振动逆流干法降灰脱粉技术与火电厂制粉系统的集成研究

2013-09-07邓锋

中国矿业 2013年11期

邓锋

（1.毕节学院化学与化学工程学院，贵州毕节551700；2.贵州省煤基新材料工程中心，贵州毕节551700；3.贵州省应用化学特色重点实验室，贵州毕节551700）

振动逆流干法降灰脱粉技术是由中国矿业大学自主研发的新型干法分选分级工艺和设备，目前已进行了大量有益的探索［1－2］。作者自2008年起至今，参与了该技术的研发和推广。由于该技术的部分工艺环节在粉煤火电厂制粉系统中已完全具备，二者如能合理结合，可有效实现燃煤的炉前在线降灰脱粉、提高磨煤效率和燃烧效率。

1 集成的可行性

振动逆流干法降灰脱粉技术的核心设备是振动逆流流化床，见图1。床面为具有一定开孔率的鱼鳞状突起气孔，开孔朝向尾煤端。物料在适宜的斜上吹气流，气孔突起及床面激振力的作用下完成按密度分离，再配合相应的床面倾角、激振力、激振频率和入料压力参数，可使颗粒群按密度分层。高密度颗粒沿床面跳跃上行排出，低密度颗粒以轻重颗粒群界面为下滑面下行排出，从而完成流态化分选。流化床的顶部设有引风口，连接除尘器，通过对引风管道的调节，一方面保证流化床内一定的负压条件，强化流态化分选，另一方面将部分低密度细粒物料排出，起到脱粉分级的作用，同时也避免了工作车间的扬尘。

图1 振动逆流流化床降灰脱粉原理示意图

目前，火电厂常见的制粉系统主要有中仓式、负压直吹式和正压直吹式，各自的主要工艺流程见图2。结合振动逆流降灰脱粉技术的特点，其核心设备振动逆流流化床所需的气流可由火电厂制粉系统的热风供应机制提供，给料可由制粉系统的给煤机完成，二者具有集成一体的共性工艺条件。

图2 常见火电厂制粉系统工艺流程

2 集成的技术路线

火电厂制粉系统的工艺流程可简单概括为：原煤→干燥、磨粉→输送→燃烧。集成振动逆流降灰脱粉技术之后的制粉系统工艺流程将为：原煤→振动逆流降灰脱粉、干燥→磨粉→输送→燃烧，图3为集成示意图。

图3 振动逆流降灰脱粉技术与火电厂制粉系统集成的工艺流程图

从图3的各集成工艺流程图可以看出，振动逆流流化床的给料和鼓风环节均由制粉系统原有工艺完成。原煤进入振动逆流流化床之后，完成按密度分选和气力脱粉。同时，由于制粉系统供应的是热风，原煤在流化床内的流态化状态能对其干燥起到良好的作用，集成后可省去原制粉系统的原煤干燥工艺环节。分选产品低灰精煤入磨后送燃烧器燃烧，分选产品高灰尾煤可抛弃，用于井下填充或综合利用。通过分选作用，降低了燃煤灰分，提高了锅炉发电效率。而脱粉产品由吸风管导入制粉系统的分级设备，细粉直接进锅炉，粗粉返磨机入磨。通过脱粉处理，避免原煤中的微粉煤直接入磨，减少了磨机负荷，提高磨煤效率。可见振动逆流降灰脱粉技术所需的重要工艺环节，均可由火电厂原有的制粉系统提供，流程走向与制粉系统配合紧密，二者的集成容易实现。如应用在坑口电站，在减少了原煤运输成本和洗选厂建厂成本的基础上，该集成技术的优势更加明显。

3 研究现状

振动逆流干法降灰脱粉试验系统主要由供风、分选、脱粉、控制等机制构成，工作流程简单，设备组装容易，实时调控性强。

图4 试验系统图

由于新的发电厂多采用喷吹粉煤，要求供应的原煤为粒度小于13mm的末煤［3］，所以目前对振动逆流流化床的研究主要采用13～0mm煤样，全粒级入选。如采用澳大利亚某火电厂灰分为49.62%的13～0mm原煤煤样进行分选降灰试验情况见图5、表1和表2。

图5为煤样的可选性曲线图，由图中灰分特性λ曲线可以看出，该煤样中有机质可燃物与矸石矿物的几何较为细微致密，且随着密度的增大，矸石在煤中的含量增加也较大，既较难从中选出低灰分精煤，也较难从中选出高灰分矸石，属于难选煤。

表1 是在各操作参数单因素实验的基础上，应用美国State－Ease公司开发的Design－expert软件，以流化床面倾角、激振力、激振频率、鼓风量、给料量（以给料机电机频率表征）为因素，以精煤产率γj、精煤灰分Aj和数量效率ηi为评价指标，设计并完成五因素三水平正交试验后得到的综合优化方案。表中参数均为优化值，各优化方案的可信度均在0.8以上。根据优化方案，可达到精煤产率为62%，精煤灰分为29%，数量效率高达99%的良好分选效果。

图5 煤样的可选性曲线图

表1 综合优化方案

表2 验证试验结果

表2 为优化方案的验证试验结果。根据优化方案1，结合试验调节的方便，对操作参数的取值分别为：分选床面倾角23°，激振力3.9kN，激振频率40.4Hz，鼓风量840m3·h－1，给料量37.5Hz。采用空气干燥煤样进行了3组平行试验，可得到灰分为29%、产率为62%的精煤产品，同时数量效率均为94%。