高效节能循环流化床锅炉脱硫石灰石粉磨分级系统的研发.doc
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1、高效节能循环流化床锅炉脱硫石灰石粉磨分级系统的研发一、立项的背景与意义1.1立项的背景由于我国多煤、少油、缺气的能源资源状况决定了我国以煤为主的能源结构,当前,全球正面临气候变化、全球变暖的严峻挑战,使用煤作为燃料的火电厂等行业更是面临SO2和CO2减排的巨大压力。我国火电厂普遍采用钙法脱硫,煤粉锅炉的脱硫剂是较细的石灰石粉或浆,而循环流化床(CFB)普遍采取较粗的石灰石粉作脱硫剂。石灰石脱硫技术以其燃料的灵活性、低排放和灰渣综合利用等特性,是发展最为成功的洁净煤技术,市场的需求使得我国的循环流化床得到了长足的发展。现在中国已是世界上循环流化床锅炉台数最多、容量最大和发展速度最快的国家,并正在
2、向产业化、大型化方向迅速发展,现在300MW机组电站锅炉已普遍应用,600MW机组已进入实际应用阶段。流化床燃烧床内石灰石的颗粒直径对床内脱硫反应工况具有重大的甚至决定性的影响。如果颗粒太细,它从床内飞出后不能被气固分离器捕捉送回,不能充分利用;颗粒太大,CaO和SO2反应后在颗粒表面形成CaSO4,由于CaSO4的分子量比CaO大得多,所以颗粒外表面的致密的CaSO4层阻止了SO2与颗粒中心区域CaO的进一步反应。因此,循环流化床锅炉脱硫过程中,对石灰石的颗粒尺寸具有严格的要求,所以与之配套的石灰石粉磨设备的性能就尤为重要,粉磨后的物料粒度既要足够大满足充分反应的要求,又不能太细以免造成原料
3、浪费。1.2 立项的意义目前,我国正处于高速发展阶段,一方面是经济的高速增长,带动粉体技术产业高速发展,另一方面也同时付出了沉重的环境代价。金属、非金属、冶金、水泥、建材、化工、能源等行业的粉体制备均为高能耗,尤其是化工、能源资源消耗最高,万元GDP能耗是日本的4.43倍,是世界平均水平的2.2倍,主要工业产品单位能耗比国际先进水平高20%-40%,单位GDP有色金属(铜铝、铅、锌)资源消耗量为日本的7.1倍,美国的5.7倍,钢材是世界平均水平的3.6倍,且矿产资源回收率比国外低20%。随着经济的快速增长和人口不断增加,矿产等资源不足的矛盾更加突出,环境压力日益增大,已成为制约我国经济发展的重
4、要因素。我国在粉体制备技术方面起步较晚,尤其是产业化方面与美国、日本等发达国家有一定的差距。在技术研究和实验室产品方面,国内外的差距不大,但由于工业基础、研究体制、研究经费等方面的巨大影响使国内的粉体制备技术和设备在工业化、产业化、大型化方面远落后于发达国家。所以当前粉体制备技术的重要任务是研制出适用于我国国情,可以充分利用资源、降低资源消耗的粉体制备产品,用先进的高效、低耗、低成本、环保的粉体制备设备以逐步替代传统高耗、低效、高污染、对资源利用低的设备有着重大的意义。高效节能循环流化床锅炉脱硫石灰石粉磨分级系统的研发,就是要研发一种可以工业化生产作为符合循环流化床锅炉特性要求的粗颗粒脱硫石灰
5、石粉体的高效节能粉磨系统。粉体制备技术设备及工艺性研究,隶属社会发展关键技术及产品,是长沙市科技计划专项中社会发展科技支撑资金专项重点支持的节能减排技术项目。我们所研制的粗颗粒高效节能粉磨系统将以利用资源、节能降耗、高效环保等技术特点,减少物料的过粉磨,提高物料的利用率,减少企业的运行成本,符合国家大力推广节能减排高科技产品要求,同时脱硫后的炉渣又可以制水泥或转进行综合利用,项目技术产业化后具有环保效益和经济效益,意义重大。二、国内外石灰石粉磨设备现状2.1国内外循环流化床石灰石脱硫粉磨和分级设备现状减小颗粒粒径可以提高脱硫效率,而过细的石灰石在没有全利用之前就已经从分离器出口逃逸出去,而无法
6、参与循环过程。所以,存在一个最佳的石灰石颗粒粒径,以达到最佳的石灰石利用率。最佳的石灰石粒径分布应与通过的热循环回路循环物料典型颗粒分布(40m1.0mm)相对应。CFB锅炉用石灰石的典型的粒度是最大粒径为1mm,d5090m200m。目前在国内多个循环流化床锅炉制备石灰石粉系统采用进口设备。主要有:辊压磨和锤击式破碎机。(1)辊压磨 辊压磨主要制造厂家为美国钢莱克破碎机有限公司,其辊压磨的粉碎机理是挤压和研磨,生产的石灰石粉料颗粒呈扁平状为多,颗粒内部有裂纹。用于循环流化床锅炉的脱硫反应,与SO2的接触面要比球磨机生产的石灰石粉料大,其活性相对较好。 但是,用辊压磨磨细石灰石,需要有多对辊子
7、组合,才能使石灰石粒度达到锅炉脱硫工艺的要求,而且辊子的齿形通常为长条形,比较容易磨损,辊子被磨成腰(或鼓)形后,其石灰石粒度难以控制,粒度组成更难保证;辊压磨运行时噪音较大,运行中有振动,设备本身的密封难做好,漏粉或扬尘情况较严重,设备周围的环境较差。辊压磨单机设备的小时产量较低,生产成本也较大。辊压磨自身的优点是:设备本身的整机结构较小,能耗相对较小。(2)锤击式破碎机 锤击式破碎机工作原理是:石灰石块在进入转子的振击范围后,被运转的锤头席卷,接着就被击向磨碎壁而破碎,在转子和磨碎壁之间的下半部区间,石灰石块被进一步地破碎。锤击式破碎机生产的石灰石粉料颗粒呈扁平状为多,颗粒内部有裂纹,部分
8、颗粒成蜂窝状,活性好。 锤击式破碎机优点是:设备本身的整机结构紧凑,能耗相对较小,产量大。锤击式破碎机对石灰石块的入料粒径、含水量、杂质含量以及入料布置的均匀性的要求高。由于锤击式破碎机自身的结构特点对石灰石块的入料粒径、含水量、杂质以及入料布置的均匀性要求高,实际运行只有局部锤头在充分破碎作用,造成破碎机出力降低,同时局部锤头磨损严重,破碎不均匀,碎后粒度偏大。造成设备运行检修量大,污染大。因此,的脱硫石灰石粉磨设备不适合我们国内企业广泛使用和大面积推广。国内的球磨机、振动磨、雷蒙磨等由于出料粒度偏细,不适合循环流化床石灰石的粒度要求。由于循环流化床用脱硫石灰石对物料粒度要求的特殊性,使粉磨
9、后物料的分选比较困难,因为传统的分选设备有两种:1、筛子,2、选粉机。筛子的一般应用于小产量或大于3mm的物料的筛分,否则物料中的细粉容易堵塞筛孔,导致设备筛分效率低。选粉机的工作原理都是利用风的浮力将细粉吹起,随风进入收尘装置,大颗粒物料靠重力沉降,这类设备主要用于分选水泥以及与水泥细度相当的物料。因此如果用这类设备处理-1mm的物料,从理论上讲可行,但前提是要有很大的风量和风压,能耗巨大。为了能适应这类物料的分选,应该研发新型XCL粗颗粒选粉机。本项目所研发设计的SY旋臼磨和XCL粗颗粒选粉机,组成干法圈流粉磨系统,非常适用于循环流化床石灰石的粉磨。因为经SY旋臼磨粉磨后的物料,粒度分布均
10、匀;细粉占有率低;物料比表面积大。XCL粗颗粒选粉机是一种传统选粉机和筛子组合后的新型分级设备,使细粉和粗粉在不同的分级区间分选,彻底解决了粗颗粒物料分选的难题,大大提高了石灰石粉磨系统的效率。三、项目实施主要内容、技术关键与创新点、预期目标循环流化床脱硫石灰石粉体制备技术包括粉磨技术和分级技术。SY旋臼磨和XCL粗颗粒选粉机是由研发人员首创的新型环保、高效节能的高新技术项目。以下内容将先介绍整个成套设备所组成的系统技术内容、技术关键及创新点、预期目标,再分别介绍系统中主要研制设备的具体技术内容、技术关键及创新点、预期目标。3.1粗颗粒粉磨分级系统主要技术内容、技术关健及创新点3.1.1 粗颗
11、粒粉磨分级系统主要内容项目对脱硫石灰石粉体制备关键工艺环节进行深入研究,围绕着系统结构,特别是具体粉磨和分级设备性能、结构和耐磨材料进行设计和创新攻关,研发出SY旋臼磨和XCL粗颗粒选粉机等先进新型设备,以期组成的粗颗粒高效节能粉磨系统产业化后达到高效率、低能耗、低粉尘、可靠性高、造价低的技术性能,成为我国循环流化床脱硫石灰石粉体制备大力推广应用的先进实用新型粉体制备技术成套设备。本项目包括:SY旋臼磨和XCL粗颗粒选粉机等。以上研制的主要设备单机也可以在其他粉体制备系统中使用。粗颗粒高效节能粉磨系统研制主要技术内容围绕以下几方面进行:SY旋臼磨的研制、XCL粗颗粒选粉机的研制、粉磨系统工艺技
12、术研究、系统的工业性试验及产业化研究。3.1.2 粗颗粒高效节能粉磨系统技术原理系统的关健设备分别利用物料挤压粉磨原理、机械压力粉磨原理、料层粉碎原理、相似理论、离心分级原理等原理和方法进行设计和改进。多粒级高效节能粉磨系统的典型工艺流程和设备组成为:SY旋臼磨提升机XCL粗颗粒选粉机。1、粗颗粒高效节能粉磨系统工艺流程示意图如下 图3-1 粗颗粒高效节能粉磨系统工艺流程示意图2. 系统工作原理:物料通过SY旋臼磨中心进料口进入磨机进行粉磨,物料在离心力作用下沿磨盘向外爬坡,物料在爬坡过程中,被固定在磨盘内侧的磨辊碾压,碾压力来自每个磨辊配置的压力弹簧,物料受到多个磨辊反复不断地挤压、剪切作用
13、而被粉碎,粉碎后的物料则经过磨盘边缘,经出料斗,排出机外。粉磨之后的物料通过提升机由选粉机上方的送料口送入选粉机,XCL粗颗粒选粉机利用风选原理和振动筛分原理分级,选粉机的转子部件通过传动轮与可调节转速的驱动装置联结而旋转,物料从空心轴进入,落在撒料盘的中心,转子部件的旋转使撒料盘将物料沿圆周均匀抛洒,此时风叶旋转产生的风从物料的下部向上吹,将比较细的物料带到叶片分级区,细粉随风一起进入沉降区实现气物分离,并将物料收集,未能通过叶片分级区的物料和风吹不起的粗物料回合在一起,在重力的作用下落到内壳体下部的锥形筛网上,进行二次分选,通过筛网的合格品进入收集口,未能通过筛网的粗粉从粗粉口排出机外,再
14、重新输送回到磨机中粉磨。3.1.3 粗颗粒高效节能粉磨系统技术关键技术关健:国内外,干法物料的粉体制备技术分级只有二种方法,一种是各种筛,可以是单层或多层,适用毫米级;第二种是选粉机,适应于微米级,但从第一代离心式到第四代转子式选粉机,提高的是分级效率,并未改变分级范围。本研究最大的创新点是突破了传统思维,SY旋臼磨利用特殊的结构,其粉磨特性不同于一般的磨机,由于物料是从小截面向大街面移动,粉磨后物料的超细粉含量会低于其它设备,使粒度的分布范围和均匀性趋于合理;XCL粗颗粒选粉机将传统选粉机的优点和筛子的特点相结合,实现了单台设备区域分级和分级原理多样化。由SY旋臼磨和XCL粗颗粒选粉机组成的
15、石灰石粉磨系统,不仅物料粒度更加适合循环流化床的使用,并且解决了现有分级设备分级效率低和能耗大的问题。技术预期目标:1. 物料的粒度分布合理,符合循环流化床锅炉的粒度分布要求,dmax=1mm,d5090m200m。2高效、低能耗,易损件寿命长; 3.低噪音,无粉尘污染,环保; 4. 标准化、系列化和大型化; 项目产业化后可以成为最理想的循环流化床用石灰石粉磨系统,完全可以替代现有国内外的其它产品。 3.2 项目设备研制3.2.1SY旋臼磨A 、采用的技术原理:技术利用离心粉磨原理、机械压力粉磨原理、料层粉磨原理、相似理论等方法设计。设备结构上包括机座、上机体、中机体、下机体、主轴、轴承支架、
16、磨盘、磨辊、摇臂装置、摇臂座、加压装置、间隙调节装置,所述磨盘装配在主轴上方并位于中机体内,主轴通过轴承装配在轴承支架上,轴承支架固定在下机体上或与下机体制成一个整体,上机体、中机体和下机体互相固定连接,上机体固定在机座上或与之形成一体;磨辊通过轴承装配在摇臂装置下方并位于磨盘内,摇臂装置通过铰轴装配在摇臂座上,摇臂装置可以绕铰轴转动,摇臂座固定或活动安装在上机体上,加压装置的施力端与摇臂装置活动连接,上机体开有允许摇臂装置通过和摆动的通孔,磨辊与磨盘之间的间隙调节装置安装在上机体与摇臂装置摇臂座之间,上机体上方设有进料口;其特征在于:下机体开有允许物料通过的通孔,下机体的下方设有出料口。所述
17、间隙调节装置可为设置于上机体与摇臂装置之间的调节螺栓。所述加压装置可选用压缩弹簧,通过调节压缩弹簧的压缩量可方便地调整磨辊的粉磨力。所述磨盘内宜安装有衬板,以避免物料对磨盘的直接磨损。传动装置带动装配在轴承支架上的主轴旋转,从而使磨盘和衬板与主轴一起旋转,物料从进料口进入磨机后,在旋转的磨盘离心力的作用下沿磨盘爬升上行,磨辊在物料阻力作用下自转并碾压磨盘内爬升上行的物料,被磨辊碾压后的物料溢出磨盘,在其自身重力作用下从出料口排到机外。B、技术关键及技术创新:SY旋臼磨是通过将待磨物料置于磨辊和磨盘(或磨环)之间,利用弹簧力,将物料碾压粉碎。这种利用的料床挤压粉碎原理的粉磨设备相比利用剪切、冲击
18、力的粉磨设备具有粉磨效率高、电耗低、磨损小等特点。其克服磨辊自转又相对于磨盘公转的辊磨机的缺陷,提供一种轴承使用寿命长,运行故障少的粉磨设备。与现有辊磨机比较,本设备摇臂直接固定在上壳体上,不旋转,不运动,摇臂轴承置于磨机机体之外。使磨机的轴承寿命提高,磨机故障少,运转率高。 现将三种磨机应用技术性能对比列表如下:SY旋臼磨与常用磨机应用技术性能对比表 设备SY旋臼磨挤压磨立式冲击破碎机出现时间200819851988结构形式立式卧式立式粉磨方式挤压剪切料层挤压冲击粉磨力来源弹簧或液压液压机械动能增产幅度50-100%20-100%30-50%节电幅度20-40%10-40%10-20%系统造
19、价指数13-50.6-1.0喂料要求一般严格一般出料特征粒度均匀,细粉少饼状细粉少,粒度大出料粒度0.1mm20%,2mm 80%0.09 25%,2mm 70%5mm 80%主要优缺点投资省,占地小,上马快,工艺性能好,维修方便,增产节电幅度大允许喂料粒度大增产节电效果好 造价高,体积大,结构复杂,维修困难造价低,占地小增产幅度小,工艺性能差SY旋臼磨预计达到的目标:解决循环流化床锅炉脱硫剂高效粉磨问题,对节约资源,减少大气中SO2气体排放,起环保效果。SY旋臼磨特别适用于脱硫用石灰石等行业各种物料的干法粉磨系统中粉磨设备。设计完成后以增产、节电,投资省,占地小,上马快,工艺性能好,维修方便
20、, 允许喂料粒度大的特点可以在市场广泛应用。 C、必要的图表: SY旋臼磨结构示意图如下:图3-3SY旋臼磨结构示意图3.2.2XCL粗颗粒选粉机A、技术原理及主要内容利用离心原理,采用风选和筛分相结合的分级原理。在分级技术中选粉机是一个重要的设备,它主要是将磨机内卸出的物料分成细粉、粗粉。分级过程为:分散分级收集。“分散”是指将进入选粉机的物料尽可能抛散开,使物料颗粒之间形成一定的空间距离;“分级”是指在物料停留于选粉室的有限时间内,充分利用气流的各种力学性能,把粗、细颗粒分开,并送达各自的出口;“收集”是指对粗粉、细粉的捕捉。选粉机的转子部件通过传动轮与可调节转速的驱动装置联结而旋转,物料
21、从空心轴进入,落在撒料盘的中心,转子部件的旋转使撒料盘将物料沿圆周均匀抛洒,此时风叶旋转产生的风从物料的下部向上吹,将比较细的物料带到叶片分级区,细粉随风一起进入沉降区实现气物分离,并将物料收集,未能通过叶片分级区的物料和风吹不起的粗物料回合在一起,在重力的作用下落到内壳体下部的锥形筛网上,进行二次分选,通过筛网的合格品进入收集口,未能通过筛网的粗粉从粗粉口排出机外,再重新输送回到磨机中。B、技术关键及技术创新点: 1完全能适应-3mm-+0.1mm之间物料的分级,完全不同于传统分级设备的分级区间。2具有上下两个分级区。在内壳体的上部形成通过式分级区,在内壳体的下部有振动分级区,双重功能的分级
22、功能,大大提高了分级效率,并增强了设备的适应性。3 通过调节风叶的大小、电机的转速、导风叶片的角度及筛网都可以实现细度调节,方便、灵活、可靠且调节范围较宽。总之,XCL粗颗粒选粉机的选用能有效的减少磨内过粉磨现象,具有高效、节电、结构紧凑等特点。 C、必要的图表:XCL粗颗粒选粉机结构示意图如下: 图3-4XCL粗颗粒选粉机结构示意图 3.3项目的技术来源 湖南广义科技有限公司研发的粗颗粒高效节能粉磨技术是在综合了国内外现有的破碎技术、粉磨技术、分级技术、除尘技术和实践经验基础上研究的。研究出多项专利知识产权的关健技术和产品,拥有自有的:“粗颗粒选粉机”、“立式SY旋臼磨”、“旋臼辊磨机”等专
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