上海麥克曼氣力輸送系統設備公司132m2和180m2燒結機于2013年6月投入運行。燒結系統分別設有機頭機尾電除塵器各一臺和配料系統布袋除塵器一臺。由于紅土鎳礦具有高水分、高結晶水、粒度細、雜質多等特點，生產中各除塵器捕集的灰塵量遠多于普通鐵礦燒結。傳統工藝中，除塵灰都是通過汽車外運或直接通過膠帶運輸機返回到工藝系統重新參與配料。這么做，不僅二次揚塵大，混合料水分難以控制，影響生產，同時因除塵灰化學成分有異于原料，在一定程度也影響燒結礦質量穩定。
我公司在總圖設計時，受工藝布局和場地限制，180m2燒結機機頭機尾除塵灰無法直接用傳統的運輸方式運送到工藝系統中，需倒運多次。而公司作為新建的新材料項目，積極響應國家節能環保的政策，非常重視清潔生產，必須嚴格控制無序排放和二次揚塵。基于上述原因，綜合考慮公司工藝布局上設有壓縮空氣氣源，而精煉和回轉窯噴吹等均為間斷用氣，存在氣源剩余空間，并且國內已有采用氣力輸送除塵灰的成功經驗[2，3]，因此，決定采用氣力輸送方式輸送燒結除塵灰。
2 燒結除塵灰的特性
根據燒結生產采用的原燃料不同，各廠除塵灰的化學成分有所差異，但共同點是煙氣量大，粉塵量和粉塵性質波動大，易吸潮，粘結力強，堆密度在1100k／m3左右。通常，燒結機頭電除塵器煙塵濃度為1～6g／m3，溫度在80～180℃之間，煙氣濕度在15％左右，粉塵含堿金屬多，<5μm粒級占30％以上；機尾電除塵器煙塵濃度在15～25g／m3，溫度在80～130℃之間，粉塵中主要以鐵離子為主，粒徑在40μm左右；配料布袋除塵器煙塵濃度在10～15g／m3，溫度為常溫，粉塵主要以返礦和石灰粉末為主[4]。我廠紅土鎳礦燒結除塵灰的主要成分如表1，其中的Fe、CaO、MgO、Ni、Cr都有回收利用價值，棄之，不僅造成資源浪費，而且影響環境。
氣力輸送燒結除塵灰必須解決的技術問題有以下幾方面：其一，除塵灰易受潮堵管、灰中有雜物，流速快管道易磨損，必須解決上閥門易卡料，設備和管道易腐蝕等問題；其二，要考慮如何提高灰氣比，達到濃相輸送，在減少投資的同時盡可能降低運行費用；其三，操作上要簡單實用，維護方便，自動化控制程度高，設備選型是關鍵。
3 氣力輸灰系統設計及特點
3．1 設計依據
根據麥克曼氣流輸送公司對除塵器的設計，氣力輸灰系統的設計參數，如表2。
3．2 氣力輸灰系統工藝流程
經除塵器捕集的除塵灰由灰斗卸下，經刮板輸送機送至中間料倉，再經氣動閥進入倉泵，然后用壓縮空氣噴吹進入輸送管道，送至配料室18m平臺的132配料倉或者180配料倉。在除塵灰配料倉頂部的輸送管道上安裝有切換閥，可根據各灰倉的料位將灰送入任意一個倉中。各灰倉頂部還安裝了流量為80m3／min的布袋除塵器。配料倉中的除塵灰經下部的螺旋秤進入燒結系統。其工藝流程如圖1所示。
3．3 設計說明
系統輸送設計灰氣比為15kg／kg，平均總耗氣量為52m3／min，瞬時最大耗氣量為80m3／min；系統儀控氣耗氣量為2m3／min。
3．3．1 機頭氣力輸灰系統
132和180機頭除塵灰各采用一臺下引式1．0m3倉泵，共用一根DN94→DN110輸送管道；除塵灰輸送量分別為4．35t／h和5．55t／h，倉泵的出料口徑均為DN94。每臺倉泵輸送耗氣量約為6m3／min，倉泵充滿系數為0．8，除塵灰堆密度為1100kg／m3。設計每個輸送循環為9min，其中輸送3．5min，進料及輔助時間為5．5min。
每倉裝灰量為：1．0×0．8×1．1=0．88t
每小時輸灰量為：0．88×1×60÷9=5．86t／h>5．55t／h>4．35t／h，滿足輸送要求。
3．3．2 機尾氣力輸灰系統
132機尾除塵灰采用一臺下引式3．0m3倉泵，與180機尾除塵灰輸送共用一根DN109→DN155輸送管道。132和180機尾靜電除塵灰每小時輸送量均為17．5t／h，倉泵的出料口徑為DN109。平均輸送耗氣量為18m3／min。倉泵充滿系數為0．8，除塵灰堆密度為1100kg／m3。設計每個輸送循環為8min，其中輸送4min，進料及輔助時間4min。
每倉裝灰重量為：3．0×0．8×1．1=2．6t
每小時輸送量為：2．6×60÷8=19．5t／h>17．5t／h，滿足輸送量要求。
3．3．3 配料氣力輸灰系統
配料布袋除塵器共有6個灰斗，每個灰斗下采用一臺下引式0．25m3倉泵，每排3個一組分成兩組交替輸送，共用一根DN94→DN110輸送管道輸送至配料室配料礦槽；每小時輸送量為5．2t／h，倉泵出料口徑為DN94。平均輸送耗氣量為4m3／min，倉泵充滿系數為0．8，除塵灰堆密度為1080kg／m3，輸送距離為150m。每組倉泵一個輸送循環為10min，其中輸送3min，進料、等待及輔助時間7min。
每倉裝灰重量為：0．25×0．8×1．08=0．22t
每組裝灰重量為：0．22×3=0．66t
兩組每小時輸送量為：0．66×2×60÷10=7．9t／h>5．2t／h，滿足輸送要求。
3．4 系統設計特點
1)輸灰系統自動化程度高，可遠程或就地操作，操作簡單。本系統集中控制室設在180機頭除塵器下，內設有PLC控制柜及工作員站，可實現自動運行以及對氣源供氣設備、管路狀況、料倉設備的自動監控。機頭、機尾及配料除塵各配置一臺現場控制操作箱，控制柜上有操作面板，可進行自動與手動轉換。控制箱內有遠程接口，可將相關輸送參數及工作狀態傳輸到集中控制室。
2)輸送系統具有一、二次進氣調節能力，能使系統在最佳用氣比及優良的流化狀態下運行。采用孔板技術，具有主進氣、輔進氣、濃度調節進氣等多種調節手段，能確保輸送系統流化效果好，達到最優輸送效果。
3)輸送系統設計料氣比為15kg／kg，管道內物料流速較低，對設備的磨損相對較小，同時采用壁厚大于7mm的20#鋼無縫鋼管，耐磨彎頭采用內襯陶瓷大曲率半徑彎頭。
4)采取倒抽式排堵方式，排堵速度快，只需將料氣混合物通過排堵閥及管道引出，使輸送管內壓緊密實的物料松動后，即可實現重新輸送。排堵管道上的排堵閥處于常閉狀態，當輸送管內壓力達到預警值并持續一定時間后，系統發出報警信號，提示操作人員采取手動排堵或自動排堵。機頭排堵管接入機頭電除塵器的入口，其余接入灰斗。
5)儀表選用具有以下特點：①氣力輸送系統的氣動閥門全部由安裝在電磁閥箱內的電磁閥控制，電磁閥箱采取防塵措施。②限位開關采用磁環感應式，信號準確，現場可直接觀察，確保閥門到位，不漏氣，不漏灰。③輸送系統每臺倉式泵上都裝有料位計，根據料位信號可知倉泵內除塵灰是否裝滿；每個中間倉也安裝了料位計，以便及時控制下料量。采用泵料位控制與時間控制相結合，避免了料位計失效影響生產的情況。④輸送進氣管道上和每根輸灰管道上都安裝了壓力變送器，可根據壓力大小進行輸送運行或停止。
6)倉泵系統的特點：每個倉泵上方都安裝了手動檢修閥，出口處安裝了輸送補氣器，可調節輸送物料的濃度，保證系統安全運行。現場還安裝了輸送用氣儲氣罐和控制用氣儲氣罐，用于穩定氣源和為輸粉系統提供控制用氣。
7)接受倉的特點：每根輸灰管道在接收倉頂可根據需要通過切換閥將除塵灰送入相應的接收倉中。3臺終端卸灰箱分別安裝在接收倉倉頂，管道輸送來的除塵灰通過終端卸灰箱送入接收倉。接受倉倉頂還設有布袋除塵器，兩個料倉相互聯通，便于氣流理順。
4 氣力輸灰系統的工作程序和運行效果
4．1 系統工作程序
第一階段：裝料階段。倉泵的排氣閥及進料閥打開，物料通過進料閥從灰倉進入倉泵。倉泵裝滿后稱重傳感器發出料滿信號；關閉倉泵進料閥、排氣閥。
第二階段：氣化階段。裝料完成后，打開出料閥、主輸送進氣閥及流化進氣閥。壓縮空氣進入倉泵，使倉泵內的物料氣化，具有很好的流動性。
第三階段：輸送階段。氣化到一定程度后，呈流態化的物料自動噴入輸灰管。在此階段，壓縮空氣一直從進氣閥源源不斷地供入倉泵，直到倉泵內所有的除塵灰全部卸出。
第四階段：吹掃階段。當輸灰管中的除塵灰全部到達灰倉時，輸灰管內壓力降低。通過壓力變送器可測出灰管壓力降低，也能通過稱重傳感器計量出倉泵內除塵灰已輸送完畢。在經過數秒鐘的空氣吹掃后，進氣閥關閉，出料閥關閉，進料閥打開，排氣閥打開，開始下一輪循環。
4．2 系統運行效果
除塵灰氣力輸灰系統自2011年3月投運以來，取得了良好效果，灰氣比高于設計，使輸送效率增高，雖然也出現過故障停機，但都沒有造成燒結系統停機。系統運行參數及指標如表3所示。
從運行情況來看，取得了以下效果：
(1)氣力輸灰系統運行維護費用低。倉泵安裝維修方便、簡單，一般無故障；主要閥門、儀表等配套設備采用標準件，廠內具有互換性；輸灰壓力低，料氣混合物在管道內的流速低，對管道及相關設備磨損小；采用厚壁無縫管道，無磨漏，使得燒結生產線不受到輸灰故障影響。
(2)管道布置合理，不妨礙其它設備檢修；輸送系統放灰控制合理，除塵灰落入中間倉無冒灰現象，管道運行過程處于全密封狀態，無二次揚塵，達到了環保要求。
(3)燒結配料采用除塵灰單配后，下料比較穩定、準確，混合料加水穩定，促進了燒結過程穩定受控，為燒結礦質量改善起到了關鍵作用。
(4)通過控制進料時間和吹掃時間，利用接受倉的負壓控制，實際運行時灰氣比達22kg／kg，使得運行費用降低，每天間斷運行累計時間不到12小時。
(5)使用氣力輸灰系統改善了工人的勞動環境，穩定了職工隊伍。
5 經濟效益對比
除塵灰氣力輸送系統運行一年多以來，平均每分鐘耗氣量約為45m3，壓縮空氣成本約0．03元／m3，小時費用在72元左右，年作業率70％，運行費用約49萬元。若采用機械運輸，設計功率合計約120kWh，電價0．6元／kWh，年作業率50％，年運行費用約32萬元；若采用汽車運輸，日除塵灰量約為600t，每噸運輸費用約3元，一年約64．8萬元。
維修費用方面，氣力輸送系統的年維修費不到3萬元；機械運輸系統一年易損備件更換和維修費用在8萬元左右。
人工費用方面，氣力輸送因為實現了自動集中控制，定員5人；機械輸送需要8人，年節省工資9萬元以上。
綜合以上幾項，氣力輸送系統年總費用約67萬元，機械輸送年費用約64萬元，二者相差不大。但我公司采用的壓縮空氣是與其它用戶點交錯使用，使得運行費用實際降低很多，而勞動力減少、粉塵回收率提高、燒結礦質量改善所產生的效益是巨大的。
6 有待改進的問題
1)輸送系統灰氣比還比較低，應研究如何提高，進一步降低運行費用。
2)機頭除塵灰溫度變化大易受潮、埋刮板輸送機冒灰、除塵灰板結等問題易造成堵管，需加強輸送過程堵漏風、漏雨，并針對除塵灰的特性進一步研究防堵措施。
3)除塵灰中時常混有垃圾、小鐵屑等雜物，建議從源頭控制。
4)中間灰倉即使經過流化處理，仍存在下料不暢問題，需進一步研究改進。
5)配料礦槽料位顯示不太準確，需要人工探料位，建議選用更合適的料位計。
6)倉泵輸送灰量與配料螺旋秤計量數據誤差較大，倉泵灰量計量準確性還有待改進。
7 結束語
我廠除塵灰氣力輸送系統和燒結主體工程同步建設，投運后取得了良好的經濟效益和環境效益，但也存在著一些問題，有待改進和完善。下一步，我們將尋求提高灰氣比的突破口，實現濃相輸送；在設備上，改進縮短倉泵進料時間，使系統運行時間進一步縮短，創造更多的經濟效益。
氣力輸送系統與其他運輸方式比較，投資相當，運行費用相差不大，但其具有設備簡單、維修費用低、占地面積小、工藝布局靈活、自動化程度高、運行安全環保等優點，更能保證燒結除塵灰的精確配料，改善燒結礦質量。實踐證明，氣力輸送燒結除塵灰更符合現代工業清潔生產的要求。氣力輸送系統設備故障維護對策
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