李潤昌，白 鷺，楊曉明

（1.中能建山西省電力勘測設(shè)計院，山西太原 030001；2.國網(wǎng)山西省電力公司電力科學(xué)研究院，山西太原 030001）

0 引言

目前，各火電企業(yè)灰渣利用率較低，大部分存放于灰場，灰場庫容已趨于飽和，粉煤灰的處置面臨巨大難題。隨著國家環(huán)保政策法規(guī)要求越來越嚴(yán)格，粉煤灰固體廢棄物已成為制約火電廠生存發(fā)展的因素之一[1]。同時粉煤灰處理費用高、難度大、占用場地多，給電廠運營帶來較大的經(jīng)濟(jì)壓力和環(huán)保壓力。

粉煤灰傳統(tǒng)市場的銷售區(qū)域除滿足周邊水泥廠外，部分進(jìn)入商品砼市場，另外在周邊道路工程也有部分應(yīng)用。Ⅰ級灰可以較大摻量利用于商品砼企業(yè)，在保證商品砼性能的前提下，成本優(yōu)勢很明顯，價格也高于普通細(xì)灰。超細(xì)粉煤灰粒度約為 15～5 μm，15～10 μm 的超細(xì)活化灰可廣泛用于高性能綠色混凝土，10 μm左右的超細(xì)灰可廣泛替代無機(jī)或礦物填料[2-3]（如碳酸鈣、高嶺土、滑石、石英、長石、硅灰石、石灰石、氧化鋁、氧化鎂、氫氧化鎂、氫氧化鋁、磷系阻燃劑等），5 μm左右的超細(xì)粉煤灰經(jīng)表面改性后可以替代部分炭黑[4-6]。以上用途均需超細(xì)粒度的粉煤灰作為原料，蒸汽動力磨則是滿足粉煤灰磨細(xì)粒度的重要設(shè)備。

1 蒸汽動力磨的工作原理及結(jié)構(gòu)圖

蒸汽動力磨采用過熱蒸汽作為粉碎動能介質(zhì)，通過拉瓦爾噴嘴形成超音速氣流，帶動物料高速碰撞、剪切[1]（見圖1）。粉碎后的物料進(jìn)入磨機(jī)上部的強制渦流分級機(jī)分級，分級無死角，分級后的成品灰及蒸汽進(jìn)入布袋除塵器收集，成品灰由除塵器灰斗排出至成品倉，凈蒸汽通過排氣筒排入大氣，粗物料落入粉碎區(qū)繼續(xù)粉碎，極難粉碎的雜質(zhì)從磨機(jī)底部排渣口排出。整個過程在140℃左右下完成。強制渦流分級機(jī)采用高溫機(jī)械+蒸汽密封、稀油潤滑、循環(huán)水冷卻方式，從而避免了蒸汽對分級機(jī)軸承與電機(jī)因長期高溫運行環(huán)境下而產(chǎn)生的破壞及磨損。

2 蒸汽動力磨粉煤灰研磨系統(tǒng)

圖1 蒸汽動力磨結(jié)構(gòu)圖

粉煤灰的粒度及其分布、顆粒形貌或比表面積決定其應(yīng)用性質(zhì)和行為，理化性質(zhì)隨著粒徑的變小而改善。因此，超細(xì)磨可提高粉煤灰的活性并大幅度提高附加值。

蒸汽動力磨利用電廠過熱蒸汽作為動力，用蒸汽動力將粉煤灰磨細(xì)。磨細(xì)過程在高溫下完成，對粉煤灰具有熱激發(fā)效應(yīng)；再加上高溫過熱蒸汽具有粘度低、能量轉(zhuǎn)化率高、粉碎力強的特點；因此與傳統(tǒng)機(jī)械研磨相比，超細(xì)粉煤灰不但成本低，而且活性高、需水量低、粒度分布可調(diào)等性能優(yōu)點。特別是加工超細(xì)灰時，粉煤灰中超細(xì)微珠具有高強度極難加工的特性，采用蒸汽粉碎與機(jī)械研磨相比，不但成本低，而且可以加工到機(jī)械研磨無法達(dá)到的細(xì)度，從而可以進(jìn)一步提高粉煤灰利用率和附加值。

原料灰由電廠粉煤灰輸送管道直接輸送至系統(tǒng)原料倉。原料從原料倉根據(jù)產(chǎn)品品質(zhì)設(shè)置合適的給料量、研磨壓力、分級機(jī)轉(zhuǎn)速和風(fēng)機(jī)的風(fēng)門大小等工藝參數(shù)。原料由給料閥穩(wěn)定地送入蒸汽動力磨，達(dá)到粒度要求的細(xì)灰通過分級機(jī)分選后送入布袋除塵器，剩余的粗顆?；矣烧羝麆恿δサ撞颗懦?，由風(fēng)機(jī)輸送至粗粉倉儲存或返回到研磨區(qū)繼續(xù)研磨。當(dāng)粗灰倉存量達(dá)到一定程度時，由設(shè)在粗灰倉下部的雙軸加濕攪拌機(jī)加濕攪拌后裝車運至灰場堆放。布袋除塵器收集到的粉體自由沉降在低部灰斗中，再由布袋除塵器下部的氣力輸送系統(tǒng)送入指定的成品倉儲存（見圖2）。

圖2 蒸汽動力磨研磨系統(tǒng)圖

3 蒸汽動力磨的粉磨特性

蒸氣動力磨采用中部進(jìn)料、下部粗灰出料、上部成品細(xì)灰出料，高溫蒸汽帶動物料連續(xù)反復(fù)高速碰撞、研磨粉碎，粉碎、研磨和分級同時進(jìn)行。該設(shè)備能通過調(diào)整渦流分級機(jī)的轉(zhuǎn)速很方便的控制出料粒級范圍。它的粉碎、研磨和分級方式使其最適于生產(chǎn)15～5 μm粒度的超細(xì)粉煤灰產(chǎn)品。

3.1 采用蒸汽動力磨研磨粉煤灰的特點

a）在蒸汽壓力 （0.60～0.75 MPa）、溫度（250～280℃）時，其經(jīng)分級的一次性出磨產(chǎn)品中75%以上粒徑小于 15～5 μm。用其加工 15～5 μm超細(xì)粉煤灰，其產(chǎn)能效率和使用的經(jīng)濟(jì)性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他破碎或粉磨設(shè)備。

b）由于蒸汽動力磨獨特的工作原理，在研磨粉煤灰的過程中，物料經(jīng)過反復(fù)的對沖、擠壓與搓揉，破壞了粉煤灰的內(nèi)應(yīng)力，顆粒里面的孔隙率增多。粉煤灰的粒度明顯變小，粒徑分布比較均勻，而且分散性大幅提高，比表面積增大，可以發(fā)揮粉煤灰的潛在活性[1]。超細(xì)粉煤灰比表面積＞2 000 m2/kg，加大了粉煤灰的膠凝性及活性，需水比降低。

c）粉煤灰蒸汽動力磨在某電廠的運行情況：蒸汽動力磨在蒸汽壓力（0.60～0.75 MPa）、溫度（250～280℃）、蒸汽流量（8～10 t/h）時，原料灰d97在85～105 μm范圍內(nèi)。經(jīng)蒸汽磨磨細(xì)后分級出磨的成品細(xì)灰粒徑d97在15～5 μm范圍內(nèi)，蒸汽磨底部排出的粗灰粒徑d97在55～90 μm范圍內(nèi)。在某電廠的運行參數(shù)詳見表1所示。

表1 粉煤灰蒸汽動力磨機(jī)運行參數(shù)表

d）蒸汽動力磨粒級分布集中，粒徑調(diào)節(jié)方便。為了保證超細(xì)粉煤灰的細(xì)度，蒸汽動力磨能通過調(diào)整進(jìn)料量、調(diào)整渦流分級機(jī)的轉(zhuǎn)速很方便地控制出料粒級范圍。在某電廠的實測數(shù)據(jù)詳見表2所示。

表2 成品超細(xì)粉煤灰、原料灰、粗灰粒度表 μm

3.2 蒸汽動力磨與同類型磨機(jī)的粉煤灰磨細(xì)粒度對比

蒸汽動力磨利用過熱蒸汽帶動物料連續(xù)反復(fù)高速碰撞、研磨粉碎方式，能夠使經(jīng)分級的一次性出磨產(chǎn)品中粒徑小于15～5 μm的比例占到75%以上，其經(jīng)濟(jì)性和產(chǎn)能效率均遠(yuǎn)高于其他破碎或粉磨設(shè)備。球磨、雷蒙磨、管磨等粉磨設(shè)備，粉磨后的產(chǎn)品粒度太粗，通過分級機(jī)后只能得到45～100 μm區(qū)間的產(chǎn)品[7]。空氣氣流磨可以滿足超細(xì)粉煤灰粒度的要求，但能量利用率只有2%左右，能耗和成本高，單機(jī)出力僅1 t/h[1]，產(chǎn)能和經(jīng)濟(jì)效益低。具體對比如表3所示。

表3 不同類型磨機(jī)的粉煤灰粒度對比

4 結(jié)論與展望

綜上所述，蒸汽動力磨與傳統(tǒng)機(jī)械型磨機(jī)相比，能滿足超細(xì)粉煤灰研磨能力，具有低能耗、磨碎力強、少揚塵、低噪音的優(yōu)點，維護(hù)成本較低；且粉煤灰成品粒度滿足粉煤灰高附加值利用的要求。隨著國家對環(huán)境保護(hù)的逐漸重視，蒸汽動力磨在控制粉煤灰品質(zhì)、提高粉煤灰綜合利用等方面將有良好的應(yīng)用前景。

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