎方式机理典型设备挤压粉碎工作部件对物料施加挤压作用，物料在压力作用下发生粉碎。颚式破碎机挤压-剪切粉碎物料在挤压和剪切两种作用力下发生粉碎。
4、柱磨，雷蒙磨，钢球磨，立磨，棒磨劈裂粉碎对物料在工作部件的劈裂作用下而粉碎冲旋破碎机冲击粉碎工作部件高速运动对物料进行冲击或者物料高速运动向固定壁冲击而发生粉碎。锤式破碎机1.3粉碎的基本原则对于物料的粉碎，经过大量理论研究和运行实践证明，存在一个破碎和粉磨最佳经济点即至某一粒度以上宜采用破碎，至某一粒度以下宜采用粉磨，也就是常说的分段破碎原则。破碎机运行时，破碎用的锤头或者刀具处于高速运动状态，通过撞击或者切削的作用力方式，更适合将大块的原料破碎成为较粗的物料；磨机运行时，速度相对慢得多，通过较为笨重的碾辊等大质量金属件碾磨挤压物料，更适合将小块物料进一步粉碎，有利于制备系统的节能，提高经济
5、性。部分学者通过研究得出自己的研究结果：诺尔斯及法栾特从碎矿和磨矿能耗降低的角度出发，用邦德公式计算结果作图，得出碎至12.7mm交给磨矿时能耗最低。前苏联研究者从碎磨成本最低的角度出发测算出大型选厂碎矿最终粒度4-8mm最好，小型选厂最终10-15mm.。综合下来，目前国内物料粉碎基本可按以下粒度选择粉碎设备型式：粉碎破碎细磨-将物料粉磨至60um左右粉磨粗磨-将物料粉磨至1mm左右粗碎-将物料破碎至100mm左右中碎-将物料破碎至30mm左右细碎-将物料破碎至3mm左右超细磨-将物料粉磨至5um左右2、CFB机组石灰石粉出力及粒度级配的需求2.1石灰石粉耗量要求CFB机组的石灰石耗量主要及
6、以下3个因素有关：煤质中的含硫量，机组的容量，烟气排放标准。我国的煤质硫分偏高，单位发热量低，随着烟气排放标准越来越高，所需石灰石耗量也越来越大。2.2粒度，级配要求CFB机组对石灰石粒度，级配有着严格的要求。掺烧的石灰石粉偏粗时，石灰石粉在炉膛内反应的表面积不足，会导致脱硫效率偏低；掺烧的石灰石粉偏细时，石灰石粉会因为在膛内停留的时间过短，也会导致脱硫效率偏低。目前阶段CFB机组要求石灰石成品粉粒径小于等于1mm，下图是某工程炉内要求的石灰石粉粒度级配曲线:：最大粒径 d99=1mmd50=200um3、石灰石粉碎设备的选择电厂购买的石灰石原料，往往都是矿山初步破碎后的石灰石原料，电厂石灰石
7、制备系统设计时，可根据原料进厂粒度，按照分段破碎的原则，选择采用破碎+磨制或者直接采用磨制的方式。3.1石灰石的粗碎石灰石原料进厂粒度一般在100mm左右，经过粗碎机破碎后粒度要求在30mm以下，相对容易实现，一般采用国产破碎机即可。3.2石灰石的细碎根据CFB锅炉厂要求，石灰石成品粉粒径小于等于1mm，宜采用粉磨方式制备，也有个别厂家采用进口破碎机。以下是国内电厂常用的粉磨设备：序号磨机种类出料粒径范围备注1钢球磨0.075mm偏小2棒磨04mm3雷蒙磨0.150.01mm偏小4深湘柱磨机02mm5冲旋式破碎机02mm6齿辊式破碎机05mm美国钢莱克7锤式破碎机05mm德国奥贝玛CFB机组要
8、求石灰石粒径在01mm这个区间，这个区间的粒度和粒度分布要求实际是难以达到的。国外绝大多数破碎机公司包括美国钢莱克机械制造有限公司、德国的FAM、美国宾夕法尼亚州破碎机公司、美国破碎机公司、德国奥贝玛破碎技术有限公司等，现在一般都不做这种粒度的破碎，国内用过破碎机的经验告诉我们，实际上运行效果也很难以保证成品粉的粒径要求，如安徽淮北临焕电厂等，采用美国钢莱克破碎机，设计要求1mm，但实际运行平均粒径是3mm，最大粒径5mm；德国奥贝玛公司采用破碎机加机械筛分的闭式系统，后面介绍对比情况。钢球磨是制粉系统常用的设备之一，可靠性较高，出力大。但是它的出料粒径偏细，控制手段少，不能满足设计要求，另外
9、他耗电量较大，噪音大、粉尘污染较大，设备价格也较高。雷蒙磨达不到这个级配要求，另外出力也较小，不适宜用于大型CFB机组石灰石粉制备。棒磨机磨石灰石粉通常是在传统的棒磨机的基础上增加了选粉系统。由于制造等方面的原因，其筛板的制造还达不到原设计要求，带来的问题是出力下降，可靠性降低。同时，他的出力也较小（20t/h），耗电量较大，噪音大、粉尘污染也比较大、设备价格较高。冲旋式破碎机是国内近几年来开发的一种新型破碎机，但虽然它具有破碎性能好、体积小、电耗低等特点，但冲旋式破碎机刀片磨损很快，使用寿命大约500h，更换频率高，维护量大，另外出力也较小（20t/h），不能满足设计要求。柱磨机是近年来在石
10、灰石粉破碎上普遍采取的一种磨机，采用反复滚压原理生产石灰石粉，具有产量高、噪音小、磨损小、耗电量低、控制调节手段较多等优点，尤其是易损件辊轮由耐磨合金铸铁经过特殊热处理生产的，其使用寿命时间长，衬板为2年，辊轮3年。另外可以调节转速、碾辊及衬板的间隙、下料筒高度等方式来控制出料的粒径，技术性能指标（加上后续闭式系统）是目前各种细碎设备里最接近设计要求的（后面介绍测试数据）。综合对比下来，柱磨机占有明显的优势，推荐采用柱磨机。3.3锤式破碎机和柱磨机系统的试验测试为切实做好石灰石粉碎设备的选型工作，我们对全国范围内采用石灰石粉制备电厂进行了广泛的调研，在此基础上对四川白马300CFBMW电厂和云
11、南巡检司电厂的石灰石粉制备系统开展了重点调研、测试试验和分析工作。白马电厂300MW CFB机组石灰石制备采用的是两级破碎机+机械筛分系统的闭式系统，二级破碎机德国奥贝玛锤击式破碎机；云南巡检司电厂2*300MW CFB机组石灰石粉制备采用的是一级破碎机+柱磨机+气力风选系统的闭式系统。经测试国网白马电厂石灰石制备，设计出力65t/h,实际出力30t/h；华电云南巡检司电厂石灰石制备，设计出力50t/h，实际出力50t/h.根据试验测试的结果，柱磨机系统在出力和级配方面数据明显优于锤击式破碎机系统，更能满足大型CFB机组的要求。3.4白马电厂石灰石粉制备系统的应用白马600MW CFB工程为1
12、*600机组，石灰石粉耗量为85.94t/h,石灰石入厂粒径=30mm，要求成品粉粒径=1mm。安工程需要，设置3套50t/h制备系统。设计时，按两级破碎机和柱磨机两个方案拟定，两种方案经济比较如下：项目两级破碎（二级采用进口设备）柱磨机备注初投资3*400万3*218运行费3*91.73*69.5维护费3*1353*40经济性上来看，柱磨机占有明显的优势。白马电厂最终采用柱磨机方案。4结论综上所述，CFB机组石灰石粉碎系统设计和设备的选择推荐原则如下：1， 应遵循分级粉碎原则，粗碎采用破碎机，细碎采用柱磨机。2， 当石灰石来料粒度=30mm时，可直接采用磨机。3， 石灰石粉的细碎设备推荐采用
13、柱磨机。参考文献1 谢洪勇，刘志军。粉体力学及工程，2007，7.2 陶珍东，郑少华。粉体工程及设备，2010，2.3 陈建斌，罗明鑫。石灰石制备系统收资报告，2006，11.4 杨爱丽，胡学武。循环流化床锅炉岛石灰石制粉系统的设备配置及设计优化，2003，10.参考设备1 长沙深湘通用机器有限公司作者简介：易礼容（1968.3-），男，最高学历本科，高级工程师，从事于电力行业除灰渣系统技术研究、设计工作。王仕能（1979.1-），男，最高学历本科，工程师，从事于电力行业除灰渣系统技术研究、设计工作。许华（1962.12-），男，最高学历本科，教授级高级工程师，从事于电力行业除灰渣系统技术研究、设计工作，E-mail：xuh1217。9 / 9
大型CFB电厂石灰石制备系统之——细碎设备
