灰槽在球团厂除尘灰输送中的应用

1 前言 目前，国内球团除尘器灰斗内除尘器输送方式常用的有两种，一种是采用埋刮板输送机 斗提机或胶带机，另一种是采用埋刮板输送机 稀相气力输送。但是着两种方式均存在故障率高，环境差的缺点，后一种还存在管道磨损快的缺点。为了解上述问题，首刚设计院率先在承德信通首承矿业有限公司球团厂（以下简称承德球团）和新余钢铁公司球团厂（以下简称新钢球团的设计中采用了灰槽（Ashveyor）浓相气力输送方式来输送除尘灰

2灰槽工作原理、工作过程极其特点 灰槽（Ashveyor）输灰的工作原理是通过控制进料和控制压缩空气的压力、流量，使除尘灰以3-5m/s 的平均速度在管道内输送。在该输送速度下，除尘灰无须与压缩空气均匀混合，在压缩空气的作用下除尘灰以连续的栓状沿找输送管道运动。灰槽采用圆顶阀（Dome Valve）作为进料阀。 灰槽输灰的工作过程为：当除尘器灰斗内的料位达到最低排料料位时，圆顶阀开启，在设定的进料时间内，灰斗的灰依靠重力作用进入压力罐。待设定的进料时间结束，圆顶阀关闭，同时内嵌于圆顶阀座的可膨胀密封圈充气膨胀压缩圆顶阀穹体，以保证阀门的前后工作压力差。而后，安装在灰槽输灰系统串联输送管道的第一个灰槽上的可控压缩空气系统，按设定压力、流量将压缩空气给压力罐，压缩空司所形成的推力将除尘灰送到目标料仓。除尘灰沿管道输送的过程中，空气压力逐步下降。当除尘灰达到目标料仓时，空气的压力降低到接近大气压力，此压力将通过控制系统检测。当空气压力降低到设定值时压力罐停止进气，一个输送循环结束。当灰斗内的料位再次到达最低排料料位时，下一循环开始。 2.2 灰槽的特点 灰槽是浓相气力输送设备的一种。以简单介绍球团厂所采用的灰槽的特点： 1） 吨灰点耗低 由于灰槽输送的料气比（质量比）高达46，所以电耗低，以典型的200~250m输送距离为例：平均每吨物料输送电耗1.8kW,大约为负压稀相送的50%。 2） 灰速低 物料以流形式移动，无需流化也不需高灰速度，物料平均流速为3~5 m/s。而稀相气力输送要求管内物料流速高于悬浮速度，所以气流速度高达15~30 m/s，物料流速则为气流速度的0.5~0.9[1]。 管道磨损速度与物料流速的2~3次方成正比[1]，机磨损 （V2/V2）2~3。例如：若系统1以5 m/s的速度运行，系统2以12 m/s的速度运行，则同1的管道磨损仅为系统2的7.2%~17.4%。显然，灰槽浓相输送能够防止稀相输送存在磨损快的缺点。 3） 设备尺寸小 球团厂输灰所用灰槽高度一般在80mm以下，这样灰槽便可以直接安装在灰斗下，无须采用埋刮板输送机集灰，从而能降低除尘器高度，接生土建投资。由于尺寸小，重量轻，灰槽安装方便，适用于老厂改造。 4） 独特的圆顶阀 灰槽每一次循环只有一个阀门（特殊设计的圆顶阀）动作，完成关闭和密封只需一次动作，每次检修可运行一百万次。阀门转轴终身自润滑。阀门在线更换时间短，仅需一小时。 圆顶阀的独特性在于；它可以切断进入压力罐的流动物料或静止料柱然后关闭，实现密封。从而保证压力罐的充填率为100%，且无须依赖于发送罐的料位计控制原理简单可靠。 当处理磨琢性物料时内嵌于原顶阀座的可膨胀压力密封圈能保证阀门前后的压力差。该密封圈还允许内陷物料颗粒，避免了由于压差作用使物料颗粒发生滑动而造成对阀座和密封阀的磨损。另外，该阀可以保证在高温（最高3500C）、高磨损以及高压力（最高4.3Mpa）的情况下保持密封。 5） 无需排气阀 系统排气通过输送管道，无需排气阀和灰斗间的排气管道，故障点少，系统控制更简单。 6） 不需要料位计 会槽进料为闷闭式，物料通过圆顶阀注入灰槽压力罐，圆顶阀切断静止料柱后关闭密封。 7） 连续在线自动运行 系统简单，从而确保操作可靠性高。灰斗内有灰系统就运行，且系统在有限的时间内运行。输送用气仅在有灰输送是才消耗，输送设备的输送能力要求与最大积灰能力想匹配，在线运行保持正常状态下灰斗永远为空，从而可以防止积灰在气流中飞散；避免管道出现问题时灰斗中的灰吸湿；确保在小流态化时（如果需要）灰斗排空可靠和容易；确保灰在灰斗内的停留时间最小，以防止灰在冷却时被压实。 3 与传统仓式泵比较 灰槽属于浓相气力输送设备，而传统仓式泵则为稀相气力输送设备，下面对这两种设备进行比较。 1） 设备尺寸比较 传统仓式泵高度一般为2.5m左右，而灰槽为0.8 m左右，仅为仓式32% 2） 运行经济比较 运行过程中压缩空气消耗比较，从表中可以看出，在输送距离为100 m时，灰槽耗气量仅为传统仓式泵正压输送的24%。 3） 设备操作运行复杂程度比较 仓式泵运行过程为：排气阀开——出料阀关——进料阀开——料位检测——排气阀关——进料阀关——加压——出料阀开——输送启动。由于运行过程复杂，从而导致仓式泵维护工作量大，故障点多，并且运行过程中每次只允许一台仓式泵运行。 灰槽运行过程为：灰斗料位计信号——所有圆顶阀开——所有圆顶阀关——输送启动。一个循环只有一个运动部件，因而操作简单。相比仓式泵，不需要流化盘，不需要出料阀。 由于传统阀门的限制，仓式泵每小时运行次数限制在10~12次，目的是防止阀门过磨损。虽然如此，阀门磨损情况仍然存在，导致频繁的检修更换，设备的维护工作量大，且系统停运还造成经济损失。而圆顶阀每小时运行次数可达30~80次。 4） 磨损比较 传统仓式泵输送速度大于12 m/s，灰槽输送速度小于5 m/s。灰槽输送管道最多为灰槽仓式泵输送管道的7.2%~17.4%。 4 灰槽在球团长的应用情况 4.1 新余球团和承德球团存在的问题分析 新钢球团厂的气力输送系统于2005年11月份投入运行，承德球团厂的气力输送系于2006年2月份投入运行。由于灰槽是首次在球团厂使用，在几个月的生产期内这两个系统均出现了一些问题。我们认真总结并分析这些问题，可为以后在球团厂使用灰槽气力输送系统积累了宝贵的经验。主要问题有以下6点： 1） 新钢球团仪表用气常出现低压报警密封圈，表面出现磨损。 仪表用气与输送用气气源没有分开，加之储气罐容积不够大，则在输送时气气压会瞬时降低，满足不了密封用气压 要高于送用气压力0.17 Mpa的要求，导致密封不严，管道内的压缩空气容易向灰斗泄漏，从而磨损密封圈。同时系统报警，输送终止，影响输送的效率。而承德球团厂由于在空压站设置了2个储气罐，保证了气压的稳定，所以没有出现频繁低压报警和密封圈磨损的情况。 2） 新钢球团厂主引风电除尘灰槽密封圈烧坏经调查后发现是由于灰斗温控系统出现问题导致灰温过高，而该处灰槽按除尘灰最高温度1200C设计的。 3） 新钢球团主引风电除尘器下灰出现堵塞现象 产生这个现象有两个原因，一是除尘器灰斗中的灰由于某中原因含油，导致灰较粘，从而出现堵塞现象。二是现场灰槽设计高度高，导致灰斗至灰槽间的方变圆短节长度太短，无法自然过度，存在死区，并且角度太小，这样灰就容易在此处堵塞。 4） 管道内、分流阀终端箱出现大块异物卡、堵现象 管道及除尘器施工后没有清理干净内部异物，这些异物在除尘灰输送时进入输灰管道从而产生卡、堵。 由于过内球团厂建设时一般工期较紧为了抢工期，电除尘与气力输送系统是同步安装的这样灰斗中易残留较多施工垃圾，至使系统的运行存在着隐患。出现卡、堵后在拆卸清除不仅费力费时，同时也影响正常生产。我们认为，相对而言气力输送系统的安装比较简单，在电除尘的安装结束后再安装气力输送系统不会影响球团厂的总工期。 另外应考虑在灰斗下部设30X30mm格栅，以防止生产过程中管道及设备脱落的大块耐材被冲到灰斗内卡、堵输灰管道及阀门。， 5） 承德球团多管除尘输入管道磨损快 由于多管除尘器灰斗上料位计信号不准当灰斗内除尘灰未达到排放料位时，系统有时也运行，这种实际是稀相送，所以导致了管道和阀门的过快磨损。 鉴于料位信号的准确性对输送系统相当重要，建议料位计由会槽厂家配套生产或料计选型和安装要由灰槽厂家确认，从而保证了信号的准确性和与PLC的精确联系，确保输灰系统的稳定运行。 6） 单个的时间加长 输送结束压力设定值是现场调试的确定的。由于现场操作人员将输送循环结束判断的压力值调低了，从而导致循环时间加长，压缩空气耗量增加，在多吹的时间内，由于管道内存在少量物料，这时的输送就相当于稀相输送，导致管道的磨损。 在现场出现的问题进行处理后，两个项目均运行正常。 4.3优化设计 经对新余和承德两个项目中出现的问题作进一步分析后，笔者认为可以采用如下办法来优化设计： 1） 将控制用气储罐和输送用气储罐分开，并在控制用气储罐的进口设止回阀或单向阀，以防止输送时控制用气储罐中的压缩空气流向输送用气储罐从而导致压力降低。 2） 由于灰斗的高度较高并且灰斗中的灰有一定的温度，为防止热膨胀应力对气力输送设备产生破坏，可在灰斗下部装设波纹补偿器。 3） 在管道的布置上要考虑管道自身热膨胀，一面对管道产生影响。 4） 选择合适的曲率半径的弯头磨损，降低能耗。 一般来说，弯头的压力降级磨损均比垂直管或水平管大。因此在气力输送的系统中，必须设计科学的弯头结构，选用经济性、价比高的弯头材质，适当地控制弯头数量，以减小弯头的磨损量，减少弯头减少弯头压力降，降低能耗，最终达到提高系统的稳定性、降低生产趁本的目的。弯头压力降与其曲率半径有关，一般弯头曲率越大，就越接近直管其压力降越小。但是因为弯头半径曲率越大（即R/D比值的增大物料的冲击点越多，能量消耗加大，物料颗粒沿弯头内壁滑动时对弯头的磨损反而加大[2~4]，综合考虑着两个因素的影响，为了减少弯头的压力降磨损，在弯头的设计时R/D一般取6以上[5[（R为弯头的曲率半径，m;D为输送管半径m）。 5） 采用在物料运行前方处带一2~3D长度直管段的耐磨弯头，以提高管道的使用寿命。 6） 灰斗及灰斗与灰槽间的方变圆短结的设计上要考虑下料的顺畅，否则会影响会影响系统的输送能力。根据物料的性质可以考虑在各灰斗上安装流化装置来缩短进料时间。 7） 在这两个项目的设计中，灰槽厂家要求输送用压缩空气应无油无水，但由于球团厂除尘灰的亲水性不强，压缩空气中少量的水不会影响除尘灰的输送，因此可以减少空压站干燥器数量，降低设备投资，并减少阻力损失。但这要求必须定期排掉储气罐底部的积水。 5结论 相比于传统球团厂使用的除尘灰输送方式，灰槽气力输送具有很多优点，如磨损小、环境污染小、工艺布置简单布置灵活不受空间和场地的限制、能耗低故障点少、系统稳定、自动化程度高易于收尘等。通过在承德球团厂和新钢球团厂除尘灰输送成功应用，相信灰槽输送系统在球团厂具有广阔的应用前景。