高效选粉机和袋收尘器在煤磨系统改造中的应用

高效选粉机和袋收尘器在煤磨系统改造中的应用何宏涛12孙世群1（1合肥工业大学资源与环境工程学院安徽合肥230009）（2合肥水泥研究设计院安徽合肥230051）【摘要】：本文首先介绍传统风扫钢球煤磨工艺存在的问题，接着重点介绍了高效煤磨选粉机和高效煤磨袋收尘器的结构、工作原理和性能特点及改造新工艺的流程，最后以两水泥厂为例介绍了改造应用情况。【关键词】：风扫钢球煤磨高效煤磨选粉机高效煤磨袋收尘器改造应用1、前言随着我国国民经济的持续快速发展，电力、冶金、钢铁、水泥等工业近几年得到了快速发展，这些工业生产主要以原煤为燃料，为提高能源的利用效率，必须将原煤制备成煤粉，目前大多采用烘干兼粉磨的工艺，有风扫钢球磨和立式磨两种工艺，传统风扫钢球磨工艺的主要设备为：风扫钢球磨、粗粉分离器、细粉分离器、电收尘器（或袋收尘器）、风机，随着粉磨技术的发展，为适应高产量和低能耗的要求，许多新建生产线在煤粉制备系统中采用了立磨。但由于钢球磨结构简单，操作可靠，对各种原煤的适应性强（水分≤12%），因此风扫钢球磨系统今后在水泥等工业中仍将得到广泛应用，但现有传统风扫钢球煤磨系统存在系统效率低、煤粉质量差、出口排放浓度超标等诸多问题，必须进行改造，否则很难适应要求。本文将结合水泥厂煤磨系统改造的现实例子介绍高效选粉机和袋除尘器的性能特点和应用情况，为传统工艺进行技术改造提供借鉴。2、传统风扫钢球煤磨工艺存在的问题传统风扫钢球煤磨系统的典型工艺流程如图1。图1传统风扫钢球煤磨系统典型工艺流程该系统存在的问题主要有：1）、选选机的选粉效率低、煤粉细度（筛余）高。该系统的粗粉分离器起分级作用，它的分级效率的高低直接影响到煤磨系统的产量，由于粗粉分离器是一种静态选粉机，其分级效率非常低，一般在50%左右，因此煤磨产量低、电耗高。粗粉分离器的细度调整是靠人工手动调节折流叶片的角度来实现的，这种调节方式灵敏性很差，往往煤粉细度（筛余）难以调小。2)、对粉磨劣质无烟煤适应性差。由于粗粉分离器的分级效率和分级精度非常低，煤粉的颗粒分布非常宽，80μm筛余中还含有200μm的粗颗粒，这种难以磨细的粗颗粒主要是煤质较差的煤矸石等杂质，煤粉在燃烧过程中燃尽率较低，另外过粗的颗粒还可能产生喷煤管堵塞现象。这些都有可能直接影响到窑的工况稳定和水泥熟料的质量。对于采用劣质无烟煤作燃料的水泥窑，由于煤粉燃尽率低，燃烧时间长，不完全燃烧严重，因此煤粉细度需比正常细度（8~10%）还要低才能保证煤粉充分燃烧和熟料煅烧要求的温度。3）、收尘器出口排放浓度不能满足现行排放标准。该系统采用细粉分离器和电收尘器（或袋收尘器）进行二级收尘，原电收尘器或反吹风袋收尘器出口排放浓度超过50mg/Nm3，根据《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2003）和《水泥工业大气污染物排放标准》（GB4915-2004）的排放限值要求，现有生产线须将现有的收尘器更换或改造为高浓度煤磨防爆袋收尘器，目前主要有FGM(M)气箱脉冲煤磨袋收尘器和MMC脉喷煤磨防爆袋收尘器。4）、流程复杂、系统阻力高、电耗高。该系统设备多、管路长、工艺流程复杂，因此系统阻力高，导致系统电耗高。另外，系统风量的调整很不方便，如操作不当，容易使袋收尘器正压工作，造成煤粉外溢污染环境。由于细粉分离器收尘效率低，循环风机磨损较快。3、改造总体方案的确定根据以上对现有煤磨系统存在问题的分析，再结合目前高效选粉机和袋收尘器的技术及应用水平，改造工艺主机应选用高效煤磨动态选粉机加高浓度煤磨袋收尘器，高效动态选粉机主要为合肥水泥研究设计院自主研制的CMS型或MDS型煤磨动态高效选粉机，煤磨袋收尘器主要有FGM(M)气箱脉冲煤磨袋收尘器、MMC脉喷煤磨防爆袋收尘器或LPMC长袋脉喷防爆袋收尘器。下面以CMS型煤磨动态高效选粉机和FGM(M)气箱脉冲煤磨袋收尘器为例作介绍。3.1、CMS型煤磨动态高效选粉机3.1.1、基本结构及工作原理该机主要由传动部分、叶轮、导向叶片、灰斗、壳体、出风管等部分组成。其结构详见图2。其工作原理与HES选粉机基本相似。具体为：从煤磨磨尾出来的含有半成品煤粉的气流从选粉机进风口进入选粉机内，经过有一定角度的导向（整流）叶片进入分级室，在旋转着的叶轮与固定的导向风叶之间的环柱状分级室内形成水平强制旋涡流场，然后通过叶轮周边的叶片进入出风管再排至袋收尘器。气流中的半成品在分级室内随气流作水平涡流运动，在离心力和向心力的作用下，粗细物料颗粒产生分级，细粉随气流进入叶轮内部从出风管排出，再经袋收尘器收集作为成品。粗粉在分级室内回转下降，然后落入灰斗，由粗粉排出口排出。1-传动部分2-叶轮3-导向叶片4-灰斗5-壳体6-出风管图2CMS型煤磨动态高效选粉机基本结构3.1.2、性能特点1）、可以有效降低和控制煤粉细度。当系统用风量固定在某一合理范围，只要调整选粉机叶轮的转速，就可以有效地控制煤粉细度。广州石井水泥公司使用的CMS-30煤磨选粉机不同叶轮转速下相应的煤粉细度详见表1。表1CMS-30煤磨选粉机不同叶轮转速下相应的煤粉细度叶轮转速(rpm)180200~240260~280300~320320~340340~360360~420原动机转速(rpm)450500~600650~700750~800800~850850~900900~1050煤粉细度(R0.08%)15.0~16.010.5~13.87.0~9.03.0~6.02.0~4.01.0~3.01.02）、系统产量高。CMS型煤磨动态高效选粉机可以进行有效的分级，系统风量可以适当增大，磨内风速（按磨内筒体截面积和通过磨机风量计算）从传统的1.1~1.5m/s提高到1.6~1.8m/s，无循环入磨的含湿量大的循环风，提高了入磨热风的烘干能力。另外，因选粉效率比粗粉分离器高，循环负荷小，磨内粉磨负荷小，可以提高磨内粉磨效率。根据厂家运行数据统计，产量可提高30%以上。3）、分级效率高。当粉磨同样细度的煤粉时，带CMS煤磨选粉机的煤磨系统其返磨粗粉的细度远比带粗粉分离器的传统煤磨系统的要大。4）、采用了新型耐磨材料，使用寿命长，维修工作量小。5）、设备体积小、规格齐全、运转平稳、既适宜老厂改造也可用于大型新建生产线工程。3.2、FGM(M)气箱脉冲煤磨袋收尘器3.2.1基本结构及工作原理FGM(M)气箱脉冲煤磨袋收尘器主要由箱体、袋室、灰斗、气路系统、提升阀系统、卸灰阀、楼梯、栏杆、清灰控制器等部分组成。其基本结构见图3。其工作原理为：当含尘烟气由进风口经导流板进入灰斗以后，一部分较粗尘粒在这里由于惯性碰撞、自然沉降等原因落入灰斗，大部分尘粒随气流上升进入袋室，经滤袋过滤后，尘粒被阻留在滤袋外侧，净化的烟气由滤袋内部进入箱体，再由阀板孔、出风口排入大气，达到收尘的目的。随着过滤过程的不断进行，滤袋外侧的积尘也逐渐增多，从而使收尘器的运行阻力也逐步增高。当阻力增到预先设定值（1470～1770Pa），或者到设定时间（经调试后以实际情况设定）时，清灰控制器发出信号，首先控制提升阀将阀板孔关闭，以切断过滤烟气流，停止过滤过程，然后电磁脉冲阀打开，以极短的时间（0.1～0.15秒）向箱体内喷入压力为0.5～0.7Mpa的压缩空气，压缩空气在箱体内迅速膨胀，涌入滤袋内部，使滤袋产生变形、振动、加上逆气流的作用，袋室外部的粉尘便被清除下来掉入灰斗，清灰完毕之后，提升阀再次打开，收尘器又进入过滤状态。各室按设定的顺序依次轮换清灰。1-卸灰阀2-防爆门3-灰斗4-袋室5-箱体6-气路系统7-提升阀系统8-栏杆9-楼梯图3FGM(M)气箱脉冲煤磨袋收尘器基本结构3.2.2性能特点1）、收尘效率高、出口排放浓度低。因壳体进风部分进行特殊设计，能有效进行预收尘，减轻了滤袋的过滤负荷，提高了收尘效率。该收尘器滤料选用抗静电涤纶针刺毡，过滤性能和防静电性能好。可处理1000g/Nm高浓度煤粉，排放浓度低于50mg/Nm3，收尘效率约为99.99%。2）、采用高能清灰系统，清灰动能大，清灰彻底。高浓度煤粉在收尘过程中由于积尘速度快很容易造成堆积，从而形成事故的隐患。采用一级收尘时，由于气体含尘浓度大，大量煤尘积附在滤袋的表面，为了减少粉尘在滤袋上的停留时间，要求缩短清灰时间，加大清灰强度，以满足工况的需要。传统的反吹风清灰属于中能清灰，不能满足煤粉收尘排放标准的要求。因此，寻找高能清灰方式是高浓度煤粉一级收尘的关键。3）、防燃防爆性能好。具体措施为：a.本体结构特殊设计。所有梁、分离板等均设置防尘板，而防尘板的角度均为70以上，灰斗的溜角大于70，灰斗两相邻侧板焊上溜料板以加大夹角。b.采用抗静电阻燃滤料。应采用材质优良并具有抗静电、阻燃性能的550g/m2涤纶针刺毡滤料，c.采用新型防爆门。当收尘器内部压力过高时，防爆门可自动打开并进行压力释放，释放压力的大小可以调节，压力释放后可以自动恢复原状，保持原来密封效果。d.收尘器壳体进行接地，接地电阻小于4Ω。e.加强设备的密封,减少漏风，以控制系统内部的含氧量，安装制作过程中要求设备漏风率控制在3％。4）、采用PLC自动控制系统。收尘器的清灰、卸灰、温度检测及报警采用PLC自动控制系统。系统灵活、准确可靠，脉冲阀的清灰周期可以任意调节。控制箱提供三个无源接点，分别为备妥信号、综合故障信号和正常运行信号。5）、安全检测及报警。具体措施有：a、超温报警系统，当收尘器的进口温度超过一定值时中央控制室发出报警信号,意味着系统超温,需采取措施进行灭火降温。b、安装CO2或氮气消防灭火系统。收尘器壳体上预留CO2灭火装置的接口，业主可以根据需要接入灭火系统。3.3、改造工艺流程根据以上主机设备的结构、工作原理和性能特点的分析，为达到提高系统产量、改善煤粉质量、污染物达标排放等目的，应选用高效煤磨选粉机替换原粗粉分离器，用高效高浓度煤磨袋收尘器替换原细粉分离器和电收尘器（或袋收尘器），将传统的风扫钢球煤磨系统改造为带高效选粉机和高效袋收尘器的单风机新型煤磨系统。具体工艺流程如图4。图4新型煤磨系统工艺流程4、改造应用实例该新型煤磨系统工艺和高效煤磨选粉机、高浓度袋收尘器等主机设备在老厂改造和新生产线建设中得到了广泛的应用，主要用户约有上百家，如广州石井水泥公司、湖南金磊水泥集团、郑州金龙水泥公司、郑州长城铝业公司水泥厂、湖南印山水泥厂、浙江虎球水泥厂、湖南韶峰水泥集团等，增产节能效果明显，经济技术指标先进。下面以广州石井水泥公司和湖南韶峰水泥集团为例进行介绍。改造前后煤磨系统主要设备及参数详见表2。系统改造前后的经济技术指标对比详见表3。表2改造前后煤磨系统主要设备及参数对照湖南金磊水泥集团湖南韶峰水泥集团改造前改造后改造前改造后风扫钢球煤磨DTM2500/3900,320kWDTM2500/3900,320kWØ2.9×4.7mØ2.9×4.7m粗粉分离器Ø2.5m无Ø2.6m无煤磨选粉机无CMS-30,功率:18.5kW风量:30000m3/h无CMS-39,功率:30kW风量:39000m3/h细粉分离器Ø2.75m无Ø2.6m无煤粉风机M9-26No11.2D,90kW无M7-29No12.5D,110kW无煤磨(电)袋收尘器无FGM96-6(M),风量:33000m3/h,4.4kW电收尘器,电场面积:16m2,功率：8kWFGM96-9(M),风量:40000m3/h,6kW排风机无9-26No12.5D,132kW无M6-31No15D,160kW表3煤磨系统改造前后的经济技术指标对比湖南金磊水泥集团湖南韶峰水泥集团改造前改造后改造前改造后烟煤：无烟煤100:020:8067:3350:50入磨原煤水分(%)12.010.07.07.0煤粉细度(R0.08%)12.04.09.44.0煤粉产量(t/h)8~910.513.016.0煤磨系统电耗(kWh/t)40.5~45.641.143.836.6出口粉尘排放浓度(mg/Nm3)-39.798.434.35、结语1)、传统的风扫钢球煤磨系统存在系统效率低、煤