倉螺體氣力輸送在煙氣脫硫中的工藝設(shè)計

盧源星

（福建龍凈環(huán)保股份有限公司 福建龍巖 364000）

1 倉螺體輸送在煙氣脫硫系統(tǒng)中的使用

目前對煙氣中的SO2的脫除，一般有燃燒前、燃燒中和燃燒后3 種凈化處理方式［1］，其中爐內(nèi)噴鈣爐后增濕活化法是屬于燃燒中的凈化處理方式之一。該方法在燃煤鍋爐內(nèi)適當(dāng)溫度區(qū)噴射石灰石粉，并在鍋爐空氣預(yù)熱器后增設(shè)活化反應(yīng)器，用以脫除煙氣中的SO2。該系統(tǒng)的脫硫能力與脫硫劑的輸送能力密切相關(guān)，脫硫劑的輸送為氣力輸送方式，主要參數(shù)是物料輸送能力、出力計量、送粉量大小調(diào)節(jié)和爐內(nèi)噴射。

氣力輸送主要分筒式氣力輸送系統(tǒng)、稀相氣力輸送系統(tǒng)、濃相動壓氣力輸送系統(tǒng)和濃相靜壓栓流氣力輸送系統(tǒng)等4 大類［2］。筒式氣力輸送，物料裝進輸送筒在管道中送至終點；稀相氣力輸送，氣流速度高，物料懸浮在管道里輸送，如圖1 中稀相輸送所示；濃相動壓氣力輸送，物料在管道中成密集狀態(tài)，依靠空氣推動物料至終點；濃相靜壓栓流氣力輸送，在輸送管內(nèi)形成密集物料料柱，如圖1 中濃相輸送所示，管道外引入二次氣流，把料柱切割分段成短的料柱（料栓），再進行輸送［3］。在脫硫系統(tǒng)中爐內(nèi)噴鈣主要是稀相氣力輸送，極端情況需要濃相的料栓輸送。

圖1 輸送管道中的物料

倉螺體輸送是正壓氣力輸送的一種，是倉泵輸送與螺旋輸送結(jié)合的產(chǎn)物。利用空壓機氣源提前對磨好的物料進行沖壓流化，通過可計量螺旋軸旋轉(zhuǎn)推進給料至混合室再次沖壓加速，在管道中推進物料至分配器，然后分配器均分物料至多個爐膛接口。

2 倉螺體輸送工藝

倉螺體輸送工藝設(shè)計包括選定出力范圍、螺旋輸送泵進料、沖壓、輸料和工藝清堵等部分，布置如圖2 所示。

圖2 倉螺體輸送工藝

2.1 選定出力范圍

倉螺體在爐內(nèi)噴鈣系統(tǒng)運行工藝中，初定設(shè)計出力由鍋爐專業(yè)通過計算使用各品種燃煤的不同含硫量，換算脫硫劑的耗量范圍；倉螺體輸送出力設(shè)計根據(jù)鍋爐提供的出力，選定合理的出力范圍。鍋爐啟爐運行后，根據(jù)爐內(nèi)噴鈣系統(tǒng)監(jiān)測煙氣含硫量→換算需要的脫硫劑用量→實時調(diào)節(jié)倉螺體螺旋軸轉(zhuǎn)速控制出力大小，通過上述閉環(huán)達到穩(wěn)定脫硫的效果。

某自備電力有限公司480 t/h 鍋爐煙氣脫硫除塵項目配套氣力輸送系統(tǒng)中采用倉螺體輸送把脫硫劑（氫氧化鈣）輸送至爐膛。該鍋爐的煙氣量518 083 Nm3/h，煙氣入口SO2濃度為500 mg/Nm3。工藝要求經(jīng)一次鍋爐爐內(nèi)脫硫后煙氣出口SO2濃度≤35 mg/Nm3。氫氧化鈣在爐內(nèi)的反應(yīng)式如式（1）和式（2）。

根據(jù)化學(xué)式質(zhì)量換算后，采用2.5 的鈣硫比，計算脫硫劑的耗量約為1.5 t/h，根據(jù)變頻電機性能最小出力0.3 t/h。倉螺體輸送的出力大小由螺旋軸的旋轉(zhuǎn)速度控制，按《連續(xù)輸送機械設(shè)計手冊》管徑對應(yīng)輸送量選用螺旋軸直徑，如表1。

表1 管徑對應(yīng)輸送量

脫硫劑的耗量約為1.5 t/h，選擇螺旋軸直徑為DN100。選好直徑后根據(jù)實際最大的出力大小選擇螺旋軸的螺距和螺旋軸的下配比的轉(zhuǎn)速。根據(jù)《連續(xù)輸送機械設(shè)計手冊》對應(yīng)計算得出螺距為100 mm 時，轉(zhuǎn)速為41 r/min 比較合理。根據(jù)《機械設(shè)計手冊》（第四版）第4 卷選擇合適減速比的減速電機型號。根據(jù)以往項目經(jīng)驗和試驗分析，在沖壓環(huán)境中脫硫劑會部分壓縮增加螺旋軸的阻力，在選擇減速電機扭矩時應(yīng)大于1000 N·m。

2.2 螺旋輸送泵進料、沖壓、輸料

根據(jù)圖2，脫硫劑緩存料倉通過進料閥1 給料至倉泵①，為排掉倉泵①內(nèi)空氣需要同時打開平衡閥，平衡倉泵①氣壓，倉泵①進料完成后關(guān)閉進料閥1、平衡閥，等待倉泵②進料；當(dāng)倉泵②需要進料時打開沖壓閥1，倉泵①沖壓至倉泵②的壓力，打開進料閥2；當(dāng)進料結(jié)束關(guān)閉進料閥2；脫硫劑粉通過經(jīng)爐內(nèi)噴鈣系統(tǒng)反饋后實時調(diào)節(jié)倉螺體螺旋軸轉(zhuǎn)速，螺旋輸送至混合室，由輸送閥+助吹器等氣源助力輸料至分配器，最終達到爐膛。

螺旋輸送泵的進料首先需要計算倉泵①、倉泵②的體積大小。在輸送過程中倉泵②是連續(xù)輸送的，而倉泵①給倉泵②進料為間斷的。首先確認(rèn)倉泵①給倉泵②進料循環(huán)的時間，一般為了控制各閥門使用壽命，平均8 次/h 是比較合理的，則循環(huán)時間為450 s。倉泵②的低料位設(shè)計在進料循環(huán)時間內(nèi)可以繼續(xù)輸送的0.19 t 料位上。根據(jù)輸送量1.5 t/h 的最大出力，則倉泵①有效存儲物料重量為0.19 t，倉泵②有效存儲物料重量為0.38 t。根據(jù)業(yè)主提供脫硫劑的堆積密度1.0 t/m3和0.8 的填充系數(shù)，選取倉泵①為0.25 m3、倉泵②為0.50 m3。

輸料的工藝主要根據(jù)鍋爐設(shè)計方提供的脫硫劑入爐接口的個數(shù)，設(shè)置管道的分配分級。如2 個接口則分1 次；4 個接口可1 次分4 個口，也可以1 次分2 個口，再各自再分2 個口；爐前、爐后各2 個口就只能采用二級分配管路設(shè)計；分配管路工藝設(shè)計一定要考慮分配器后至各個入爐接口的壓損盡量一致，如遇到因鍋爐附近設(shè)備管道眾多、輸料管本身走向復(fù)雜、無法設(shè)計成壓損一致的管路，則根據(jù)各壓損計算值，對壓損小的在管道中增加孔板處理。本次鍋爐設(shè)計為4 個入口，而且在同一側(cè)，無法布置成一次分4 個口的管路，最終采用二級分配管路設(shè)計。輸料主管路的大小，則根據(jù)出力及《正壓濃相飛灰氣力輸送系統(tǒng)》選定DN65 的輸料管道。輸料是需要隨時監(jiān)測輸送壓力，根據(jù)輸送壓力反映輸送情況。工藝參數(shù)設(shè)定是上限壓力尤為重要，這是程序判別管道是否堵管的重要依據(jù)。

2.3 工藝清堵

運行時需要實時監(jiān)控氣力輸送管道的壓力。當(dāng)壓力大于堵管壓力保持3 s，需要觸發(fā)清堵程序。當(dāng)清堵程序觸發(fā)后，關(guān)閉變頻電機，同時關(guān)閉倉泵②的所有閥門，關(guān)閉輸送閥、助吹氣閥，打開清堵閥。繼續(xù)監(jiān)測管路壓力，關(guān)清堵閥，開啟助吹氣閥，同時啟動管道通定時器180 s（可設(shè)置）。當(dāng)管道壓力高于0.20 MPa 時，關(guān)閉助吹氣閥，打開清堵閥，監(jiān)測壓力，直至監(jiān)測到管道壓力下降到輸送結(jié)束壓力設(shè)定值0.04 MPa，關(guān)閉助吹氣閥，打開清堵閥，延時20 s 進入下一步，以上循環(huán)，監(jiān)測到打開助吹氣閥氣壓在一定時間內(nèi)不會升高且管道壓力輸送結(jié)束壓力0.04 MPa（可設(shè)置）后，代表清堵完成，重新開啟正常輸送。清堵的原理主要是通過堵管料栓兩端的壓差變化，從而對物料產(chǎn)生振動的效果，往復(fù)循環(huán)，直至振散物料，或者反抽物料，從而達到清堵管道的目的。

2.4 采用倉螺體輸送工藝的優(yōu)勢

倉螺體輸送的主要氣源為空壓機氣源，壓力比微正壓輸送高，輸送范圍廣，可適應(yīng)性強；而且空壓機氣源都為全場氣源配置，在出力大小會影響輸送氣量的大小時，可以實時調(diào)節(jié)，節(jié)約能源。倉螺體輸送在輸送后端由于輸送壓力的下降造成流速增加的情況下，一般采用變徑點技術(shù)，增加管道大小，控制后段管道流速，減少后段管道、彎頭的磨損，增加設(shè)備、管道壽命。倉螺體輸送工藝設(shè)計考慮到自動清堵管道的工藝，在管道由于輸送物料料性的變化、進入塊狀物體、氣源停機等突發(fā)因素的影響而導(dǎo)致管道堵管時，有相應(yīng)的清堵管道的程序，執(zhí)行清堵管道的功能，減少突發(fā)情況對維護人員增加的工作量。穩(wěn)定地輸送氣源，倉螺體輸送距離較遠(yuǎn)，最遠(yuǎn)可達500 m以上；輸送時可以根據(jù)脫硫煙氣監(jiān)測的反饋值，調(diào)節(jié)輸送螺旋軸的轉(zhuǎn)速，達到控制輸送量；輸送經(jīng)過充分流化可經(jīng)分配器分配至多個進料口，也可多級分配，與鍋爐煙氣多點混合，效果更好，適用于各種噴射輸料的工況，特別在多臺爐配置時，可靈活布置石灰石緩沖倉的位置，也可相應(yīng)減少石灰石緩沖倉布置的數(shù)量。

3 倉螺體輸送工藝設(shè)計注意事項

3.1 倉螺體倉泵進料循環(huán)控制

倉泵①由高料位控制，倉泵②進料由低料位控制，到達低料位時需要進料，倉泵①在把料給倉泵②后要自動循環(huán)進料，做到隨時給倉泵②進料。進料閥需要監(jiān)測關(guān)到位情況，防止由于漏氣使當(dāng)前倉泵物料往上一級倒灌及輸送壓力無法控制的情況。

3.2 螺旋軸設(shè)計

螺旋軸設(shè)計含螺旋軸出力設(shè)計和螺旋軸設(shè)計注意兩部分。

（1）螺旋軸出力設(shè)計。螺旋軸工藝設(shè)計時需要考慮填充率，輸送出力應(yīng)考慮20%的富余量，以便運行時可根據(jù)實時情況修改除設(shè)定的轉(zhuǎn)換參數(shù)。螺旋軸設(shè)計還需考慮物料自密封性能，控制出料速度。由于技術(shù)限定由變頻電機驅(qū)動螺旋軸調(diào)節(jié)出力大小，所以根據(jù)變頻電機特性，在5 Hz～50 Hz 為恒轉(zhuǎn)矩運行，選取出力后與之相對應(yīng)的變頻電機頻率范圍不能超出5 Hz～50 Hz，即最小出力不能小于最大出力的10%。

（2）螺旋軸設(shè)計注意。螺旋軸設(shè)計時需要考慮相應(yīng)的間隙，物料在壓力的作用下，受力會慢慢加強而增加螺旋軸受力，增加間隙可以降低運行阻力。螺旋輸送在運行過程中不可避免由于物料摩擦的原因，需要對螺旋軸葉片的外沿進行耐磨處理。螺旋軸輸送時在壓力中進行，在軸承前端需要考慮增加擋料環(huán)、密封油氈。

3.3 輸送工藝設(shè)計

管道如有切換時，必須等切換動作結(jié)束后才能運行輸料。各氣動閥門應(yīng)監(jiān)測到位情況，閥門不到位有以下原因，包括氣管接管漏氣、軸承損壞、異物卡死、到位機械開關(guān)移位等，各閥門開關(guān)正常才能穩(wěn)定輸送。對于輸送程序長時間一直清堵時，需要考慮設(shè)備機械故障，需在控制界面發(fā)出相應(yīng)警告提示給運維人員提供檢修的判斷依據(jù)。

4 總結(jié)

在電廠除灰領(lǐng)域普遍運用的情況下，倉螺體輸送作為氣力輸送的一部分，在中小鍋爐爐內(nèi)噴鈣爐后增濕活化法脫硫中運用越來越廣泛。倉螺體輸送精準(zhǔn)定量、穩(wěn)定、實時反饋調(diào)節(jié)、可長距離的輸送方式對爐內(nèi)噴鈣系統(tǒng)的運行有很好的優(yōu)勢，而且適用多臺鍋爐并用、多點分配等復(fù)雜情況。倉螺體輸送工藝設(shè)計也需要做好其他氣源、控制、閥門、管道等配套設(shè)施，使運行更加穩(wěn)定，從而達到穩(wěn)定的脫硫效果。