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濃相氣力輸灰系統(tǒng)
一、概述
氣力輸送系統(tǒng)可以廣泛應(yīng)用于電力、化工、建材、鋼鐵、食品等行業(yè)的粉體輸送中，并逐漸成為一種較為通用的輸送手段，它具有設(shè)備簡單、管道配置靈活、安全環(huán)保、節(jié)能高效等特點。我公司采用了先進成熟的管道二相流技術(shù)，實現(xiàn)粉料顆粒的高效、可靠、低能耗、長距離輸送；電解鋁廠飛灰處理的理想設(shè)備〖系統(tǒng)〗。
二、系統(tǒng)工藝流程
本系統(tǒng)由倉泵、氣源、管道和灰?guī)斓炔糠纸M成，采用集中程序控制方式，實現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)備的協(xié)調(diào)有序運行。
系統(tǒng)采用QSB型上引式倉泵作為關(guān)鍵輸送設(shè)備，倉泵直接連接在除塵器【ESP】灰斗下，接受除塵器收集的飛灰，同時采用空氣壓縮機作為動力源，通過密閉的管道，在高濃度、低流速的狀態(tài)下，把飛灰輸送至貯灰?guī)臁?/span>
二、濃相氣力輸灰系統(tǒng)典型設(shè)備配置
1.上引式倉泵
上引式流態(tài)化倉泵為一耐疲勞、耐磨損的低壓容器，倉泵本體上封頭內(nèi)集成有氣動進料閥，以控制飛灰進入倉泵；下封頭設(shè)一流化氣室，內(nèi)裝流化盤，流化氣室與進氣管道相聯(lián)，并通過氣動進氣閥控制壓縮空氣的流入；出料管從流化盤中心附近向上引出泵體并與氣動出料閥相聯(lián)，出料閥控制灰氣混合物排入管道；為滿足自動控制的要求，倉泵體上還裝有料位計和壓力傳感器。
2.氣源系統(tǒng)
氣源由空氣壓縮機、壓縮空氣凈化過濾設(shè)備及貯氣罐等組成?？諌簷C一般采用壓力0.75MPa的螺桿式空壓機，對于連續(xù)運行工況，螺桿式空壓機比活塞往復(fù)式空壓機具有更高的可靠性；貯氣罐起到穩(wěn)定壓力、緩沖用氣、冷卻除水等作用，為滿足間歇用氣的工況要求，一般選用較大容量的貯氣罐；由于空壓機排出的壓縮空氣中含有大量的水份，包括液態(tài)水份和氣態(tài)水份，這些水份對飛灰輸送是不利的，可采用多級過濾除去液態(tài)水份，同時采用干燥機〖冷凍干燥機或吸附式干燥機〗除去部分氣態(tài)水份，降低壓縮空氣露點，以防止和飛灰混和時產(chǎn)生結(jié)露、結(jié)塊等現(xiàn)象。
3.輸送管道
由于系統(tǒng)輸送流速較低，輸灰管道可采用普通無縫鋼管，壁厚一般6～8mm。根據(jù)出力要求及輸送距離，采用管徑一般有以下幾種規(guī)格：DN65、DN80、DN100 DN125 DN150。遠距離輸送時，為降低末端輸送流速，可采用輸送管道變徑方式，輸送管道彎頭也可采用耐磨管或無縫鋼管背部加厚。
4.自動控制系統(tǒng)
本系統(tǒng)整個工藝流程采用計算機集中程序控制，全自動運行。運行人員只需監(jiān)視控制系統(tǒng)運行顯示狀態(tài)。同時由于設(shè)有完善的故障報警系統(tǒng)，故障處理和維護都十分方便。
三、系統(tǒng)控制過程特點如下
程序控制器根據(jù)輸入信號，通過程序運行輸出來控制整個系統(tǒng)工藝流程。一臺程序控制器可同時控制多臺倉泵協(xié)調(diào)運行。系統(tǒng)還設(shè)有現(xiàn)場控制箱，可進行現(xiàn)場手動操作，以滿足調(diào)試和現(xiàn)場故障處理要求。程序控制器在控制工藝流程的同時，動態(tài)顯示各運行參數(shù)狀態(tài)，給出設(shè)備故障報警信號，并自動進行部分故障緊急處理。系統(tǒng)運行參數(shù)在控制器上可動態(tài)自由設(shè)定和調(diào)整，因此具有極大的靈活性和適應(yīng)性。
輸送機理.
四、輸送過程
本系統(tǒng)采用倉泵間歇式輸送方式，每輸送一泵飛灰，即為一個工作循環(huán)。每個工作循環(huán)分四個階段。
1.進料階段
進料閥呈開啟狀態(tài)，進氣閥和出料閥關(guān)閉，倉泵內(nèi)部與灰斗連通；倉泵內(nèi)無壓力(與除塵器內(nèi)部等壓)，飛灰源源從除塵器灰斗進入倉泵，當倉泵內(nèi)飛灰灰位高至與料位計探頭接觸，則料位計產(chǎn)生一料滿信號，并通過現(xiàn)場控制單元進入程序控制器。在程序控制器控制下，系統(tǒng)自動關(guān)閉進料閥，進料狀態(tài)結(jié)束。
2.加壓流化階段
進料閥關(guān)閉后，打開進氣閥，壓縮空氣通過流化盤均勻進入倉泵，倉泵內(nèi)飛灰充分流態(tài)化，同時壓力升高，當壓力高至壓力表上限壓力時，則雙壓力開關(guān)輸出上限壓力信號至控制系統(tǒng)，系統(tǒng)自動打開出料閥，加壓流態(tài)化階段結(jié)束，進入輸送階段。
3.輸送階段
出料閥打開，此時倉泵一邊繼續(xù)進氣，一邊氣灰混和物通過出料閥進入輸灰管道，并輸送至灰?guī)臁．攤}泵內(nèi)飛灰輸送完后，管路阻力下降，倉泵內(nèi)壓力降低；當倉泵內(nèi)壓力降低至雙壓力開關(guān)整定的下限壓力時，輸送階段結(jié)束，進入吹掃階段，但此時進氣和出料閥仍保持開啟狀態(tài)。
4.吹掃階段
進氣和出料閥仍開啟，壓縮空氣吹掃倉泵和輸灰管道。定時一段時間后，吹掃結(jié)束，關(guān)閉進氣閥、出料閥，然后打開進料閥，倉泵恢復(fù)到進料狀態(tài)。至此，包括四個階段的一個輸送循環(huán)結(jié)束，重新開始下一個輸送循環(huán)。
以上輸送循環(huán)四個階段倉泵內(nèi)壓力變化曲線如圖所示。
五、輸送流態(tài)
1.倉泵內(nèi)流態(tài)
a.加壓流化階段
進料閥和出料閥都關(guān)閉，壓縮空氣通過流化盤進入倉泵。倉泵下錐體內(nèi)飛灰呈均勻流態(tài)化，灰氣充分混和，同時倉泵內(nèi)壓力升高，此時如同一壓力流化床。
b.輸送階段
出料閥呈開啟狀態(tài)，灰氣混和物進入輸灰管道，同時壓縮空氣通過流化盤進入倉泵。倉泵下錐體內(nèi)出料管端附近局部繼續(xù)呈急劇流態(tài)化，飛灰一邊被流態(tài)化，灰氣均勻混合，一邊均勻進入輸灰管道實現(xiàn)飛灰的遠距離輸送。此時倉泵內(nèi)壓力保持穩(wěn)定。
c.吹掃階段
此時倉泵內(nèi)已無飛灰，管道內(nèi)飛灰逐步減少，最后呈純空氣流動狀態(tài)。系統(tǒng)阻力下降，倉泵內(nèi)壓力也下降至一穩(wěn)定值。吹掃的目的是吹盡管路和泵體內(nèi)殘留的飛灰，以利于下一循環(huán)的輸送。
d.管道流態(tài)
從管道流態(tài)上看，本系統(tǒng)采用了正壓濃相流態(tài)技術(shù)。管道前端呈旁路濃相流態(tài)，管道后端由于壓力減小，氣體膨脹，速度提高而轉(zhuǎn)變?yōu)檫B續(xù)濃相流態(tài)。
e.旁路濃相流態(tài)
旁路濃相流態(tài)輸送濃度高〖灰氣比可達30～60Kg/Kg〗，同時速度低〖根據(jù)輸送物料，在5～10m/s之間〗。
在水平管道內(nèi)，由于流速較低，飛灰在重力作用下沉降管底，造成上部流道縮小，上部流道內(nèi)氣流速度增加，又帶動飛灰重新飛揚，如此反復(fù)；同時下部沉降飛灰在壓力作用下呈滑移狀態(tài)，故是一種動壓和靜壓同時作用的流態(tài)。此流態(tài)具有輸送效率高、耗氣量少、流動速度低、對管道磨損小等優(yōu)點。
f.連續(xù)濃相流態(tài)
輸送管道后端由于壓力減小，氣體膨脹，導(dǎo)致流動速度提高，流態(tài)也轉(zhuǎn)變?yōu)檫B續(xù)濃相。連續(xù)濃相流態(tài)輸送濃度高，同時速度也較大，為此可采用逐段擴徑以減小磨損。
如圖所示，由于管道內(nèi)流動的壓縮空氣減壓膨脹，輸送速度提高，飛灰基本均勻懸浮在管道截面上，在氣流的動壓帶動下穩(wěn)定流動。
六、系統(tǒng)性能分析及特點
濃相正壓氣力輸灰系統(tǒng)是結(jié)合流態(tài)化和管道二相流技術(shù)研制的，采用動壓與靜壓聯(lián)合輸送方式的高濃度、高效率飛灰輸送設(shè)備。系統(tǒng)整體性能指標大大超過常規(guī)的稀相輸送系統(tǒng)，是目前世界上先進的氣力輸送技術(shù)。其系統(tǒng)性能和特點具體說有以下幾個方面。
1.較高的灰氣比
灰氣比可達30～60Kg/Kg，而常規(guī)稀相系統(tǒng)為5～15Kg/Kg。因此其空氣耗量大為減小，在大多數(shù)情況下，濃相正壓氣力輸灰系統(tǒng)的空氣消耗量約為其它系統(tǒng)的1/3～1/2。由此帶來一系列有利的因素：
a.供氣不必使用大型空氣壓縮機，因而可采用性能可靠的小型螺桿式空壓機。供氣系統(tǒng)投資較低，為使系統(tǒng)更加可靠穩(wěn)定，在壓縮空氣站增加一套壓縮空氣干燥過濾系統(tǒng)在經(jīng)濟上也是允許的。
b.輸灰系統(tǒng)輸送入貯灰?guī)斓臍饬枯^小，因而貯灰?guī)焐系牟即^濾器排氣負荷大大降低，從而有利于布袋過濾器的長期可靠運行。通常由于貯灰?guī)焖柽^濾的空氣量大，而貯灰?guī)祉敳康目臻g較小，往往造成在高比負荷下運行的布袋過早損壞。而本系統(tǒng)較好地解決了這一難題。
c.在通過提高濃度滿足出力的前提下，所用管道口徑大為減小，常用DN65、DN80、DN100、DN125等小口徑管道；而稀相系統(tǒng)管道口徑一般在DN125～DN250之間。由于管道口徑減小，因而管道自重和沖擊力較小，可選用輕型支架或利用現(xiàn)有廠房建筑敷設(shè)安裝，十分方便，且投資要比常規(guī)稀相系統(tǒng)低得多。
2.較低的輸送流速
在通過提高濃度滿足出力的前提下，盡可能降低輸送流速以減少磨損。本系統(tǒng)平均流速在8～12m/s，而起始段流速為5～8m/s，為常規(guī)稀相系統(tǒng)的一半左右，因此輸灰管道磨損大為減少。管道磨損小，就可不用昂貴的耐磨管，而采用普通無縫鋼管即可，只在彎頭部位
采用耐磨材料或增加壁厚。
3.較高的工作壓力
系統(tǒng)工作壓力較高，一般為2～4Kg/cm2，對設(shè)備密封性要求較嚴。但可充分利用常規(guī)空壓機提供的壓頭。且由于其流量大為減小，故足以抵消壓力增高所增加的費用。
4.較好工作適應(yīng)范圍
輸送距離范圍寬廣，從短距離的50米至1500米長距離，本系統(tǒng)都有其良好的輸送記錄。對于更長距離的輸送，可采用中間站接力的方式解決，如一級輸送采用小型倉泵把飛灰集中至中間轉(zhuǎn)運灰?guī)?，二級輸送用大型倉泵遠距離輸送至終端主灰?guī)臁?/span>
5.與除塵器的協(xié)調(diào)性
倉泵與除塵器灰斗直接連通，正常工作情況下，灰斗內(nèi)僅僅在相應(yīng)倉泵處于輸送狀態(tài)時才有少量積灰，因而灰斗一般可不設(shè)加熱和氣化設(shè)備，并大大有利于除塵器的運行。
6.安裝維修方便
由于倉泵體積小、重量輕，故安裝方便，維修也容易。常用倉泵規(guī)格為0.25～2.5m3，重量在250～1500Kg之間，可直接吊掛在灰斗下。
7.配置靈活
本系統(tǒng)配置靈活方便，可根據(jù)出力需要靈活配置倉泵規(guī)格、輸灰管道連接方式，以適應(yīng)實際工況要求。
8.可靠性和可維修性
本系統(tǒng)在設(shè)計過程中即考慮了系統(tǒng)設(shè)備的可靠性和可維修性要求。主要體現(xiàn)在以下幾個方面：
9.系統(tǒng)具備的故障備用方式優(yōu)越，可大大提高系統(tǒng)級可靠性和可維修性。如電除塵器一旦某一電場下倉泵故障，即可停止此電場倉泵的輸送，而不影響其它電場倉泵工作，這對維修是有利的。
Ⅱ.對于本系統(tǒng)內(nèi)的主要動作部件，如電磁閥、氣缸，由于控制用氣經(jīng)過徹底的凈化處理，因而具有很高的可靠性。
Ⅲ.對于本系統(tǒng)內(nèi)工作工況惡劣的關(guān)鍵部件，如進料閥和出料閥等，針對高沖蝕性灰氣混合二相流工況進行設(shè)計和制造，以滿足其工況適應(yīng)性和長期使用可靠性能要求，并考慮可維修性要求。
Ⅳ.系統(tǒng)的大量配套件，如閥門、氣缸、儀器儀表等，都盡量采用標準元件，互換性強，維修費用低且更換方便。
自動運行水平
七.本系統(tǒng)自動化程度高，操作簡單。系統(tǒng)動態(tài)顯示、故障報警和處理功能齊全。在必要的時間，既可與除塵器控制中心聯(lián)系構(gòu)成一集控中心，同時又可在本系統(tǒng)局部范圍內(nèi)〖如對某一倉泵〗實現(xiàn)手動操作，因此操作管理都非常靈活方便。