氣力輸灰技術在鋼鐵企業的應用實踐

劉勃興

（天津市新天鋼聯合特鋼有限公司，天津 301500）

0 引言

鋼鐵企業各工序在生產過程中會產生大量的粉塵，這些粉塵通過除塵裝置收集后形成除塵灰，傳統的除塵灰運輸方式會產生大量的二次揚塵，對環境造成二次污染。隨著環保要求越來越嚴格，尤其是環大氣[2019]35號文關于《推進實施鋼鐵企業超低排放的意見》中要求粉狀物料輸送應采用管狀帶式輸送機、氣力輸送設備、罐車等方式密閉輸送。其中氣力輸灰系統可將除塵灰通過氣力密閉輸送，即可節省人力、物力，又可降低對環境的污染，與傳統的運輸方式比較，輸送物料始終被封閉在管道中，不露天，不必噴水加濕，可將物料直接送至目標倉，而且布置靈活。氣力輸灰技術具有清潔環保、節水、輸送靈活等優點，已經被越來越多的鋼鐵企業認可和使用，取得了良好的社會效益和經濟效益[1，2]。

天津天鋼聯合特鋼有限公司（以下簡稱聯合特鋼公司） 各工序在生產的過程中會產生大量的粉塵，這些粉塵通過各種形式的除塵裝置收集后形成除塵灰，為了消除這些除塵灰在輸運過程中產生的二次揚塵，目前聯合特鋼公司燒結、煉鐵、煉鋼等工序的除塵設施都安裝了氣力輸灰系統。本文結合聯合特鋼公司氣力輸灰系統應用實踐對氣力輸灰系統的組成、輸送原理及優勢特點進行了介紹，總結了系統運行過程中常見的問題，并提出了解決這些問題的改進措施

1 氣力輸送系統工作原理及特點

1.1 氣力輸灰系統的組成

本文所介紹的氣力輸灰系統由倉泵、氣源、管路及接收倉構成，系統采用自動化程序進行控制，通過這種控制能夠使整個氣力輸灰系統安全有效的運行。

1.2 倉泵氣力輸送原理

氣力輸送過程由進料、流化加壓、輸送、吹掃四個階段構成（見圖1）。

圖1 倉泵的工作過程四個階段

1.2.1 進料階段

當進料閥打開時，物料自由地落進泵體內，當泵中的物料超過料位計時，物料計發送滿信號，進料閥自動的關上[3]。同時，在控制系統中設定了時間控制模塊，以保證料位計故障或者除塵器灰斗內灰卸空時，仍然能夠關閉進料閥，確保下一階段順利進行。

1.2.2 流化加壓階段

氣動進氣閥主動打開，壓縮空氣從泵體底端的氣化室進入，通過流化床，泵倉內壓力逐漸升高，物料流化。

1.2.3 輸送階段

當泵倉壓力到達一定值時，壓力傳感器發出信號，排料閥主動打開，流化床氣體流量增加，運輸開始后，泵倉內的粉料漸漸減少，流化床上的粉料始終保持在一邊流化一邊進入輸灰管道內。

1.2.4 吹掃階段

當物料在泵倉中運輸結束，壓力降到管道的阻力時，指示燈顯示信號，進行一段時間的通氣對管道進行清理，清理后進氣閥閉合，間隔一段時間，排料閥關閉，本次循環周期完成，從而進入下一循環周期。

1.3 輸送管道的選擇

倉泵與倉泵間采用紊流雙套管輸送管道，一般考慮到成本的問題，輸送主管路采用無縫鋼管，但是在容易磨損的彎頭爬高段、直線距離加速比較長的地方，例如直線加速距離100～200 m 后的彎頭及彎頭后的1～2 m 管道也可采用耐磨陶瓷或者合金材質的管道。雙套管輸送管道具備優良的雙流體自調節功能，可實現低流速、低磨損、高灰氣比的氣力輸送、有效降低耗氣量，且具備自排堵功能，使氣力輸送系統的經濟性、安全性得以大幅提高。

紊流雙套管由主輸送管和安裝在內壁頂部的內旁通管構成，內旁通管底端間隔處有開口（見圖2）。當灰堆積發生在主輸送管中的某處時，堆積段中的壓降急速上升，而混合物的混合流不得不流入內旁通管中，并且在底部開口以很高速度流出以重新進入主輸送管，在主輸送管道區域形成湍流，將堆積物分割、吹散并帶走。而此過程在整個輸灰過程中不斷重復，將灰料不斷向前輸送，從而使雙套管氣力輸灰管道能夠實現低流速、高濃度的紊流穩定輸灰運行。紊流雙套管的主要優勢：

圖2 紊流雙套管

（1） 采用雙套管后氣力輸送系統的可靠性提高，在極端工況環境下，雙套管能自行疏通管道，因此系統能隨時啟停而不用擔心堵管。

（2） 粉料在管內可以較低的流速進行輸送，管道磨損小。

（3）工作壓力低、輸送濃度高，系統出力大。

（4）運行氣耗小，較常規無縫管降低氣耗約15～20%。

（5）紊流雙套管廣泛應用于大比重、大粒徑、流態化效果差等粉料的氣力輸送，同時也應用于超長距離的管道氣力輸送領域，較普通無縫管有更低的管阻和動力損失。

1.4 氣力輸送系統的優勢和特點

（1）采用了底部流化、下引輸送式倉式氣力輸送泵，它結合了LD 濃相上引式倉泵和L 型下引式倉泵的優點，并加以整合，具有較高的物料兼容性和輸送便捷性。

（2）采用了目前最可靠的耐磨雙面閘閥做為倉泵的配套灰閥，該閥采用硬密封、雙面刀閥結構，在保證密封性能和可靠性能的同時，將耐磨陶瓷或硬質合金技術應用到磨損部件中，使該閥的使用壽命大大延長，較其它灰閥有較大的優勢。

（3）倉泵與接收倉之間管道采用了紊流雙套管技術，該技術的應用徹底解決了氣力輸送中的堵管瓶徑，該管道具有低流阻、高灰氣比、自排堵能優勢，是普通無縫管無法比擬的。

2 聯合特鋼公司氣力輸灰系統的應用

聯合特鋼公司經過多次實地考察、調研，通過數據比較，結合公司實際情況，最終選擇目前使用的氣力輸灰系統。公司燒結、煉鐵、煉鋼工序除塵灰均采用了此類氣力輸灰系統，通過在除塵器灰斗下方直接安裝氣力倉泵來收集物料并通過管道輸送到貯灰倉內。此輸灰系統性能顯著，應用效果明顯，符合環大氣[2019]35號文關于推進實施鋼鐵企業超低排放的意見中對物料輸送的要求。

聯合特鋼公司氣力輸灰倉泵采用融合LD 型上引流化泵和L 型下引射流泵的技術特點后研發的新產品，該泵通過在國內鋼鐵行業除塵系統應用后獲得了優良的效果，其系統整體性能指標優于常規的濃相輸送系統，是現在行業領域相對穩定、安全的氣力輸灰技術。

2.1 系統輸送效率高

系統具有較高的灰氣比：一般在500 米距離內灰氣比可達15～60 kg/kg；具有較低的工作壓力：一般在0.4 MPa 以內；具有較低的輸送流速，本系統平均流速在9～10 m/s，起始段流速為＜7m/s；輸送管采用紊流雙套管，具有防堵、高灰氣比、低能耗等特點。故系統輸送效率高、輸灰管道磨損小。

2.2 系統設備可靠性高

系統設備體積小，重量輕，易于安裝和維護，不妨礙區域內其它設備檢修，它可以安裝在除塵器的灰料斗下方，也可以設置固定腳；該系統配置靈活、方便，主要的操作組件和管道以及閥門、儀器和儀表均采用標準件，進而提高互換性且維護方便；系統設備可靠性高，采用旋轉給料噴吹泵的氣力輸送系統，其獨特的工作原理，可有效的保證氣力輸送管道不容易堵塞，即使短時間內停止工作后再次啟動運行，也可以迅速疏通管道，從而保證了輸送系統的可靠性和安全性。

2.3 系統清潔環保

各系統的除塵灰收集和輸運過程完全處于全密閉狀態，輸送物料始終被封閉在管道中，不露天，不必噴水加濕，即可節省人力、物力，又不會產生二次揚塵對環境造成污染，現場十分干凈，可達到環保方面的要求（見圖3）。

圖3 氣力輸灰現場

2.4 系統運行維護費用低

由于倉泵安裝簡單，維護方便，極少發生故障；主要閥門、儀表等配套設備均選用標準件，在各分廠之間具有很好的互換性；同時通過電腦進行卸灰和輸運操作，既減輕了人力又節約了時間，而且能夠及時發現輸灰系統存在的問題，第一時間進行處理，保證輸灰系統的穩定運行。

2.5 系統自動化程度高

系統采用自動化程序進行控制。該控制程序具有邏輯控制、動態性能顯示、設備故障警示、靈敏反射等處理功能及遠程操作和手動功能，使系統能夠靈活方便的操作和管理。氣力輸灰系統電腦控制界面如圖4 所示。

圖4 氣力輸灰系統電腦控制界面

3 氣力輸灰系統常見問題及優化措施

泄漏和堵塞問題是氣力輸灰系統中常見的問題，在聯合特鋼公司的氣力輸灰系統中也會遇到這樣的問題，尤其是堵塞問題非常的棘手，以上兩個問題的具體原因及處理對策分析如下。

3.1 泄漏問題

3.1.1 泄漏問題原因分析

泄漏最重要的一個原因是因為磨損。磨損是由于兩個原因造成：第一就是流速過快，導致管道磨損嚴重；第二個就是管路的設計存在問題導致磨損嚴重。

3.1.2 泄漏問題優化措施

（1）針對流速過快問題。氣力輸送設計的時候，直線加速段要控制住，如果直線加速距離超過200 m，要有變徑；另外針對壓縮空氣打進倉泵時膨脹導致流速加快的情況，一定要控制設備的進氣量和直線加速距離。

（2）針對管路的設計問題。一般設計的時候就要考慮管線的優化，盡量避免彎頭，但是彎頭段是設計過程中必須要有的，因此彎頭可以增加引流段，引流可以有效的降低流速。

3.2 堵塞問題

3.2.1 堵塞問題原因分析

堵塞問題是非常棘手的問題，一旦發生堵塞現象，它不像刮板機能拆下來，而是管線全部架設在高空，維護起來相當的麻煩，而且如果發生堵塞，把管道吊運到地面清理的話，非常的麻煩，但是如果在高空清理，不可避免的會造成揚塵。造成堵塞主要有以下幾個原因：

（1）物料質量過大。如果比重超過2.5 g/cm3，氣送就比較困難。

（2）物料含水過高。濕度大，灰黏，容易在倉泵或者管道內結團。

（3）操作不當會造成堵塞。氣力輸送過程對管道出口流速及參數設置有一定的要求，所以在調試過程會先檢測空管壓力輸送，即單獨走氣時管道的壓力下限在什么位置，否則在使用過程中管道內會物料沉積，再調下限，殘余的料會越來越多，到最后也會堵塞。

（4）接收終端的影響。氣力輸送是氣和灰一起打到終端，所以終端要設有過濾排氣裝置，這就要考慮過濾排氣裝置排風能力，如果輸送氣體來不及排出，倉頂壓力真空釋放閥達到一定壓力后就會自動打開，造成揚塵。但是由于倉頂空間有限，無法安裝大的除塵器，導致排風量是有限的，在聯合特鋼公司的設計是每個點的輸送時間是要進行錯開峰運行，如果所有的除塵點都往倉里打灰，倉里壓力就會升高，也會影響氣力輸送，特別是爬高段，很容易形成沉降造成堵塞。

（5）設計因素影響。氣力輸送設計大忌就是管道由下沉段，管道下沉形成混流，物料流速由6～7 m/s 直接降到零位，再從零位有一個加速，但是很難加速起來，導致物料會在下沉段堵塞。

3.2.2 堵塞問題優化措施

（1）加強各工序除塵設施運行管理，保障除塵灰的粒徑和水分符合氣力輸送工藝要求。

（2）加強氣力輸送設施的運行和維護管理，嚴格按照氣力輸送系統操作規程執行。

（3）嚴格各輸灰系統錯峰運行制度，保證接收灰倉壓力低于輸送壓力。

（4）在設計過程中要考慮堵塞問題，避免輸送管道出現下沉段，目前聯合特鋼公司所有氣力輸送管線基本不存在下降現象。

4 結語

氣力輸送系統與傳統的輸灰方式相比，具有安全環保、運行可靠、設備簡化、占用空間小等優點，聯合特鋼公司燒結、煉鐵、煉鋼工序都配備了氣力輸灰系統，滿足了聯合特鋼公司除塵灰的輸送要求，消除了二次揚塵污染，滿足了國家鋼鐵行業超低排放產業政策的要求。

聯合特鋼公司除塵灰密閉氣力輸送系統成功的投入使用，節省了企業的人力、物力，提高了企業資源的利用率；該系統將物料始終封閉在管道中進行輸送，不必噴水加濕，可將物料直接送至目標倉，具有清潔環保、節約用水用地、輸送靈活等優點，目前已在鋼鐵企業廣泛應用。這對提高鋼鐵企業的經濟效益、社會效益、改善生產作業環境有著重要的現實意義。