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石灰石制漿密度偏低的影響因素及控制措施

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郭 佳1張 健2

[摘要]該文針對(duì)某電廠石灰石制漿密度偏低的問題，分析了石灰石給料量與補(bǔ)水量、旋流器壓力、石灰石品質(zhì)及電流等影響因素。分析得出，影響密度偏低的主要因素是稱重皮帶給料量偏小和旋流器開度不合理，通過優(yōu)化漿液密度從1080 kg/m3提高至1173 kg/m3左右，由此估算1臺(tái)濕磨每年可節(jié)約資金約40.7萬元。除此之外，提高石灰石漿液密度還能取得較好的環(huán)境及安全效益。

[關(guān)鍵詞]石灰石制漿密度 影響因素 控制措施 效益分析

1 前言

當(dāng)前，我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)為多煤、缺油、少氣，煤電仍為發(fā)電行業(yè)的重點(diǎn)。燃煤產(chǎn)生的二氧化硫是主要的大氣污染物，對(duì)環(huán)境造成的污染日益嚴(yán)重，國(guó)家對(duì)大氣污染物的排放要求日趨嚴(yán)格。因此，脫硫系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)發(fā)電廠而言至關(guān)重要。濕式石灰石-石膏法煙氣脫硫技術(shù)工藝成熟，不受煤種限制，可靠性高、操作簡(jiǎn)單、脫硫效率可達(dá)95%以上，市場(chǎng)占有率高，已被廣泛使用。在該技術(shù)中，石灰石漿液的品質(zhì)是影響脫硫效率的重要因素之一，而漿液密度是影響石灰石漿液品質(zhì)優(yōu)劣最重要的指標(biāo)，漿液密度過高會(huì)加速供漿管道的磨損，甚至出現(xiàn)堵管現(xiàn)象；密度過低，在調(diào)節(jié)吸收塔pH時(shí)供漿量偏大，導(dǎo)致制漿量大，制漿電耗增加，同時(shí)影響吸收塔液位，減少了除霧器沖洗頻率，系統(tǒng)阻力增大。在“高硫煤”、漿液循環(huán)泵出力下降的工況時(shí)會(huì)導(dǎo)致石灰石漿液供不應(yīng)求，影響凈煙氣SO2含量控制。因此，適宜的漿液密度對(duì)于SO2達(dá)標(biāo)排放十分關(guān)鍵。

2 某電廠制漿系統(tǒng)工藝流程及存在問題

某電廠一期工程兩臺(tái)600 MW機(jī)組，均采用石灰石-石膏濕法脫硫工藝，兩套煙氣脫硫系統(tǒng)共用兩套濕磨制漿系統(tǒng)。一期脫硫濕磨制漿系統(tǒng)采用的是FGDM系列濕式溢流型球磨機(jī)，每套球磨機(jī)配備一臺(tái)石灰石旋流站，每個(gè)旋流站配3個(gè)旋流子，正常工況下旋流子均投運(yùn)。

濕磨制漿的工藝流程為：石灰石塊由自卸車外運(yùn)至廠內(nèi)，經(jīng)卸料斗、振動(dòng)給料機(jī)、皮帶輸送機(jī)（皮帶輸送時(shí)經(jīng)過金屬分離器分離金屬雜質(zhì)）、由斗式提升機(jī)輸送至石灰石塊倉(cāng)，再由稱重皮帶給料機(jī)送到濕式磨機(jī)內(nèi)與工藝水按一定比例混合磨制成漿液，存放于石灰石漿液再循環(huán)罐，漿液由再循環(huán)泵輸送至石灰石漿液旋流站。經(jīng)石灰石漿液旋流站旋流，底流返回濕磨機(jī)再磨，合格的溢流制成20%～30%的石灰石漿液存放于石灰石漿罐中。制漿系統(tǒng)流程圖如圖1所示。

圖1 制漿系統(tǒng)流程圖

一期脫硫濕磨制漿系統(tǒng)目前存在的問題是制出的漿液濃度長(zhǎng)期偏低（濃度低于20%，密度低于1150 kg/m3），未能達(dá)到設(shè)計(jì)要求的漿液濃度為30%，影響機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行，為此，尋找原因并制定出相應(yīng)的改善措施刻不容緩。

3 石灰石漿液密度影響因素

通過系統(tǒng)工藝流程可以看出，脫硫制漿過程中影響漿液密度的主要因素有石灰石品質(zhì)、石灰石給料量、補(bǔ)水量、球磨機(jī)電流和旋流器入口壓力等。

3.1石灰石給料量與補(bǔ)水量

石灰石給料量與補(bǔ)水量是運(yùn)行中的一個(gè)重要參數(shù)，水量的大小反映了對(duì)球磨機(jī)內(nèi)固體顆粒的攜帶能力。水量過大，對(duì)球磨機(jī)內(nèi)固體顆粒的攜帶能力高，石灰石顆粒來不及研磨就被帶出筒體，進(jìn)入石灰石旋流器底流，導(dǎo)致底流石灰石含量高，溢流石灰石含量減少[1]。水量過小，水流速度低，漿液在磨機(jī)內(nèi)濃度較高，容易造成濕磨濾網(wǎng)出現(xiàn)堵料現(xiàn)象，影響系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。因此，濕磨機(jī)石灰石與水需控制在一個(gè)合適的范圍內(nèi)[2]。

結(jié)合該電廠制漿系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)際工況，稱重皮帶給料機(jī)給料量模擬量偏小，即水料比例大，將導(dǎo)致石灰石漿液密度偏小。

針對(duì)此情況進(jìn)行優(yōu)化研究，優(yōu)化方案為：保持濕磨補(bǔ)水調(diào)節(jié)門開度在85%左右，濕磨機(jī)電流在30A左右，旋流器入口壓力為0.16 MPa左右，漿液密度隨稱重皮帶給料機(jī)給料量的變化情況如圖2所示。

圖2 給料量對(duì)漿液密度的影響

從上圖可知，漿液密度要達(dá)到1150 kg/m3以上，稱重皮帶給料量需大于7t/h。稱重皮帶給料機(jī)的額定給料量為10 t/h，為防止?jié)衲ザ铝?，一般?guī)定稱重皮帶給料量為7~9 t/h。

該廠稱重皮帶給料機(jī)給料量模擬量偏小的原因有：變頻器故障、就地操作柜上遠(yuǎn)方/就地切換開關(guān)位置不對(duì)、石灰石料潮濕導(dǎo)致給料機(jī)堵塞等。

在運(yùn)行調(diào)整方面，從以下兩個(gè)方面進(jìn)行調(diào)整：一是熱控人員增加檢定次數(shù)，確保PID給定值和DCS反饋值準(zhǔn)確。二是要求運(yùn)行人員細(xì)心觀察，記錄DCS數(shù)據(jù)及對(duì)應(yīng)的密度值。

3.2旋流器入口壓力

石灰石旋流器的作用是按顆粒粒度差分離的作業(yè)，工作原理為：固液混合液以一定壓力進(jìn)入旋流器，并在旋流器內(nèi)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的流場(chǎng)?；旌弦涸谛D(zhuǎn)的流場(chǎng)中受到離心力作用，同時(shí)受制于旋流器特殊的內(nèi)腔結(jié)構(gòu)，將形成兩個(gè)相反方向的旋流。較大顆粒和少部分液體集中在旋流器壁附近，形成向下的外旋流，最后從底部排出；較小顆粒和大部分液體集中在旋流器中心附近，形成向上的內(nèi)旋流，最后從頂部排出。至此，分離過程完成[3]。旋流器的入口條件對(duì)溢流及底流固含量的影響如表1所示。

表1 旋流器的入口條件對(duì)溢流及底流固含量的影響

該電廠技術(shù)規(guī)范要求：控制石灰石旋流站底流濃度為54%（密度1515 kg/m3），溢流濃度為30%（密度1233 kg/m3）。運(yùn)行中，石灰石旋流子開度不合理影響底流和溢流的分配比例，底流、溢流的固含量達(dá)不到要求，最終導(dǎo)致石灰石漿液密度不達(dá)標(biāo)。

對(duì)此進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，通過調(diào)整石灰石旋流子開度，相關(guān)參數(shù)值如表2所示。

表2 不同旋流子開度下的參數(shù)

由表2可以看出，當(dāng)一個(gè)旋流子全關(guān)，其余兩個(gè)旋流子開度為50%時(shí)，溢流石灰石漿液密度最高為1215 kg/m3，此時(shí)旋流器壓力為0.21~0.23 MPa。由于旋流站壓力大于0.2 MPa容易堵塞旋流子，在實(shí)際運(yùn)行中，旋流站的壓力應(yīng)小于0.2 MPa。

當(dāng)三個(gè)旋流子開度都為50%時(shí)，或一個(gè)旋流子全關(guān)，另兩個(gè)開度分別為75%時(shí)，旋流站的壓力為0.18~0.20 MPa，溢流石灰石漿液密度為1185~1193 kg/m3?？紤]到旋流子均勻出漿，避免一個(gè)旋流子長(zhǎng)時(shí)間停運(yùn)閥門堵塞等問題，認(rèn)為最合理的開度方案為：三個(gè)旋流子開度都為50%。但在實(shí)際工程應(yīng)用中，因工況、參數(shù)的變化都將導(dǎo)致溢流密度的變化，因此，在工程應(yīng)用中需關(guān)注旋流站壓力及密度的關(guān)系，及時(shí)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。

3.3 石灰石品質(zhì)的影響

石灰石作為制漿的原料，其品質(zhì)的優(yōu)劣直接影響到漿液的品質(zhì)。石灰石品質(zhì)可分為石灰石純度和石灰石粒度兩個(gè)方面。

控制進(jìn)入球磨機(jī)石灰石粒徑大小，使之處于設(shè)計(jì)范圍。一般濕式球磨機(jī)進(jìn)料粒徑為90%顆粒小于20 mm。石灰石進(jìn)料中純度能夠滿足碳酸鈣純度大于90%的要求，MgO 含量宜低于2.5%，SiO2的含量宜不高于2%。石灰石粉的細(xì)度宜不低于325目90%過篩率[4]。

石灰石純度低，表明原料中所含的雜質(zhì)偏多，可溶性的雜質(zhì)，如可溶性鋁，進(jìn)入成品石灰石漿液中，嚴(yán)重影響漿液品質(zhì)，甚至出現(xiàn)吸收塔漿液中毒現(xiàn)象[5]。而進(jìn)料石灰石粒度偏大，在鋼球數(shù)量及轉(zhuǎn)速一定的情況下，研磨不充分，制漿密度及制漿量都受到影響[1]。

該電廠對(duì)石灰石入場(chǎng)檢查嚴(yán)格，有特定的石灰石堆場(chǎng)，石灰石的品質(zhì)得以保證，因此，認(rèn)為該因素不是造成該廠石灰石漿液密度偏低的主要因素。

3.4 球磨機(jī)電流

球磨機(jī)筒體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，石灰石被鋼球撞擊、擠壓和碾磨成漿液，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，筒體內(nèi)的鋼球會(huì)有所磨損，出現(xiàn)大量小尺寸鋼球，球磨機(jī)內(nèi)鋼球?qū)κ沂淖矒?、擠壓作用下降，石灰石得不到充分磨碎，細(xì)度將很難達(dá)到要求，漿液密度受到影響[6]。球磨機(jī)電流與磨機(jī)中鋼球數(shù)量存在一定的正相關(guān)。球磨機(jī)電流偏低時(shí)，在給水量一定下，電流較小，說明鋼球量、石灰石量不足，球磨機(jī)相應(yīng)制得合格密度的漿液就少，石灰石漿液密度相應(yīng)減小。運(yùn)行中，可通過監(jiān)視球磨機(jī)主電機(jī)電流來監(jiān)視鋼球裝載量。

該電廠對(duì)運(yùn)行參數(shù)監(jiān)視到位，一旦發(fā)現(xiàn)濕磨機(jī)運(yùn)行電流偏低立即通知檢修補(bǔ)充鋼球，因此，認(rèn)為該因素不是造成該廠石灰石漿液密度偏低的主要因素。

4 效益分析

運(yùn)行優(yōu)化調(diào)整前，漿液密度均值在1080 kg/m3（濃度為12%左右），優(yōu)化調(diào)整后，濕磨值得漿液密度為1173 kg/m3（濃度為23.5%左右），同等石灰石漿液輸出量耗時(shí)比=濃度后/濃度前=1.96。節(jié)約濕磨使用時(shí)間百分比=（1.96-1）/1.96× 100%=48.98%，按日均使用濕磨12小時(shí)計(jì)算，濕磨功率380kW，每度電按0.5元計(jì)算，1臺(tái)濕磨每年可節(jié)約資金約40.7萬元。

除取得經(jīng)濟(jì)效益外，在環(huán)境效益方面，有利于吸收塔液位的控制，防止吸收塔溢流污染環(huán)境；安全效益方面，有利于設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，降低設(shè)備的使用強(qiáng)度，石膏品質(zhì)提高。

5 結(jié)論

（1）某廠一期制漿系統(tǒng)存在制漿密度偏低的問題，影響密度偏低的主要因素是稱重皮帶給料量偏小和旋流器開度不合理。

（2）實(shí)際運(yùn)行中，稱重皮帶給料量為7~9 t/h，并增加稱重皮帶檢定次數(shù)，確保PID給定值和DCS反饋值準(zhǔn)確。

（3）調(diào)整三個(gè)旋流子開度都為50%，此時(shí)旋流器壓力為0.18~0.19 MPa，溢流石灰石漿液密度為1185 kg/m3左右。在工程應(yīng)用中需關(guān)注旋流站壓力及密度的關(guān)系，及時(shí)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。

（4）提高石灰石漿液密度能實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、環(huán)境及安全效益。經(jīng)估算得出，1臺(tái)濕磨每年可節(jié)約資金約40.7萬元。

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