脈沖料栓密相低速氣力輸送技術在鐵系催化劑輸送中的應用

□ 杜煒清

上海麥克曼氣力輸送系統設備有限公司 上海 200030

1 研究背景

在現代工業(yè)領域，人們越來越重視節(jié)能、環(huán)保、高效的生產制造方式。以節(jié)能環(huán)保的方式輸送鐵系催化劑，是一個值得研究的課題。所要輸送的鐵系催化劑，是一種流動性一般，易碎、易氧化的粉料，需要將此粉料以10 t/h左右的輸送量輸送至水平距離10 m、豎直距離35 m的下游設備中。另外，由于生產工藝的需求，輸送的氣源為費用較高的壓縮氮氣，對氣量的控制在節(jié)能方面顯得尤為重要。針對以上問題，提出將脈沖料栓密相低速氣力輸送技術應用于鐵系催化劑輸送中。脈沖料栓密相低速氣力輸送技術能夠解決物料易破損、能耗高等問題，可以有效提高生產的可靠性與經濟性。應用這一技術，整套輸送設備的密閉性好，加之尾端除塵效果佳，在環(huán)境友好方面有很好的表現。

2 脈沖料栓密相低速氣力輸送技術原理

在密閉的管道中使用氣體輸送粉料時，粉料在管道中的流動狀態(tài)會隨氣流速度、氣流中所含粉料量及粉料特性等因素發(fā)生變化。當氣流速度很快時，粉料以懸浮狀態(tài)和較快的速度被輸送，此時粉粒之間會發(fā)生較為劇烈的碰撞。若是粉料比較脆，就容易發(fā)生破碎，若是粉料比較堅硬，就會導致輸送管道被磨損。

如果將輸送壓力提高，并以脈沖的方式將壓縮空氣一股一股地注入輸送管道，使氣流速度減慢至一定程度，那么大部分粉料會失去懸浮能力，在管道中形成料栓。此時可以利用料栓前后的靜壓差推動粉料運動，類似人類的心臟，通過舒張、擠壓的脈動方式，將新鮮血液沿血管輸送至體內各個器官。應用脈沖料栓密相低速氣力輸送技術，配合脈沖氣刀閥在管道中產生間斷式靜壓差能，將粉料以一段氮氣、一段粉料的形式進行輸送，如圖1所示。粉料在輸送過程中，因為速度低，粉粒間的撞擊會減少，物料的破碎率自然降低。同時，還可以防止粉料過度磨損輸送管壁，從而延長輸送系統的使用壽命，并能減少由于粉料摩擦產生的靜電與熱量集聚，起到抑制粉塵爆炸的作用，提高安全性。

3 鐵系催化劑特性

所需要輸送的鐵系催化劑，為煤制氣過程中所需的催化劑，附加值很高。鐵系催化劑在顯微鏡下呈現為樹枝形狀，極易折斷破損。根據試驗，為了保證鐵系催化劑能發(fā)揮最佳的催化效果，需要盡可能保證鐵系催化劑的形狀完整。此外，傳統的機械輸送方式，如螺旋推送、振動輸送等，均為開放式輸送方式，不利于氮氣保護。使用壓縮氮氣來進行氣力輸送，則可以防止產品氧化及對環(huán)境的污染。

▲圖1 粉料輸送示意圖

4 高海拔地區(qū)應用的優(yōu)勢

某化工公司位于海拔1 200 m的陜北黃土高原，接近于高海拔地區(qū)，此類地區(qū)大氣壓較低，空氣稀薄。由于氣力輸送技術的輸送介質為氣體，因此在高海拔地區(qū)，輸送系統中所使用的空壓機實際工況與用氣量會有所改變。

如圖2所示，海拔高度與大氣壓力的關系為：

式中：H為實際工況的海拔高度，m；P為實際工況的大氣壓力，bar；P0為標準大氣壓力，P0=0.1 MPa=1 bar。

海拔高度H為1 200 m時，其大氣壓P1=1×（1-1 200/4 4300）5.256=0.86 bar。

根據氣態(tài)方程，假設溫度不變，氣體常數不變，則有：

式中：Q0為標準工況的耗氣量，m3/min；Q1為使用地工況的耗氣量，m3/min。

在標準工況下，使用排氣壓力為8 bar的空壓機，所需氣量為10 Nm3/min，即 Q0=10 m3/min，則 Q1=P0Q0/P1=11.6 m3/min。即在海拔1 200 m處，使用排氣壓力為8 bar的空壓機時，實際耗氣量增大至11.6 m3/min，增大約16%。

若使用耗氣量較大的氣送方式，如上引式流態(tài)化密相技術，通過大氣量將物料流化，再進行輸送，則由于地理原因，為使整套系統達到預期效果，必須采取加大空壓機耗氣量的方法來保證輸送能力，能源的消耗及浪費必然增加。而應用脈沖料栓密相低速氣力輸送技術來輸送物料，由于輸送方式的特殊性，原本在標準工況下所需要的耗氣量就較小，受海拔高度的影響，耗氣量的增量也不大，在節(jié)能與經濟性方面優(yōu)勢明顯。

另外值得一提的是，使用脈沖料栓密相低速氣力輸送技術時，豎直管段中物料的實際運動狀態(tài)如下：上段料栓的底部粉料因重力影響會不斷落下，當豎直輸送到一定高度后，料栓會因此效應逐漸松散開，同時壓縮氣體也會擊潰料栓，推動物料上升的氣體運載能力會因過多的旁路而下降。在具體實踐中，豎直向上的輸送距離約為35 m。為維持氣體向上的運載能力，在一定高度的豎直管段處，加入一組旁路，并同樣使用脈沖技術，將氣體一股一股補充進去，在豎直管道中強行建栓，以大大提高氣體的利用率，從而降低用氣成本。

▲圖2 海拔高度與大氣壓力關系

5 輸送系統配置

應用脈沖料栓密相低速氣力輸送技術的輸送系統，主要設備是一臺PPC-2.5型脈沖料栓密相低速氣力輸送倉泵。在倉泵內配置DN250氣動雙插板進料閥、DN50氣動雙插板排氣閥、上進氣閥、脈沖氣刀閥、DN100氣動雙插板出料閥、稱重傳感器、高位料位計、壓力變送器。系統配置如圖3所示。

在PPC-2.5型脈沖料栓密相低速氣力輸送倉泵上游，設置有如下設備：①DN250氣動雙插板預關閉閥，用于保證倉泵進料插拔閥動作時無料，以保護進料閥；②DN250手動插板閥，為常開型，待需要檢修下游設備時關閉；③ 催化劑貯存料倉；④ 料倉高位、低位料位計。在料倉頂部還配置有MD-3BF型脈沖反吹袋式料倉除塵器和真空、壓力釋放閥。

在PPC-2.5型脈沖料栓密相低速氣力輸送倉泵的下游，有一條DN100輸送管道、一座催化劑收料倉。在收料倉上配置有MD-5B型脈沖反吹袋式料倉除塵器，用于進行氣固分離。另外，在收料倉上配置有高位與低位料位計、真空壓力釋放閥、稱重傳感器、DN250手動插板閥、DN250氣動雙插板出料閥。DN250手動插板閥為常開型，待需要檢修下游設備時關閉。

鑒于鐵系催化劑的附加值較高，業(yè)主要求在進出氣力輸送環(huán)節(jié)配置稱重傳感器。倉泵上的稱重傳感器用于主稱量，收料倉上的稱重傳感器用于校核。

上述氣力輸送環(huán)節(jié)的有關設備，均通過氣力輸送的管道、閥門、儀表、氣源等組成一個系統，并連接集散控制系統，實現自動運行。

6 系統輸送過程

當下游設備收料倉需要輸送鐵系催化劑時，先后打開DN50氣動雙插板排氣閥、DN250氣動雙插板進料閥、DN250氣動雙插板預關閉閥，鐵系催化劑均勻快速地落入PPC-2.5型脈沖料栓密相低速氣力輸送倉泵中。

待位于PPC-2.5型脈沖料栓密相低速氣力輸送倉泵上的稱重傳感器測出給料量的預設值后，通過集散控制系統輸出命令，關閉DN250氣動雙插板預關閉閥、DN250氣動雙插板進料閥和DN50氣動雙插板排氣閥，打開DN100氣動雙插板出料閥、上進氣閥、脈沖氣刀閥，鐵系催化劑經上進氣閥壓縮至倉泵出料口處，并通過脈沖氣刀閥有序的開、關使輸送管道內呈一段粉料、一段壓縮氮氣的狀態(tài)。鐵系催化劑通過DN100輸送管道以約10 t/h的輸送量，被輸送至催化劑收料倉內，水平輸送距離最遠約10 m，豎直提升距離最高約35 m。

▲圖3 輸送系統配置

7 總結

將脈沖料栓密相低速氣力輸送技術應用于鐵系催化劑輸送，效果理想，既提高了企業(yè)的生產效率，又降低了生產成本。雖然輸送系統在整個生產工藝流程中僅為輔助系統，但是仍發(fā)揮了提效、降本、提高總體收益的作用。