脈沖料栓密相低速氣力輸送技術(shù)在鐵系催化劑輸送中的應(yīng)用

□ 杜煒清

上海麥克曼氣力輸送系統(tǒng)設(shè)備有限公司 上海 200030

1 研究背景

在現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域，人們?cè)絹?lái)越重視節(jié)能、環(huán)保、高效的生產(chǎn)制造方式。以節(jié)能環(huán)保的方式輸送鐵系催化劑，是一個(gè)值得研究的課題。所要輸送的鐵系催化劑，是一種流動(dòng)性一般，易碎、易氧化的粉料，需要將此粉料以10 t/h左右的輸送量輸送至水平距離10 m、豎直距離35 m的下游設(shè)備中。另外，由于生產(chǎn)工藝的需求，輸送的氣源為費(fèi)用較高的壓縮氮?dú)?，?duì)氣量的控制在節(jié)能方面顯得尤為重要。針對(duì)以上問(wèn)題，提出將脈沖料栓密相低速氣力輸送技術(shù)應(yīng)用于鐵系催化劑輸送中。脈沖料栓密相低速氣力輸送技術(shù)能夠解決物料易破損、能耗高等問(wèn)題，可以有效提高生產(chǎn)的可靠性與經(jīng)濟(jì)性。應(yīng)用這一技術(shù)，整套輸送設(shè)備的密閉性好，加之尾端除塵效果佳，在環(huán)境友好方面有很好的表現(xiàn)。

2 脈沖料栓密相低速氣力輸送技術(shù)原理

在密閉的管道中使用氣體輸送粉料時(shí)，粉料在管道中的流動(dòng)狀態(tài)會(huì)隨氣流速度、氣流中所含粉料量及粉料特性等因素發(fā)生變化。當(dāng)氣流速度很快時(shí)，粉料以懸浮狀態(tài)和較快的速度被輸送，此時(shí)粉粒之間會(huì)發(fā)生較為劇烈的碰撞。若是粉料比較脆，就容易發(fā)生破碎，若是粉料比較堅(jiān)硬，就會(huì)導(dǎo)致輸送管道被磨損。

如果將輸送壓力提高，并以脈沖的方式將壓縮空氣一股一股地注入輸送管道，使氣流速度減慢至一定程度，那么大部分粉料會(huì)失去懸浮能力，在管道中形成料栓。此時(shí)可以利用料栓前后的靜壓差推動(dòng)粉料運(yùn)動(dòng)，類似人類的心臟，通過(guò)舒張、擠壓的脈動(dòng)方式，將新鮮血液沿血管輸送至體內(nèi)各個(gè)器官。應(yīng)用脈沖料栓密相低速氣力輸送技術(shù)，配合脈沖氣刀閥在管道中產(chǎn)生間斷式靜壓差能，將粉料以一段氮?dú)狻⒁欢畏哿系男问竭M(jìn)行輸送，如圖1所示。粉料在輸送過(guò)程中，因?yàn)樗俣鹊停哿ｉg的撞擊會(huì)減少，物料的破碎率自然降低。同時(shí)，還可以防止粉料過(guò)度磨損輸送管壁，從而延長(zhǎng)輸送系統(tǒng)的使用壽命，并能減少由于粉料摩擦產(chǎn)生的靜電與熱量集聚，起到抑制粉塵爆炸的作用，提高安全性。

3 鐵系催化劑特性

所需要輸送的鐵系催化劑，為煤制氣過(guò)程中所需的催化劑，附加值很高。鐵系催化劑在顯微鏡下呈現(xiàn)為樹枝形狀，極易折斷破損。根據(jù)試驗(yàn)，為了保證鐵系催化劑能發(fā)揮最佳的催化效果，需要盡可能保證鐵系催化劑的形狀完整。此外，傳統(tǒng)的機(jī)械輸送方式，如螺旋推送、振動(dòng)輸送等，均為開放式輸送方式，不利于氮?dú)獗Ｗo(hù)。使用壓縮氮?dú)鈦?lái)進(jìn)行氣力輸送，則可以防止產(chǎn)品氧化及對(duì)環(huán)境的污染。

▲圖1 粉料輸送示意圖

4 高海拔地區(qū)應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)

某化工公司位于海拔1 200 m的陜北黃土高原，接近于高海拔地區(qū)，此類地區(qū)大氣壓較低，空氣稀薄。由于氣力輸送技術(shù)的輸送介質(zhì)為氣體，因此在高海拔地區(qū)，輸送系統(tǒng)中所使用的空壓機(jī)實(shí)際工況與用氣量會(huì)有所改變。

如圖2所示，海拔高度與大氣壓力的關(guān)系為：

式中：H為實(shí)際工況的海拔高度，m；P為實(shí)際工況的大氣壓力，bar；P0為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力，P0=0.1 MPa=1 bar。

海拔高度H為1 200 m時(shí)，其大氣壓P1=1×（1-1 200/4 4300）5.256=0.86 bar。

根據(jù)氣態(tài)方程，假設(shè)溫度不變，氣體常數(shù)不變，則有：

式中：Q0為標(biāo)準(zhǔn)工況的耗氣量，m3/min；Q1為使用地工況的耗氣量，m3/min。

在標(biāo)準(zhǔn)工況下，使用排氣壓力為8 bar的空壓機(jī)，所需氣量為10 Nm3/min，即 Q0=10 m3/min，則 Q1=P0Q0/P1=11.6 m3/min。即在海拔1 200 m處，使用排氣壓力為8 bar的空壓機(jī)時(shí)，實(shí)際耗氣量增大至11.6 m3/min，增大約16%。

若使用耗氣量較大的氣送方式，如上引式流態(tài)化密相技術(shù)，通過(guò)大氣量將物料流化，再進(jìn)行輸送，則由于地理原因，為使整套系統(tǒng)達(dá)到預(yù)期效果，必須采取加大空壓機(jī)耗氣量的方法來(lái)保證輸送能力，能源的消耗及浪費(fèi)必然增加。而應(yīng)用脈沖料栓密相低速氣力輸送技術(shù)來(lái)輸送物料，由于輸送方式的特殊性，原本在標(biāo)準(zhǔn)工況下所需要的耗氣量就較小，受海拔高度的影響，耗氣量的增量也不大，在節(jié)能與經(jīng)濟(jì)性方面優(yōu)勢(shì)明顯。

另外值得一提的是，使用脈沖料栓密相低速氣力輸送技術(shù)時(shí)，豎直管段中物料的實(shí)際運(yùn)動(dòng)狀態(tài)如下：上段料栓的底部粉料因重力影響會(huì)不斷落下，當(dāng)豎直輸送到一定高度后，料栓會(huì)因此效應(yīng)逐漸松散開，同時(shí)壓縮氣體也會(huì)擊潰料栓，推動(dòng)物料上升的氣體運(yùn)載能力會(huì)因過(guò)多的旁路而下降。在具體實(shí)踐中，豎直向上的輸送距離約為35 m。為維持氣體向上的運(yùn)載能力，在一定高度的豎直管段處，加入一組旁路，并同樣使用脈沖技術(shù)，將氣體一股一股補(bǔ)充進(jìn)去，在豎直管道中強(qiáng)行建栓，以大大提高氣體的利用率，從而降低用氣成本。

▲圖2 海拔高度與大氣壓力關(guān)系

5 輸送系統(tǒng)配置

應(yīng)用脈沖料栓密相低速氣力輸送技術(shù)的輸送系統(tǒng)，主要設(shè)備是一臺(tái)PPC-2.5型脈沖料栓密相低速氣力輸送倉(cāng)泵。在倉(cāng)泵內(nèi)配置DN250氣動(dòng)雙插板進(jìn)料閥、DN50氣動(dòng)雙插板排氣閥、上進(jìn)氣閥、脈沖氣刀閥、DN100氣動(dòng)雙插板出料閥、稱重傳感器、高位料位計(jì)、壓力變送器。系統(tǒng)配置如圖3所示。

在PPC-2.5型脈沖料栓密相低速氣力輸送倉(cāng)泵上游，設(shè)置有如下設(shè)備：①DN250氣動(dòng)雙插板預(yù)關(guān)閉閥，用于保證倉(cāng)泵進(jìn)料插拔閥動(dòng)作時(shí)無(wú)料，以保護(hù)進(jìn)料閥；②DN250手動(dòng)插板閥，為常開型，待需要檢修下游設(shè)備時(shí)關(guān)閉；③ 催化劑貯存料倉(cāng)；④ 料倉(cāng)高位、低位料位計(jì)。在料倉(cāng)頂部還配置有MD-3BF型脈沖反吹袋式料倉(cāng)除塵器和真空、壓力釋放閥。

在PPC-2.5型脈沖料栓密相低速氣力輸送倉(cāng)泵的下游，有一條DN100輸送管道、一座催化劑收料倉(cāng)。在收料倉(cāng)上配置有MD-5B型脈沖反吹袋式料倉(cāng)除塵器，用于進(jìn)行氣固分離。另外，在收料倉(cāng)上配置有高位與低位料位計(jì)、真空壓力釋放閥、稱重傳感器、DN250手動(dòng)插板閥、DN250氣動(dòng)雙插板出料閥。DN250手動(dòng)插板閥為常開型，待需要檢修下游設(shè)備時(shí)關(guān)閉。

鑒于鐵系催化劑的附加值較高，業(yè)主要求在進(jìn)出氣力輸送環(huán)節(jié)配置稱重傳感器。倉(cāng)泵上的稱重傳感器用于主稱量，收料倉(cāng)上的稱重傳感器用于校核。

上述氣力輸送環(huán)節(jié)的有關(guān)設(shè)備，均通過(guò)氣力輸送的管道、閥門、儀表、氣源等組成一個(gè)系統(tǒng)，并連接集散控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)運(yùn)行。

6 系統(tǒng)輸送過(guò)程

當(dāng)下游設(shè)備收料倉(cāng)需要輸送鐵系催化劑時(shí)，先后打開DN50氣動(dòng)雙插板排氣閥、DN250氣動(dòng)雙插板進(jìn)料閥、DN250氣動(dòng)雙插板預(yù)關(guān)閉閥，鐵系催化劑均勻快速地落入PPC-2.5型脈沖料栓密相低速氣力輸送倉(cāng)泵中。

待位于PPC-2.5型脈沖料栓密相低速氣力輸送倉(cāng)泵上的稱重傳感器測(cè)出給料量的預(yù)設(shè)值后，通過(guò)集散控制系統(tǒng)輸出命令，關(guān)閉DN250氣動(dòng)雙插板預(yù)關(guān)閉閥、DN250氣動(dòng)雙插板進(jìn)料閥和DN50氣動(dòng)雙插板排氣閥，打開DN100氣動(dòng)雙插板出料閥、上進(jìn)氣閥、脈沖氣刀閥，鐵系催化劑經(jīng)上進(jìn)氣閥壓縮至倉(cāng)泵出料口處，并通過(guò)脈沖氣刀閥有序的開、關(guān)使輸送管道內(nèi)呈一段粉料、一段壓縮氮?dú)獾臓顟B(tài)。鐵系催化劑通過(guò)DN100輸送管道以約10 t/h的輸送量，被輸送至催化劑收料倉(cāng)內(nèi)，水平輸送距離最遠(yuǎn)約10 m，豎直提升距離最高約35 m。

▲圖3 輸送系統(tǒng)配置

7 總結(jié)

將脈沖料栓密相低速氣力輸送技術(shù)應(yīng)用于鐵系催化劑輸送，效果理想，既提高了企業(yè)的生產(chǎn)效率，又降低了生產(chǎn)成本。雖然輸送系統(tǒng)在整個(gè)生產(chǎn)工藝流程中僅為輔助系統(tǒng)，但是仍發(fā)揮了提效、降本、提高總體收益的作用。