蒸汽动力磨在电厂粉煤灰磨细的应用研究

李润昌，白 鹭，杨晓明

（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）

0 引言

目前，各火电企业灰渣利用率较低，大部分存放于灰场，灰场库容已趋于饱和，粉煤灰的处置面临巨大难题。随着国家环保政策法规要求越来越严格，粉煤灰固体废弃物已成为制约火电厂生存发展的因素之一[1]。同时粉煤灰处理费用高、难度大、占用场地多，给电厂运营带来较大的经济压力和环保压力。

粉煤灰传统市场的销售区域除满足周边水泥厂外，部分进入商品砼市场，另外在周边道路工程也有部分应用。Ⅰ级灰可以较大掺量利用于商品砼企业，在保证商品砼性能的前提下，成本优势很明显，价格也高于普通细灰。超细粉煤灰粒度约为 15～5 μm，15～10 μm 的超细活化灰可广泛用于高性能绿色混凝土，10 μm左右的超细灰可广泛替代无机或矿物填料[2-3]（如碳酸钙、高岭土、滑石、石英、长石、硅灰石、石灰石、氧化铝、氧化镁、氢氧化镁、氢氧化铝、磷系阻燃剂等），5 μm左右的超细粉煤灰经表面改性后可以替代部分炭黑[4-6]。以上用途均需超细粒度的粉煤灰作为原料，蒸汽动力磨则是满足粉煤灰磨细粒度的重要设备。

1 蒸汽动力磨的工作原理及结构图

蒸汽动力磨采用过热蒸汽作为粉碎动能介质，通过拉瓦尔喷嘴形成超音速气流，带动物料高速碰撞、剪切[1]（见图1）。粉碎后的物料进入磨机上部的强制涡流分级机分级，分级无死角，分级后的成品灰及蒸汽进入布袋除尘器收集，成品灰由除尘器灰斗排出至成品仓，净蒸汽通过排气筒排入大气，粗物料落入粉碎区继续粉碎，极难粉碎的杂质从磨机底部排渣口排出。整个过程在140℃左右下完成。强制涡流分级机采用高温机械+蒸汽密封、稀油润滑、循环水冷却方式，从而避免了蒸汽对分级机轴承与电机因长期高温运行环境下而产生的破坏及磨损。

2 蒸汽动力磨粉煤灰研磨系统

图1 蒸汽动力磨结构图

粉煤灰的粒度及其分布、颗粒形貌或比表面积决定其应用性质和行为，理化性质随着粒径的变小而改善。因此，超细磨可提高粉煤灰的活性并大幅度提高附加值。

蒸汽动力磨利用电厂过热蒸汽作为动力，用蒸汽动力将粉煤灰磨细。磨细过程在高温下完成，对粉煤灰具有热激发效应；再加上高温过热蒸汽具有粘度低、能量转化率高、粉碎力强的特点；因此与传统机械研磨相比，超细粉煤灰不但成本低，而且活性高、需水量低、粒度分布可调等性能优点。特别是加工超细灰时，粉煤灰中超细微珠具有高强度极难加工的特性，采用蒸汽粉碎与机械研磨相比，不但成本低，而且可以加工到机械研磨无法达到的细度，从而可以进一步提高粉煤灰利用率和附加值。

原料灰由电厂粉煤灰输送管道直接输送至系统原料仓。原料从原料仓根据产品品质设置合适的给料量、研磨压力、分级机转速和风机的风门大小等工艺参数。原料由给料阀稳定地送入蒸汽动力磨，达到粒度要求的细灰通过分级机分选后送入布袋除尘器，剩余的粗颗粒灰由蒸汽动力磨底部排出，由风机输送至粗粉仓储存或返回到研磨区继续研磨。当粗灰仓存量达到一定程度时，由设在粗灰仓下部的双轴加湿搅拌机加湿搅拌后装车运至灰场堆放。布袋除尘器收集到的粉体自由沉降在低部灰斗中，再由布袋除尘器下部的气力输送系统送入指定的成品仓储存（见图2）。

图2 蒸汽动力磨研磨系统图

3 蒸汽动力磨的粉磨特性

蒸气动力磨采用中部进料、下部粗灰出料、上部成品细灰出料，高温蒸汽带动物料连续反复高速碰撞、研磨粉碎，粉碎、研磨和分级同时进行。该设备能通过调整涡流分级机的转速很方便的控制出料粒级范围。它的粉碎、研磨和分级方式使其最适于生产15～5 μm粒度的超细粉煤灰产品。

3.1 采用蒸汽动力磨研磨粉煤灰的特点

a）在蒸汽压力 （0.60～0.75 MPa）、温度（250～280℃）时，其经分级的一次性出磨产品中75%以上粒径小于 15～5 μm。用其加工 15～5 μm超细粉煤灰，其产能效率和使用的经济性远远高于其他破碎或粉磨设备。

b）由于蒸汽动力磨独特的工作原理，在研磨粉煤灰的过程中，物料经过反复的对冲、挤压与搓揉，破坏了粉煤灰的内应力，颗粒里面的孔隙率增多。粉煤灰的粒度明显变小，粒径分布比较均匀，而且分散性大幅提高，比表面积增大，可以发挥粉煤灰的潜在活性[1]。超细粉煤灰比表面积＞2 000 m2/kg，加大了粉煤灰的胶凝性及活性，需水比降低。

c）粉煤灰蒸汽动力磨在某电厂的运行情况：蒸汽动力磨在蒸汽压力（0.60～0.75 MPa）、温度（250～280℃）、蒸汽流量（8～10 t/h）时，原料灰d97在85～105 μm范围内。经蒸汽磨磨细后分级出磨的成品细灰粒径d97在15～5 μm范围内，蒸汽磨底部排出的粗灰粒径d97在55～90 μm范围内。在某电厂的运行参数详见表1所示。

表1 粉煤灰蒸汽动力磨机运行参数表

d）蒸汽动力磨粒级分布集中，粒径调节方便。为了保证超细粉煤灰的细度，蒸汽动力磨能通过调整进料量、调整涡流分级机的转速很方便地控制出料粒级范围。在某电厂的实测数据详见表2所示。

表2 成品超细粉煤灰、原料灰、粗灰粒度表 μm

3.2 蒸汽动力磨与同类型磨机的粉煤灰磨细粒度对比

蒸汽动力磨利用过热蒸汽带动物料连续反复高速碰撞、研磨粉碎方式，能够使经分级的一次性出磨产品中粒径小于15～5 μm的比例占到75%以上，其经济性和产能效率均远高于其他破碎或粉磨设备。球磨、雷蒙磨、管磨等粉磨设备，粉磨后的产品粒度太粗，通过分级机后只能得到45～100 μm区间的产品[7]。空气气流磨可以满足超细粉煤灰粒度的要求，但能量利用率只有2%左右，能耗和成本高，单机出力仅1 t/h[1]，产能和经济效益低。具体对比如表3所示。

表3 不同类型磨机的粉煤灰粒度对比

4 结论与展望

综上所述，蒸汽动力磨与传统机械型磨机相比，能满足超细粉煤灰研磨能力，具有低能耗、磨碎力强、少扬尘、低噪音的优点，维护成本较低；且粉煤灰成品粒度满足粉煤灰高附加值利用的要求。随着国家对环境保护的逐渐重视，蒸汽动力磨在控制粉煤灰品质、提高粉煤灰综合利用等方面将有良好的应用前景。

参考文献：

[1] 王沁淘，陈海焱，胥海伦，等.大型蒸汽动能磨制备超细固硫灰的工艺 [J].中国粉体技术，2014(5)：71-73.

[2] 郑水林.中国超细粉碎和精细分级技术现状及发展 [J].现代化工，2011,21(11)：10-15.

[3] 陈海焱，胥海伦.用电厂过热蒸汽制备微细粉煤灰的实验研究 [J].现代电力，2011,21(11)：10-15.

[4] 张克.流化床固硫灰渣配制的水泥与混凝土性能研究 [D].重庆：重庆大学，2012.

[5] 霍琳，李军，卢忠远，等.粉磨超细化对循环流化床固硫灰水化特性的影响 [J].武汉理工大学学报，2013,35(1)：27-33.

[6] 牛茂威，谢小莉，林洲.磨细固硫灰渣作为混合材对水泥性能的影响 [J].非金属矿，2013,36(3)：1-3.

[7] 闫事忠，白鹭，刘晓飞.柱磨机在循环流化床炉内脱硫的应用研究 [J].山西电力，2016(2)：69-72.