電石生產(chǎn)氣力輸送系統(tǒng)氮?dú)饣厥占夹g(shù)的研究與應(yīng)用

彭江偉

（天能化工有限公司，新疆 石河子 832000）

氣力輸送系統(tǒng)因其簡(jiǎn)單便捷而非常適合應(yīng)用于工廠、車間等場(chǎng)所的粉粒體物料的輸送。該系統(tǒng)主要由壓縮氣體（通常為空氣）、喂料裝置、輸送管道及用以分離輸送氣體和物料的接收等裝置組成。系統(tǒng)幾乎處于封閉狀態(tài)，比較適合密閉的物料輸送系統(tǒng)[1]。

電石爐氣在干法凈化階段收集的凈化灰，具有質(zhì)量輕、易揚(yáng)塵、高溫、易自燃等特點(diǎn)，為減少輸送過程中造成的安全性問題，天能化工有限公司目前采用密閉式氣力輸送技術(shù)，因安全所需，將常規(guī)空氣輸送，改為氮?dú)庾鳛闅怏w輸送介質(zhì)，目前已建成兩套凈化灰密閉式輸送裝置，但因氮?dú)庀牧枯^大，供氣成本較高，嚴(yán)重影響裝置開車率。針對(duì)以上問題，公司設(shè)計(jì)了氮?dú)忾]路循環(huán)系統(tǒng)，將輸送過程中使用的氮?dú)馊炕厥眨ㄟ^氮?dú)鈮嚎s機(jī)加壓后循環(huán)使用，新系統(tǒng)生產(chǎn)比較穩(wěn)定，利于電石爐生產(chǎn)操作。

1 氣力輸送系統(tǒng)氮?dú)饣厥占夹g(shù)現(xiàn)狀

1.1 氮?dú)饣厥展に?/h3>

公司電石生產(chǎn)采用密閉電石爐工藝，產(chǎn)生的尾氣中含有粉塵，行業(yè)內(nèi)多采用凈化裝置進(jìn)行回收、處置、再應(yīng)用，降低了電石生產(chǎn)過程消耗。通過凈化灰處理系統(tǒng)、管道輸送系統(tǒng)、原料除塵系統(tǒng)等對(duì)此設(shè)施中產(chǎn)生的氣體進(jìn)行處置。此環(huán)節(jié)所產(chǎn)生的灰分中，鈣、鎂含量較高，比重相對(duì)較重，易附著在設(shè)備本體上，同時(shí)，灰分顆粒極細(xì)易自燃，流動(dòng)性大。

原有凈化系統(tǒng)灰儲(chǔ)倉及原料氣干燥過程中采用人工卸灰，卸灰不徹底，易堆積并造成堵塞，給檢修工作帶來極大的困難。技術(shù)人員采用倒吹、正吹、局部吹掃等方式，將整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行串聯(lián)清理，仍不徹底，凈化壁粘灰、下灰不暢、管道堵塞等情況時(shí)有發(fā)生。特別是當(dāng)灰分積聚，并且在整個(gè)系統(tǒng)中存在時(shí)，可能造成自燃?xì)怏w的集結(jié)，為了保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定，公司采用氮?dú)馕⒄龎籂顟B(tài)，在卸灰過程中，進(jìn)行間歇的氮?dú)獗Ｗo(hù)操作，輸送后再吹掃，如此間歇操作。在氣力輸送過程中，氮?dú)庀牧枯^大，制氮成本較高。為了降低電石生產(chǎn)成本，控制氣力輸送系統(tǒng)氮?dú)獾暮挠檬欠浅ｊP(guān)鍵的技術(shù)課題，也為公司進(jìn)一步提升能源的利用率打下基礎(chǔ)。

1.2 研究?jī)?nèi)容與研究目標(biāo)設(shè)計(jì)

為了研究氮?dú)饣厥绽眉夹g(shù)，公司專業(yè)技術(shù)人員設(shè)計(jì)了氮?dú)獬龎m裝置、氮?dú)饣厥昭b置、氮?dú)庠鰤合到y(tǒng)等，實(shí)現(xiàn)氮?dú)獾难h(huán)輸送利用，確保氣力輸送系統(tǒng)運(yùn)行正常。同時(shí)成立了現(xiàn)有凈化密閉工藝氣力輸送裝置研發(fā)小組，從設(shè)備選型、設(shè)計(jì)研究、技術(shù)確定等方面進(jìn)行了相關(guān)設(shè)計(jì)及技術(shù)攻關(guān)，主要從氮?dú)忾]路循環(huán)系統(tǒng)的若干環(huán)節(jié)、氮?dú)饣厥昭h(huán)利用工藝等兩部分進(jìn)行考慮及設(shè)計(jì)。電石爐氣收集系統(tǒng)相關(guān)工藝環(huán)節(jié)圖見圖1。

圖1 電石爐氣收集系統(tǒng)相關(guān)工藝環(huán)節(jié)圖

2 關(guān)鍵技術(shù)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)與實(shí)施

氣力輸送技術(shù)一般適用于輸送松散且不易碎、粘附性不強(qiáng)、磨琢性不大、并且沒有太大腐蝕性的物料。由于主要是依靠風(fēng)速進(jìn)行輸送，物料與管壁時(shí)時(shí)接觸，設(shè)備內(nèi)壁及管道內(nèi)側(cè)因磨損而易造成物料局部沉積，從而堵塞管道或設(shè)備，使輸送異常，生產(chǎn)中斷。氮?dú)忾]路循環(huán)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)中加大了系統(tǒng)的除塵與凈化，在氮?dú)獾幕厥昭h(huán)利用工藝設(shè)計(jì)中，將氣壓監(jiān)測(cè)作為安全、節(jié)能、環(huán)保及自動(dòng)實(shí)施的關(guān)鍵指標(biāo)。

2.1 氮?dú)忾]路循環(huán)系統(tǒng)的工藝設(shè)計(jì)

氮?dú)忾]路循環(huán)回收系統(tǒng)中涉及的設(shè)備包括倉頂除塵器、二級(jí)除塵器、冷干機(jī)、壓縮機(jī)、冷卻器、高壓貯氣罐及低壓貯氣罐等。當(dāng)?shù)獨(dú)廨斔椭聊┒斯に嚂r(shí)，會(huì)有大量尾氣產(chǎn)生，目前的工藝主要是通過凈化灰倉頂除塵器實(shí)現(xiàn)料氣分離，再進(jìn)入二級(jí)除塵器進(jìn)一步除塵凈化，干凈的低壓氮?dú)馔ㄟ^倉頂除塵器、二級(jí)除塵器、冷干機(jī)，再經(jīng)氮?dú)鈮嚎s機(jī)加壓后進(jìn)入輸送系統(tǒng)循環(huán)使用。為了保證氮?dú)忾]路循環(huán)中氮?dú)獾墓に噳毫Ψ弦?，將循環(huán)裝置的源頭設(shè)計(jì)在凈化灰的收集處，因其靠近回收倉，減少了壓力分散，采用并聯(lián)方式將每個(gè)凈化系統(tǒng)的氮?dú)忾]路循環(huán)裝置單獨(dú)成子系統(tǒng)，同時(shí)采用高壓氣體打壓裝置對(duì)氮?dú)夤芟嚓P(guān)設(shè)施進(jìn)行串聯(lián)，達(dá)到可串可并的目的，實(shí)現(xiàn)了公司氣力輸送系統(tǒng)壓力平衡，確保穩(wěn)定生產(chǎn)。

在每臺(tái)凈化灰倉配置一套氮?dú)夤?，以備氮?dú)獠蛔銜r(shí)可保持密封壓力，根據(jù)凈化灰倉儲(chǔ)存量，采用氣力輸送對(duì)凈化灰進(jìn)行回收、輸送、集中系統(tǒng)處理輸送，同時(shí)控制氮?dú)鈿庠磯毫υ?.45 MPa，凈化灰間歇式進(jìn)入貯灰倉，利用管道氣力輸送至烘干窯終端儲(chǔ)灰倉。凈化后的灰及原料干燥系統(tǒng)收集的灰分質(zhì)輕且粒度小，并且需要長(zhǎng)距離輸送，將通過過濾后的灰分進(jìn)入整個(gè)氣力輸送系統(tǒng)中，以氮?dú)鉃閯?dòng)力源，將各處工藝點(diǎn)的凈化灰送至終端，再輸送至下游工段使用。

為避免在管道彎折處積灰，在這些部位安裝了增壓裝置。在輸送管道旁邊加裝氮?dú)馀月?，并放置透視鏡檢查堵塞情況，查看管線內(nèi)部粘壁、集結(jié)、堵塞等相關(guān)問題。當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)儲(chǔ)罐料位較低、較高及低低或高高報(bào)警時(shí)，密閉輸送料系統(tǒng)會(huì)在不同工藝條件情況下自動(dòng)執(zhí)行相關(guān)程序。為保證正常輸送，在間斷區(qū)加裝了振蕩器，用以鼓吹管道及振動(dòng)整個(gè)系統(tǒng)，且每隔2.0~3.0 km，在管道水平傾角加入15°傾斜角，保證系統(tǒng)連續(xù)、通暢、穩(wěn)定地長(zhǎng)距離運(yùn)行，避免了管道堆積，無粘附輸送。

2.2 氮?dú)饣厥昭h(huán)利用工藝

氮?dú)忾]路循環(huán)系統(tǒng)通過壓縮機(jī)進(jìn)行增壓后，后序電石密閉凈化灰輸送以氮?dú)庾鳛橹饕厥战橘|(zhì)，并再次循環(huán)作業(yè)，回用至閉路輸送系統(tǒng)。系統(tǒng)中3臺(tái)氮?dú)饴輻U（1臺(tái)變頻2臺(tái)工頻）壓縮機(jī)既可以進(jìn)行串級(jí)增壓，也可作為子系統(tǒng)進(jìn)行單獨(dú)回收，系統(tǒng)較為獨(dú)立。

依據(jù)現(xiàn)有工況進(jìn)行適時(shí)調(diào)整，氮?dú)馔ㄟ^氣力輸送裝置中的進(jìn)氣組件進(jìn)入系統(tǒng)，經(jīng)增壓過濾冷卻后進(jìn)入各個(gè)系統(tǒng)的氮?dú)鈨?chǔ)氣罐儲(chǔ)存，各系統(tǒng)工作時(shí)，打開各自系統(tǒng)管路對(duì)應(yīng)的閥門進(jìn)行密閉凈化灰輸送，同時(shí)壓縮機(jī)根據(jù)出入口壓力情況全部或者部分工作，經(jīng)過濾及再次除塵后通過接收倉的布袋除塵器對(duì)灰分進(jìn)行氣固分離及調(diào)整，氮?dú)庾罱K再回收至整個(gè)大系統(tǒng)，進(jìn)行氣體貯存后，循環(huán)使用并通過壓縮氮?dú)饣厥罩恋獨(dú)饣厥展苈?，由壓縮機(jī)再次增壓后作為動(dòng)力源進(jìn)行輸送。

氮?dú)鈮毫俺掷m(xù)時(shí)間指標(biāo)是判斷整個(gè)氣力輸送灰系統(tǒng)的重要控制參數(shù)。此部分工藝過程采用DCS控制系統(tǒng)進(jìn)行手動(dòng)或自動(dòng)控制操作，可以隨時(shí)切換，同時(shí)系統(tǒng)嚴(yán)格控制氮?dú)鈮毫Γ到y(tǒng)顯示低于0.46 MPa、0.45 MPa時(shí)分級(jí)提示報(bào)警，特別是低于0.45 MPa時(shí)，會(huì)打開旁路增壓管，否則將會(huì)造成系統(tǒng)堵塞。因整個(gè)系統(tǒng)輸送的連續(xù)性，當(dāng)壓力瞬間降低時(shí)，會(huì)連續(xù)堵塞較長(zhǎng)的輸送距離。解決堵塞問題的方法除加大吹掃壓力、局部振蕩外，也可進(jìn)行拆卸檢查管路等人工操作，但會(huì)影響生產(chǎn)的穩(wěn)定運(yùn)行。當(dāng)?shù)獨(dú)鈮毫祲貉訒r(shí)2 s后，即刻啟動(dòng)旁路增壓系統(tǒng)補(bǔ)充系統(tǒng)內(nèi)壓力，當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)壓力逐步升高至0.60 MPa時(shí)，會(huì)自動(dòng)關(guān)閉旁路氮?dú)夤苈罚以O(shè)置為延時(shí)關(guān)閉大于500 s來完成通灰操作。在系統(tǒng)內(nèi)無料時(shí)，管道內(nèi)壓力也會(huì)隨系統(tǒng)內(nèi)壓力降至0.08 MPa，此時(shí)說明系統(tǒng)內(nèi)無負(fù)荷，當(dāng)壓力遠(yuǎn)大于0.60 MPa以上，說明系統(tǒng)內(nèi)堵塞或局部堵塞。

綜上所述，系統(tǒng)內(nèi)氮?dú)鈮毫Ρ仨毘掷m(xù)大于0.45MPa的極限運(yùn)行壓力最低限值。在實(shí)際生產(chǎn)中，要準(zhǔn)確控制氮?dú)鈮毫?，既不能太大，造成公用系統(tǒng)氣源生產(chǎn)能力浪費(fèi)，也不能太小，導(dǎo)致氣力輸送流程出現(xiàn)異常。

2.3 其他可能遇到的技術(shù)問題

在此套系統(tǒng)投入使用前，現(xiàn)場(chǎng)工藝曾遇到的問題。

（1）原有系統(tǒng)通入壓縮空氣及少量空氣，會(huì)使系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生不同程度的閃爆，存在安全隱患。加入氮?dú)膺M(jìn)行全系統(tǒng)的填充，增加了保護(hù)，提高了安全性，可以防止凈化輸送后的灰分接觸空氣而自燃。

（2）原有系統(tǒng)在人工操作時(shí)，無相關(guān)坡度的設(shè)置，導(dǎo)致系統(tǒng)堵塞，不易清理。

（3）原系統(tǒng)沒有設(shè)置振蕩器，易造成部分管線局部易堵塞、堆積。

（4）原系統(tǒng)中沒有局部管段的增壓設(shè)計(jì)，改造的工藝技術(shù)更接近完善，旁路的設(shè)計(jì)，特別是對(duì)壓力各項(xiàng)啟動(dòng)指標(biāo)的設(shè)計(jì)，使得系統(tǒng)更加完善可靠。

系統(tǒng)投運(yùn)后，氮?dú)庠谶M(jìn)入大系統(tǒng)中，經(jīng)除塵器凈化后進(jìn)入風(fēng)機(jī)，然后殘氣經(jīng)檢測(cè)環(huán)保達(dá)標(biāo)后可以排入大氣，或再經(jīng)一道除塵器二次凈化后再排入大氣。整個(gè)氮?dú)忾]路循環(huán)輸送系統(tǒng)及氮?dú)饣厥障到y(tǒng)中，高低壓氮?dú)獾钠胶馐窍到y(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。而解決此問題的關(guān)鍵在于壓縮機(jī)及除塵設(shè)施的選型與設(shè)計(jì)。根據(jù)現(xiàn)有工藝要求，公司設(shè)計(jì)了2臺(tái)排氣量均為20m3/min的壓縮機(jī)組。為了保證整個(gè)系統(tǒng)的正常投用，需要對(duì)系統(tǒng)設(shè)置氮?dú)庾詣?dòng)補(bǔ)充管線及自動(dòng)排放管線，從而保證凈化灰料倉附近其他裝置、低壓儲(chǔ)氣罐等設(shè)施處于微正壓，以確保整個(gè)系統(tǒng)的正常使用。為促進(jìn)物料氣力輸送系統(tǒng)的節(jié)能，實(shí)現(xiàn)低投入、低消耗、低排放、高效率和安全可靠氣力輸送，凈化灰料倉、低壓儲(chǔ)氣罐等可以設(shè)計(jì)自動(dòng)補(bǔ)氣及壓力檢測(cè)裝置，保證整個(gè)回收系統(tǒng)的高低壓氣量平衡，并在重要設(shè)備處安裝壓力檢測(cè)和回流自整定相關(guān)儀器儀表。

以上的優(yōu)化設(shè)計(jì)改造經(jīng)過實(shí)踐證明安全可靠，穩(wěn)定流暢，為生產(chǎn)帶來可觀收益。

3 效果分析

在此項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與實(shí)施過程中，凈化灰收塵點(diǎn)多且分散，輸送氣體回收點(diǎn)設(shè)計(jì)在凈化灰集中倉附近，利于氮?dú)獾氖占?，而收集后的氮?dú)馔ㄟ^現(xiàn)有子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與關(guān)聯(lián)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，又進(jìn)行了回收與使用，將輸送氮?dú)饨?jīng)過除塵器降塵后收集加壓，重新用于輸送系統(tǒng)，大大降低了氣力輸送系統(tǒng)氮?dú)庀牧浚档土溯斔统杀?。目前，整個(gè)氮?dú)饣厥昭b置的設(shè)計(jì)使得氮?dú)廨斔脱h(huán)用氣量達(dá)到滿足現(xiàn)有工藝的同時(shí)，也滿足了設(shè)計(jì)的氮?dú)庹蹞p指標(biāo)，達(dá)到生產(chǎn)要求，使氣力輸送系統(tǒng)運(yùn)行率達(dá)到90%以上，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)的閉環(huán)及穩(wěn)定控制。

經(jīng)過實(shí)踐驗(yàn)證，該密閉工藝具有清潔、環(huán)保、安全、高效、自動(dòng)化程度高等優(yōu)勢(shì)，管道氣力輸送階段降低了各種消耗，減少了車輛倒運(yùn)的損失，可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)控制，降低了操作人員工作強(qiáng)度。

4 結(jié)語

綜上所述，通過設(shè)計(jì)改造，電凈化灰密閉輸送及返爐焚燒綜合利用項(xiàng)目得以順利投運(yùn)，相較于以往罐車?yán)\(yùn)凈化灰的方式，通過密閉輸送可徹底杜絕凈化灰在拉運(yùn)過程灑落、遺漏等現(xiàn)象，生產(chǎn)廠區(qū)揚(yáng)塵情況得到有效控制，工作環(huán)境得以有效改善，項(xiàng)目的實(shí)施完全符合《電石工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》要求，項(xiàng)目的環(huán)保效益及社會(huì)效益顯著。