循環流化床鍋爐是近二十年來在國際上發展起來的新一代高效、低污染的清潔燃燒技術，其主要特點在於燃料及脫硫劑經多次循環、反覆地進行低溫燃燒和脫硫反應，爐內湍流運動強烈，不但能達到低NOx排放、90%的脫硫效率和較高的燃燒效率，而且具有燃料適應性廣、負荷調節性能好、灰渣易於綜合利用等優點，因此，在國際上得到了迅速的商業推廣。
基本介紹
- 中文名：CFB脫硫制粉
- 後果：排入大氣中的87%SO2
- 特點：高效、低污染
- 技術：循環流化床鍋爐
生產背景,工作機理,機械工作,粉磨特性,技術參數,綜述,
生產背景
能源與環境是當今社會發展的兩大問題，在能源的利用中，礦物燃料的燃燒要排放出大量污染物。例如，我國每年排入大氣中的87%SO2、68%NOx和60%粉塵均來自於煤的直接燃燒，因此，發展高效、低污染的清潔煤燃燒技術、降低NOx和SO2的排放量是當前亟待解決的問題。
工作機理
循環流化床脫硫機理
循環流化床鍋爐脫硫工藝是近年來迅速發展起來的一種新型脫硫技術，通常採用向爐內添加石灰石等脫硫劑在燃燒的同時實現脫硫，其工作原理是燃料和作為吸收劑的石灰石粉送入燃燒室下部，一次風從布風板下送入，二次風從燃燒室中部送入，氣流使燃料顆粒、石灰石粉和循環灰一起在循環流化床內強烈擾動並充滿燃燒室，天然石灰石是一種緻密的不規則結構，主要成分是CaCO3，石灰石在爐內經過煅燒後分解，顆粒中CO2析出，CaCO3顆粒就變成多孔的CaO顆粒，孔隙率和比表面積均有極大增加，CaO顆粒中由於大量氣孔的存在，以及表面積的大大增加，一方面有利於貯集反應產物，另一方面可以使反應氣體穿透至顆粒內部進行反應，因此大大加速了CaO與SO2反應生成CaSO4的機會，於是原煤中的硫就被固化為硫酸鈣進入灰渣中，最後排出床層，以達到脫硫的目的。
二、流化床燃燒床內加鈣脫硫石灰石粒徑的影響
流化床燃燒床內加鈣脫硫的影響因素包括Ca/S比、床溫、料層厚度及流化速度、石灰石性能和石灰石顆粒直徑；在CFB鍋爐工程一定的情況下，石灰石的反應能力決定了需要加入添加的石灰石的數量，其中石灰石的顆粒直徑對床內脫硫反應工況具有重大的甚至決定性的影響。如果顆粒太細，它從床內飛出後不能被氣固分離器捕捉送回，不能充分利用；顆粒太大，CaO和SO2反應後在顆粒表面形成CaSO4，由於CaSO4的分子量比CaO大得多，所以顆粒外表面的緻密的CaSO4層阻止了SO2與顆粒中心區域CaO的進一步反應。因此，循環流化床鍋爐脫硫過程中，對石灰石的顆粒尺寸具有嚴格的要求。一般，進入爐膛的石灰石顆粒直徑應小於1mm，從粒徑分布上講，大多數顆粒的直徑應集中於d50附近區域。（如下：圖一）
圖一：石灰石粉粒度分布曲線
分級後的成品石灰石粉粒度： 0.1mm～1.5mm占60%以上，平均粒度0.40～0.55mm。
因此，減小顆粒粒徑可以提高脫硫效率。而過細的石灰石在沒有全利用之前就已經從分離器出口逃逸出去，而無法參與循環過程。所以，存在一個最佳的石灰石顆粒粒徑，以達到最佳的石灰石利用率。最佳的石灰石粒徑分布應與通過的熱循環迴路循環物料典型顆粒分布（40μm～1.0mm）相對應。CFB鍋爐用石灰石的典型的粒度：最大粒徑為1mm，d50=90μm～200μm。國外多數CFB鍋爐基本上採用0～1mm粒徑範圍的石灰石，並儘可能減小細粉的份額。
床內最佳粒徑並不是一個固定值，它與床內的流化速度、料層壓差、循環倍率、分離器特性等工況參數密切相關。從國外資料看，幾家大型循環流化床鍋爐製造商提供的最佳顆粒直徑各不相同，法國通用電氣阿爾斯登工業公司（GASI）認為d50應是120～
150μm，美國福斯特惠勒（Foster Wheeler）公司認為300μm，美國ABB-CE公司認為500μm。柱磨機以其獨特的工作原理使其粉磨的產品在產能、細度、粒級分布等方面比其它粉磨設備更適合CFB鍋爐脫硫劑的生產。目前有17家CFB鍋爐的火電廠和熱電廠中採用柱磨機配套生產石灰石脫硫劑，並取得了良好的效果。
機械工作
柱磨機採用連續反覆中壓力的輥壓粉磨原理，其工作原理見圖三，結構簡單、科學。該機
上部傳動，帶動主軸旋轉，使輥輪在環錐形內襯中轉動（輥、襯之間間隙可調，不接觸），物料從上部給入，靠自重下落，由於上部推料和下部堵料相互作用，物料在輥輪與襯板之間形成料層，料層受到輥輪的反覆滾動碾壓而成粉末，最後從磨機的下部自動卸料。柱磨機輥輪只做規則的公轉和自轉，而料層厚度可以根據物料特性和進出料粒度要求進行調整，其工作壓力主要來自於彈性裝置給予的壓力，從而避免了輥輪與襯板因撞擊而產生的能耗及磨損。
粉磨特性
柱磨機採用上進料、下出料，連續反覆中壓力的料床擠壓粉碎原理，粉碎和分級分別進行。該設備能通過調整堵料高度、彈簧壓力和碾磨間隙很方便的控制出料粒級範圍。它的粉碎和分級方式使其最適於生產1~0.1mm粒度的產品。柱磨機粉磨脫硫石灰石具有以下特點:
1、柱磨機“料擠料”的輥壓粉磨原理及中等工作壓力（3-5MPa）使其未經分級的一次性出磨產品中50%以上粒徑小於1mm，用其加工-1mm石灰石脫硫劑，其效率和經濟性是一般設備不可比擬的，鄂破、錘破等粒度太粗，立磨、球磨等粒度太細，即使通過分級機能得到-1mm的區間產品，也缺乏效率和經濟性。
2、由於柱磨機獨特的工作原理，在粉磨石灰石粉的過程中，物料經過反覆的碾壓與搓揉，破壞了石灰石的內應力，使石灰石粉產生大量的微裂紋，顆粒裡面的孔隙率增多，增加了比表面積，加大了石灰石粉的活性，並使石灰石受熱後易自碎，加速了CaO與SO2反應生成CaSO4的機會，使脫硫效果更徹底。（柱磨機粉磨後石灰石微觀效果圖見附屬檔案一）。此外柱磨機產品的顆粒一般呈多角形的片狀，使其表面積增大，這也增大了其石灰石粉的活性。
3、柱磨機粒級分布集中，粒徑調節方便。
為了保證脫硫效率，控制石灰石粉的用量，對特定的CFB鍋爐採用特定的石灰石粒徑分布時，存在一個最佳的石灰石粒徑及其分布範圍。柱磨機能通過調整堵料筒的高度、彈簧壓力和碾磨間隙的方式很方便地控制出料粒度及分布範圍,可使大部分顆粒粒徑集中在d50附近區域（見表一、表二）。
表一是柱磨機在天津石化3×420t/hCFB鍋爐爐內脫硫項目中粉磨石灰石的粒徑及分布情況（鍋爐燃料：石油焦，含硫6.67%，用粉量45.6萬噸/年，配套ZMJ1150柱磨機三台）
表一：CFB鍋爐對石灰石粉粒度要求與柱磨機加工產品對比表：
項 目 | dmax | d50 | d99 | d90 | d80 | d30 | d25 | d12 | d7 |
鍋爐要求（mm） | 1.00 | 0.15 | 0.70 | 0.25 | 0.20 | 0.10 | 0.044 | ||
柱磨產品（mm） | 0.70 | 0.12 | 0.63 | 0.32 | 0.25 | 0.053 | 0.044 |
註：為使石灰石粉粒級分布更接近其CFB鍋爐要求,天津石化將其柱磨機產品最大粒徑確定為0.5-0.7mm。
從上表可知,柱磨機粉磨石灰石時,d50=0.1mm,0.044mm的細粉占12%，成品粒度已經基本接近所用CFB鍋爐的粒級分布要求。
表二是柱磨機在廣州石化自備電廠（廣州正良脫硫有限公司）根據其CFB鍋爐要求生產的石灰石粉檢驗分析報告，從表中可看出，d50≈0.45mm,產品中0.15-1.5mm的顆粒達77.4%。
分析編號 | DATA-07-11-26-001 | 分析日期 | 2007年11月26日 | |||||||
樣品名稱 | 石灰石粉 | 生產日期 | 2007年11月26日 | |||||||
樣品編號 | 生產廠家 | 廣州正良脫硫有限公司 | ||||||||
取樣位置 | 篩後成品 | 樣品重量(g) | 1000 | |||||||
序號 | 篩孔(mm) | 目數 | 通篩量(g) | 篩余率(%) | 通篩率(%) | 備註 | ||||
1 | 0.10 | 150 | 117 | 86.6 | 13.4 | |||||
2 | 0.15 | 100 | 197 | 77.4 | 22.6 | |||||
3 | 0.20 | 80 | 298 | 65.8 | 34.2 | |||||
4 | 0.30 | 60 | 361 | 58.6 | 41.4 | |||||
5 | 0.45 | 40 | 456 | 47.7 | 52.3 | |||||
6 | 0.50 | 35 | 476 | 45.4 | 54.6 | |||||
7 | 0.63 | 28 | 604 | 30.7 | 69.3 | |||||
8 | 0.80 | 24 | 614 | 29.6 | 70.4 | |||||
9 | 1.00 | 18 | 728 | 16.5 | 83.5 | |||||
10 | 1.25 | 16 | 833 | 4.5 | 95.5 | |||||
11 | 1.43 | 14 | 872 | 0 | 100 | |||||
檢驗結論 | 合格率（015mm-1.5mm）:78.00% | |||||||||
檢驗員 | 劉偉 | 日期 | 2007年11月26日 | |||||||
批准人 | 羅軍 | 日期 | 2007年11月26日 | |||||||
表二：廣州石化自備電廠(廣州正良脫硫有限公司)石灰石粉檢驗分析報告
4、柱磨機適用多種工藝配置
1）柱磨機與瀑流式選粉機配套工藝
破碎機貯料倉給料柱磨機瀑流式選粉機成品 +1.5mm
該工藝系統產能大、效率高，系列化的產品能很好地滿足熱電廠各類循環流化床鍋爐需要。瀑流式選粉機是專門針對柱磨機粉磨特徵而開發的粗粉分級設備，適宜分離上限為1.5-0.5mm的產品，它克服了離心式、轉子式選粉機只能選細粉、振動篩篩分效率低磨損大且易糊篩的缺點。在實際套用中，系統負壓循環，布置緊湊，噪音低，揚塵少。
2）柱磨機與篩子配套工藝
破碎機貯料倉給料柱磨機振動篩成品 +1.5mm
該工藝投資省，能耗低，工藝簡單，適應給電廠配套的制粉企業，缺點是粉塵大，篩子易磨損，振動篩篩分效率低且易糊篩。
技術參數
產品型號 | ZMJ- 500 | ZMJ- 750 | ZMJ- 900 | ZMJ- 1050 | ZMJ- 1150 | ZMJ- 1600 |
生產能力（T/ h） | 3-5 | 8-10 | 15-20 | 25-30 | 45-50 | 70-75 |
最大給料粒度（mm） | 20 | 25 | 30 | 35 | 40 | 45 |
產品細度（mm） | -1 | -1 | -1 | -1 | -1 | -1 |
電機功率（KW） | 55 | 75 | 110 | 185 | 250 | 450 |
設備外型尺寸 | ф1.84×2.5 | ф1.9×2.7 | ф2.5×3.3 | ф2.9×4.4 | ф3.4×4.7 | ф4.4×6.5 |
綜述
循環流化床鍋爐是近年來發展的高效、低污染的清潔燃燒新技術，但其對脫硫劑石灰石的粒級要求較為嚴格，且其粒級區間主要局限於0.1~1.5mm之內，這種粒級的產品對於傳統磨機來說太粗，難於生產，對於傳統破碎機來說，粒級太細，採用破碎機生產的產品不但產量低、成本高、設備維修量大，而且其產品粒級分布也較難滿足循環流化床鍋爐的要求。通過柱磨機在多家大型電廠的較長時間的運行，證明其設備可靠性高，產量大、能耗低、易損件消耗很少，尤其是產品粒度分布曲線與循環流化床鍋爐的最佳曲線十分接近，此外其產品顆粒的特有裂紋和較大比表面積的形狀使其作為脫硫劑的活性進一步增加。
七、柱磨機制粉系統在CFB鍋爐脫硫石灰石制粉行業中的業績表
序號 | 套用公司名稱 | 機組大小 | 制粉系統 | 制粉能力 | 使用時間 |
1 | 國電雲南開遠 發電有限公司 | 6×100MW | ZMJ900A系統一套 （配轉子式選粉機） | 台時出力18t/h（石灰粉，-150目） | 2001年1月投產 |
2 | 國電雲南開遠 發電有限公司 | 2×300MW | ZMJ1150A系統一套 （配打散分級機） | 台時-1mm石粉，40t/h | 2006年3月投產 |
3 | 大唐秦皇島熱電 有限公司 | 2×300MW | ZMJ1150A系統一套 （配振動篩） | 台時-1mm石粉，35t/h | 2007年1月投產 |
4 | 廣東石化 自備電廠 | 2×220MW | ZMJ900A系統兩套 （配振動篩） | 台時-1.5mm石粉，15t/h | 2007年9月投產 |
5 | 洛陽石化 自備電廠 | 1×220MW | ZMJ900A系統一套 （配瀑流式選粉機） | -1mm石粉，台時出力20 t/h | 2008年1月投產 |
6 | 天津石化大港 自備電廠 | 3×220MW | ZMJ1150A系統三套 （配瀑流式選粉機） | -0.7mm石粉台時出力32 t/h | 2009年8月投產 |
7 | 山西臨汾河西熱電有限公司 | 2×150MW | ZMJ900A系統一套 （配振動篩） | -1mm石粉台時出力15t/h | 2008年6月投產 |
8 | 華電雲南巡檢司 發電有限公司 | 2×300MW | ZMJ1150A系統一套 （配瀑流式選粉機） | -1.5mm石粉，台時出力45 t/h | 2009年4月投產 |
9 | 山西平朔矸石發 電有限公司 | 2×300MW | ZMJ1150A系統一套 （配振動篩） | -1.5mm石粉，台時出力38 t/h | 2008年11月投產 |
10 | 河南伊川天靈脫硫制粉有限公司 | 4×150MW | ZMJ900A系統一套 （配球磨機） | -325目石粉，年產能力35萬噸 | 2007年投產 |
11 | 黑龍江黑河市熱電有限公司 | 3×50MW | ZMJ900A系統一套 （配瀑流式選粉機） | -1.5mm石粉，台時出力22t/h | 2009年12月投產 |
13 | 貴州畢節東華熱電有限公司 | 2×150MW | ZMJ1150A系統一套 （配瀑流式選粉機） | -1.5mm石粉，台時出力設計45 t/h | 調試中 |
14 | 雲南大唐紅河 發電有限公司 | 2×300MW | ZMJ1150A系統一套 （配瀑流式選粉機） | -1.5mm石粉，台時出力45 t/h | 建設中 |
15 | 廣東坪石煤矸石 發電有限公司 | 2×300MW | ZMJ1150A系統一套 （配瀑流式選粉機） | -1.5mm石粉，台時出力45t/h | 建設中 |
16 | 中國聯合工程公司越南煤頭項目 | 4×35MW | ZMJ900A系統一套 （配瀑流式選粉機） | -1mm石粉，台時出力18-20 t/h | 建設中 |
17 | 法國達爾凱重慶長揚熱能有限公司 | ZMJ1150系統一套 (配瀑流式選粉機和轉子式選粉機) | -1mm石粉,台時32t/h,-325目石粉,台時出力5t/h | 建設中 |
