氣力輸灰技術(shù)在鋼鐵企業(yè)的應(yīng)用實(shí)踐

劉勃興

（天津市新天鋼聯(lián)合特鋼有限公司，天津 301500）

0 引言

鋼鐵企業(yè)各工序在生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生大量的粉塵，這些粉塵通過除塵裝置收集后形成除塵灰，傳統(tǒng)的除塵灰運(yùn)輸方式會(huì)產(chǎn)生大量的二次揚(yáng)塵，對環(huán)境造成二次污染。隨著環(huán)保要求越來越嚴(yán)格，尤其是環(huán)大氣[2019]35號文關(guān)于《推進(jìn)實(shí)施鋼鐵企業(yè)超低排放的意見》中要求粉狀物料輸送應(yīng)采用管狀帶式輸送機(jī)、氣力輸送設(shè)備、罐車等方式密閉輸送。其中氣力輸灰系統(tǒng)可將除塵灰通過氣力密閉輸送，即可節(jié)省人力、物力，又可降低對環(huán)境的污染，與傳統(tǒng)的運(yùn)輸方式比較，輸送物料始終被封閉在管道中，不露天，不必噴水加濕，可將物料直接送至目標(biāo)倉，而且布置靈活。氣力輸灰技術(shù)具有清潔環(huán)保、節(jié)水、輸送靈活等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)被越來越多的鋼鐵企業(yè)認(rèn)可和使用，取得了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益[1，2]。

天津天鋼聯(lián)合特鋼有限公司（以下簡稱聯(lián)合特鋼公司） 各工序在生產(chǎn)的過程中會(huì)產(chǎn)生大量的粉塵，這些粉塵通過各種形式的除塵裝置收集后形成除塵灰，為了消除這些除塵灰在輸運(yùn)過程中產(chǎn)生的二次揚(yáng)塵，目前聯(lián)合特鋼公司燒結(jié)、煉鐵、煉鋼等工序的除塵設(shè)施都安裝了氣力輸灰系統(tǒng)。本文結(jié)合聯(lián)合特鋼公司氣力輸灰系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)踐對氣力輸灰系統(tǒng)的組成、輸送原理及優(yōu)勢特點(diǎn)進(jìn)行了介紹，總結(jié)了系統(tǒng)運(yùn)行過程中常見的問題，并提出了解決這些問題的改進(jìn)措施

1 氣力輸送系統(tǒng)工作原理及特點(diǎn)

1.1 氣力輸灰系統(tǒng)的組成

本文所介紹的氣力輸灰系統(tǒng)由倉泵、氣源、管路及接收倉構(gòu)成，系統(tǒng)采用自動(dòng)化程序進(jìn)行控制，通過這種控制能夠使整個(gè)氣力輸灰系統(tǒng)安全有效的運(yùn)行。

1.2 倉泵氣力輸送原理

氣力輸送過程由進(jìn)料、流化加壓、輸送、吹掃四個(gè)階段構(gòu)成（見圖1）。

圖1 倉泵的工作過程四個(gè)階段

1.2.1 進(jìn)料階段

當(dāng)進(jìn)料閥打開時(shí)，物料自由地落進(jìn)泵體內(nèi)，當(dāng)泵中的物料超過料位計(jì)時(shí)，物料計(jì)發(fā)送滿信號，進(jìn)料閥自動(dòng)的關(guān)上[3]。同時(shí)，在控制系統(tǒng)中設(shè)定了時(shí)間控制模塊，以保證料位計(jì)故障或者除塵器灰斗內(nèi)灰卸空時(shí)，仍然能夠關(guān)閉進(jìn)料閥，確保下一階段順利進(jìn)行。

1.2.2 流化加壓階段

氣動(dòng)進(jìn)氣閥主動(dòng)打開，壓縮空氣從泵體底端的氣化室進(jìn)入，通過流化床，泵倉內(nèi)壓力逐漸升高，物料流化。

1.2.3 輸送階段

當(dāng)泵倉壓力到達(dá)一定值時(shí)，壓力傳感器發(fā)出信號，排料閥主動(dòng)打開，流化床氣體流量增加，運(yùn)輸開始后，泵倉內(nèi)的粉料漸漸減少，流化床上的粉料始終保持在一邊流化一邊進(jìn)入輸灰管道內(nèi)。

1.2.4 吹掃階段

當(dāng)物料在泵倉中運(yùn)輸結(jié)束，壓力降到管道的阻力時(shí)，指示燈顯示信號，進(jìn)行一段時(shí)間的通氣對管道進(jìn)行清理，清理后進(jìn)氣閥閉合，間隔一段時(shí)間，排料閥關(guān)閉，本次循環(huán)周期完成，從而進(jìn)入下一循環(huán)周期。

1.3 輸送管道的選擇

倉泵與倉泵間采用紊流雙套管輸送管道，一般考慮到成本的問題，輸送主管路采用無縫鋼管，但是在容易磨損的彎頭爬高段、直線距離加速比較長的地方，例如直線加速距離100～200 m 后的彎頭及彎頭后的1～2 m 管道也可采用耐磨陶瓷或者合金材質(zhì)的管道。雙套管輸送管道具備優(yōu)良的雙流體自調(diào)節(jié)功能，可實(shí)現(xiàn)低流速、低磨損、高灰氣比的氣力輸送、有效降低耗氣量，且具備自排堵功能，使氣力輸送系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性、安全性得以大幅提高。

紊流雙套管由主輸送管和安裝在內(nèi)壁頂部的內(nèi)旁通管構(gòu)成，內(nèi)旁通管底端間隔處有開口（見圖2）。當(dāng)灰堆積發(fā)生在主輸送管中的某處時(shí)，堆積段中的壓降急速上升，而混合物的混合流不得不流入內(nèi)旁通管中，并且在底部開口以很高速度流出以重新進(jìn)入主輸送管，在主輸送管道區(qū)域形成湍流，將堆積物分割、吹散并帶走。而此過程在整個(gè)輸灰過程中不斷重復(fù)，將灰料不斷向前輸送，從而使雙套管氣力輸灰管道能夠?qū)崿F(xiàn)低流速、高濃度的紊流穩(wěn)定輸灰運(yùn)行。紊流雙套管的主要優(yōu)勢：

圖2 紊流雙套管

（1） 采用雙套管后氣力輸送系統(tǒng)的可靠性提高，在極端工況環(huán)境下，雙套管能自行疏通管道，因此系統(tǒng)能隨時(shí)啟停而不用擔(dān)心堵管。

（2） 粉料在管內(nèi)可以較低的流速進(jìn)行輸送，管道磨損小。

（3）工作壓力低、輸送濃度高，系統(tǒng)出力大。

（4）運(yùn)行氣耗小，較常規(guī)無縫管降低氣耗約15～20%。

（5）紊流雙套管廣泛應(yīng)用于大比重、大粒徑、流態(tài)化效果差等粉料的氣力輸送，同時(shí)也應(yīng)用于超長距離的管道氣力輸送領(lǐng)域，較普通無縫管有更低的管阻和動(dòng)力損失。

1.4 氣力輸送系統(tǒng)的優(yōu)勢和特點(diǎn)

（1）采用了底部流化、下引輸送式倉式氣力輸送泵，它結(jié)合了LD 濃相上引式倉泵和L 型下引式倉泵的優(yōu)點(diǎn)，并加以整合，具有較高的物料兼容性和輸送便捷性。

（2）采用了目前最可靠的耐磨雙面閘閥做為倉泵的配套灰閥，該閥采用硬密封、雙面刀閥結(jié)構(gòu)，在保證密封性能和可靠性能的同時(shí)，將耐磨陶瓷或硬質(zhì)合金技術(shù)應(yīng)用到磨損部件中，使該閥的使用壽命大大延長，較其它灰閥有較大的優(yōu)勢。

（3）倉泵與接收倉之間管道采用了紊流雙套管技術(shù)，該技術(shù)的應(yīng)用徹底解決了氣力輸送中的堵管瓶徑，該管道具有低流阻、高灰氣比、自排堵能優(yōu)勢，是普通無縫管無法比擬的。

2 聯(lián)合特鋼公司氣力輸灰系統(tǒng)的應(yīng)用

聯(lián)合特鋼公司經(jīng)過多次實(shí)地考察、調(diào)研，通過數(shù)據(jù)比較，結(jié)合公司實(shí)際情況，最終選擇目前使用的氣力輸灰系統(tǒng)。公司燒結(jié)、煉鐵、煉鋼工序除塵灰均采用了此類氣力輸灰系統(tǒng)，通過在除塵器灰斗下方直接安裝氣力倉泵來收集物料并通過管道輸送到貯灰倉內(nèi)。此輸灰系統(tǒng)性能顯著，應(yīng)用效果明顯，符合環(huán)大氣[2019]35號文關(guān)于推進(jìn)實(shí)施鋼鐵企業(yè)超低排放的意見中對物料輸送的要求。

聯(lián)合特鋼公司氣力輸灰倉泵采用融合LD 型上引流化泵和L 型下引射流泵的技術(shù)特點(diǎn)后研發(fā)的新產(chǎn)品，該泵通過在國內(nèi)鋼鐵行業(yè)除塵系統(tǒng)應(yīng)用后獲得了優(yōu)良的效果，其系統(tǒng)整體性能指標(biāo)優(yōu)于常規(guī)的濃相輸送系統(tǒng)，是現(xiàn)在行業(yè)領(lǐng)域相對穩(wěn)定、安全的氣力輸灰技術(shù)。

2.1 系統(tǒng)輸送效率高

系統(tǒng)具有較高的灰氣比：一般在500 米距離內(nèi)灰氣比可達(dá)15～60 kg/kg；具有較低的工作壓力：一般在0.4 MPa 以內(nèi)；具有較低的輸送流速，本系統(tǒng)平均流速在9～10 m/s，起始段流速為＜7m/s；輸送管采用紊流雙套管，具有防堵、高灰氣比、低能耗等特點(diǎn)。故系統(tǒng)輸送效率高、輸灰管道磨損小。

2.2 系統(tǒng)設(shè)備可靠性高

系統(tǒng)設(shè)備體積小，重量輕，易于安裝和維護(hù)，不妨礙區(qū)域內(nèi)其它設(shè)備檢修，它可以安裝在除塵器的灰料斗下方，也可以設(shè)置固定腳；該系統(tǒng)配置靈活、方便，主要的操作組件和管道以及閥門、儀器和儀表均采用標(biāo)準(zhǔn)件，進(jìn)而提高互換性且維護(hù)方便；系統(tǒng)設(shè)備可靠性高，采用旋轉(zhuǎn)給料噴吹泵的氣力輸送系統(tǒng)，其獨(dú)特的工作原理，可有效的保證氣力輸送管道不容易堵塞，即使短時(shí)間內(nèi)停止工作后再次啟動(dòng)運(yùn)行，也可以迅速疏通管道，從而保證了輸送系統(tǒng)的可靠性和安全性。

2.3 系統(tǒng)清潔環(huán)保

各系統(tǒng)的除塵灰收集和輸運(yùn)過程完全處于全密閉狀態(tài)，輸送物料始終被封閉在管道中，不露天，不必噴水加濕，即可節(jié)省人力、物力，又不會(huì)產(chǎn)生二次揚(yáng)塵對環(huán)境造成污染，現(xiàn)場十分干凈，可達(dá)到環(huán)保方面的要求（見圖3）。

圖3 氣力輸灰現(xiàn)場

2.4 系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低

由于倉泵安裝簡單，維護(hù)方便，極少發(fā)生故障；主要閥門、儀表等配套設(shè)備均選用標(biāo)準(zhǔn)件，在各分廠之間具有很好的互換性；同時(shí)通過電腦進(jìn)行卸灰和輸運(yùn)操作，既減輕了人力又節(jié)約了時(shí)間，而且能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)輸灰系統(tǒng)存在的問題，第一時(shí)間進(jìn)行處理，保證輸灰系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

2.5 系統(tǒng)自動(dòng)化程度高

系統(tǒng)采用自動(dòng)化程序進(jìn)行控制。該控制程序具有邏輯控制、動(dòng)態(tài)性能顯示、設(shè)備故障警示、靈敏反射等處理功能及遠(yuǎn)程操作和手動(dòng)功能，使系統(tǒng)能夠靈活方便的操作和管理。氣力輸灰系統(tǒng)電腦控制界面如圖4 所示。

圖4 氣力輸灰系統(tǒng)電腦控制界面

3 氣力輸灰系統(tǒng)常見問題及優(yōu)化措施

泄漏和堵塞問題是氣力輸灰系統(tǒng)中常見的問題，在聯(lián)合特鋼公司的氣力輸灰系統(tǒng)中也會(huì)遇到這樣的問題，尤其是堵塞問題非常的棘手，以上兩個(gè)問題的具體原因及處理對策分析如下。

3.1 泄漏問題

3.1.1 泄漏問題原因分析

泄漏最重要的一個(gè)原因是因?yàn)槟p。磨損是由于兩個(gè)原因造成：第一就是流速過快，導(dǎo)致管道磨損嚴(yán)重；第二個(gè)就是管路的設(shè)計(jì)存在問題導(dǎo)致磨損嚴(yán)重。

3.1.2 泄漏問題優(yōu)化措施

（1）針對流速過快問題。氣力輸送設(shè)計(jì)的時(shí)候，直線加速段要控制住，如果直線加速距離超過200 m，要有變徑；另外針對壓縮空氣打進(jìn)倉泵時(shí)膨脹導(dǎo)致流速加快的情況，一定要控制設(shè)備的進(jìn)氣量和直線加速距離。

（2）針對管路的設(shè)計(jì)問題。一般設(shè)計(jì)的時(shí)候就要考慮管線的優(yōu)化，盡量避免彎頭，但是彎頭段是設(shè)計(jì)過程中必須要有的，因此彎頭可以增加引流段，引流可以有效的降低流速。

3.2 堵塞問題

3.2.1 堵塞問題原因分析

堵塞問題是非常棘手的問題，一旦發(fā)生堵塞現(xiàn)象，它不像刮板機(jī)能拆下來，而是管線全部架設(shè)在高空，維護(hù)起來相當(dāng)?shù)穆闊?，而且如果發(fā)生堵塞，把管道吊運(yùn)到地面清理的話，非常的麻煩，但是如果在高空清理，不可避免的會(huì)造成揚(yáng)塵。造成堵塞主要有以下幾個(gè)原因：

（1）物料質(zhì)量過大。如果比重超過2.5 g/cm3，氣送就比較困難。

（2）物料含水過高。濕度大，灰黏，容易在倉泵或者管道內(nèi)結(jié)團(tuán)。

（3）操作不當(dāng)會(huì)造成堵塞。氣力輸送過程對管道出口流速及參數(shù)設(shè)置有一定的要求，所以在調(diào)試過程會(huì)先檢測空管壓力輸送，即單獨(dú)走氣時(shí)管道的壓力下限在什么位置，否則在使用過程中管道內(nèi)會(huì)物料沉積，再調(diào)下限，殘余的料會(huì)越來越多，到最后也會(huì)堵塞。

（4）接收終端的影響。氣力輸送是氣和灰一起打到終端，所以終端要設(shè)有過濾排氣裝置，這就要考慮過濾排氣裝置排風(fēng)能力，如果輸送氣體來不及排出，倉頂壓力真空釋放閥達(dá)到一定壓力后就會(huì)自動(dòng)打開，造成揚(yáng)塵。但是由于倉頂空間有限，無法安裝大的除塵器，導(dǎo)致排風(fēng)量是有限的，在聯(lián)合特鋼公司的設(shè)計(jì)是每個(gè)點(diǎn)的輸送時(shí)間是要進(jìn)行錯(cuò)開峰運(yùn)行，如果所有的除塵點(diǎn)都往倉里打灰，倉里壓力就會(huì)升高，也會(huì)影響氣力輸送，特別是爬高段，很容易形成沉降造成堵塞。

（5）設(shè)計(jì)因素影響。氣力輸送設(shè)計(jì)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，再從零位有一個(gè)加速，但是很難加速起來，導(dǎo)致物料會(huì)在下沉段堵塞。

3.2.2 堵塞問題優(yōu)化措施

（1）加強(qiáng)各工序除塵設(shè)施運(yùn)行管理，保障除塵灰的粒徑和水分符合氣力輸送工藝要求。

（2）加強(qiáng)氣力輸送設(shè)施的運(yùn)行和維護(hù)管理，嚴(yán)格按照氣力輸送系統(tǒng)操作規(guī)程執(zhí)行。

（3）嚴(yán)格各輸灰系統(tǒng)錯(cuò)峰運(yùn)行制度，保證接收灰倉壓力低于輸送壓力。

（4）在設(shè)計(jì)過程中要考慮堵塞問題，避免輸送管道出現(xiàn)下沉段，目前聯(lián)合特鋼公司所有氣力輸送管線基本不存在下降現(xiàn)象。

4 結(jié)語

氣力輸送系統(tǒng)與傳統(tǒng)的輸灰方式相比，具有安全環(huán)保、運(yùn)行可靠、設(shè)備簡化、占用空間小等優(yōu)點(diǎn)，聯(lián)合特鋼公司燒結(jié)、煉鐵、煉鋼工序都配備了氣力輸灰系統(tǒng)，滿足了聯(lián)合特鋼公司除塵灰的輸送要求，消除了二次揚(yáng)塵污染，滿足了國家鋼鐵行業(yè)超低排放產(chǎn)業(yè)政策的要求。

聯(lián)合特鋼公司除塵灰密閉氣力輸送系統(tǒng)成功的投入使用，節(jié)省了企業(yè)的人力、物力，提高了企業(yè)資源的利用率；該系統(tǒng)將物料始終封閉在管道中進(jìn)行輸送，不必噴水加濕，可將物料直接送至目標(biāo)倉，具有清潔環(huán)保、節(jié)約用水用地、輸送靈活等優(yōu)點(diǎn)，目前已在鋼鐵企業(yè)廣泛應(yīng)用。這對提高鋼鐵企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益、改善生產(chǎn)作業(yè)環(huán)境有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。