輥磨在燃煤爐渣粉磨系統的應用

彭凌云，劉箴，聶文海，宋留慶，劉洋

輥磨在燃煤爐渣粉磨系統的應用

彭凌云，劉箴，聶文海，宋留慶，劉洋

本文詳細介紹了TRMWF爐渣輥磨的技術特點，并簡單介紹了燃煤爐渣粉磨系統的工藝流程。同時也介紹了TRMWF36.3爐渣輥磨在寧海銘洲文具有限公司的使用情況，在產量和質量上均超額完成了合同指標，取得了廢渣粉磨領域的又一重大突破，填補了國內輥磨處理燃煤爐渣領域的空白。

爐渣；輥磨；料床粉磨

1　前言

近年來我國火力發電發展較快，電力行業年度煤耗量自2009年的16.1億噸增長至2013年的20.7億噸，年平均增長率6.3%。煤粉燃燒后的固體副產品除粉煤灰之外，有些熔融物結塊形成爐渣和爐底灰，三者的比例與所用鍋爐、收塵器的類型有很大關系。煤粉爐的灰渣中，粉煤灰高達80%～90%，其余為爐底灰；液態爐的灰渣中，粉煤灰占50%左右，其余為液態渣；旋風爐的灰渣中，粉煤灰僅占20%～30%，液態渣卻占70%～80%。爐渣常被視為廢物，堆積存放將會占用大量土地，并且堆放過久會發生化學反應，一旦生成有害物質滲入地下水，將會直接污染地下水資源，危及人體健康，同時還會產生灰塵污染空氣。

因此，爐渣綜合利用所面臨的形勢十分嚴峻。合理利用爐渣不僅能變廢為寶、減少占地、降低污染，還能為社會和企業帶來巨大的經濟效益。經粉磨處理的爐渣微粉現在已成為配制高性能混凝土、大體積混凝土、高強混凝土的重要礦物摻合料之一，摻有爐渣的水泥和混凝土制品具有水化熱低、耐腐蝕性好、流動度好、后期強度高、微膨脹性等優點，且在淡水和硫酸鹽介質環境中具有很好的抗侵蝕性，因此被廣泛用于地下、水工、海工等建筑工程中。

中材（天津）粉體技術有限公司多年來一直致力于物料粉磨技術的研究開發工作。由該公司開發、設計、供貨的年產30萬噸爐渣粉磨系統于2014年3月在浙江寧海銘洲文具有限公司正式投產。這是國內首條采用立式輥磨處理燃煤爐渣的生產線，投產后經過短期調試，各項技術指標均達到設計要求，產品性能良好，實際產量遠超設計能力，為業主創造了良好的經濟效益。

2　TRWF36.3爐渣輥磨的技術特點

TRWF36.3爐渣輥磨在結構、使用、維護等方面的技術特點如下：

（1）磨機烘干能力強，可實現含水率25%物料的粉磨、烘干與高效選粉；

（2）采用螺旋絞刀輸送裝置，既能保證高濕物料的流暢喂料，又能嚴密鎖風；

（3）磨機機械部件耐高溫能力強，入磨氣體溫度可達450℃；

（4）研磨部分采用平磨盤加錐形磨輥；

（5）分選部分采用動靜態結合的組合式高效籠型選粉機；

（6）每個磨輥相對獨立地對磨盤上的物料施壓，可實現空載啟動，具有自動抬輥功能；

（7）風環面積和擋料圈高度可根據現場情況進行調整；

（8）磨輥密封采用骨架油封和V型塵封組合的形式，既能防止漏油，又能防止粉塵進入軸承室；

（9）磨輥軸承采用稀油循環潤滑方式，可有效降低軸承溫度，維護方便；

（10）磨輥可以靠油缸作用自動翻出機殼外，維修方便；

（11）輥套與襯板采用復合堆焊材質，可以實現現場的在線堆焊修復。

3　系統簡介

3.1系統流程

爐渣輥磨粉磨系統的流程相對簡單，屬單風機的輥磨粉磨系統（見圖1）。爐渣由鏟車從堆場運送至卸料坑內（卸料坑兩邊有倉壁振動器，防止結料），開啟卸料坑下的棒閘閥，爐渣向前輸送，經過皮帶秤的計量和三條膠帶輸送機，喂入螺旋絞刀輸送裝置。期間還需要經過除鐵器和振動篩的分選，符合入磨粒度的物料將喂入磨內。物料經下料管被喂入旋轉磨盤的中心，在離心力的作用下被甩至磨盤邊緣，經過液壓系統單獨加壓的磨輥下方時被粉磨。磨盤的旋轉使粉磨后的物料從磨輥甩至磨盤外，在磨盤外的風環區域，向上的高速熱氣流將粉磨后和待粉磨的混合料帶至選粉機處進行分選，合格細粉被帶出磨機，粗粉落至選粉機下方的落料錐斗再落回磨盤，與新物料一起再進行粉磨。風環處未被帶起的大顆粒和難磨物料會被排出磨外，通過吐渣口進入外循環系統，再被喂入螺旋絞刀與新物料一起進入磨內。物料中的水分在物料與熱氣流的充分接觸過程中被蒸發。物料烘干所需的熱量主要由熱風爐提供，熱風通過管道進入磨機，出磨氣體經收塵器凈化后由系統風機一部分排入大氣，一部分再循環入磨加以利用。選粉機分選出的合格細粉被袋收塵器收集作為成品，出收塵器的成品通過空氣輸送斜槽，再經斗式提升機被輸送至成品庫內。

3.2系統的主要設備及參數

圖1　系統流程圖

系統的核心設備為中材（天津）粉體技術裝備有限公司自主研發的TRMWF36.3輥磨，基于料床粉磨原理，集粉磨、烘干、分選為一體，結構緊湊。針對原料中含水率高的特點，在風環角度、中殼體與選粉機結構上均有針對性設計，增大了通風面積，確保成品的含水率＜1%。表1為寧海銘洲文具有限公司年產30萬噸爐渣粉磨系統的主要配置。

表1　系統主要設備參數表

表2　爐渣的化學成分（%）和物性分析

4　TRMWF36.3爐渣輥磨系統運行情況

爐渣輥磨系統的運行穩定性決定了成品產量和質量的高低。主要的影響因素包括：入磨原料爐渣的粒度和水分；磨機的研磨壓力；選粉機的密封效果和轉速；系統的風量和風溫；磨機各點的風速；磨輥與磨盤的磨損情況和擋料圈的高度。在實際生產中應合理控制上述因素，通過加強生產管理和不斷探索，優化各個參數，達到產量和能耗的最優組合。

4.1原料爐渣特性、粒度與水分

寧海銘洲文具有限公司的爐渣主要來源于附近的國華浙能發電廠和象山縣大唐烏沙山發電廠，在實驗室對上述兩種爐渣原料進行了分析（見表2、圖2）。

從化學成分檢測結果來看，其主要成分為SiO2、Al2O3、CaO、Fe2O3，其中，CaO含量<10%。與GB/T 1596-2005規定的二級粉煤灰要求燒失量<8.0%、SO3含量<3.5%相比較，這兩種爐渣均符合要求。爐渣中水分含量高，粉磨過程中需要更多的熱量蒸發其水分。

從圖2可以看出，爐渣顆粒較細小，R3mm<15%，R5mm≈5%，是料床粉磨技術比較理想的喂料粒度。由于原料含水率高，新物料進入磨內經過磨輥擠壓后較易形成密實料層，而且根據成品細度控制要求，磨內循環次數較少，不會存在磨內物料水分降低的情況，故實際生產時不需要在料床上噴水。

4.2系統操作參數

液壓系統通過油缸、搖臂、磨輥將壓力傳遞給物料，合適的壓力是輥磨實現穩定料床粉磨的前提。如果壓力過低，輥磨的產量降低，料床厚度增加，循環負荷增大，粉磨效率低下；如果壓力過高，主電機電流增加，料層變薄，極易引起磨機的振動。TRMWF36.3輥磨采用3個磨輥獨立加壓的模式，每個磨輥彼此間的影響較小，磨機運行穩定。

圖2　兩種爐渣的顆粒分布特性

出磨成品的細度主要由選粉機的轉速和磨內風量決定。當增加產量時，需要提高磨內的通風量，這時需要將選粉機的轉速提高，否則會造成成品細度過粗；如果降低產量時，需要降低磨內通風量，防止成品細度跑粗。由于原料含水率高，需要將磨機的出口溫度控制在85～95℃，＜85℃會引起輥磨內的循環負荷增大，降低粉磨效率，如果長時間出口溫度過低甚至會造成磨機飽磨和收塵器布袋結露等后果。

由于爐渣易磨性較好，較易形成密實料層，為了提高粉磨效率，可將擋料圈高度調整至150mm，料層厚度在15～20mm，實際運行主電機電流理想。

表3　磨機操作參數

表4　磨機電耗、產品細度和比表面積

表5　燃煤爐渣粉的性能

由表3可以看出，TRMWF36.3輥磨運行穩定，干基產量可達72.5t/h，大大超過了設計產量55t/h，磨機烘干能力強，水分蒸發率高達19.87t/h，這體現了物料在磨內與熱氣流進行了充分接觸。輥磨振動小，能夠保證磨盤和磨輥以及其他重要部分的機械部件不被損壞，設備運轉率高。

4.3系統產量及電耗

由于燃煤爐渣顆粒小，易磨性比熟料好，對應于表3中兩種不同運行工況條件下的電耗情況及其所得產品質量如表4所示。

結果顯示：燃煤爐渣粉磨所需電耗較低，產品質量較好。對比兩種工況下的生產情況可以看出，提高產量后，不僅電耗有所降低，產品質量也有所改善。這說明，系統運行情況優化能夠降低生產成本，提高經濟效益。

4.4產品性能

在實驗室對粉磨后的爐渣微粉的物理性能進行了檢測，并根據GB/ T1596-2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》對爐渣的活性指數和需水量比進行檢測，結果如表5所示。

從試驗結果可以看出，立式輥磨產品的均勻性系數介于0.98～1.0，需水量比高于GB/T1596-2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》中二級粉煤灰的要求，強度活性指數均達到了粉煤灰的技術要求，爐渣活性指數隨著比表面積增加而增大。

混凝土的抗壓強度試驗方法按GB/T50081-2002《普通混凝土力學性能試驗方法標準》規定進行，配合比及其性能檢測結果如表6所示。

使用爐渣微粉等質量取代水泥，對混凝土初始坍落度影響不大，能夠改善膠凝材料的級配，提高混凝土密實性，改善漿體與骨料之間的界面結構。但由于爐渣的活性較低，對強度起主要作用的C-S-H凝膠、鈣礬石和氫氧化鈣等物質的生成量減少，導致其力學性能下降。

表6　混凝土配合比及其性能檢測結果

5　結語

通過近一年的生產實踐證明，無論在質量方面還是產量方面，TRM?WF36.3輥磨均超額完成了指標，且在應對高濕水分物料的處理方面，優勢明顯，水分蒸發率高達19.87t/h。爐渣微粉的強度活性指數可以達到國家標準二級粉煤灰的指標，較好地起到了改善水泥和混凝土性能的作用，獲得了很好的經濟效益和社會效益，填補了國內輥磨在處理燃煤爐渣領域的空白。該項目作為固體廢棄物處理的范例，不僅有利于改善環境，實現固體廢棄物的減量化、無害化和資源化，還可以擴大國家資源量，拓寬就業渠道，發展清潔生產、建立循環經濟模式，對走可持續發展道路具有積極意義。

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[3]陸金馳，等.煤粉爐渣/粉煤灰-石灰體系反應特性及差異[J].硅酸鹽通報，2013，（7）: 1410-1416.

The Application of Roller Mill in Coal Furnace Slag Grinding System

TQ172.632.5

A

1001-6171（2016）05-0047-04

通訊地址：中材（天津）粉體技術裝備有限公司，天津200092；2016-01-10；編輯：趙星環