磨内矿物去除：减少硫与汞排放、降低锅炉运行成本

基于澳大利亚Hansom Environmental Products（HEP-ART）十年现场运行数据的技术评估（R. Truce，ICESP 2016）

关键词
Pyrite, Quartz, Coal Mills, Emissions, Sulphur-dioxide, Sulphur-trioxide, Mercury, Arsenic, Coal Benefaction, Boiler Performance, 电除尘, 烟气治理

在当前中国推进超低排放与能源高效改造的大背景下，磨内矿物去除技术作为一种在磨煤过程中截留难以通过常规洗煤去除的硬质矿物（如石英和黄铁矿）的手段，正受到火电与重工业用户的关注。核心关键词包括黄铁矿（pyrite）、石英（quartz）、磨煤机（coal mills）、排放（emissions）、二氧化硫（SO2）、三氧化硫（SO3）、汞（mercury）、砷（arsenic）、煤选（coal benefaction）与锅炉性能（boiler performance），同时与电除尘（ESP）和烟气治理技术深度耦合，能为中国的电力、造纸、钢铁、水泥和化工行业提供直接的减排与降本路径。

本文改写并总结了由R. Truce在ICESP 2016上报告的HEP-ART（Hansom Environmental Products—ash removal technology）现场成果。该技术在2006—2009年间在澳大利亚四台200 MW机组的立式辊盘磨上投运，并累计提供了十年的运行数据支持。技术核心是在磨机的拒绝料导流锥底部布置矿物分离装置，将未完全磨细且富集矿物的分选拒料再次进入分离流程，通过研磨释放矿物颗粒并将其与有机碳相分离，从而把硬质、难溶的矿物连续剔除出系统，显著降低了磨内循环矿物含量。

现场独立测试显示，该系统可去除超过50%的黄铁矿和超过40%的石英；在不同提取率下，分离效率有所差异，测试时的去除量在约210–475 lb/hr（约95–215 kg/hr）范围内波动。试验燃煤为次烟煤，原煤干基灰分约7.1%，其中石英与黄铁矿为主要难磨颗粒，石英颗粒通常较大（约0.5–1.0 mm），黄铁矿多为<0.5 mm。剔除的物料中60%–80%属于锅炉灰分，且黄铁矿占移除物料的28%–55%不等，硫主要以黄铁矿硫的形式被移出，约占煤中硫含量的25%左右，从而在燃烧前实现了显著的硫、汞、砷源头减量（与文献相关结论一致）[1]。 运行效应方面，磨内矿物去除直接降低了磨差压（＞40%），使磨机允许更宽松的分选器设置并提升产能约10%（单台由200 MW等效提升至220 MW），同时磨机功耗下降10%–20%，风机功率也随之减少。这些改进带来了辅助电耗与CO2排放的双重下降；磨件磨耗率下降约50%，锅炉高流区因飞灰侵蚀导致的管壁失效频次从年均6次下降至1次，大幅减少检修停机与维修成本。 在烟气治理端，原位去除黄铁矿可同步降低SO2与SO3生成，进而削减湿法或干法脱硫的石灰石/石灰耗量及废渣处置成本；此外，因黄铁矿常富集砷和汞，其去除能有效减轻后端汞控制（如粉态活性炭PAC投加）的消耗负担，降低PAC年耗并节省显著运行费用[1][2]。Truce的工程经济估算表明，对于1 GW级别且燃用低硫煤的电厂，系统投资约600万美元、年额外燃料损失约100万美元，但通过降低检修、减少燃料停机损失、缩减脱硫药剂与PAC耗量等，年净运营节省可达到约397万美元，投资回收期约1.5年，投资回报率约65%。 对中国市场而言，磨内矿物去除与艾尼科（Enelco）在电除尘器领域的极板、极线与电场优化技术形成互补：通过在磨前降低进入燃烧系统的硬质矿物和重金属负荷，能显著减少电除尘的颗粒负荷波动与电场放电概率，提升除尘效率并降低极板刻蚀和维护频次。对于浆纸、钢铁、水泥及化工行业，特别是使用高灰或高黄铁矿含量煤种的炉窑，结合磨内矿物分离与ESP/湿法脱硫一体化改造，可以更容易达成排放达标、减少SO3相关腐蚀与三次污染物治理成本，同时降低现场运维强度。 展望未来，随着中国对汞与细颗粒物排放要求趋严，磨内矿物去除将成为燃煤电厂及工业锅炉在源头减排与降本增效方面的重要补充方案。艾尼科可基于自身在电除尘极板与电场优化的长期技术积累，为用户提供耦合优化服务：在保证ESP电场稳定性的同时，优化进煤与分选器参数，实现炉前减负、炉内效率提升与烟气治理整体成本最低化。 总之，HEP-ART磨内矿物去除在现场十年运行证明了其在减少黄铁矿与石英进入燃烧过程、降低SO2/SO3、汞和砷排放、提高磨机与锅炉可靠性以及经济性方面的综合价值。对于中国重污染行业和火电企业，结合电除尘与烟气治理一体化改造，可实现合规与经济效益的双赢。 参考文献 [1] Conrad V., Looney B., Snowden B., Gilliam D., Ethridge T., Alfee B., Kutney J., "Sensible Removal of Arsenic and Mercury from Pulverized Coal – Economic and Environmental Benefits," The 35th International Technical Conference on Clean Coal & Fuel Systems, Clearwater, Florida, USA, June 6–10, 2010. [2] DePriest W., Gaikwad R., "Economics of Lime and Limestone for Control of Sulphur Dioxide," Proceedings of Combined Power Plant Air Pollutant Control Mega Symposium, Washington, DC, May 2003. [3] Truce R., "Update on in-mill mineral removal to reduce furnace emissions and operating costs," ICESP 2016, Wrocław, Poland, 19–23 September 2016.