烧结除尘灰气力输送系统的设计特点及运行

潘料庭1，蓝健1，潘国帅1，赵丽芳2

(1．北海诚德镍业有限公司，广西北海536017；2．中钢集团工程设计研究院石家庄设计院，河北石家庄050021)

摘 要：分析了红土镍矿烧结除尘灰的特性，介绍了除尘灰气力输送系统的设计和技术特点。根据该系统投运一年多来的情况，对其运行效果进行了评价和经济分析，综合认为烧结除尘灰采用气力输送是可行的、经济的和环保的。此外，还指出了该系统有待完善之处及下一步改进的方向。

关 键 词：烧结除尘灰；气力输送；设计

1 前言

北海诚德镍业有限公司132m2和180m2烧结机于2011年3月投入运行。烧结系统分别设有机头机尾电除尘器各一台和配料系统布袋除尘器一台。由于红土镍矿具有高水分、高结晶水、粒度细、杂质多等特点[1]，生产中各除尘器捕集的灰尘量远多于普通铁矿烧结。传统工艺中，除尘灰都是通过汽车外运或直接通过胶带运输机返回到工艺系统重新参与配料。这么做，不仅二次扬尘大，混合料水分难以控制，影响生产，同时因除尘灰化学成分有异于原料，在一定程度也影响烧结矿质量稳定。

我公司在总图设计时，受工艺布局和场地限制，180m2烧结机机头机尾除尘灰无法直接用传统的运输方式运送到工艺系统中，需倒运多次。而公司作为新建的新材料项目，积极响应国家节能环保的政策，非常重视清洁生产，必须严格控制无序排放和二次扬尘。基于上述原因，综合考虑公司工艺布局上设有压缩空气气源，而精炼和回转窑喷吹等均为间断用气，存在气源剩余空间，并且国内已有采用气力输送除尘灰的成功经验[2，3]，因此，决定采用气力输送方式输送烧结除尘灰。

2 烧结除尘灰的特性

根据烧结生产采用的原燃料不同，各厂除尘灰的化学成分有所差异，但共同点是烟气量大，粉尘量和粉尘性质波动大，易吸潮，粘结力强，堆密度在1100k／m3左右。通常，烧结机头电除尘器烟尘浓度为1～6g／m3，温度在80～180℃之间，烟气湿度在15％左右，粉尘含碱金属多，<5μm粒级占30％以上；机尾电除尘器烟尘浓度在15～25g／m3，温度在80～130℃之间，粉尘中主要以铁离子为主，粒径在40μm左右；配料布袋除尘器烟尘浓度在10～15g／m3，温度为常温，粉尘主要以返矿和石灰粉末为主[4]。我厂红土镍矿烧结除尘灰的主要成分如表1，其中的Fe、CaO、MgO、Ni、Cr都有回收利用价值，弃之，不仅造成资源浪费，而且影响环境。

气力输送烧结除尘灰必须解决的技术问题有以下几方面：其一，除尘灰易受潮堵管、灰中有杂物，流速快管道易磨损，必须解决上阀门易卡料，设备和管道易腐蚀等问题；其二，要考虑如何提高灰气比，达到浓相输送，在减少投资的同时尽可能降低运行费用；其三，操作上要简单实用，维护方便，自动化控制程度高，设备选型是关键。

3 气力输灰系统设计及特点

3．1 设计依据

根据中钢集团工程设计研究院石家庄设计院对除尘器的设计，气力输灰系统的设计参数，如表2。

3．2 气力输灰系统工艺流程

经除尘器捕集的除尘灰由灰斗卸下，经刮板输送机送至中间料仓，再经气动阀进入仓泵，然后用压缩空气喷吹进入输送管道，送至配料室18m平台的132配料仓或者180配料仓。在除尘灰配料仓顶部的输送管道上安装有切换阀，可根据各灰仓的料位将灰送入任意一个仓中。各灰仓顶部还安装了流量为80m3／min的布袋除尘器。配料仓中的除尘灰经下部的螺旋秤进入烧结系统。其工艺流程如图1所示。

3．3 设计说明

系统输送设计灰气比为15kg／kg，平均总耗气量为52m3／min，瞬时最大耗气量为80m3／min；系统仪控气耗气量为2m3／min。

3．3．1 机头气力输灰系统

132和180机头除尘灰各采用一台下引式1．0m3仓泵，共用一根DN94→DN110输送管道；除尘灰输送量分别为4．35t／h和5．55t／h，仓泵的出料口径均为DN94。每台仓泵输送耗气量约为6m3／min，仓泵充满系数为0．8，除尘灰堆密度为1100kg／m3。设计每个输送循环为9min，其中输送3．5min，进料及辅助时间为5．5min。

每仓装灰量为：1．0×0．8×1．1=0．88t

每小时输灰量为：0．88×1×60÷9=5．86t／h>5．55t／h>4．35t／h，满足输送要求。

3．3．2 机尾气力输灰系统

132机尾除尘灰采用一台下引式3．0m3仓泵，与180机尾除尘灰输送共用一根DN109→DN155输送管道。132和180机尾静电除尘灰每小时输送量均为17．5t／h，仓泵的出料口径为DN109。平均输送耗气量为18m3／min。仓泵充满系数为0．8，除尘灰堆密度为1100kg／m3。设计每个输送循环为8min，其中输送4min，进料及辅助时间4min。

每仓装灰重量为：3．0×0．8×1．1=2．6t

每小时输送量为：2．6×60÷8=19．5t／h>17．5t／h，满足输送量要求。

3．3．3 配料气力输灰系统

配料布袋除尘器共有6个灰斗，每个灰斗下采用一台下引式0．25m3仓泵，每排3个一组分成两组交替输送，共用一根DN94→DN110输送管道输送至配料室配料矿槽；每小时输送量为5．2t／h，仓泵出料口径为DN94。平均输送耗气量为4m3／min，仓泵充满系数为0．8，除尘灰堆密度为1080kg／m3，输送距离为150m。每组仓泵一个输送循环为10min，其中输送3min，进料、等待及辅助时间7min。

每仓装灰重量为：0．25×0．8×1．08=0．22t

每组装灰重量为：0．22×3=0．66t

两组每小时输送量为：0．66×2×60÷10=7．9t／h>5．2t／h，满足输送要求。

3．4 系统设计特点

1)输灰系统自动化程度高，可远程或就地操作，操作简单。本系统集中控制室设在180机头除尘器下，内设有PLC控制柜及工作员站，可实现自动运行以及对气源供气设备、管路状况、料仓设备的自动监控。机头、机尾及配料除尘各配置一台现场控制操作箱，控制柜上有操作面板，可进行自动与手动转换。控制箱内有远程接口，可将相关输送参数及工作状态传输到集中控制室。

2)输送系统具有一、二次进气调节能力，能使系统在最佳用气比及优良的流化状态下运行。采用孔板技术，具有主进气、辅进气、浓度调节进气等多种调节手段，能确保输送系统流化效果好，达到最优输送效果。

3)输送系统设计料气比为15kg／kg，管道内物料流速较低，对设备的磨损相对较小，同时采用壁厚大于7mm的20#钢无缝钢管，耐磨弯头采用内衬陶瓷大曲率半径弯头。

4)采取倒抽式排堵方式，排堵速度快，只需将料气混合物通过排堵阀及管道引出，使输送管内压紧密实的物料松动后，即可实现重新输送。排堵管道上的排堵阀处于常闭状态，当输送管内压力达到预警值并持续一定时间后，系统发出报警信号，提示操作人员采取手动排堵或自动排堵。机头排堵管接入机头电除尘器的入口，其余接入灰斗。

5)仪表选用具有以下特点：①气力输送系统的气动阀门全部由安装在电磁阀箱内的电磁阀控制，电磁阀箱采取防尘措施。②限位开关采用磁环感应式，信号准确，现场可直接观察，确保阀门到位，不漏气，不漏灰。③输送系统每台仓式泵上都装有料位计，根据料位信号可知仓泵内除尘灰是否装满；每个中间仓也安装了料位计，以便及时控制下料量。采用泵料位控制与时间控制相结合，避免了料位计失效影响生产的情况。④输送进气管道上和每根输灰管道上都安装了压力变送器，可根据压力大小进行输送运行或停止。

6)仓泵系统的特点：每个仓泵上方都安装了手动检修阀，出口处安装了输送补气器，可调节输送物料的浓度，保证系统安全运行。现场还安装了输送用气储气罐和控制用气储气罐，用于稳定气源和为输粉系统提供控制用气。

7)接受仓的特点：每根输灰管道在接收仓顶可根据需要通过切换阀将除尘灰送入相应的接收仓中。3台终端卸灰箱分别安装在接收仓仓顶，管道输送来的除尘灰通过终端卸灰箱送入接收仓。接受仓仓顶还设有布袋除尘器，两个料仓相互联通，便于气流理顺。

4 气力输灰系统的工作程序和运行效果

4．1 系统工作程序

第一阶段：装料阶段。仓泵的排气阀及进料阀打开，物料通过进料阀从灰仓进入仓泵。仓泵装满后称重传感器发出料满信号；关闭仓泵进料阀、排气阀。

第二阶段：气化阶段。装料完成后，打开出料阀、主输送进气阀及流化进气阀。压缩空气进入仓泵，使仓泵内的物料气化，具有很好的流动性。

第三阶段：输送阶段。气化到一定程度后，呈流态化的物料自动喷入输灰管。在此阶段，压缩空气一直从进气阀源源不断地供入仓泵，直到仓泵内所有的除尘灰全部卸出。

第四阶段：吹扫阶段。当输灰管中的除尘灰全部到达灰仓时，输灰管内压力降低。通过压力变送器可测出灰管压力降低，也能通过称重传感器计量出仓泵内除尘灰已输送完毕。在经过数秒钟的空气吹扫后，进气阀关闭，出料阀关闭，进料阀打开，排气阀打开，开始下一轮循环。

4．2 系统运行效果

除尘灰气力输灰系统自2011年3月投运以来，取得了良好效果，灰气比高于设计，使输送效率增高，虽然也出现过故障停机，但都没有造成烧结系统停机。系统运行参数及指标如表3所示。

从运行情况来看，取得了以下效果：

(1)气力输灰系统运行维护费用低。仓泵安装维修方便、简单，一般无故障；主要阀门、仪表等配套设备采用标准件，厂内具有互换性；输灰压力低，料气混合物在管道内的流速低，对管道及相关设备磨损小；采用厚壁无缝管道，无磨漏，使得烧结生产线不受到输灰故障影响。

(2)管道布置合理，不妨碍其它设备检修；输送系统放灰控制合理，除尘灰落入中间仓无冒灰现象，管道运行过程处于全密封状态，无二次扬尘，达到了环保要求。

(3)烧结配料采用除尘灰单配后，下料比较稳定、准确，混合料加水稳定，促进了烧结过程稳定受控，为烧结矿质量改善起到了关键作用。

(4)通过控制进料时间和吹扫时间，利用接受仓的负压控制，实际运行时灰气比达22kg／kg，使得运行费用降低，每天间断运行累计时间不到12小时。

(5)使用气力输灰系统改善了工人的劳动环境，稳定了职工队伍。

5 经济效益对比

除尘灰气力输送系统运行一年多以来，平均每分钟耗气量约为45m3，压缩空气成本约0．03元／m3，小时费用在72元左右，年作业率70％，运行费用约49万元。若采用机械运输，设计功率合计约120kWh，电价0．6元／kWh，年作业率50％，年运行费用约32万元；若采用汽车运输，日除尘灰量约为600t，每吨运输费用约3元，一年约64．8万元。

维修费用方面，气力输送系统的年维修费不到3万元；机械运输系统一年易损备件更换和维修费用在8万元左右。

人工费用方面，气力输送因为实现了自动集中控制，定员5人；机械输送需要8人，年节省工资9万元以上。

综合以上几项，气力输送系统年总费用约67万元，机械输送年费用约64万元，二者相差不大。但我公司采用的压缩空气是与其它用户点交错使用，使得运行费用实际降低很多，而劳动力减少、粉尘回收率提高、烧结矿质量改善所产生的效益是巨大的。

6 有待改进的问题

1)输送系统灰气比还比较低，应研究如何提高，进一步降低运行费用。

2)机头除尘灰温度变化大易受潮、埋刮板输送机冒灰、除尘灰板结等问题易造成堵管，需加强输送过程堵漏风、漏雨，并针对除尘灰的特性进一步研究防堵措施。

3)除尘灰中时常混有垃圾、小铁屑等杂物，建议从源头控制。

4)中间灰仓即使经过流化处理，仍存在下料不畅问题，需进一步研究改进。

5)配料矿槽料位显示不太准确，需要人工探料位，建议选用更合适的料位计。

6)仓泵输送灰量与配料螺旋秤计量数据误差较大，仓泵灰量计量准确性还有待改进。

7 结束语

我厂除尘灰气力输送系统和烧结主体工程同步建设，投运后取得了良好的经济效益和环境效益，但也存在着一些问题，有待改进和完善。下一步，我们将寻求提高灰气比的突破口，实现浓相输送；在设备上，改进缩短仓泵进料时间，使系统运行时间进一步缩短，创造更多的经济效益。

气力输送系统与其他运输方式比较，投资相当，运行费用相差不大，但其具有设备简单、维修费用低、占地面积小、工艺布局灵活、自动化程度高、运行安全环保等优点，更能保证烧结除尘灰的精确配料，改善烧结矿质量。实践证明，气力输送烧结除尘灰更符合现代工业清洁生产的要求。

参 考 文 献：

[1]   李建华，程威，肖志海．红土镍矿处理工艺综述[J]湿法冶金，2004，23(4)：191—194．

[2]   汤静芳．武钢新一烧的除尘灰气力输送[J]．烧结球团，2007，45(4)：25—27．

[3]   王永顺．三(明)钢烧结厂电除尘灰的气力输送[J]．烧结球团，2004，29(3)：30—34．

[4]   汤聂，蒋绍坚，烧结粉尘采用机械输送与气力输送的比较[J]．烧结球团，2007，32(2)：35—37．

[5]   华旭军，贾春海，等，气力输送烧结除尘灰技术应用探讨[J]．河南冶金，2009，17(1)：26—28．

[6]   王代军．首秦工程原料生产除尘灰气力输送技术的研究与实践[N]．世界金属导报，2012—5—22(B16)．

[7]   王晓青．低速密相气力输送方式在烧结工程上的应用[C]．北京：第5届中国金属学会青年学术年会论文集，2010．