仓泵浓相输灰在高炉煤气布袋除尘系统的应用

2020-04-24李真发李全权

冶金动力 2020年3期

李真发,李全权,石伟

（中冶赛迪工程技术股份有限公司，重庆 401122）

引言

高炉煤气布袋除尘的输灰方式主要有机械输灰和气力输灰。机械输灰一般采用刮板机或斗提机，其机械故障率高、非密闭输送、扬尘污染严重；而气力输灰方式解决了机械输灰的诸多缺点，得到越来越广泛的应用，成为目前高炉煤气布袋除尘输灰的主要选择。而采用仓泵的浓相气力输灰方式因其对输灰管道磨损小、氮气耗量低等优点在高炉煤气布袋除尘输灰系统有着广阔的应用前景。

1 高炉煤气干法除尘系统气力输灰方式

在高炉煤气布袋除尘系统中，按输送固气比的不同，应用较多的气力输灰方式有正压稀相气力输灰和正压浓相气力输灰。

稀相气力输灰没有流化过程，高炉除尘灰在氮气的直接作用下，成悬浮状态，输灰的固气比＜15：1。其特点为物料输送速度快、输送量小、输送距离短、耗气量大、输灰管道磨损严重等。

采用仓泵的浓相气力输灰是边流化边输送，输灰的固气比＞15：1，其有输送管径小、管内速度低、输送量大、输送距离长、耗气量小、输灰管道和弯头磨损量小等特点。在电厂、石灰、烧结等系统有着较为广泛的应用。为解决稀相气力输灰存在的诸多问题，近年逐渐在高炉煤气干法除尘系统得到推广应用，是一种可靠、节能的气力输灰方式。

2 仓泵浓相气力输灰工艺流程

某海外高炉工程高炉煤气干法除尘系统即采用了仓泵浓相气力输灰的方式。

系统共10个筒体，每个筒体各设置一台容积为1 m3的下引式仓泵，每5 台仓泵为一排，共两排仓泵、两条输灰管线。输灰介质采用氮气。

仓泵设于布袋除尘器灰斗正下方地坪上，每台仓泵进料口配置1 台DN200 气动耐磨摆动阀，出料口配置1 台DN125 气动耐磨双闸板阀，氮气通过进气阀门组件（含1 台DN50 气动球阀、减压阀及手动阀门等）进入仓泵与物料混合，使物料成流态化状态输送。为使除尘器灰斗的灰均匀稳定地落入仓泵内，在每台仓泵和除尘器筒体之间设均压管路，均压管路上设1 台DN50 气动耐磨双闸板阀。在每排仓泵的输灰管道上设1 台DN40 输灰助吹气动球阀和1 台DN50 气动防爆双闸板排堵阀。仓泵本体上还设有料位计和压力变送器。

仓泵浓相气力输灰系统图详见图1。

图1 仓泵浓相输灰系统图

3 仓泵浓相气力输灰工作过程

3.1 工程过程

仓泵浓相气力输灰分为进料阶段、输送阶段、吹扫阶段三个过程。

（1）进料阶段

首先打开平衡均压阀对仓泵进行均压，然后打开仓泵进料阀开始进料，进料过程由仓泵料位计和时间继电器双重控制，如果在设定的时间仓泵内的灰没有满，执行时间信号；如果设定的时间未到而仓泵内料满，则执行料位计信号(以确保料位计失灵或者除尘器无灰时长时间的等待，仍能顺利完成进料过程)。进料过程中出料阀保持关闭。进料结束后，平衡均压阀关闭，进料阀关闭。

（2）输送阶段

待氮气气源压力正常后，延时2～5 s 打开出料阀，再延时2～5 s打开仓泵进气组件和输灰助吹阀，进入输送过程，形成边流化边非均相输送的工作状态。由仓泵压力变送器检测输送压力，控制整个输灰进程。

（3）吹扫阶段

当仓泵压力下降到输灰管道阻力时，泵内物料输送完毕，指示灯发出信号，氮气延续通气一定时间（～20 s），用以清扫管路以保证管路中不积灰。然后关闭仓泵进气组件和出料阀，一定时间后(5～10 s)关闭输灰助吹阀，完成一次输送循环，进入下一工作循环。

3.2 其它说明

在输灰过程中若检测到实际输灰压力超过正常输灰压力一定值出现堵管征兆时，保证所有仓泵出料阀均为关闭状态的前提下，依次开启输灰支管上的输灰助吹阀和气动排堵放散阀，5 s 后再关闭该输灰支管上的输灰助吹阀和气动排堵放散阀；若输灰压力值仍然偏高，则重复开启、关闭（5 s 后）该阀，直到实际输灰压力恢复到正常值为止。

布袋除尘器的输灰有两种方式：定时输灰、高料位输灰，操作人员可以根据具体的情况选中其中的一种方式进行输灰。

（1）定时输灰

10 个布袋除尘器定期输灰，时间到了就启动输灰程序。定时输灰模式下，单个布袋除尘器两次输灰间隔时间由操作人员根据实际操作数据确定。10个布袋除尘器可以依次按1～10号进行输灰，亦可以分两组1～5号、6～10号依次进行输灰。

（2）料位输灰

每个布袋除尘器都设置有高料位检测单元和低料位检测单元，当某一个布袋除尘器出现高料位信号时，启动输灰程序。

定时输灰过程中，允许当某个布袋除尘器灰位达到高料位时优先进行输灰。

每个布袋除尘器的停止输灰是通过布袋除尘器的低料位检测单元来控制的，低料位信号到时就停止输灰。

4 仓泵输灰的特点及优势

此项目干法除尘系统已于2018 年3 月建成并投产，至今运行良好，各项指标均能达到设计要求。经过实际运行检验，采用非均相流态化技术的仓泵浓相气力输灰系统与稀相气力输灰本质的差别就是在输灰管路中气固两相流的流型是不同的，仓泵输灰时，物料在氮气的动静压作用下处于“静压推动+流速带动”的低速运动状态，呈现出典型的密相栓流[3]。从仓泵输灰系投产以来，在输灰气源压力≤0.45 MPa 的情况下，此种流态下的输灰具有以下几个方面的优势：

（1）固气比高

浓相输灰固气比达到了25～35 kg/kg，输送效率高。因此，输灰所需的氮气量减少很多，降低单位能耗；同时输送同样的灰量时输灰管道较稀相输灰小很多，本系统中即采用了DN125 的管道；并且，输灰氮气的耗量减少也降低了灰罐中布袋的过滤负荷，至今为止灰罐中布袋前后基本能保持在3 kPa以下，未出现损坏导致更换的情况。

（2）输送流速低

本系统中输灰速度低至2～12 m/s，管道输送物料时的磨损程度与表观气速的2～3 次方成正比[4]。因此，输送速度的降低大大减小了输灰管道和弯头的磨损，输灰管道甚至可以直接采用加厚的碳钢管。考虑到高炉灰坚硬、密度大且外形不规整等原因，为保证稳定生产，本系统中采用了有耐磨陶瓷衬里的输灰管道，并且在弯头部分的外侧增加了耐磨材料，至今为止未出现磨损导致泄露的情况。

（3）PLC集控程度高，系统稳定

此套仓泵输灰系统，采用了远程全自动输送机制，含远程监控及报警。在系统全部投入自动生产时，操作人员只需通过远传的流量、压力等参数判断系统是否处于正常工作，劳动强度大大降低，也保证了操作人员的人身安全。

4）仓泵本体性能优良，系统设计科学合理

本系统仓泵本体无运动部件，因此磨损较小，且按照压力容器标准设计，可承受较高的压力；实现了多泵并联但共用一套输灰管道，气源分布合理，节约了能源和材料；输灰管道上设计了助吹和排堵阀，使输灰顺畅且能自动排堵。