高效粉煤灰分選系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用

邱生祥

（福建龍凈環(huán)保股份有限公司，福建 龍巖 364000）

高效粉煤灰分選系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用

邱生祥

（福建龍凈環(huán)保股份有限公司，福建 龍巖 364000）

粉煤灰分選是一種實(shí)用技術(shù)，從分選機(jī)的原理出發(fā)，設(shè)計合理的分選機(jī)結(jié)構(gòu)，選擇合理的系統(tǒng)布置和參數(shù)能夠保證分選的高效率。文中還著重對分選系統(tǒng)的防磨措施、工藝設(shè)計、調(diào)節(jié)方法、分選效率作了詳細(xì)的描述。對實(shí)際應(yīng)用項(xiàng)目的設(shè)計、安裝調(diào)試、運(yùn)行測試等內(nèi)容做了介紹，并驗(yàn)證了本分選系統(tǒng)的調(diào)節(jié)手段多樣、方便，效率高達(dá)85%以上。

粉煤灰;分選機(jī);效率;系統(tǒng)設(shè)計;工程應(yīng)用

概述

燃煤電廠產(chǎn)生的粉煤灰的綜合利用，既有利于環(huán)境保護(hù)，又能創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)和社會效益。隨著除塵干灰綜合利用的發(fā)展，市場對灰的品質(zhì)要求也在不斷提高，從除塵器直接收集的原灰已不能滿足市場要求，而需經(jīng)過分選等方式進(jìn)行粗細(xì)分離才能生產(chǎn)出高等級、更有利用價值的細(xì)灰。

生產(chǎn)細(xì)灰的方式目前有保持原灰形態(tài)直接進(jìn)行粉煤灰分選方式，也可采用磨機(jī)進(jìn)行磨細(xì)處理的方式。其中直接采用分選進(jìn)行粗細(xì)灰分離的較多，該方式能保持粉煤灰的火山灰的形態(tài)性能，對發(fā)揮粉煤灰的活性更具優(yōu)勢。

粉煤灰分選是一種實(shí)用技術(shù)，從分選機(jī)的原理出發(fā)，設(shè)計合理的分選機(jī)結(jié)構(gòu)，選擇合理的系統(tǒng)布置和參數(shù)能夠保證分選的高效率。

分選系統(tǒng)在國外發(fā)達(dá)國家早已被廣泛使用，我國于20世紀(jì)90年代中期開始使用，當(dāng)時主要是引進(jìn)了幾套美國GE公司的分選設(shè)備。為滿足市場需求，國內(nèi)不少企業(yè)自主開發(fā)了分選設(shè)備，目前已成功應(yīng)用于我國的粉煤灰綜合利用事業(yè)，但普遍存在分選效率低、設(shè)備使用壽命短、能耗大的缺陷。因此開發(fā)出一種高效分選系統(tǒng)符合當(dāng)前粉煤灰綜合利用的發(fā)展趨勢[1-10]。

1 分選系統(tǒng)簡介

粉煤灰分選系統(tǒng)是以高壓離心風(fēng)機(jī)作為輸送及分選的動力源，即利用離心風(fēng)機(jī)的抽吸作用，在系統(tǒng)管道內(nèi)形成一定的真空氣流，使燃煤鍋爐產(chǎn)生的飛灰，經(jīng)輸灰管道隨氣流輸送至分選機(jī)將粗灰從氣流中分離而排入粗灰?guī)?，再?jīng)高效旋風(fēng)除塵器和/或布袋除塵器將細(xì)灰分離后落入細(xì)灰?guī)?，凈化后的空氣則經(jīng)高壓風(fēng)機(jī)進(jìn)行循環(huán)，系統(tǒng)形成閉環(huán)運(yùn)行，也有采用開環(huán)設(shè)置的，即凈化達(dá)標(biāo)后的空氣經(jīng)高壓風(fēng)機(jī)直接排空。

粉煤灰分選系統(tǒng)適用于粉煤灰分選的離心式分選系統(tǒng)，其主要設(shè)備組成有高壓離心風(fēng)機(jī)、分選機(jī)、旋風(fēng)分離器、鎖氣取樣閥等。

目前粉煤灰分選系統(tǒng)是以混凝土摻合料用粉煤灰等級劃分標(biāo)準(zhǔn)（GB1596-91）為原則進(jìn)行設(shè)計，并運(yùn)用到相關(guān)領(lǐng)域。

2 分選機(jī)的開發(fā)

2.1 分選機(jī)原理

離心分選機(jī)的工作原理類似旋風(fēng)除塵器的原理，攜帶物料的氣流以一定的速度從分選機(jī)一次進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入，經(jīng)急轉(zhuǎn)彎處的離心力和內(nèi)部擋板的作用，使之初步分離。二次風(fēng)由底部入口進(jìn)入，粗顆粒由重力作用使之沉降在分選機(jī)底部，而中等和細(xì)顆粒隨渦流螺旋軌跡運(yùn)動，顆粒主要受到重力Fg、離心力Fc與氣流曳力Fd的作用（如圖1所示）。較細(xì)的顆粒由于Fd＞Fc而向內(nèi)運(yùn)動，由分選機(jī)中部兩側(cè)排出，經(jīng)旋風(fēng)分離器收集成為細(xì)產(chǎn)品；較粗顆粒由于Fc＞Fd而向外運(yùn)動，在周邊處減速，受重力作用而沉降在分選機(jī)底部。

圖1 分選機(jī)外形及顆粒受力示意

2.2 分選機(jī)與分級粒徑

顆粒在離心力場中主要受到重力Fg、離心力Fc和氣流曳力Fd的同時作用，其中重力可忽略不計。當(dāng)顆粒所受離心力Fc大于氣流曳力Fd時即被分離，否則就被氣流帶出，由離心力和氣流曳力平衡獲得的分級粒徑dc為：

式中：R — 旋轉(zhuǎn)渦流的半徑；

Vr、Vt— 分別為旋轉(zhuǎn)渦流的徑向和切向速度；

ρs、ρ— 分別為粉煤灰和氣體的密度。

代入分選機(jī)的蝸殼結(jié)構(gòu)參數(shù)和系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)后，則分級粒徑dc的關(guān)系式如下式：

dc∝k·Q·Dk

式中：Q — 系統(tǒng)風(fēng)量；

Dk— 渦流孔板直徑；

k — 結(jié)構(gòu)常數(shù)。

由上式可知：

（1）分級粒徑的大小與分選機(jī)渦殼的結(jié)構(gòu)、渦流孔板直徑、系統(tǒng)風(fēng)量有關(guān)。

（2）對指定的分選機(jī)而言，結(jié)構(gòu)常數(shù)基本為定值，僅僅可調(diào)節(jié)擋板位置以改變渦流的大小及強(qiáng)度。

（3）系統(tǒng)風(fēng)量Q是可變量，對分級粒徑的調(diào)節(jié)起主要作用，而風(fēng)量調(diào)節(jié)非常簡單方便，只需調(diào)節(jié)系統(tǒng)管道的閥門開度即能達(dá)到調(diào)節(jié)風(fēng)量的目的。

（4）渦流孔板直徑對分級粒徑的影響較大，只需更換不同的孔板直徑就能調(diào)整分級粒徑。但渦流孔板不能在線更換調(diào)整，必須停止生產(chǎn)后才能進(jìn)行更換調(diào)整，因此開發(fā)分選機(jī)時必須重點(diǎn)把握孔板的設(shè)計。

2.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計

按以上原理，建立數(shù)學(xué)模型，通過計算機(jī)模擬仿真，并吸取國內(nèi)外同行的優(yōu)點(diǎn)，研發(fā)了分選機(jī)的渦殼結(jié)構(gòu)，通過反復(fù)試驗(yàn)，最終確定了渦殼尺寸，并通過結(jié)構(gòu)設(shè)計，開發(fā)了5～50t/h全系列的分選機(jī)。該分選機(jī)的分級粒徑可在30～45μm之間調(diào)節(jié)。

2.4 防磨措施

粉煤灰的主要成分SiO2的硬度高，對設(shè)備的磨損強(qiáng)，因此含塵氣流對分選機(jī)的入口、內(nèi)部擋板等部位的磨損是非常嚴(yán)重的，分選機(jī)必須采取防磨處理。由于磨損與氣流速度的三次方成正比，因此降低分選速度是有效減少磨損的手段，分選機(jī)的進(jìn)口設(shè)計風(fēng)速控制在18～25m/s之間，在保證分選細(xì)度及效率的前提下，盡量降低風(fēng)速。另外，還對設(shè)備內(nèi)易磨損部分采用熱噴涂或內(nèi)襯剛玉，保證了設(shè)備的使用壽命。

3 分選系統(tǒng)設(shè)計

分選系統(tǒng)的布置相對靈活多樣，主要有閉路系統(tǒng)和開路系統(tǒng)。由于閉路循環(huán)系統(tǒng)具有減少含塵氣體排放對環(huán)境的污染、避免含濕氣體進(jìn)入管道循環(huán)系統(tǒng)從而提高分選效率及降低等級灰的含水率等優(yōu)點(diǎn)，因此主要開發(fā)系統(tǒng)采用閉路系統(tǒng)。閉路系統(tǒng)亦有在原灰?guī)靷?cè)集中布置及在原灰?guī)祉敳贾脙煞N方式，并根據(jù)場地情況可決定是否布置二次除塵器等設(shè)備。這些典型系統(tǒng)工藝可根據(jù)各項(xiàng)目現(xiàn)場的情況和成品灰?guī)煨枨蟮拇笮§`活布置。

3.1 開路系統(tǒng)布置

原灰與系統(tǒng)管道中的氣體均勻混合進(jìn)入分選機(jī)進(jìn)行分選，分選的粗灰直接排入粗灰?guī)靸Υ?；分選的細(xì)灰進(jìn)入旋風(fēng)分離器進(jìn)行灰氣分離，收集的細(xì)灰直接排入細(xì)灰?guī)靸Υ妫簧倭考?xì)灰和氣體則進(jìn)入二次除塵器除塵，收集的細(xì)灰經(jīng)氣力輸送泵送至細(xì)灰?guī)?。?jīng)二次除塵的氣體通過高壓風(fēng)機(jī)抽出排空，一、二次風(fēng)則直接從大氣引入（如圖2所示）。其特點(diǎn)如下：

（1）分選機(jī)和旋風(fēng)分離器相對灰?guī)斐矢呶徊贾?，分選后灰往低位排出。

（2）整個系統(tǒng)布置簡單，設(shè)備占用面積少。

（3）分選機(jī)和旋風(fēng)除塵器直接布置在灰?guī)祉敳?，大大降低了系統(tǒng)工程的制作及安裝費(fèi)用。

（4）是否進(jìn)行灰份分選可由用戶自行選擇，方式靈活。

（5）空氣濕度將影響分選的效率。

圖2 開路系統(tǒng)布置示意

3.2 閉路庫頂布置

為了系統(tǒng)設(shè)備布置方便及節(jié)省一次投資，在高位布置時可不配除塵器，直接采用閉路系統(tǒng)收集細(xì)灰，讓含塵氣體在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)，這樣可節(jié)省投資且在庫頂布置方便，但對風(fēng)機(jī)的耐磨要求更高（如圖3所示）。其特點(diǎn)如下：

（1）分選機(jī)和旋風(fēng)除塵器直接布置在灰?guī)祉敳?，大大降低了系統(tǒng)工程的制作及安裝費(fèi)用。

（2）采用旋風(fēng)分離器一級分離，省去了二級除塵設(shè)備，可降低工程造價且系統(tǒng)布置簡單。

（3）高壓離心風(fēng)機(jī)采用地面低位布置，方便操作維護(hù)。

（4）采用閉路系統(tǒng)，分選效率不受外部氣候環(huán)境的影響，空氣濕度不會引起分選效率的降低。

圖3 閉路系統(tǒng)布置示意

3.3 系統(tǒng)分級粒徑的調(diào)節(jié)

分選系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計考慮了調(diào)節(jié)的方便性，主要的調(diào)節(jié)手段有以下方法，且只需選用其中的1～2種方法，即可確保成品灰細(xì)度達(dá)到GB1596-91粒級的要求。

（1）系統(tǒng)風(fēng)量可通過高壓離心風(fēng)機(jī)進(jìn)口調(diào)節(jié)風(fēng)門進(jìn)行調(diào)節(jié)。

（2）通過分選機(jī)的二次風(fēng)門進(jìn)行調(diào)節(jié)。

（3）調(diào)節(jié)分選機(jī)導(dǎo)流板位置。

（4）調(diào)換分選機(jī)渦流孔板。

（5）通過系統(tǒng)設(shè)置的調(diào)節(jié)門進(jìn)行調(diào)節(jié)。

3.4 分選效率

粉煤灰分選效率指原灰中的細(xì)灰被分選出來的程度，通過對系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)量的優(yōu)化和分選機(jī)自身結(jié)構(gòu)的科學(xué)設(shè)計，本分選系統(tǒng)的分選效率可達(dá)85%以上。

粉煤灰分選效率的高低，以往很難用公式計算，只能按粗、細(xì)灰的裝車數(shù)來粗略估算或請試驗(yàn)所采用儀器進(jìn)行測定，加上生產(chǎn)的粉煤灰畢竟不是貴重產(chǎn)品，因此對分選效率很少認(rèn)真追究。

為解決分選效率的計算問題，必須作兩個假設(shè)：其一分選過程中沒有破碎，即分選前后，純粗灰重量不會變化；其二假設(shè)各點(diǎn)取灰為同步。

效率=原灰中被分選出來的細(xì)灰重量÷原灰中細(xì)灰的含量×100%

設(shè)原灰細(xì)度（篩余量）α%（細(xì)度概念以GB1596-91為標(biāo)準(zhǔn)）；分選后，粗灰細(xì)度為β%；細(xì)灰細(xì)度為γ%。

經(jīng)推斷，效率計算的公式為：

4 系統(tǒng)的調(diào)試及運(yùn)行

4.1 系統(tǒng)開車運(yùn)行

（1）將高壓離心風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)蝶閥關(guān)閉，啟動風(fēng)機(jī)，待達(dá)到正常轉(zhuǎn)速時方可開啟進(jìn)風(fēng)蝶閥和手動給料閘閥。

（2）啟動電動給料機(jī)，進(jìn)入投料運(yùn)行。

（3）開啟細(xì)灰取樣閥，取樣檢測分級細(xì)度是否符合要求。否則調(diào)節(jié)一、二次風(fēng)流量或?qū)Я靼?，直至達(dá)到要求為止。

4.2 系統(tǒng)停車

（1）首先關(guān)閉電動給料機(jī)，停止給分選系統(tǒng)加料。

（2）繼續(xù)運(yùn)行直至灰管的粉煤灰排盡，一般管道需通風(fēng)運(yùn)行5min以上。

（3）停運(yùn)高壓離心風(fēng)機(jī)，關(guān)閉進(jìn)風(fēng)蝶閥和調(diào)風(fēng)門。

4.3 注意事項(xiàng)

（1）停車前應(yīng)排凈輸灰管內(nèi)灰分，以免結(jié)團(tuán)堵塞。

（2）臨時停運(yùn)或停運(yùn)時間不長時可不停運(yùn)高壓離心風(fēng)機(jī)。

（3）當(dāng)原狀灰顆粒級配變化時，分選機(jī)的導(dǎo)流板和二次風(fēng)閥門開度應(yīng)重新調(diào)整，直至分級細(xì)度達(dá)到要求為止。

（4）當(dāng)系統(tǒng)阻力急劇增大時，可判斷為管道堵塞，必須馬上停止給料運(yùn)行，并對管道進(jìn)行疏通。

5 工程應(yīng)用

5.1 工程概況

信陽電廠2×300MW機(jī)組，配套雙室三電場電除塵器，建有原灰?guī)?、粗灰?guī)旌图?xì)灰?guī)欤勖夯也捎谜龎簼庀鄽饬斔拖到y(tǒng)輸送至原灰?guī)靸Υ?。要求新上處理原灰能力達(dá)到40t/h的分選系統(tǒng)，采用庫頂布置的閉路系統(tǒng)。

5.2 系統(tǒng)設(shè)計

（1）系統(tǒng)主要設(shè)計參數(shù)（見表1）。

表1 設(shè)計參數(shù)匯總

（2）系統(tǒng)工藝流程

原灰?guī)斓姆勖夯彝ㄟ^變頻給料機(jī)均勻給料，經(jīng)輸灰管道隨氣流輸送至頂灰?guī)欤ㄟ^分選機(jī)將粗灰從氣流中分離排入粗灰?guī)?，再?jīng)高效旋風(fēng)除塵器將細(xì)灰分離后落入細(xì)灰?guī)靸?nèi)集中儲存加以綜合利用，少量細(xì)灰和空氣流則由風(fēng)機(jī)排入管道進(jìn)行循環(huán)，部分乏氣排入灰?guī)旖?jīng)庫頂布袋過濾排空。系統(tǒng)工藝流程如圖4所示。

5.3 系統(tǒng)運(yùn)行情況

該系統(tǒng)于2007年12月安裝完畢并投入試運(yùn)行， 2008年5月對系統(tǒng)進(jìn)行了性能測試，分選細(xì)度達(dá)到粉煤灰Ⅰ級灰的標(biāo)準(zhǔn)，平均分選效率達(dá)到86.3%，其它有關(guān)性能測試數(shù)據(jù)詳見表2。該系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行至今，一直保持高分選效率，電廠運(yùn)行時段每隔2小時的細(xì)度監(jiān)控測試表明：該系統(tǒng)的分選細(xì)度偏差值一直保持小于10%，完全滿足了Ⅰ級灰的生產(chǎn)要求。

表2 測試數(shù)據(jù)匯總

6 結(jié)語

粉煤灰是燃煤電廠產(chǎn)生的固體廢物，棄之為害，用之為寶。本文闡述的分選系統(tǒng)效率高達(dá)85%以上，對分級粒徑有多種調(diào)節(jié)手段，能方便地分選出Ⅰ、Ⅱ級灰，且系統(tǒng)布置靈活，能適應(yīng)不同的應(yīng)用場合，是處理粉煤灰的首選途徑之一，具有顯著的社會和經(jīng)濟(jì)效益。

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Design and Application on Coke Breeze Classification System with High Efficiency

QIU Sheng-xiang
(Fujian Longking Co., Ltd, Longyan Fujian 364000, China)

The coke breeze classification is one of practical technology, with the suitable structure and system design,the high efficiency can be achieved. The paper not only focuses on the anti-wearing, process design, adjusting technology and efficiency of classification system, but also describes the application on project design, erection, pre-commissioning and commissioning. The variable and convenient adjusting method for classification system is proved and the efficiency can be achieved at 85%.

coke breeze; selector; efficiency; design of system; application of engineering

TM621

A

1006-5377（2012）03-0011-05