气力输灰技术在钢铁企业的应用实践

刘勃兴

（天津市新天钢联合特钢有限公司，天津 301500）

0 引言

钢铁企业各工序在生产过程中会产生大量的粉尘，这些粉尘通过除尘装置收集后形成除尘灰，传统的除尘灰运输方式会产生大量的二次扬尘，对环境造成二次污染。随着环保要求越来越严格，尤其是环大气[2019]35号文关于《推进实施钢铁企业超低排放的意见》中要求粉状物料输送应采用管状带式输送机、气力输送设备、罐车等方式密闭输送。其中气力输灰系统可将除尘灰通过气力密闭输送，即可节省人力、物力，又可降低对环境的污染，与传统的运输方式比较，输送物料始终被封闭在管道中，不露天，不必喷水加湿，可将物料直接送至目标仓，而且布置灵活。气力输灰技术具有清洁环保、节水、输送灵活等优点，已经被越来越多的钢铁企业认可和使用，取得了良好的社会效益和经济效益[1，2]。

天津天钢联合特钢有限公司（以下简称联合特钢公司） 各工序在生产的过程中会产生大量的粉尘，这些粉尘通过各种形式的除尘装置收集后形成除尘灰，为了消除这些除尘灰在输运过程中产生的二次扬尘，目前联合特钢公司烧结、炼铁、炼钢等工序的除尘设施都安装了气力输灰系统。本文结合联合特钢公司气力输灰系统应用实践对气力输灰系统的组成、输送原理及优势特点进行了介绍，总结了系统运行过程中常见的问题，并提出了解决这些问题的改进措施

1 气力输送系统工作原理及特点

1.1 气力输灰系统的组成

本文所介绍的气力输灰系统由仓泵、气源、管路及接收仓构成，系统采用自动化程序进行控制，通过这种控制能够使整个气力输灰系统安全有效的运行。

1.2 仓泵气力输送原理

气力输送过程由进料、流化加压、输送、吹扫四个阶段构成（见图1）。

图1 仓泵的工作过程四个阶段

1.2.1 进料阶段

当进料阀打开时，物料自由地落进泵体内，当泵中的物料超过料位计时，物料计发送满信号，进料阀自动的关上[3]。同时，在控制系统中设定了时间控制模块，以保证料位计故障或者除尘器灰斗内灰卸空时，仍然能够关闭进料阀，确保下一阶段顺利进行。

1.2.2 流化加压阶段

气动进气阀主动打开，压缩空气从泵体底端的气化室进入，通过流化床，泵仓内压力逐渐升高，物料流化。

1.2.3 输送阶段

当泵仓压力到达一定值时，压力传感器发出信号，排料阀主动打开，流化床气体流量增加，运输开始后，泵仓内的粉料渐渐减少，流化床上的粉料始终保持在一边流化一边进入输灰管道内。

1.2.4 吹扫阶段

当物料在泵仓中运输结束，压力降到管道的阻力时，指示灯显示信号，进行一段时间的通气对管道进行清理，清理后进气阀闭合，间隔一段时间，排料阀关闭，本次循环周期完成，从而进入下一循环周期。

1.3 输送管道的选择

仓泵与仓泵间采用紊流双套管输送管道，一般考虑到成本的问题，输送主管路采用无缝钢管，但是在容易磨损的弯头爬高段、直线距离加速比较长的地方，例如直线加速距离100～200 m 后的弯头及弯头后的1～2 m 管道也可采用耐磨陶瓷或者合金材质的管道。双套管输送管道具备优良的双流体自调节功能，可实现低流速、低磨损、高灰气比的气力输送、有效降低耗气量，且具备自排堵功能，使气力输送系统的经济性、安全性得以大幅提高。

紊流双套管由主输送管和安装在内壁顶部的内旁通管构成，内旁通管底端间隔处有开口（见图2）。当灰堆积发生在主输送管中的某处时，堆积段中的压降急速上升，而混合物的混合流不得不流入内旁通管中，并且在底部开口以很高速度流出以重新进入主输送管，在主输送管道区域形成湍流，将堆积物分割、吹散并带走。而此过程在整个输灰过程中不断重复，将灰料不断向前输送，从而使双套管气力输灰管道能够实现低流速、高浓度的紊流稳定输灰运行。紊流双套管的主要优势：

图2 紊流双套管

（1） 采用双套管后气力输送系统的可靠性提高，在极端工况环境下，双套管能自行疏通管道，因此系统能随时启停而不用担心堵管。

（2） 粉料在管内可以较低的流速进行输送，管道磨损小。

（3）工作压力低、输送浓度高，系统出力大。

（4）运行气耗小，较常规无缝管降低气耗约15～20%。

（5）紊流双套管广泛应用于大比重、大粒径、流态化效果差等粉料的气力输送，同时也应用于超长距离的管道气力输送领域，较普通无缝管有更低的管阻和动力损失。

1.4 气力输送系统的优势和特点

（1）采用了底部流化、下引输送式仓式气力输送泵，它结合了LD 浓相上引式仓泵和L 型下引式仓泵的优点，并加以整合，具有较高的物料兼容性和输送便捷性。

（2）采用了目前最可靠的耐磨双面闸阀做为仓泵的配套灰阀，该阀采用硬密封、双面刀阀结构，在保证密封性能和可靠性能的同时，将耐磨陶瓷或硬质合金技术应用到磨损部件中，使该阀的使用寿命大大延长，较其它灰阀有较大的优势。

（3）仓泵与接收仓之间管道采用了紊流双套管技术，该技术的应用彻底解决了气力输送中的堵管瓶径，该管道具有低流阻、高灰气比、自排堵能优势，是普通无缝管无法比拟的。

2 联合特钢公司气力输灰系统的应用

联合特钢公司经过多次实地考察、调研，通过数据比较，结合公司实际情况，最终选择目前使用的气力输灰系统。公司烧结、炼铁、炼钢工序除尘灰均采用了此类气力输灰系统，通过在除尘器灰斗下方直接安装气力仓泵来收集物料并通过管道输送到贮灰仓内。此输灰系统性能显著，应用效果明显，符合环大气[2019]35号文关于推进实施钢铁企业超低排放的意见中对物料输送的要求。

联合特钢公司气力输灰仓泵采用融合LD 型上引流化泵和L 型下引射流泵的技术特点后研发的新产品，该泵通过在国内钢铁行业除尘系统应用后获得了优良的效果，其系统整体性能指标优于常规的浓相输送系统，是现在行业领域相对稳定、安全的气力输灰技术。

2.1 系统输送效率高

系统具有较高的灰气比：一般在500 米距离内灰气比可达15～60 kg/kg；具有较低的工作压力：一般在0.4 MPa 以内；具有较低的输送流速，本系统平均流速在9～10 m/s，起始段流速为＜7m/s；输送管采用紊流双套管，具有防堵、高灰气比、低能耗等特点。故系统输送效率高、输灰管道磨损小。

2.2 系统设备可靠性高

系统设备体积小，重量轻，易于安装和维护，不妨碍区域内其它设备检修，它可以安装在除尘器的灰料斗下方，也可以设置固定脚；该系统配置灵活、方便，主要的操作组件和管道以及阀门、仪器和仪表均采用标准件，进而提高互换性且维护方便；系统设备可靠性高，采用旋转给料喷吹泵的气力输送系统，其独特的工作原理，可有效的保证气力输送管道不容易堵塞，即使短时间内停止工作后再次启动运行，也可以迅速疏通管道，从而保证了输送系统的可靠性和安全性。

2.3 系统清洁环保

各系统的除尘灰收集和输运过程完全处于全密闭状态，输送物料始终被封闭在管道中，不露天，不必喷水加湿，即可节省人力、物力，又不会产生二次扬尘对环境造成污染，现场十分干净，可达到环保方面的要求（见图3）。

图3 气力输灰现场

2.4 系统运行维护费用低

由于仓泵安装简单，维护方便，极少发生故障；主要阀门、仪表等配套设备均选用标准件，在各分厂之间具有很好的互换性；同时通过电脑进行卸灰和输运操作，既减轻了人力又节约了时间，而且能够及时发现输灰系统存在的问题，第一时间进行处理，保证输灰系统的稳定运行。

2.5 系统自动化程度高

系统采用自动化程序进行控制。该控制程序具有逻辑控制、动态性能显示、设备故障警示、灵敏反射等处理功能及远程操作和手动功能，使系统能够灵活方便的操作和管理。气力输灰系统电脑控制界面如图4 所示。

图4 气力输灰系统电脑控制界面

3 气力输灰系统常见问题及优化措施

泄漏和堵塞问题是气力输灰系统中常见的问题，在联合特钢公司的气力输灰系统中也会遇到这样的问题，尤其是堵塞问题非常的棘手，以上两个问题的具体原因及处理对策分析如下。

3.1 泄漏问题

3.1.1 泄漏问题原因分析

泄漏最重要的一个原因是因为磨损。磨损是由于两个原因造成：第一就是流速过快，导致管道磨损严重；第二个就是管路的设计存在问题导致磨损严重。

3.1.2 泄漏问题优化措施

（1）针对流速过快问题。气力输送设计的时候，直线加速段要控制住，如果直线加速距离超过200 m，要有变径；另外针对压缩空气打进仓泵时膨胀导致流速加快的情况，一定要控制设备的进气量和直线加速距离。

（2）针对管路的设计问题。一般设计的时候就要考虑管线的优化，尽量避免弯头，但是弯头段是设计过程中必须要有的，因此弯头可以增加引流段，引流可以有效的降低流速。

3.2 堵塞问题

3.2.1 堵塞问题原因分析

堵塞问题是非常棘手的问题，一旦发生堵塞现象，它不像刮板机能拆下来，而是管线全部架设在高空，维护起来相当的麻烦，而且如果发生堵塞，把管道吊运到地面清理的话，非常的麻烦，但是如果在高空清理，不可避免的会造成扬尘。造成堵塞主要有以下几个原因：

（1）物料质量过大。如果比重超过2.5 g/cm3，气送就比较困难。

（2）物料含水过高。湿度大，灰黏，容易在仓泵或者管道内结团。

（3）操作不当会造成堵塞。气力输送过程对管道出口流速及参数设置有一定的要求，所以在调试过程会先检测空管压力输送，即单独走气时管道的压力下限在什么位置，否则在使用过程中管道内会物料沉积，再调下限，残余的料会越来越多，到最后也会堵塞。

（4）接收终端的影响。气力输送是气和灰一起打到终端，所以终端要设有过滤排气装置，这就要考虑过滤排气装置排风能力，如果输送气体来不及排出，仓顶压力真空释放阀达到一定压力后就会自动打开，造成扬尘。但是由于仓顶空间有限，无法安装大的除尘器，导致排风量是有限的，在联合特钢公司的设计是每个点的输送时间是要进行错开峰运行，如果所有的除尘点都往仓里打灰，仓里压力就会升高，也会影响气力输送，特别是爬高段，很容易形成沉降造成堵塞。

（5）设计因素影响。气力输送设计大忌就是管道由下沉段，管道下沉形成混流，物料流速由6～7 m/s 直接降到零位，再从零位有一个加速，但是很难加速起来，导致物料会在下沉段堵塞。

3.2.2 堵塞问题优化措施

（1）加强各工序除尘设施运行管理，保障除尘灰的粒径和水分符合气力输送工艺要求。

（2）加强气力输送设施的运行和维护管理，严格按照气力输送系统操作规程执行。

（3）严格各输灰系统错峰运行制度，保证接收灰仓压力低于输送压力。

（4）在设计过程中要考虑堵塞问题，避免输送管道出现下沉段，目前联合特钢公司所有气力输送管线基本不存在下降现象。

4 结语

气力输送系统与传统的输灰方式相比，具有安全环保、运行可靠、设备简化、占用空间小等优点，联合特钢公司烧结、炼铁、炼钢工序都配备了气力输灰系统，满足了联合特钢公司除尘灰的输送要求，消除了二次扬尘污染，满足了国家钢铁行业超低排放产业政策的要求。

联合特钢公司除尘灰密闭气力输送系统成功的投入使用，节省了企业的人力、物力，提高了企业资源的利用率；该系统将物料始终封闭在管道中进行输送，不必喷水加湿，可将物料直接送至目标仓，具有清洁环保、节约用水用地、输送灵活等优点，目前已在钢铁企业广泛应用。这对提高钢铁企业的经济效益、社会效益、改善生产作业环境有着重要的现实意义。