20萬噸/年合成氨煤氣化爐裝置倉泵式氣力輸送自動控制系統(tǒng)

楊家順（江蘇省化工設(shè)計(jì)院有限公司 210024）

一、合成氨煤氣化爐裝置倉泵式氣力輸送自動控制系統(tǒng)形成的背景

近些年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，社會對氨的需要量急劇增加，因此在我國廣闊的大地上出現(xiàn)了許多小型的合成氨廠[1]。雖然這些小型的合成氨廠有許多不足的地方，但根據(jù)目前國內(nèi)的發(fā)展情況，這些合成氨廠得繼續(xù)生存。但這些小型合成氨廠必須加以改造，提升它們的規(guī)模，采用節(jié)能降耗的新技術(shù)、新方案，同時(shí)提高化肥的復(fù)合率。這就促成了合成氨煤氣化爐裝置倉泵式氣力輸送自動控制系統(tǒng)的形成。本文結(jié)合某工廠20萬噸/年合成氨煤氣化爐裝置的應(yīng)用，詳細(xì)介紹倉泵式氣力輸送自動控制系統(tǒng)的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)與技術(shù)效果。

二、倉泵系統(tǒng)的工作原理

該工廠年產(chǎn)氨肥30萬，配有4座φ600x13000mm鐵板煤粉庫，庫容40m3，每庫頂部各配 1個(gè)料位計(jì)，安全閥與收塵器，收塵處理能力為2500m3/h。

依據(jù)工作原理，氣力輸送裝置主要分為吸送式和壓送式兩大類[2]。前者是將物料和大氣同時(shí)吸入管道中，用比大氣壓力低的氣流輸送，因此也可稱為真空吸送；吸送系統(tǒng)還可依據(jù)壓強(qiáng)大小分為低真空(真空度小于1000mm H 2O)與高真空(真空度高于1000mm H 2O)兩類。后者是運(yùn)用高于大氣壓壓縮空氣輸送物料。根據(jù)壓送系統(tǒng)作用壓強(qiáng)分為低壓(壓強(qiáng)小于0.5kg／m2)與高壓(壓強(qiáng)為 17 kg／m2)兩種[3]。

氣力輸送屬于流體輸送的類型，它以空氣作為輸送的介質(zhì)，通過氣的流動將粉粒狀物料準(zhǔn)地確輸送到指定地點(diǎn)。氣力輸送裝置是指在管道中利用氣流的波動，來輸送粉粒狀物料的一種新型輸送裝置，它在我國的粉粒狀物料輸送中得到了廣泛應(yīng)用。20世紀(jì)70年代以來，我國對氣力輸送系統(tǒng)進(jìn)行了大量的研究和試驗(yàn)，取得了一些成果，受到有關(guān)部門和專家的高度重視[4]。我國在水泥、合成氨和粉煤灰等粉粒狀物料的輸送方面，已廣泛采用倉式泵氣力輸送系統(tǒng)進(jìn)行輸送。

倉泵式氣力輸送系統(tǒng)采用正壓氣力輸送方式輸送煤粉物料，可以靈活在不同的地質(zhì)和地形條件下，布置各種輸送的管道，這樣就能將這些物料集中地、大高度地、遠(yuǎn)距離地、分散地進(jìn)行輸送，輸送物料的過程就受不到自然條件和環(huán)境的影響，這樣就能保證物料使不受潮的、無污染的和環(huán)保的。倉泵式的氣力輸送的系統(tǒng)采用的是PLC控制系統(tǒng)，可對此進(jìn)行手動或自動的控制。氣力輸送系統(tǒng)的質(zhì)量是比較高的，性能也是很穩(wěn)定的，輸送的過程中環(huán)保無污染，它是很理想的氣力輸送的設(shè)備。

倉泵式的氣力輸送系統(tǒng)主要有兩種不同的卸料方式，底部出料的方式是最常用的,罐內(nèi)的粉狀物料通過圓錐面充氣槽充氣、噴嘴噴氣或其它方法得以液態(tài)化，在底部設(shè)置液態(tài)化充氣板可使物料在罐的上部卸出[5]。輸送氣體在罐中不同輸入平面上得分布情況取決于輸送物料的性質(zhì)。倉式泵輸送是一個(gè)不連續(xù)的、間斷的輸送過程。在倉式泵進(jìn)料以前，料倉內(nèi)裝有被輸送的粉狀物料，所有工作的閥門都是關(guān)閉的。

三、倉泵式氣力輸送自動控制系統(tǒng)的特點(diǎn)

1.料氣比高

在氣力輸送系統(tǒng)中，粉狀物料流化效果好，耗氣量少，所以料氣比很高。專家們通過多次的試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)兩者的距離在500米以內(nèi)的時(shí)候，料氣比會很高[7]。

2.流速低

設(shè)備的料氣比很高，耗氣量也較少，物料的流速在系統(tǒng)的管道內(nèi)出現(xiàn)了部分流動的一種狀態(tài)，這就是動靜壓輸送物料的過程。所以，由于物料在輸送的過程中流速很低，設(shè)備的一些閥門及相關(guān)管路的磨損的就少，易損零件的壽命就長。

3.高節(jié)能

在倉泵式氣力的輸送系統(tǒng)中，它的的流化結(jié)構(gòu)是比較合理的，物料的流化狀態(tài)是非常良好的，它的耗氣量也比其他同類的產(chǎn)品低很多，利用此系統(tǒng)，大大提高了物料的生產(chǎn)效率，同時(shí)，也降低了物料生產(chǎn)的能耗[6]。

4.排堵方式獨(dú)特

倉泵式氣力輸送系統(tǒng)采用了倒抽式的排堵方式，簡單易行，運(yùn)行方式合理，只需將料氣混合物通過排堵閥及管道引至料倉或煙道入口即可。

5.調(diào)節(jié)的功能強(qiáng)

倉泵式的氣力輸送系統(tǒng)有很多種的調(diào)節(jié)手段，它會將系統(tǒng)調(diào)到優(yōu)良的流化狀態(tài)和最佳的用氣量配比，然后使系統(tǒng)在這種狀態(tài)下運(yùn)行。

6.環(huán)保而且無污染

前面寫到氣力的輸送系統(tǒng)的料氣比很高，速度較低，耗氣量也較小，對環(huán)境的污染也小。

四、PLC控制系統(tǒng)

PLC控制系統(tǒng)有主式程序和副式程序兩種結(jié)構(gòu)。此系統(tǒng)的主式程序只有調(diào)用子程序的簡單的幾條指令，副式程序包括了所有的具有控制功能的子程序。“M 0”是一其他的執(zhí)行控制的程序，這樣在氣力輸送過程中，可以避免發(fā)生程序錯(cuò)誤或意外輸出。所以PLC控制程序通常會采用主式程序和副式程序兩種程序設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)。

PLC控制系統(tǒng)的應(yīng)用很廣泛，主要應(yīng)用于冶金、機(jī)械制造、礦業(yè)生產(chǎn)、輕工業(yè)等多種領(lǐng)域，為我國工業(yè)自動化的發(fā)展提供了非常有力的技術(shù)支持，大大加速了我國工業(yè)機(jī)電的一體化的進(jìn)程。PLC控制系統(tǒng)有位置模擬的功能，可以控制遠(yuǎn)程通信。在倉泵式氣力輸送系統(tǒng)中，可對物料在管道中具體的位置進(jìn)行模擬，充分保障物料的安全。因此,PLC控制系統(tǒng)在倉泵式的氣力輸送物料的控制系統(tǒng)中有著非常重要的地位。

五、系統(tǒng)中常見的故障

1.倉泵氣力輸送系統(tǒng)中一些部件會發(fā)生磨損，在物料運(yùn)輸中，氣力輸送系統(tǒng)的出口管道閥門磨損破壞嚴(yán)重，部件維護(hù)的工作量比較大

2.倉泵氣力輸送系統(tǒng)中，粉粒狀物料在輸送的管道內(nèi)經(jīng)常出現(xiàn)粘結(jié)的現(xiàn)象，從而造成管道堵塞。

3.氣力輸送系統(tǒng)出力偏小或不足難以使系統(tǒng)正常運(yùn)行。

4.合成氨緩沖到管道里發(fā)生旋轉(zhuǎn)，使閥門磨損破壞較快，造成嚴(yán)重滲漏。

六、常見故障相應(yīng)的解決措施

1.提高設(shè)備的料氣比，這樣運(yùn)輸?shù)奈锪显诠艿乐袝霈F(xiàn)部分流運(yùn)動的現(xiàn)象，這樣物料在輸送的時(shí)候流速會變低，設(shè)備的一些閥門和相關(guān)管路的磨損量就會小，易損零件的壽命就會變長。

2.氣體流速的提高必將提高物顆粒對管壁的磨損，對輸送管進(jìn)徑進(jìn)行變徑：使輸送管徑增大，可以使氣流靜壓提高，流速降低，從而能有效降量。

3.直管道的磨損量相對較小，可以采用普通的厚壁無縫的鋼管。但管道的彎頭部分的磨損量是很大的，所以為了延長設(shè)備的使用壽命，保證輸送系統(tǒng)的安全可靠性的運(yùn)行，就可以用耐磨式的陶瓷彎頭。

4.使用多泵制輸送方式取代小倉泵正壓濃相氣力輸送系統(tǒng)單泵循環(huán)發(fā)送方式，能夠有效提高系統(tǒng)出力。

結(jié)語

近些年來，我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，工業(yè)水平也得到很大提高。各種散物料把氣力輸送的方式作為主要的輸送方式，這種輸送方式廣泛的應(yīng)用在我國工業(yè)的生產(chǎn)中，是我國物料運(yùn)輸?shù)闹匾M成部分。我國合成氨的運(yùn)輸就是運(yùn)用這種倉泵式氣力運(yùn)輸方式。給工業(yè)的發(fā)展帶來了很大的便利。但是，目前的氣力輸送系統(tǒng)還不盡完善，仍有許多不足，所以在使用氣力輸送系統(tǒng)時(shí)要小心它隨時(shí)發(fā)生的故障。還要不斷完善倉泵式氣力輸送系統(tǒng)。

[1]上憧具貞.粉粒體的空氣輸送[M].北京:電力工業(yè)出版社，1982:75-76.

[2]李道霖.電氣控制與PLC原理及應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版出版，2008:12-13.

[3]OTTJIES JA.Digital simulation of pneumatic transport[J].ChemicalEngineering Science,1978.33(9):783-786.

[4]SACCANIC.Solid speed and pressure loss in pneumatic con?veying plants;Simulation and experimental measurements[J].Bulk Solid Handing，1996.16(3):383-390.

[5]HUBER N，SOMMERFELDM.Modeling and numerical cal?culation of dilute-phase pneumatic conveying in pipe systems[J].Powder Technology，1998,99:90-101.

[6]畢立恒，劉玉賓.一種實(shí)用單片機(jī)和CPLD最小應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].自動化技術(shù)與應(yīng)用，2009,28(8)：111-113.

[7]郝愛民,李新生,魏庭富,劉富華,宋永瑋;型煤在煤氣發(fā)生爐中的氣化及工藝條件的優(yōu)化[J];煤炭轉(zhuǎn)化;2002,02：34-35