正壓濃相氣力輸送系統在低氣源壓力下的應用

摘 要：隨著國家節能減排的持續深入推進，各電廠對氣力輸送系統的節能降耗也非常重視，文章詳細介紹了LQD型正壓濃相氣力輸送系統對低氣源壓力的適用性及技術特點，為今后低氣源壓力氣力輸送的推廣提供了非常好的借鑒經驗。

關鍵詞：氣力輸送；低氣源壓力；節能

中圖分類號：TK223.27 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）33-0044-03

隨著我國建設資源節約型、環境友好型社會的步伐加快，國家對各領域節能環保的要求越來越嚴格，雖然氣力輸送系統以其結構簡單、輸灰管線布置靈活、工作可靠、無需消耗水資源等優點已廣泛應用于火力發電廠飛灰輸送，但是氣力輸送系統作為電廠的“耗氣大戶”通過節能措施的實施在保證設計最大出力的情況下有效降低工程造價及能耗迫在眉睫。本文詳細介紹了一種滿足低氣源壓力下穩定運行的LQD 型正壓濃相氣力輸送系統對低氣源空壓機的適應性及技術特點，通過空壓機排氣壓力的降低有效實現了工程造價及能耗的降低[1]，為今后低氣源壓力氣力輸送的推廣提供了非常好的借鑒經驗。

1 LQD型正壓濃相氣力輸送系統適應低氣源壓力 的技術措施

1.1 倉泵技術

氣力輸送系統能夠穩定運行必須滿足的先決條件是物料能夠從倉泵穩定、順暢、均勻可調地進入輸送管道，低氣源壓力下更是如此，所以倉泵型式及配氣、流化方式的優越性對低氣源壓力輸送的成功與否起到了關鍵作用。

將空氣以一定速度滲入粉料層，顆粒因受氣流包圍而彼此分開，并在氣流中運動，料層出現均勻膨脹，呈現出類似液體一樣可以流動的性質，稱為流態化。而物料輸送的難易于其流態化狀態下的流動性有關，在輸送前進行充分流化，可以有效減小其內磨擦角，防止料粒間彼此楔入，有效降低輸送壓力、提高物料的最小輸送初速度。龍凈環保通過對國內主要煤種不同磨煤機及機組飛灰的流態化性能測試分析及輸送試驗，研究開發的LQD-M型倉泵通過倉泵下部的流化裝置及倉泵內置出料結構的結合實現的整個輸送過程倉泵內物料的整體、實時流化，倉泵內物料流化率達到了95%以上，從而有效降低了輸送壓力，繼而有力的確保了低氣源壓力下的穩定輸送。這一技術已在多個低氣源壓力項目就不同物料（如PTA、粉煤灰，省煤器灰、石灰石粉、脫硫灰、燒結鐵粉等）得到了成功應用，解決了低氣源壓力下不出料或出料不均出料輸灰不流化、流化不均造成的輸送壓力大幅波動造成無法實現低氣源壓力輸送的問題。

LQD-M型倉泵在適應低氣源壓力的同時可以實現1-8臺倉泵共用一個出料閥作為一個輸送單元輸送，可以根據灰樣變化及時調整調節出力，一個典型的600 MW機組一電場輸送單元配置圖，如圖1所示。同時LQD型正壓濃相輸送系統考慮了氣源壓力下的極端工況情況，配置了擁有發明專利的防堵工藝[2][3]，當料性產生劇烈變化時系統檢測到堵管趨勢后系統自動對LQD-M型倉泵的出料進行有效控制以避免堵管，確保氣源壓力在350 kPa左右不發生過堵管現象，同時還配置了擁有發明專利的低氣源壓力下電除塵器一電場高壓退出時的沉降灰輸送工藝[4]以確保電除塵故障時沉積灰在低氣源壓力下的穩定輸送。1.2 倉泵配氣方式

低氣源壓力輸送系統倉泵一般配置有位于倉泵底部的流化氣閥用于倉泵內物料的流化、位于輸送單元尾部的輸送氣閥以確保物料進入輸送管道前的進一步混合，位于倉泵出料閥外側輸送管道上的流動調節閥，上述各進氣閥的一端經進氣管和輸送系統連接、另外一端經進氣管和輸送氣母管連接。由于低氣源壓力輸送系統氣源壓力低，進氣管管徑的選擇至關重要，LQD型正壓濃相氣力輸送系統進氣管管徑在綜合考慮物料料性、倉泵流化裝置透氣性、輸送壓力、氣源壓力以及各進氣管功效的基礎上開發了一套各進氣管管徑設計軟件，經試驗線及工程驗證設計選型準確，為低氣源壓力氣力輸送系統的穩定運行提供了保證。

1.3 LQD型正壓濃相氣力輸送系統運行工藝及方式

LQD型正壓濃相氣力輸送系統集多項發明專利技術于一身，運行一般分為如下幾個步驟：

第一步：進料；

第二步：流化、輸送，通過倉泵下部的流化裝置及獨特的內置出料結構使物料得以充分流化，在確保倉泵內物料穩定、順暢、均勻、可調地進入輸送管道的同時有效有效降低了輸送壓力、提高了物料的最小輸送初速度，同時輸送管道通過合理的變徑點及變徑幅度設計又確保了變徑后輸送速度的合理性及壓力損失的最小化，為低氣源壓力下的穩定輸送提供了堅實的保障；

第三步：調整固氣混合料的流動速度，進一步對物料及壓縮空氣進行混合以實現進入輸送管道的物料的完全流態化，進一步有效降低輸送壓力、提高物料的最小輸送初速度，為低氣源壓力下輸送壓力的穩定性及可控性提供保證；

第四步：輸送過程中的防堵監控及防堵[2][3]，當輸送壓力出現異常升高時防堵工藝迅速投入并有效控制輸送壓力以保證輸送壓力的穩定；

第五步：整個氣力輸送系統的節能控制[5]，通過對多臺爐或一臺爐所有氣力輸送、空壓機系統的綜合節能控制及調節以實現確保氣源壓力穩定的前提下既能把各灰斗灰量送空，空壓機的開啟數量又最少，從而達到節能的效果。

1.4 氣源配置方式

龍凈環保通過對低氣源壓力正壓濃相氣力輸送系統的系統研究、試驗及工程設計、驗證開發了一套低氣源壓力下保證系統穩定運行的氣源配置最優配置方式，具體如圖2所示，空壓機排氣經支管匯總至母管后分別進入干燥機，經干燥的壓送空氣經過支管再次匯總至母管后進入儲氣罐，最后壓縮空氣通過空氣目前輸送至各臺爐的用氣點。氣源系統通過安裝在儲氣罐上的壓力變送器控制各臺空壓機加載、卸載的同步性及連續加載以提高空壓機的工作效率及最長壽命。

1.5 料性法的輸送管道設計技術

氣力輸送系統的輸送管道設計是氣力輸送的設計核心，要使物料能夠在管道內穩定輸送，輸送管道起始點及變徑后的速度必須大于該物料的最小輸送初速度，否則很難穩定輸送，而物料的最小輸送初速度和物料的料性、流化性能、流動性、輸送氣量等密切相關[6]，而采用管道進行輸送必然會產生壓力損失，所以對低氣源壓力輸送系統管道的變徑點及變徑幅度的合理設計對氣力輸送系統穩定運行至關重要，龍凈環保在LQZ型氣力輸送系統建立的通過預測輸送管道的壓力損失及計算輸送所需氣量、最后通過計算獲得輸送灰氣比的計算方法[7]的基礎上通過對上100種物料的料性、流化性、流動性分析及試驗線試驗、模擬及工程驗證，取得了一套完善可靠的針對各種灰樣的低氣源壓力氣力輸送系統壓力損失設計計算軟件，能夠精確預測低氣源壓力氣力輸送系統的管道壓力損壞，從能實現了變徑點及變徑幅度的設計的合理性及正確性。

2 運行案例分析

2.1 LQD型正壓濃相氣力輸送系統在石化企業PTA輸送 中的應用

2.1.1 系統改造前整體情況介紹

PTA作為化工基礎原料，應用廣泛，其堆積密度一般為800～900 kg/m3，中位徑一般在100～150 μm，某石化企業PTA輸送系統由上海某粉體輸送公司設計，采用氮氣閉路循環輸送，2臺4 m3倉泵共用一根DN150/DN175/DN200輸送管道，系統如圖3所示，輸送管道當量距離1 020 m，系統出力無法滿足下游生產13.5 t/h的實際需要量。氮氣閉路循環中設置3臺德國AERZEN VM37R型增壓壓縮機，如圖4所示，日常運行為2開1備，壓縮機出口排氣標稱壓力350 kPa，壓縮機入口標稱壓力 3 kPa，壓縮機入口和出口設置有相應的閥組，系統運行期間通過該閥組的開關或開關量大小來保證壓縮機的安全運行及避免含氧量超標。

由于原系統頻繁堵管、出力無法滿足下游實際生產需要以及頻繁堵管、輸送壓力過高導致的壓縮機跳機及機頭損壞，改造前系統運行壓力曲線如圖5所示，受委托對原系統利用LQD型正壓濃相氣力輸送技術結合PTA輸送專利技術[8]進行了改造，改造后系統運行穩定、出力滿足了委托方要求的大于下游生產需要量的要求，改造后系統運行壓力曲線如圖6所示。

2.1.2 系統改造措施

①對原倉泵的流化裝置進行更改以確保物料的流化效果；

②對倉泵的進氣方式及進氣比例進行調整，確保出料的順暢、可控及流化效果；

③在輸送過程中防堵工藝，確保輸送壓力在低氣源壓力下的穩定性；

④對氣力輸送系統增加節能控制工藝及壓縮機限壓保護工藝以保證氣力輸送在低氣源壓力下的節能穩定運行、避免了輸送壓力過高造成的壓縮機的跳機及機頭損壞。

通過上述改造后系統實現了在310 kPa的低氣源壓力下氣力輸送系統及壓縮機系統的穩定運行，出力達到了14.5 t/h、滿足了大于下游生產需要量的要求。其中圖為改造前系統運行壓力曲線，圖為改造后系統運行壓力曲線。

2.2 LQD型正壓濃相氣力輸送系統在電力行業飛灰輸送 中的應用

2.2.1 系統改造前整體情況介紹

某發電廠5號爐采用一電三袋的電袋除塵器，每個電場設有4個灰斗，氣力輸送系統原來采用雙套管輸送系統，后由于煤質變化、灰量增加以及輸送氣氣源壓力低、一般為300 kPa，氣力輸送系統無法正常運行；2013年業主經過對國內主要氣力輸送廠家的考察和對比后，最終采用LQD型正壓濃相氣力輸送系統對#5爐原氣力輸送系統進行改造，通過各項低氣源壓力輸送技術的應用系統改造后在氣源部分的空壓機、干燥機等全部利舊的原有低氣源壓力下運行穩定、出力滿足設計要求、對煤質及灰量變化適應性大幅提高。下面以一電場輸送系統為例就改造情況進行介紹。

2.2.2 設計條件

飛灰中位徑d50>130 ？滋m、飛灰堆積密度1 000 kg/m3，輸送當量距離535 m，要求一電場設計出力滿足70 t/h、氣源部分的空壓機及干燥機等全部利舊。

2.2.3 氣力輸送系統設計及調試結果

根據出力要求、灰樣特性、氣源壓力的特點，采用LQD型正壓濃相氣力輸送技術進行系統設計，一電場采用2臺倉泵作為一個輸送單元、兩個輸送單元共用一根輸送管道，系統圖如圖7所示，經過計算獲得系統相關參數見表1。系統改造完成后經調試在氣源壓力300 kPa左右運行穩定，輸送壓力曲線如圖8所示，系統出力70.5 t/h，具體見表2。

3 結 論

氣力輸送采用低排氣壓力的空壓機有效降低了工程造價、節約了運行成本，已經成為電力行業節能減排的方向。在大量試驗、研究的基礎上研發成功的LQD型正壓濃相氣力輸送系統設計計算軟件的設計結果及多項先進發明專利技術在低氣源壓力氣力輸送工程項目成功應用的實踐證明，LQD型正壓濃相氣力輸送技術完全可以適應及應對低氣源壓力下不同料性的物料的穩定輸送，為今后低氣源壓力氣力輸送系統的推廣提供了非常好的借鑒經驗。

參考文獻：

[1] 俞華，蔡淵.一種火力發電廠壓縮空氣系統及其壓力分級供給方法[P].中國專利：201310306729.7，2013-07-19.

[2] 潘仁湖，邱生祥. 一種氣力輸送裝置[P].中國專利：201110112632.3，2011-07-27.

[3] 邱生祥，潘仁湖.一種氣力輸送系統的輸送控制方法[P].中國專利：201010150414.4，2010-04-12.

[4] 邱生祥，潘仁湖.一種沉降灰輸送控制方法[P].中國專利：201210119324.8，2012-04-20.

[5] 田青 邱生祥.一種節能型的氣力除灰輸送控制方法及設備[P].中國專 利：201310081649.6，2013-03-14.

[6] 黃標.氣力輸送[M].上海：上海科學技術出版社，1984.

[7] 田青，江興濤.精對苯二甲酸長距離輸送裝置[P].中國專利：201020243521.7，2010-06-25.