1000MW高炉煤气布袋除尘灰气力输送系统设计原理

　　对高炉煤气净化系统干法布袋除尘灰的输送一般采用刮板、斗提的机械输送的方式，这种输灰方式有着极其明显的缺点：无论是刮板机还是斗提机都属于机械设备，故障率高，维修量大，影响生产;非密封输送，扬尘污染严重;高炉灰与空气接触，在一定条件下会有高炉灰自燃的现象发生。《高炉煤气干法袋式除尘设计规范》规定大型高炉宜采用气力输灰方式。

　　19世纪初，气力输送装置即被应用于工业，当时主要用于港口、码头和工厂的谷物等散装料的输送，随着气力输送装置的不断发展和完善，对高炉煤气精华系统干法布袋除尘灰的输送得以采用气力输送方式。理论与实践证明，粉体的气力输送具有机械输送等其他输送设备所不具备的优越性。这种新型的输灰方式不仅解决了机械输灰的诸多缺点，而且因为其高效节能、环保、布置灵活、自动化程度高等优点备受关注。

　　气力输送是利用气体作为载体和动力，在密闭管道内沿气流方向输送颗粒状物料，是流态化技术的一种具体应用，具有结构简单，操作方便，生产效率高，可作水平的、垂直的或倾斜方向的长距离输送的特点，过程封闭，既能保证物料不被污染，又能满足环保的要求。

　　大多数粉粒料能采用气力输送技术。在现有技术条件下，输送物料的粒径上限为80mm。一般输送管道的内径至少3倍于(最好10倍)最大的粒子尺寸才能避免管道拥堵。

　　自动流动、无磨损和无纤维物料是气力输送理想的选择对象。现有气力输送技术已经允许输送有黏性的、磨损性的和易碎的物料。

　　根据输送压力的不同，将气力输送分为低压系统输送和高压系统输送。

　　低压系统输送亦即稀相系统输送，输送速度高，固气比低。低压系统输送又可分为负压和正压两种，负压输送整个输送过程是在低于大气压力下进行的，一般工作压力为-0.04-0.08Mpa，其缺点是压力有限，输送距离短。正压输送则是用于高于大气压力的气体输送物料，一般工作压力为0.1-0.5Mpa，特点是输送量大，距离长。

　　高压系统输送通常指正压浓相系统，一般工作压力为0.5-0.8Mpa，这种输送方式速度较低，固气比高，物料在发送仓泵内流化后予以输送。

　　在高炉煤气净化系统中，应用较多的是正压浓相气力输送和正压稀相气力输送。

　　高炉煤气布袋除尘灰是一种极细的粉灰，60%的灰粒径约200-325目，平均温度在120℃以上。不同容积的高炉干法除尘灰外观和物化性能相差很大，容重变化在0.2-1.2t/m³范围。

　　以1080m³高炉为例，设置14个布袋箱体，单箱体过滤面积为680㎡，双排布置，日产灰量约40t，灰密度为0.75-0.9t/m³，含水量(质量分数)小于5%，水平输送距离为35m，垂直输送距离为20m，输送气为氮气。

　　在正压浓相气力输送系统的每个箱体下方个布置1台浓相泵，每7个浓相泵串联为一排，共两排浓相泵、两条输灰管道。整个系统由PLC控制系统、氮气系统、输送系统及大灰库组成。其工作原理可分为四个阶段。

　　1)进料阶段：打开气动进料阀，高炉灰自由落入仓泵内;当仓泵内高炉灰达到一定料位后，触发料位计发出信号，此时关闭气动进料阀，完成落料过程。

　　2)流化阶段：开启进气阀，氮气通过仓泵底部进入流化床，高炉灰在仓泵内被充分流化，同时仓泵内气压上升。

　　3)输送阶段：当仓泵内压力达到一定值时，出料阀开启，流化床上的高炉灰流化加强，开始输送，仓泵内高炉灰逐渐减少，在此过程中仓泵内的高炉灰处于边流化、边输送的状态。

　　4)吹扫阶段：当仓泵内高炉灰被输送完毕，压力下降到管道阻力时，压力检测仪发出信号，此时应继续通一定时间的氮气，以清扫管路内的积灰，然后关闭进气阀，一定时间后，关闭出料阀，完成一次输送;然后代开进料阀，进行下一次输送。

　　高炉灰经输送管道进入大灰库。输送中携带的氮气通过灰灰库顶部布袋除尘器被排入大气。整个系统根据各个泵的收灰情况单独发送，两排输送泵可同时输送，但同一排内的2台泵不能同时输送。浓相输送灰气比为25-36kg/kg，输送管径为DN125mm，气源压力为0.5-0.6Mpa，输送风量为4m³/min，输送起始速度为2-5m/s，末端速度为12m/s。

　　在正压稀相气力输送系统的两排箱体下方各设置一条输灰管道，在每个箱体下方设置一组卸灰阀门及1个陶瓷内衬弯管，介入输灰管道。整个系统由PLC控制系统、氮气系统、输送管道和大灰库组成。其工作原理是：当控制系统检测到灰仓低料位或定时时间时，依次打开箱体下方卸灰阀门组，在重力作用下，高炉灰经陶瓷内衬弯管进入输灰管道，输灰管道内具有一定速度的氮气将高炉灰输送至大灰库，在大灰库内，料气分离，经布袋除尘器过滤后的洁净氮气被排入大气。

　　浓相输送灰气比为5-10kg/kg，输送管径为DN150mm，气源压力为0.3-0.4Mpa，输送风量为8m³/min，输送起始速度为12m/s，末端速度为25m/s。

　　稀相气力输送特点：没有流化过程，氮气直接作用于高炉灰上，使高炉灰沸腾，呈悬浮状态。输送的固气比低，物料流速快。

　　浓相气力输送特点：高炉灰在仓泵中经流化后，完全填满输送管道截面，气流速度小于15m/s，固气比大于20kg/kg。

        正压浓相气力输送系统与正压稀相气力输送系统最本质的差别是在输灰管道中输送的气固两相流的流型不同。浓相气力输送系统整体性能指标好于稀相气力输送系统，其优势具有有以下三方面。

　　1)较高的固气比。灰气比可达25-35kg/kg(稀相系统为5-10kg/kg)，甚至更高。因此其空气耗量大为减小，一般浓相气力输送耗气量约为稀相气力输送的1/3-1/2。因此也带来四个优于稀相气力输送的特点：一是在经济上，每年节省下来的氮气量相当可观;二是高浓度输送，在满足输送量的前提下，管径也较稀相气力输送小，一般1000m³高炉浓相气力输送管道采用DN125mm的即可，而稀相系统输送为DN150mm管道;三是小口径管道自重较小，现场铺设也更加方便灵活;四是大灰库上部空间有限，布袋除尘器的过滤面积不可能过大，较小的耗气量能大幅降低布袋的过滤负荷，从而大大提高布袋的使用寿命，增加整个气力输灰系统的可靠性。

　　2)较低的输送流速。气力输送的功率消耗与表现速度的平方成正比，系统管道和物料的磨损也与表观速度的2-3次方成正比。浓相气力输送系统平均流速仅为5-8m/s，为稀相气力输送的一半左右。稀相系统较高的输送速度，决定了其管道磨损较浓相系统要严重的多。由于管道磨损小，一般的无缝钢管就能胜任浓相输送，只需在磨损较大的弯头部分增加耐磨材料即可，而一般稀相气力输送管道需整体设计增加耐磨内衬。

　　3)更好的稳定性。配套设备齐全，PLC集控整个系统。浓相气力输送系统配套设备寿命远高于稀相气力输送系统，运行维护也更简单，运行成本也更低。

　　相比浓相气力输送系统，稀相气力输送系统配套设备更少，一次投资建设比正压浓相气力输送系统低。14个布袋箱体采用浓相输送，投资建设需100-120万元，而采用稀相输送，只需浓相输送价格的一般即可。稀相气力输送系统远程操作也比浓相气力输送系统简单，浓相气力输送系统需要专业人员进行操作，而对于稀相气力输送系统，操作人员只需接受简单培训即可上岗操作。

　　从发展的角度看，正压浓相气力输送系统优于正压稀相气力输送系统，其工艺高效、环保、节能，系统稳定，更有利于高炉除尘灰的综合利用，是一种更加可靠的气力输送方式。此外，当前的正压浓相气力输送系统还朝更高固气比、更长距离、更基恩能够的方向发展，亦即超浓相气力输送技术。