直吹式煤粉熱風爐系統在磷石膏干燥中的應用

熊晨曦

(中國五環工程有限公司，湖北 武漢 430223)

作為熱動力機械的熱風爐已經在化工、冶金、水泥、制藥、紡織等行業廣泛應用。在氣流干燥、噴霧干燥、流化干燥以及回轉干燥等干燥裝置中，熱風爐也已成為傳統電熱源和蒸汽熱源的換代產品，成為行業里各種干燥裝置中不可或缺的主要設備之一。

按照燃燒方式分類，可分為燃油熱風爐、燃氣熱風爐、燃煤熱風爐，這3種熱風爐在各行業中均有廣泛的使用業績，從經濟性上考慮，采用貯存量相對豐富的煤作為燃料的燃煤熱風爐應用越來越廣泛。根據燃煤形式，燃煤熱風爐又可分為水煤漿熱風爐、塊煤熱風爐以及煤粉熱風爐。其使用說明見表1。

表1 燃煤熱風爐使用說明

1 兩種典型的煤粉熱風爐系統

根據對煤粉處理方式的不同，可分為兩種典型的煤粉熱風爐系統。

1.1 直吹式煤粉熱風爐系統

直吹式煤粉熱風爐系統工藝流程見圖1。

圖1 直吹式煤粉熱風爐系統工藝流程注：1—燃料煤處理系統(包括破碎機、帶式輸送機、碎煤倉等設備)；2—稱重給煤機；3—磨煤機；4—煤粉熱風爐；5—燃油/燃氣熱風爐；6—煙氣風機；7—磨煤機密封風機；8—燃油/燃氣熱風爐燃燒空氣風機；9—煤粉熱風爐燃燒空氣風機

1.2 中間貯倉式煤粉熱風爐系統

中間貯倉式煤粉熱風爐系統工藝流程見圖2。

圖2 中間貯倉式煤粉風爐系統工藝流程注：1—燃料煤處理系統(包括破碎機、帶式輸送機、碎煤倉等設備)；2—稱重給煤機；3—磨煤機；4—煤粉收集器；5—煤粉發送；6—煤粉熱風爐；7—煙氣風機；8—燃油/燃氣熱風爐；9—磨煤機密封風機；10—燃油/燃氣熱風爐燃燒空氣風機；11—燃煤熱風爐燃燒空氣風機

兩種典型的煤粉熱風爐系統均設置一臺小型燃油/燃氣熱風爐，為煤粉制備系統中磨煤干燥提供熱煙氣。實際上通過工藝計算及調整，可以實現后續干燥裝置和磨煤干燥系統共用一臺熱風爐。

2 直吹式煤粉熱風爐系統

2.1 工藝設計

在中國五環工程有限公司印尼某項目中，采用直吹式煤粉熱風爐系統為磷石膏干燥裝置提供熱煙氣，燃料煤為當地褐煤。

本工藝系統中磨煤干燥煙氣來自于干燥裝置煙氣主管道，經過冷卻器與空氣混合后，由煙氣風機送入中速磨煤機用于磨煤干燥。系統中燃煤熱風爐中長明燈采用LPG，原始開車采用柴油，當爐膛溫度達到400℃時，逐漸通入煤粉作為燃料，當系統運行正常時，切斷柴油管線，僅燃燒煤粉。工藝系統正常運行時，燃煤熱風爐出風管溫度約為800℃，磨煤干燥需要的一次風溫度約為200℃，中速磨煤機出口溫度約為65℃。在開車之前和停車之后，均通入壓縮空氣/低壓蒸汽對工藝系統進行吹掃，防止系統中煤粉堆積進而產生危險。

2.2 設備選型

(1)燃料煤處理系統。燃料煤處理系統是為了使進入中速磨煤機的燃料煤粒度小于10 mm，其中包括雙輥破碎機、帶式輸送機、褐煤緩沖儲倉、褐煤緩沖儲倉安全檢測裝置。

(2)中速磨煤機。根據印尼現場燃料煤的特性，選用對煤種適應較強的中速磨煤機來制得煤粉，采用離心風機對中速磨煤機進行密封。本工藝系統中，中速磨煤機在微正壓下運行。

圖3 中國五環印尼項目直吹式煤粉熱風爐系統工藝設計注：1—燃料煤處理系統(包括破碎機、帶式輸送機、碎煤倉等設備)；2—稱重給煤機；3—磨煤機；4—燃煤熱風爐；5—冷卻器；6—煙氣風機；7—磨煤機密封風機；8—燃煤熱風爐燃燒空氣風機

(3)燃煤熱風爐。燃煤熱風爐為立式爐結構，主爐體分3個室：燃燒室、燃燼室、混合室。熱風爐燃燒部分設置3種燒嘴：燃氣燒嘴(長明燈用)、燃油燒嘴(開工階段預熱用)、煤粉燒嘴(正常開車使用)。主爐體上設置風道，通過調節稀釋空氣，確保煤粉燃燒過程中溫度不高于灰熔點，防止結垢形成堵塞。燃燒室下方設灰斗，貯存燃燒后的煤灰到一定料位后，聯鎖打開灰斗下方旋轉給料機，自動排灰。

(4)冷卻器。選用的冷卻器為文丘里結構，高溫煙氣(約800℃)和空氣在冷卻器中混合成中溫煙氣(約200℃)，用于磨煤干燥系統。

(5)高溫煙氣風機。離心式高溫煙氣風機，將混合后的中溫煙氣(約200℃)送至磨煤機。

(6)管道。熱風爐主煙氣管與冷卻器間管道采用碳鋼+內襯澆注料；柴油管線為不銹鋼管，其他為碳鋼管。

2.3 工藝控制說明

本工藝系統采用先進的DCS控制系統，通過設置流量計、溫度儀、壓力表、電動控制閥、電動開關閥、CO檢測儀等工藝閥門及儀表，所選儀表及控制設備是先進、可靠的，能保證工藝裝置的長期、安全生產和操作。

正常運行時，通過燃煤熱風爐出口溫度反饋來調節給煤量，通過燃煤熱風爐自身溫度表的溫度反饋來控制燃煤熱風爐燃燒空氣風機出口風量；通過磨煤機出口溫度反饋來控制進入冷卻器空氣量。DCS控制系統中，各設備之間設有聯鎖裝置，也可解除聯鎖，單機操作；整個直吹式燃煤熱風爐系統設置有安全聯鎖，在系統某環節出現問題時，可實現緊急停車以保護其他重要的工藝設備/閥門。

3 結語

(1)和典型的燃煤熱風爐系統相比，本直吹式燃煤熱風爐系統中磨煤干燥采用燃煤熱風爐，產生的部分熱煙氣在系統中實現閉路循環。避免單獨設置一臺小熱風爐，冷卻器作為一個特殊管件安裝在熱煙氣管上，這種配置減少了投資及占地。

(2)本直吹式燃煤熱風爐系統中采用中速磨煤機制取煤粉，磨煤機在正壓下運行，減少了中間煤粉收集和中間儲倉環節；系統的正常運行也進一步證明，中速磨正壓直吹式制粉系統是較為經濟安全的制粉系統。

(3)本直吹式燃煤熱風爐系統中燃煤熱風爐主爐體分為3部分，使煤粉在熱風爐爐體中盡可能地完全燃燒，使熱轉化率大幅度提高。