В системах мокрой десульфуризации дымовых газов (WFGD) контур измельчения известняка часто рассматривается как вспомогательная функция — незаменимая, но едва ли стратегически важная. Это неверное мнение. Процесс измельчения напрямую определяет реакционную способность десульфурирующего реагента, эксплуатационную надежность системы и значительную часть вспомогательного энергопотребления установки. Для предприятий, стремящихся к снижению эксплуатационных расходов и повышению эффективности удаления SO₂, выбор технологии измельчения является одним из наиболее важных решений при проектировании систем FGD.
На основе сравнительных исследований действующих электростанций и данных пилотных испытаний в данной статье с технической и экономической точек зрения показано, почему вертикальная валковая мельница (ВВМ) является превосходным решением для измельчения известняка в системах мокрой десульфуризации дымовых газов.
Понимание роли измельчения известняка в процессе очистки дымовых газов от дымовых газов.
Процесс влажной известняково-гипсовой очистки остается доминирующей технологией десульфуризации дымовых газов в мире, ценится за высокую эффективность десульфуризации и широкую доступность известняка в качестве реагента. В этом процессе мелкоизмельченный известняк (CaCO₃) смешивается с водой и распыляется в абсорбционную башню, где он реагирует с SO₂ в дымовых газах с образованием сульфита кальция, который впоследствии окисляется с образованием товарного гипса (CaSO₄·2H₂O).
Скорость растворения известняка является критически важным кинетическим ограничением. Известняк обладает низкой растворимостью — приблизительно 50 мг/л, — что означает, что площадь поверхности, доступная для реакции, напрямую ограничивает эффективность удаления SO₂. Для компенсации известняк обычно измельчают до тонкости 90–95%, пропуская частицы через сито с размером ячейки 45 мкм (325 меш), перед поступлением в абсорбер. Достижение такого распределения частиц по размерам на постоянной и эффективной основе является основной функцией измельчительного контура.
Неэффективная работа измельчительного контура проявляется несколькими способами: повышенным расходом известняка из-за неполного использования реагентов, снижением чистоты гипса, увеличением объемов твердых отходов и снижением надежности системы. И наоборот, чрезмерное измельчение приводит к потере энергии без соразмерной пользы для процесса. Оптимальное решение для измельчения должно обеспечивать точный контроль тонкости помола при минимальных энергозатратах и максимальной доступности.
Традиционный метод: мокрое шаровое измельчение
Долгое время основной конфигурацией для подготовки известняка была мокрая шаровая мельница замкнутого цикла. В этой системе известняк и вода подаются в мельницу в определённой пропорции, а полученная суспензия классифицируется циклонами. Крупные частицы возвращаются в мельницу для дальнейшего измельчения, а излишки из циклона — с концентрацией твердых частиц около 30% — направляются в абсорбер в качестве десульфурирующего реагента.
Шаровые мельницы отличаются прочной конструкцией и отработанным технологическим процессом, что объясняет их многолетнее доминирование в отрасли. Однако при использовании для производства известняковых суспензий их недостатки становятся столь же очевидными. Значительная часть этой энергии не используется для измельчения частиц, а тратится впустую в виде тепла и шума. В то же время шаровые мельницы занимают большую площадь, а измельчающие элементы и футеровка подвергаются постоянному износу, что приводит к увеличению затрат на расходные материалы.
В частности, шаровые мельницы с трудом справляются с требованиями к тонкости помола, предъявляемыми современными системами очистки дымовых газов. Когда требования к качеству продукта повышаются до 95% частиц, проходящих через сито с размером пор 45 мкм, увеличение энергопотребления при шаровом измельчении становится непропорционально большим.
Как работает вертикальная вальцовая мельница?
Двигатель приводит в движение шлифовальный диск, вращая его через редуктор. Материал падает из загрузочного отверстия на центр шлифовального диска, а горячий воздух поступает в мельницу через воздухозаборник. Под действием центробежной силы материал перемещается к краю шлифовального диска. Проходя через кольцевую канавку на шлифовальном диске, он измельчается под давлением шлифовальных роликов. Измельченный материал поднимается высокоскоростным потоком воздуха к краю шлифовального диска, а более крупные частицы падают обратно на шлифовальный диск для повторного измельчения. Когда материал в потоке воздуха проходит через динамический порошковый классификатор, под действием вращающегося ротора крупный порошок падает обратно на шлифовальный диск для повторного измельчения. Полученный мелкий порошок выносится потоком воздуха и собирается в пылесборнике, становясь конечным продуктом. Материал, содержащий влагу, высушивается при контакте с горячим газом, достигая требуемой влажности продукта.
Основные характеристики продукта:
1. Высокая эффективность и энергосбережение: Высокая эффективность измельчения, при этом потребление энергии на 40% ниже, чем у шаровых мельниц;
2. Низкие общие инвестиционные затраты: простой технологический процесс и небольшая занимаемая площадь, составляющая всего 50% от площади шаровой мельницы;
3. Высокая надежность: Вся машина выполнена по модульной конструкции с использованием высококачественных компонентов;
4. Удобство технического обслуживания и низкие эксплуатационные расходы: низкий износ, удобство проведения осмотра и ремонта, а также высокая степень автоматизации;
5. Стабильное качество продукции: короткое время пребывания материала в контейнере, простота распределения и контроля, а также стабильное качество продукции;
6. Экологичность и низкий уровень выбросов углерода: низкая вибрация системы, низкий уровень шума, полная герметичность, отсутствие утечек пыли.
Заключение
Выбор системы измельчения известняка для десульфуризации дымовых газов — это не просто решение о закупке, а долгосрочное обязательство по определенной структуре эксплуатационных расходов и режиму технического обслуживания. Результаты сравнительных технико-экономических исследований очевидны: по сравнению с традиционным мокрым шаровым измельчением, вертикальная валковая мельница обеспечивает значительно меньшее энергопотребление, снижение затрат на изнашиваемые детали, более точный контроль качества продукта и более высокую финансовую отдачу.
Для электростанций, проектирующих новую систему десульфуризации дымовых газов или рассматривающих модернизацию существующей схемы подготовки известняка, VRM представляет собой проверенную и экономически выгодную альтернативу шаровой мельнице. По мере ужесточения норм выбросов и усиления контроля за потреблением вспомогательной энергии аргументы в пользу внедрения VRM будут только усиливаться.
Часто задаваемые вопросы
В1: Что такое измельчение известняка в системах очистки дымовых газов и почему это необходимо?
А: Измельчение известняка превращает его в мелкий порошок (обычно 90–95% частиц проходят через сито с размером ячейки 45 мкм), что позволяет ему эффективно реагировать с SO₂ в абсорбере. Без тонкого измельчения снижается эффективность использования реагентов и ухудшается чистота гипса.
В2: Почему для измельчения известняка методом десульфуризации дымовых газов предпочтительнее использовать вертикальную валковую мельницу (ВВМ) вместо шаровой мельницы?
A: Система VRM потребляет значительно меньше энергии, исключает затраты на мелющие материалы и обеспечивает более точный контроль тонкости помола при меньших габаритах. Хотя ее первоначальная стоимость выше, она обеспечивает лучшую чистую приведенную стоимость и более короткий срок окупаемости.
В3: До какой степени тонкости помола следует измельчать известняк для мокрой десульфуризации дымовых газов?
А: В большинстве систем мокрой десульфуризации дымовых газов указывается, что 90–95% частиц проходят через сито с размером ячейки 45 мкм (325 меш). Это обеспечивает баланс между реакционной способностью реагентов и энергией измельчения.
Вопрос 4: Можно ли измельчать известняк за пределами производственной площадки с использованием технологии VRM?
А: Да, поскольку установка VRM производит сухой порошок, измельчение может происходить на известняковом руднике, а продукт транспортируется на месторождение. Это позволяет сократить затраты на механическое оборудование более чем на 90% по сравнению с использованием шаровой мельницы мокрого действия на месте.
В5: Требуется ли сушка VRM, и как это осуществляется?
А: В мельнице VRM происходит измельчение, сушка и классификация в одном блоке. Горячий газ подается в мельницу для испарения влаги из сырья во время измельчения, что исключает необходимость в отдельном сушильном оборудовании.
В6: Какое техническое обслуживание требуется для установки VRM при работе с известняком?
А: Техническое обслуживание сосредоточено на шлифовальных валках и футеровках стола, которые изготовлены из износостойких материалов. Шлифовка в станине вызывает меньший износ, чем шаровая мельница, и в исследовании Kusile расходы на расходные материалы снизились с 2,8% от операционных расходов до всего лишь 0,5%.
В7: Насколько система VRM экономит место по сравнению со схемой шаровой мельницы?
A: Система вертикального измельчения, сушки и классификации объединяет процессы измельчения, сушки и классификации в одном вертикальном блоке, сокращая занимаемую площадь до 50%. Это особенно ценно при модернизации помещений с ограниченным пространством.
В8: Доказана ли эффективность технологии VRM в системах очистки дымовых газов?
А: Да, виброгасители используются в цементной и горнодобывающей промышленности уже несколько десятилетий и хорошо зарекомендовали себя при измельчении известняка в системах очистки дымовых газов. Сравнительные исследования на действующих электростанциях подтвердили их эффективность и финансовую отдачу.
