某火力發(fā)電廠石灰石-石膏煙氣脫硫法的濕式球磨機襯板選型研究

大氣網(wǎng)訊:摘 要

某火力發(fā)電廠煙氣脫硫技術(shù)采取石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝，該廠的四套石灰石漿液制備系統(tǒng)采用濕式球磨機制漿，球磨機筒體選用橡膠襯板，球磨機出力隨著襯板磨損會逐步下降，電耗越來越高，經(jīng)濟性差，通過將橡膠襯板改為鋼襯板的可行性研究分析及現(xiàn)場試驗，并對試驗過程中存在的問題予以改進，最終改造成功，取得更好的安全可靠性和經(jīng)濟性。

1 概述

1.1 脫硫系統(tǒng)

某火力發(fā)電廠裝機為 4×300MW 機組，投產(chǎn)時間在2003 年，煙氣脫硫技改工程實施時間在 2006 年，脫硫增容改造 2010 年完成，煙氣脫硫技術(shù)采取石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝，單臺機組（爐）配一套脫硫系統(tǒng)，主要設(shè)備有一臺增壓風(fēng)機，一個脫硫吸收塔配備兩層除霧器、五臺漿循泵及其對應(yīng)五個噴淋層、三臺氧化風(fēng)機供應(yīng)一層氧化風(fēng)、四臺側(cè)進式攪拌器、兩臺石膏排出泵。公用系統(tǒng)有四套石灰石漿液制備系統(tǒng)，四套石膏脫水系統(tǒng)，一套工藝水系統(tǒng)滿足除霧器沖洗水和輔機冷卻水，一套廢水處理系統(tǒng)，一套壓縮空氣系統(tǒng)。四臺機組脫硫系統(tǒng)采用集中控制模式。

1.2 石灰石-石膏煙氣脫硫工作原理

原煙氣從吸收塔下側(cè)進入吸收塔自下而上流動，脫硫吸收劑石灰石漿液經(jīng)漿液循環(huán)泵送至噴淋層經(jīng)噴嘴霧化后自上而下流動，吸收劑液滴與煙氣發(fā)生逆流接觸，煙氣中的 SO2及部分 SO3、HCl、HF 等與漿液中的 CaCO3發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成 CaSO3和少量 CaCl2、CaF2后，落入吸收塔底部漿液池，再與氧化風(fēng)機鼓入的空氣中的 O2反應(yīng)生成 CaSO4和 CO2，并最終生成石膏 CaSO4·2H2O 經(jīng)石膏排漿泵排出，CO2隨煙氣排除，從而達到煙氣脫硫目的，主要化學(xué)反應(yīng)方程式為

1.3 石灰石制備系統(tǒng)

該廠有四套石灰石漿液制備系統(tǒng)，所配濕式球磨機有兩個型號，一個是 FGDM3264 兩臺；另一個是 FGDM3280型兩臺，其參數(shù)見表 1。

表 1 FGDM3280 型濕式球磨機參數(shù)一覽表

2 濕式球磨機布置型式及工作原理

2.1 布置型式

石灰石濕式球磨機布置型式見圖 1，稱重給料機、進料斗、球磨機筒體、驅(qū)動裝置、溢流筒、循環(huán)箱等，端襯板和筒體襯板設(shè)計選用是合成氯基橡膠襯板，鋼球裝載量、不同球徑配比均按照說明書要求執(zhí)行，單臺鋼球裝載量為 65噸，球徑為 φ30～φ70mm 按比例裝配，筒體襯板型式見圖2，由橡膠筒板和提升條組成，端襯板結(jié)構(gòu)與筒體襯板類.

圖 2 球磨機筒體橡膠襯板斷面圖

2.2 工作原理

將粒徑小于 20mm 的石灰石與水或濾液按照 1：3 的比例送入球磨機大罐內(nèi), 轉(zhuǎn)動的大罐筒體橡膠提升條將鋼球提升到一定的高度自由落下，鋼球?qū)κ沂M行撞擊和碾壓破碎研磨，石灰石與水混合為漿液溢流到出口漿液循環(huán)箱，再由漿液循環(huán)泵送至石灰石旋流器，經(jīng)旋流器分離后的溢流部分-粒度為 90%通過細度 325 目篩，含固量為20～30%的漿液自流再通過二工位分配箱進入石灰石成品箱，最后由石灰石供漿泵送至脫硫吸收塔，粒度較大的底流部分則返回磨機入口重新研磨，連續(xù)運行磨制合格的石灰石漿液。

3 濕式球磨機的運行工況

球磨機的出力隨著襯板的磨損逐步下降，而電耗越來越高，經(jīng)濟性差，一般利用小時到 4000 小時后，筒板和提升條磨損嚴重，固定螺栓就會斷裂，導(dǎo)致襯板脫落泄漏漿液，襯板就不能使用了，只能及時更換，但端襯板基本沒有磨損。表 2 就是 FGDM3280 型球磨機更換筒體橡膠襯板后運行參數(shù)跟蹤記錄表，運行 10 個自然月后（利用小時約4000 小時），磨制出力只有當(dāng)初的 83%，而電耗為當(dāng)初的119%。

表 2 FGDM3280 球磨機更換橡膠襯板后運行參數(shù)記錄表

（統(tǒng)計時間 2013 年 5 月～2014 年 2 月）

4 襯板選型對比分析

4.1 橡膠襯板的優(yōu)缺點分析

根據(jù)球磨機研磨物料的工作原理，物料與鋼球在磨機內(nèi)運動軌跡，物料與鋼球?qū)σr板的磨損方式主要為切削磨損（磨損角度＜45°的）而非沖擊磨損，而橡膠襯板抗切削磨損能力較差，抗沖擊磨損能力較強，而石灰石顆粒為不規(guī)則的多邊形，尖角對襯板有切削作用，而發(fā)揮研磨作用的主要是橡膠筒板和提升條，因此筒板和提升條易磨損，而端襯板發(fā)揮提升作用小，磨損也小，由表 2 的運行參數(shù)可以分析得出結(jié)論，筒體橡膠襯板的缺點耐磨性差，綜合經(jīng)濟性不好，優(yōu)點是橡膠耐腐蝕性好，有效避免偏酸漿液（PH4～6）和氯離子對金屬的腐蝕。

4.2 鋼襯板的優(yōu)缺點分析

鋼襯板的耐磨性可以通過調(diào)整合金元素的配比，達到需要的耐磨硬度，耐磨性較好，在干式球磨機使用得以驗證，筒體襯板使用壽命能夠保證 30000 小時以上，且工藝成熟可靠，這是優(yōu)點。鋼襯板浸泡在 PH4～6、氯離子含量高的漿液中，耐腐蝕性差；并且脫硫濕式球磨機上還沒有鋼襯板的工業(yè)運行業(yè)績，是否可靠還需要工業(yè)驗證，這是缺點。

5 鋼襯板改造的可行性分析

5.1 耐腐蝕可行性分析

由于鋼襯板沒有脫硫濕式球磨機運行業(yè)績，根據(jù)研磨石料、漿液氯離子含量高、漿液偏酸性 PH4～6 的工作環(huán)境，在鋼襯板的材料配比必須考慮耐腐蝕性，而高鉻襯板耐腐蝕性好，技術(shù)成熟。

5.2 改造條件可行性分析

選用 FGDM3280 型球磨機為改造對象，改造前后的重量對比見表 3，改造后磨機運行總重量少 5 噸，這樣就不需要對控制系統(tǒng)和驅(qū)動裝置改造，簡單可行。

表 3 改造前后重量對比

5.3 對系統(tǒng)運行的影響分析

球磨機筒體襯板由橡膠材質(zhì)改為鋼襯板，肯定會增加漿液中的金屬粉末，由于金屬粉末在石灰石漿液和脫硫漿液中沒有反應(yīng)的條件，最終以粉末在石膏中存在，對脫硫系統(tǒng)沒有什么影響，是可行的。

5.4 鋼襯板的選用條件

可行性研究后，選用鋼襯板必須考慮可靠性和運行經(jīng)濟性，選用耐磨性好、襯板硬度在 HRC52～56，襯板波形峰谷差大、帶球能力強的節(jié)能型襯板（見圖 3），筒體襯板固定方式每一圈采用兩塊固定楔、兩塊擰緊楔的方式，減少泄漏點，端襯板仍然使用橡膠襯板。

圖 3 筒體鋼襯板斷面圖

6 工業(yè)試驗情況

6.1 運行情況分析

選用一臺 FGDM3280 型球磨機作鋼襯板改造試驗，試驗的運行參數(shù)見表 4，通過改造前后的參數(shù)對比分析，改造后，保持額定出力運行，電流降低 4A，石灰石磨制單耗降低 6 kW·h/t，球耗少 50 g/t，運行經(jīng)濟性明顯。改造為鋼襯板以后，運行工況穩(wěn)定，電耗、球耗與石料特性和鋼球的耐磨性有關(guān)系，最近鋼襯板球磨機運行參數(shù)見表 5。

表 4 球磨機改造鋼襯板后的運行參數(shù)（平均值）

（統(tǒng)計時間為 2014 年 3 月 23 日～4 月 11 日）

表 5 球磨機改造鋼襯板運行參數(shù)

（統(tǒng)計時間為 2018 年 1 月～12 月）

6.2 存在的問題及解決辦法

6.2.1 襯板斷裂、破碎原因分析及對策

試驗鋼襯板試用時間近四年，腐蝕和磨損速率小于0.02mm/天，損壞型式主要是斷裂、破碎脫落。分析原因應(yīng)該是，考慮漿液的 PH 值偏酸性，所以選用高鉻襯板，該襯板的特性是含鉻高、耐蝕性好、硬度高、沖擊韌性差，所以頻繁發(fā)生斷裂、破碎。解決該問題的對策是鋼襯板的耐蝕性、耐磨性和沖擊韌性必須綜合考慮，三者兼顧才能保證使用壽命。

6.2.2 襯板脫落

筒體襯板每一圈有 24 塊，采用兩排固定楔、兩排擰緊楔方式固定，只要中間有一塊襯板脫落，就會 6 塊襯板同時脫落，這種狀況沒有及時發(fā)現(xiàn)處理好，就會造成磨損筒體，這種結(jié)構(gòu)與每一塊襯板都有螺栓固定相比較可靠性稍差。解決的對策是固定方式為四排固定楔、四排擰緊楔，并且將筒體兩端的第一圈每一塊襯板均改為螺栓固定，防止襯板發(fā)生縱向滑動。

6.2.3 噪音增加

改造為鋼襯板后，球磨機附近的噪音比改造前增加 2～4dB，只要隔音措施得當(dāng)，對環(huán)境的影響忽略不計。

7 鋼襯板改進后的運行情況

我們對于試驗過程中存在的問題予以改進，重新配比襯板原料，兼顧耐蝕性、耐磨性與抗沖擊性；優(yōu)化襯板固定方式，防止脫落，2018 年 10 月完成兩臺球磨機的襯板改進更換工作，至今運行已經(jīng)有 9 個月，沒有發(fā)生襯板脫落的問題。

8 經(jīng)濟性分析

鋼襯板的設(shè)計壽命按照三年設(shè)計，以三年為周期對橡膠襯板和鋼襯板的費用進行核算，鋼襯板費用節(jié)約 10 萬元，從運行可靠性和經(jīng)濟指標(biāo)分析，鋼襯板明顯優(yōu)于橡膠襯板，運行參數(shù)見表 5。

9 結(jié)束語

對于脫硫濕式球磨機襯板改型研究，從 2014 年開始，到 2018 年才基本改型成功，其中艱難困苦的曲折經(jīng)歷一言難盡，但對于降低能耗的工作我們不能懈怠，這是我們企業(yè)追求的目標(biāo)，作為生產(chǎn)管理技術(shù)人員，必須依靠科技進步解決生產(chǎn)現(xiàn)實難題，才能取得更好的經(jīng)濟效率。