湿煤灰输送系统设备的改造及其应用研究

赵巧芝

（北京煤矿设计咨询公司，北京市西城区，100120）

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湿煤灰输送系统设备的改造及其应用研究

赵巧芝

（北京煤矿设计咨询公司，北京市西城区，100120）

针对葫芦岛锌厂湿煤灰原输送系统在运行15 d后设备出现严重损坏的情况，分析了设备损坏是由于湿煤灰的高磨蚀性所致，针对不同材料进行了在湿煤灰的耐磨性试验。试验结果表明，湿煤灰具有较强的磨蚀性，根据试验结果对湿煤灰原输送系统相关设备进行了改造，改造后的湿煤灰管道输送系统运行情况良好，证明了对湿煤灰输送系统材料的选取是正确的。

湿煤灰资源化利用 MBS管道输送系统 超高分子材料 耐磨性 磨蚀性

葫芦岛锌厂现有2台处理量为20000 Nm3/h的恩德粉煤气化炉，粉煤由螺旋加煤机输送到恩德炉内与氧气、空气和蒸汽混合组成气化剂进行气化反应后制成煤气。在恩德炉制煤气过程中，经过水除尘后会产生大量的湿煤灰，该湿煤灰的主要成分是粒度较小的煤粒且具有较高的燃烧值，试验分析其燃烧值可达到100 kJ/kg以上。因此葫芦岛锌厂计划对湿煤灰进行资源化利用，将其直接作为葫芦岛锌业热电厂的燃料进行燃烧发电，湿煤灰的输送采用MBS黏稠物料管道输送系统。该系统在运行15 d后，技术人员在例行检查时发现，输送系统内跟湿煤灰直接接触的设备部件出现了不同程度的腐蚀及损坏。针对这种现象，MBS黏稠物料管道输送系统的生产厂家分析了产生该现象的原因后，对湿煤灰的管道输送系统进行了整改，本文将对湿煤灰的磨蚀性进行试验分析，并对湿煤灰管道输送系统的改造情况进行介绍。

1　湿煤灰输送系统介绍及现场应用

MBS黏稠物料输送系统主要用于各种黏稠物料的管道输送，可输送的物料有煤泥、造纸污泥、市政污泥以及电石泥等，截目到2014年底在全国范围内已有700多套应用于相关行业，整个系统运行情况良好。MBS黏稠物料管道输送系统主要包括膏浆制备机、方形搅拌仓、正压给料机、膏体输送泵以及输送管路等。

其工艺流程为:先将湿煤灰通过膏浆制备机制成浆体后进入方形搅拌仓搅拌保浆，通过正压给料机对位于其下方的膏体输送泵正压喂料，膏体输送泵再以高压泵输送的方式将湿煤灰远距离泵送至锅炉进行燃烧发电。膏浆制备机和方形搅拌仓均为方箱结构，膏浆制备机内有2根搅拌轴，方形搅拌仓内有3根搅拌轴，轴的材质均为20号钢，搅拌叶片及仓内壁的材质均为Q235A。然而整个系统在葫芦岛锌厂运行15 d后，发现系统内所有设备都出现了不同程度的损坏。搅拌轴上所有叶片锈蚀变细并折弯，搅拌仓内壁也锈蚀严重，方形搅拌仓仓体内壁现场照片如图1所示。

图1　方形搅拌仓仓体内壁现场照片

正压给料机在方形搅拌仓的正下方，类似螺旋输送机结构，在运行15 d前后时，用手接触螺旋叶片，叶片厚度已明显减薄。膏体输送泵由料斗、S型摆管、前轴承座总成、后轴承座总成、液压缸以及料缸等部件组成。其中S型摆管为膏体输送泵的核心部件，其主要作用是通过S摆的无间断摆动，实现对锅炉的连续喂料，S型摆管的材质为ZG25Mn2，料斗内壁材质为16 Mn。在运行20 d前后，发现料斗内后轴承座有明显泄漏，S型摆管及料斗内壁锈蚀严重，S型摆管出现了管壁变薄、破损并泄漏的现象，输送管道的通径为150 mm，管道内壁喷涂聚脲复合材料，喷涂层厚度为2 mm；在运行30 d前后，发现管道内壁局部变薄，并有2处出现泄漏。

2　湿煤灰磨蚀性试验分析

现场设备在短期内出现损坏，初步分析可能存在2种情况，一种情况是物料具有很强的腐蚀性，会对设备材质造成腐蚀；另一种情况是物料的磨蚀性大，设备部件与物料相互摩擦后造成的损坏。针对此情况，对现场的湿煤灰取样并进行酸碱度检测，测得物料的p H值为7.7，初步判断物料腐蚀性不太明显，通过对湿煤灰进行成分分析后发现，该湿煤灰中含有C、SiO2、Al2O3、Fe3O4、FeO及少量的CaO和Mg O等，分析很可能是由于原煤在恩德炉中燃烧，部分没有燃烧充分的煤及SiO2等经过锅炉高温后，生成了硬度很高的小颗粒，从而造成湿煤灰的磨蚀性较大。

2.1湿煤灰对Q235A钢棒的磨蚀性试验

为了验证该湿煤灰是否具有较强的磨蚀性，在中国矿业大学（北京）摩擦磨损测试中心对Q235A做了磨损试验。试验选用MSH磨损试验机，试验机转速为300 r/min，试验浆体由3 kg湿煤灰加6 L水配置而成，试件为Q235A钢棒，磨损时间为2 h，对不同尺寸的Q235A钢棒进行了试验。为保证试验质量进行了4组试验，Q235A钢在湿煤灰中的磨损试验结果见表1。

表1　Q235A钢在湿煤灰中的磨损试验数据

由表1可以看出，直径为6 mm、长度为65 mm的试件在磨损2 h后的失重率约为0.07%左右；直径为9mm、长度为100 mm的试件在磨损2 h后的失重率约为0.095%左右，由此可以分析出该湿煤灰具有较强的磨蚀性，且试件的表面积越大其磨蚀越严重。

为进一步证明湿煤灰的磨蚀性，又在其它试验条件下不变的条件下，将磨蚀时间改为4 h和6 h进行试验。从试验结果可以看出直径为6 mm、长度为65 mm的试件在磨损4 h后的失重率约为0.13%左右，在磨损6 h后的失重率约为0.21%左右；直径为9 mm、长度为100 mm的试件在磨损4 h后的失重率约为0.19%左右，在磨损6 h后的失重率约为0.29%左右。因此可以得出，Q235A钢棒在湿煤灰中的磨蚀量会随着磨损时间的增加而增加，由此可知现场设备在短期之内出现损坏的原因是由于湿煤灰具有较强的磨蚀性所造成的。

2.2不同材料的磨蚀性试验

由于湿煤灰具有较高的磨蚀性，因此湿煤灰输送系统中相应的设备材料应选择耐磨性较好的材料，经过相关耐磨材料厂家进行现场调研后，确定对超高分子材料、NM360和高铬铸铁进行试验并分析选出适合输送湿煤灰的材料。

使用从现场取回的湿煤灰作为试验原料，按照固定的浆体进行配比，即3 kg湿煤灰加6 L水。对不同材质进行了耐磨试验，各材料均制成直径为6 mm、长度为65 mm的试件，试验时间为2 h。不同材料耐磨试验数据见表2。

表2　不同材料耐磨试验数据结果

由表2可以看出，超高分子材料具有很强的耐磨性，经过2 h的磨蚀试验后几乎没有失重；高铬铸铁的平均失重率为0.032%，与Q235A相比也具有较好的耐磨性；NM360的平均失重率为0.095%，耐磨性相对较差。

2.3其它耐磨材料的选取

另据资料证明，聚氨酯材料也具有很好的耐磨性能，但由于这种材料基体较软，不易加工成试验台上用的棒料，本次试验未能对其进行耐磨性对比试验。烧结陶瓷的铬氏硬度较高，可达到HRC90 -100，也具有很强的耐磨耐腐蚀性能，虽然本次未对其进行耐磨性试验，但根据其多年用于防腐耐磨工作环境的情况，其也可应用于湿煤灰的输送。此外，在钢材外表面镀硬铬也同样具有很好的耐磨耐腐蚀性能。以上材料均已作为耐磨材料在工业领域普遍应用，因此均可作为湿煤灰输送系统的可选材料。

3　湿煤灰输送系统设备部件材质选取及改造

根据现场设备的具体结构，决定对所有与物料接触的部件全部更换材质，选用耐磨材料对设备具体部件加以保护，并综合考虑材料的成本及其加工性与工艺性。而几种耐磨材料与钢材之间的结合方式也各有不同，其中超高分子材料与钢材之间不能融合，只能通过螺栓紧固；高铬铸铁可直接铸成部件形状代替普通钢材，由于高铬铸铁的铬氏硬度为HRC60左右，切削加工性差，铸件与其它钢结构部件之间只能使用螺栓进行连接；镀硬铬工艺直接在部件外表面电镀；烧结陶瓷工艺由于为通电旋转烧结，要求部件为旋转体，且仅能对机件内壁烧结陶瓷；聚氨脂材料一般对部件外表面通过高温硫化与钢材基体结合，从而起到防腐耐磨的作用。

系统设备中方形搅拌仓以及正压给料机内部的轴和叶片采用轴头和轴尾镀硬铬的方式；叶片整体材质为高铬铸铁，上下叶片使用螺栓进行连接；在叶片之间使用超高分子管对轴进行保护，方形搅拌仓轴和叶片改造示意图如图2所示。

图2　方形搅拌仓轴和叶片改造示意图

膏体输送泵中的S型摆管原为整体铸造，内壁具有一定的流线，物料通过时阻力较小，但如果采用高铬铸铁，则摆管与管轴焊接时焊接性太差，改用分段烧结陶瓷后，外表面打坡口焊接，烧结陶瓷S型摆管如图3所示。

图3　烧结陶瓷S型摆管

整个系统输送管道的直管部分4结语

采用管道内壁烧结陶瓷，弯管部分由于弯管数量较多，全部分段烧结陶瓷后拼焊会增大系统阻力，所以最终决定采取内壁镶超高分子管材料的方式。

对各部件进行了具体改造，改造完成后在现场重新投入了使用，运行4个月后，检查各部件的摩损情况，发现搅拌仓叶片厚度有大约3 mm左右减薄；正压给料机的叶片有大约2 mm左右减薄；轴头和轴尾镀铬层完好，无泄漏现象；陶瓷摆管管壁及输送管道内壁未发现减薄。整个系统运行良好，说明整改取得了明显的效果，也为湿煤灰资源化利用技术起到了进一步拓展完善的作用，同时对类似湿煤灰等磨蚀性物料的处置工艺有一定的借鉴意义。

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（责任编辑 王雅琴）

Research on transformation and application of humid coal ash transportation system equipment

Zhao Qiaozhi
（Beijing Coal Mine Design Consultancy Company，Xicheng，Beijing 100120，China）

Aiming at the situation of original transportation system for humid coal ash damaged badly after running 15 d equipment at Huludao Zine Smelter，the author analyzed reason of equipment damage would be humid coal ash has high abradability，and also conducted abrasive resistance tests of humid coal ash by using different materials.The tests results showed that humid coal ash has high abradability.According to the test results，the equipment of original transportation system was transformed.After the transformation，the humid coal ash pipeline transportation system running in good condition，which proofed that the materials selection of humid coal ash transportation system was correct.

resource utilization of humid coal ash，MBS pipeline transportation system，supra polymer materials，abrasive resistance，abradability

TD948.2

A

赵巧芝（1976-），女，山东梁山人，硕士研究生，工程师，2008年毕业于中国矿业大学机电与信息工程学院，主要研究方向为机电一体化。