铬系除尘灰气力输送技术应用探讨_李忠.pdf

2023 年第 3 期总第 302 期铁合金FEOALLOYS2023No3Tot302DOI:1016122/jcnkiissn1001-1943202303007作者简介李忠男，1975 年 5 月出生，1998 年毕业于辽宁科技学院冶金机械专业，机械高级工程师。现从事铁合金冶炼、机械技术开发及管理工作。E-mail:Lizhong0523 163com。收稿日期2022-06-27铬系除尘灰气力输送技术应用探讨李忠1李喆1申建国1纪良浩2(1 吉铁铁合金有限责任公司内蒙古丰镇012199)(2 鞍钢集团工程技术有限公司辽宁鞍山114000)摘要介绍了气力输送与机械输送的特点，铬系除尘灰的特性及气力输送方式的选择，并对稀相气力输送和密相气力输送应用于输送铬系除尘灰进行了比较，探讨了气力输送应用于铬系除尘灰的可行性，指出了利用密相气力输送系统减少铬系除尘灰的二次扬尘，减少与水接触，减少 Cr6+危险物质的生成，降低机械输送设备维护费用，在铁合金环保除尘中探索及应用效果较好。关键词铬系除尘灰机械输送(稀相、浓相)气力输送中图分类号X753/TF641文献标识码B文章编号1001-1943(2023)03-0035-06DISCUSSION ON APPLICATION OF PNEUMATIC CONVEYINGTECHNOLOGY OF CHOMIUM DUST EMOVALLI Zhong1，LI Zhe1，SHEN Jianguo1，JI Lianghao2(1 JITIE Ferroalloy Co，Ltd，Fengzhen 012199，China)(2 Angang Group Engineering Technology Co，Ltd，Anshan 114000，China)AbstractThe paper introduces the characteristics of pneumatic conveying and mechanical conveying，the characteris-tics of chromium dust removal and the selection of pneumatic conveying mode，compares the application of dilute phasepneumatic conveying and dense phase pneumatic conveying in the transportation of chromium dust removal，discusses thefeasibility of pneumatic conveying in chromium dust removal，and points out that the dense phase pneumatic conveyingsystem is used to control the secondary dust of chromium dust removal，reduce contact with water，cut down the gener-ation of Cr6+dangerous substances，lower the maintenance cost of mechanical conveying equipment，and explore andapply in environmental protection and dust removal of ferroalloy with better effectKeywordschromium dust removal，mechanical conveying，(dilute phase，dense phase)pneumatic conveying前言气力输送系统在国内水泥及电力行业中已有广泛应用，在铁合金行业应用较少。目前国内大多数铁合金生产厂家除尘灰运输采用机械运输，随着工业科学技术的发展、设备装备水平和自动化水平的不断提高，气力输送可以在铁合金生产尝试及探索，应用在铬系除尘灰输送中。1机械运输机概述11机械运输机结构除尘灰机械运输机具体结构如图 1 所示。12机械运输机特点除尘灰通过集合螺旋输送机把除尘灰输送到汽车卸料点，由自制倒运除尘灰汽车运到指定场地，而气力输送使用把工艺改革与防尘工作紧密结1本体支架;2集合螺旋输送机;3星型卸料阀;4灰斗;5汽车卸料点图 1除尘灰机械运输机结构Fig1Structural of mechanical conveyor for dust removal合起来，既促进了生产，又从根本上改善了劳动条件和生产环境。气力输送具有防尘效果好，便于实现机械化、自动化，可减轻劳动强度，节省人力，利用气力输送技术来输送除尘灰，减少由于机械输送带来的二次扬尘和设备维护费用，提高运输过程中的安全性、可靠性、缩短输送距离。13气力输送分类气力输送按类别可以分为两大类即稀相输送(低压系统)与浓相输送(高压系统)。稀相低压系统又可以分为三种不同的组合方式即正压输送、负压输送或正负压组合输送。三者都是利用低于 01 MPa 的气体压力，采用正压(压送式)或负压(吸送式)或正负压组合方式并以相当高的速度来推动或拉动物料使其通过整条输送线，因此该输送方式被称之为低压高速系统，它具有很高的气体物料比。动力提供一般是由罗茨鼓风机提供。稀相时物料在管道中呈悬浮状态，由于稀相输送靠动能转换传递能量和悬浮态输送要求风速较高(30 m/s 左右)，在能量传递过程中也会损失部分能量，加上悬浮颗粒间及颗粒与管壁间的摩擦损失，因此能耗高，固气比很低(质量比一般为 5 10)，同时对管道的磨损严重，物料粉化严重，对生产极为不利。由于上述缺陷，将逐渐被浓相输送和超浓相输送所取代。浓相输送一般称之为流态化输送，是固气比大于 20，气流速度小于 15 m/s 的输送过程。此时物料在管道中已不再均匀分布，而呈密集状态，但管道并未被物料堵塞，物料为流态化，因而仍然是依靠空气的动能来输送。相比于稀相输送，浓相输送具有输送量大，距离较长、流速较低、稳定，对物料影响较小的特点。浓相输送一般分为脉冲栓塞式和间歇仓泵式。脉冲栓塞式输送是将一股压缩空气通入下罐，将物料吹松;另一股频率为2040 Hz/min 脉冲压缩空气流吹入输料管入口，在管道内形成交替排列的小段料柱和小段气柱，借空气压力推动前进。相比间歇仓泵式，脉冲栓塞式多出了脉冲气流发生器，对系统稳定性有较大影响，且脉冲栓塞式输送对输送流速极为敏感，堵管几率较高。间歇仓泵式浓相输送是将颗粒分批加入压力罐，然后通气吹松，待罐内达一定压力后，打开放料阀，将颗粒物料吹入输送管中。间歇仓泵式浓相输送作为成本最低的一种浓相输送，经过多年的实践应用及发展，因其投资小、运行可靠稳定、输送量大、输送距离远等优点，吉铁铁合金公司除尘灰气力输送选择间歇仓泵式浓相输送方式。间歇仓泵式输送由仓泵、进料阀、出料阀、加压装置、流化装置、防堵装置组成。其工作原理为:管道切换阀选择受料灰库，库顶除尘器启动，使灰库内保持负压状态，物料经进料阀由缓冲仓进入仓泵，装满后进料阀关闭，加压装置、流化装置开启，向仓泵内输入压缩空气，使物料在仓泵内呈流化、悬浮状态，而后出料阀、防堵装置开启，由于压力差的作用，物料经输送管道进入受料灰库，当管道压力下降至仓泵压力时，出料阀关闭，输送结束。2铬系除尘灰基本情况该公司铬系除尘灰的检测结果如表 1 所示。每年倒运除尘灰发生费用如表 2 所示。3除尘工艺方案根据该公司 10 个铬系脉冲布袋除尘器产生铬系除尘灰，依据除尘灰密度大、布局零散特性，选择工艺路线。表 1铬系除尘灰分析结果Tab1Analysis results of chromium dust除尘点位化学成分/%Cr2O3SiO2FeOAl2O3CaOMgOCSP合量密度/(g/cm3)200 目/%成分范围42542641291240532875991284056514745530770049740082267 00050017 72587648 025220136 18739063铁合金2023 年表 2铬系除尘灰倒运费用明细表Tab2Detailed list of transportation expenses of chromium dust removal除尘点位密度/(g/cm3)日发出量年发生量每年所需费用/元灰量/t体积/m3灰量/t体积/m3缷灰车铲车自缷车合计1200230159 9004 945101 9709 6589 658121 2872213630149 9004 635101 9709 0529 052120 075313801293 9602 87040 7865 6055 60551 99740907671 9802 18320 3944 2634 26328 920502726221 9807 27920 39414 21814 21848 829602526241 9807 85720 39415 34615 34651 08671736742 3101 33023 7932 5982 59828 990具体除尘点有 7 处分别是:1六车间配料;2301 净化;3302 净化;4出铁口;5坚炉 1#;6坚炉 2#;7坚炉 2#。31除尘灰数据该公司除尘灰数据如表 3 所示。表 3除尘灰数据Tab3Dust removal data项目名称参数备注输送物料铬系除尘灰除尘灰落料点/处10物料堆积比重/(t/m3)0252 22013 6物料温度/200输送量/(t/d)12每处小于水平输送距离/m约 300输送高度距离/m约 20设计输送能力/(m3/h)88除尘器输出量仓泵理论输送能力/(m3/h)12发送点/个10受料点/个1新建接收仓除尘器发送点有 10 处，需要新建一个接收仓作为受料点，将散点除尘器收集的物料，通过气力输送装置，以压缩空气为动力将物料输送至目的地接收仓。32物料输送物料输送管道共四条。321六车间物料输送六车间浇铸除尘与出铁口除尘共用一条输送管道;六车间配料除尘与竖炉除尘共用一条输送管道，备用一条输送管道;七车间浇铸除尘与出铁口除尘共用一条输送管道;七车间配料除尘与竖炉除尘共用一条输送管道，备用一条输送管道。除尘器下灰口分别设置一台发送仓泵，共 10 台发送仓泵。物料经手动检修阀、软连接、气动进料阀进入发送仓泵。发送仓泵设有料位开关、排气阀、排料阀、进气装置、压力传感器及就地/自动控制系统。当物料进入发送仓泵，所产生的含尘气体通过排气阀经管道引至除尘器下灰口灰斗顶部，从而保证现场的工作环境和安全，当物料接触到料位开关时，关闭进料阀、排气阀，开启发送仓泵的进气装置，待发送仓泵内压力达到一定的设定值时，自动开启输送管道的排料阀，通过密闭的管道进行物料气力输送。在整个输送过程中，要求物气与外界完全隔绝，实现零泄漏，从而保证现场的安全和环境保护。在物料输送过程中，发送仓泵内的压力会逐步下降，当压力接近设定下限时，说明已输送完毕，发送仓泵自动停止进气并关闭有关的阀门而进行下一循环。发送仓泵的就地控制系统在设备调试或出现故障时，对发送仓泵的各个阀门进行一对一工作，从而充分保证输送系统的安全和可靠性。为防止在非正常情况下停气、停电，对气力输送设备产生负面影响，各输送系统需配置储气罐，以保证各系统正常运行。当断电时，各气动阀门会自动复位到安全状况。如停气时，在储气罐进气口设有止回装置来保证整条输送管线一个工作循环的用气并将每一气动阀门复位到安全位置。322物料输送流程气力输送系统每个单元工作过程:进料加压射流输送吹扫清零下一单元，如图 2 所示。图 2气力输送系统工作流程图Fig2Flow chart of pneumatic conveying system73第 3 期李忠等铬系除尘灰气力输送技术应用探讨浓相气力输送流程图如图 3 所示，仓泵工作流程示意图如图 4 所示，仓泵压力曲线图如图 5 所示。图 3浓相气力输送流程图Fig3Flow chart of dense phase pneumatic conveying图 4仓泵工作流程示意图Fig4Flow diagram of silo pump图 5仓泵压力曲线图Fig5Pressure curve of silo pump33输送系统组成输送系统组成:下侧引出料式输送仓泵;手动检修阀;软连接;气动进料阀;气动排气阀;气动排料阀;仓泵进气阀组;耐磨弯管;储气罐。输送仓泵是该系统的核心部件，设计和选型时充分考虑其功能特点:331输灰仓泵功能(1)输送物料浓度高，输送速度快、使用寿命长。(2)可自动化操作，采用程序控制，有手动和自动控制功能，操作简单灵活。(3)每次输送完毕，泵内无残存物料。(4)输送管路可灵活布置，方便实行集中、分散、大高度、长距离、适应各种地形，进行高效的输送。(5)在密封管道中输送物料，可严格保证物料质量不受潮、不污染、不受各种气候条件影响，有利于生产和环境保护。(6)设备紧凑，占地面积小，维护费用低。所用的备品备件充分考虑到其与流化的高密度粉尘大面积接触，耐腐蚀，耐摩擦。便于设备安装，维修时拆卸灵活。输灰仓泵参数如表 4 所示。332输灰仓泵各部分及功能(1)气动进料阀。安装于发送仓泵进口处，控制仓泵发送物料时密封气压;规格:DN200;材质:阀体铸钢、阀板喷涂耐磨材料。(2)气动排气阀。安装于发送仓泵侧上部，控制排出物料进入仓泵时的余气;规格:DN50;材质:壳体铸钢，阀板特殊材料密封。(3)气动排料阀。安装于仓泵下出口处，控制83铁合金2023 年表 4输灰仓泵参数Tab4Parameters of dust conveying silo pump项目名称参数设备材质Q345钢板直段部分厚度/mm6钢板锥体部分厚度/mm6钢板封头部分厚度/mm6设计压力/MPa08工作压力/MPa06设计温度/150工作温度/120关闭仓泵内物料及气源压力，是仓泵与管道之间的料气开关;规格:DN125;材质:壳体铸钢，阀板特殊材料密封。(4)仓泵进气阀组。安装于仓泵侧面，主要控制仓泵料满后工作的调压、进气、流化各用气点的气源压力流量不同的分配和开启;规格:DN50;材质:不锈钢。(5)耐磨弯管。采用耐磨陶瓷弯管;规格数量:125=1 000，90;材质:20#+耐磨陶瓷。(6)储气罐。为避免发送时耗气量瞬间加大对供气气源压力的负面影响，当供气气源停气情况下保证本系统一个控制周期正常运行，在靠近输送设备前和料仓用气前需安装储气罐，以确保系统正常运行。规格数量:V=40 m3C/08 MPa。34输灰系统安装调试及注意事项设备安装完毕后进行单体调试及试车，该系统整体运行人工控制比较复杂，设计时，考虑 PLC 控制系统来控制。4自动化控制系统设计生产的浓相气力输送系统，以压缩空气为动力将集尘灰经输送管道输送至终端接收仓。控制系统仪表主要是对工艺过程中的气源压力、仓泵发送压力、仓泵料位、卸灰阀、集合螺旋输送机等测点的监测。压力变送器选用智能式两线制压力变送器，就地液晶显示，监测输送气源压力、仓泵发送压力;料位计为开关式料位计，选用阻旋式开关，检测仓泵料位信号。41主要技术要求控制系统主要由软件及控制设备组成，采用独立的 西 门 子 PLC 单 独 控 制，并 预 留 DCS 接 口(S485 接口和工业以太网接口)。(1)软件包括 PLC 控制软件(监控组态软件，无加密原程序)，PLC 控制软件按照设备的生产工艺要求编写，实现设备的完全自动化控制。(2)控制设备包括:上位机、PLC 控制柜、就地控制箱、人机界面。PLC 采用西门子系列产品，并配置相应的通讯模块及监控软件、编程软件。控制功能对输送系统进行集中监视、管理和顺序控制，实现无人值守和系统在线监控管理，具备全自动控制、就地操作两种方式，并能实现操作员上位机远程操作及监控系统运行。(3)输送系统设备运行可靠，能在低温条件下正常运行，具有较好的适应性和较大的气灰比，耗气量小。(4)输送控制系统结构紧凑，安装方便。(5)气力输灰系统采用全自动运行，并有故障诊断报警。在控制面板上可实现所有的运行状态和故障报警显示，方便维修人员检查和故障判断。42控制系统方案421系统控制方案该气力输灰控制系统采用 PLC 过程控制，操作界面采用触摸屏及上位机显示和操作，就地设手动控制箱，以便调试和检修;同时为满足集中控制的要求，PLC 预留 DCS 通讯接口。PLC 控制柜为系统的主要控制部分，采用西门子可编程控制器作为主控机，直接控制和协调各输送系统的正常工作，并在触摸屏及上位机显示各设备的运行工况，并对用气点上的气源压力进行监控。在仓泵本体上设有现场就地箱，双层密封门，可在各种恶劣工作环境下正常工作。就地控制箱除作为就地控制外，同时还是电磁阀箱。PLC 控制系统通过现场就地阀箱对仓泵上的进料阀、排气阀、进气阀、排料阀进行控制，就地箱带有独立的电磁阀动作状态显示，设手动、自动切换开关。仓泵上面设开关式料位计，由料位计控制输灰，事故状态下采用时间控制。为了对供气压力进行监控，在供气管道设置压力变送器。各压力参数均可监控显示。422系统控制分类控制系统的控制方式分为全自动控制和就地控制两种。全自动控制为经常运行方式，除上面所说的联锁功能外，还具有以下功能:运行人员可以通过控制柜上的触摸屏及上位机对仓泵发出投入和退93第 3 期李忠等铬系除尘灰气力输送技术应用探讨出指令;模拟显示当前仓泵工作情况，如仓泵上各动作中的阀门、料位、压力等情况，使操作人员随时掌握当前仓泵的工作情况，并同时显示供气压力等情况;对仓泵运行情况进行监控，当运行中出现各种不正常情况时发出声光警报，提醒操作人员注意。在报警时，相应的显示灯闪烁和蜂呜器发出报警声音，报警内容主要有以下几点:输送时间超时报警;气源低压报警;供气管道堵管报警;PLC 控制系统自动对工作中的一些不正常情况进行处理。如因意外事故而出现堵塞，此时安装于输料管上的压力变送器采集的压力值达到上限值，控制单元发出指令，发送器所有阀全部关闭(压力变送器坏，不能自动输送，只能就地手动输送)。就地控制箱为调试和维护仓泵时使用，在就地箱内设置了气动控制部分和就地电气控制部分。在系统自动工作时，与控制柜同步显示当前仓泵的工作情况。调试和维护仓泵时，就地箱上的控制按钮可一对一操作仓泵上的阀门。就地控制箱具备防雨、防尘功能，防护等级为 IP55。控制系统具有自动软手动就地手动三种工作方式，其中自动方式为经常运行方式;软手动为操作人员通过触摸屏对每个子系统及有关外围设备进行操作;就地方式时运行人员通过就地箱上设置的按钮手动操作每个设备。自动运行时，操作人员既可以通过上位机也可以通过控制柜发出命令，控制系统按预先编制好的程序自动运行和停止设备，使整个输灰系统按程序自动运行。当条件不满足或选择设备故障时，屏幕上显示故障原因和操作指导，程序进入保护或联锁状态，确保设备安全运行。43螺旋与卸灰阀联动部分控制系统在输送过程的进料阶段，需要现场已有设备螺旋输送机及卸灰阀同时动作落灰。因此，本控制系统需要控制螺旋输送机及卸灰阀;经与技术人员沟通协商，决定采用 TCP/IP 通讯方式进行对螺旋输送机及卸灰阀的控制和运行状态等信号的采集(需自行加光纤到现有光纤汇结点)，并在上位机体现实时状态。44就地一次仪表部分就地一次仪表是指仓泵工作压力检测，仓泵料位检测以及气源压力检测。对于输送系统所用的压力变送器和料位计全部选用国内外质量可靠的产品:上仪、川仪、骏佑环保。其中主要包括:441气源测压力变送器采用智能压力变送器，420 mA 输出，可就地指示。整个输送系统配置一台设置于系统的供气总管上，监测气源压力。442仓泵内压力变送器采用智能压力变送器，420 mA 输出，可就地指示。每台泵配置一台，装于仓泵本体上，监测仓泵工作时泵内压力。443仓泵料位计采用阻旋式料位计，开关量输出。设置于泵体上，监测仓泵内料位。PLC 控制柜，工控机采用 UPS 供电，断电持续时间不低于 05 h。PLC 开关信号通过中间继电器或者隔离板隔离，防止 220 VAC 强电串入烧坏模块，模拟量数据通过信号隔离器，防止干扰。柜内接线整齐，线头压线鼻子，线号采用线号机专打，与设计图纸对应。通过一段时间的运行，浓相气力输送铬系除尘灰能够满足生产需要，达到逾期效果。5结语(1)气力输送与机械输送相比，气力输送具有较大的技术优势，防止造成二次扬尘，设备简单，结构紧凑，维护费用低，工艺布置灵活，占用面积较小，选择输送线路容易。(2)通过分析，浓相气力输送系统应用于铬系除尘灰的输送，经济性和技术性上可行。(3)由铬系除尘灰气力输送的可行性分析可知，气力输送方式虽然存在堵管、输送管道及部件磨损严重等系列问题，但在设计、施工和调试过程中不断优化输送系统设备参数，解决这些问题是可行的，并可以收到较好的效果。利用气力输送系统输送铬系除尘灰，减少由于机械输送带来的二次扬尘、设备维护费用等，成为该公司铬系除尘灰输送新技术应用的热点。从杜会、环保等综合效益来看，利用气力输送铬系除尘灰的发展前景广阔。参考文献 1 杨伦，谢一华气力输送工程M 北京:机械工业出版社，2006 2 周建刚，沈颐身，马恩祥粉体高浓度气力输送、控制与分配技术 M 冶金工业出版社，199604铁合金2023 年