倉式泵氣力輸送設(shè)備在長距離物料輸送的研究與應(yīng)用

呂鑫寬,張葉新,申 健,侯晨茹,寇曉飛

(國投金城冶金有限責(zé)任公司,河南 靈寶 472500)

0 前言

目前,我國主要城市的大氣污染正處于轉(zhuǎn)型時(shí)期,大氣污染從煤煙型向混合型轉(zhuǎn)向,黃金冶煉以及銅冶煉行業(yè)的各種物料在加工、運(yùn)輸以及儲(chǔ)存等方面都不同程度地存在著有毒有害風(fēng)險(xiǎn),如果管理和處置不當(dāng)會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)保問題,甚至威脅到人們的生命安全和身心健康。冶煉煙灰對(duì)大氣污染的主要途徑有兩個(gè)方面:一是在煙灰的包裝、轉(zhuǎn)運(yùn)、裝卸和儲(chǔ)存等環(huán)節(jié),噸包袋容易產(chǎn)生破裂,造成部分煙灰成為懸浮物逸散而污染環(huán)境;二是在使用噸包袋對(duì)煙灰進(jìn)行集中打包時(shí)產(chǎn)生的粉塵,還有包裝物回收時(shí)產(chǎn)生的粉塵,都會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的污染。

1 改造背景及需求

1.1 改造背景

國內(nèi)某銅冶煉廠采用富氧底吹造锍捕金自熱熔煉技術(shù),生產(chǎn)系統(tǒng)主要由熔煉底吹爐、吹煉爐、陽極爐三連爐構(gòu)成的火法粗煉系統(tǒng)和電解精煉系統(tǒng)、爐渣選礦系統(tǒng)以及熔煉收塵、吹煉收塵、環(huán)保收塵、陽極爐脫硝四套收塵系統(tǒng)成,輔助生產(chǎn)系統(tǒng)有收砷系統(tǒng)、制酸系統(tǒng)和制氧系統(tǒng)等。隨著黃金工業(yè)和銅工業(yè)的快速發(fā)展,原料市場的競爭加劇,復(fù)雜難處理的原料越來越多,尤其是含砷的金精礦和銅精礦居多。經(jīng)濟(jì)、環(huán)保處理含砷的金精礦和銅精礦是行業(yè)發(fā)展的方向。

該公司采用富氧底吹造锍捕金技術(shù)應(yīng)用于處理高砷難處理金精礦和銅精礦,并將煙氣干法驟冷收砷技術(shù)用于富氧底吹煙氣收砷,不僅徹底解決了傳統(tǒng)氰化提金工藝存在的氰化尾渣污染環(huán)境的問題,而且徹底解決銅冶煉企業(yè)含砷污酸處理存在的難題,在行業(yè)中具有示范作用,對(duì)于推動(dòng)行業(yè)環(huán)境保護(hù)具有重要意義。但是由于收砷工段收集下來粉塵狀物料在進(jìn)行包裝、轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí),不僅需要消耗大量的費(fèi)用,同時(shí)也會(huì)增加操作工與驟冷煙灰接觸幾率,使工作人員的身心健康受到危害。嚴(yán)重時(shí)有可能造成水污染和土壤污染,對(duì)環(huán)境造成不可估量的破壞。因此對(duì)含砷煙灰的包裝、裝運(yùn)的方式進(jìn)行改進(jìn)勢(shì)在必行。

1.2 驟冷煙灰的產(chǎn)生

熔煉底吹爐將含砷礦粉加工處理后,經(jīng)過余熱鍋爐初步降溫然后進(jìn)入熔煉電除塵器,熔煉電除塵器煙氣中含有As2O3,As2O3在高溫下呈氣態(tài)形式存在于煙氣中,而在溫度較低的情況下會(huì)呈固體形式存在。驟冷塔將電塵來的約380 ℃的煙氣通過噴霧冷卻的方法使煙氣溫度瞬間冷卻到150～170 ℃,As2O3由氣態(tài)形式凝華形成顆粒狀,然后含有固體As2O3顆粒的煙氣進(jìn)入布袋收塵器的下氣室內(nèi),穿過氣室內(nèi)安裝的濾袋,固體顆粒被過濾截留到濾袋外表面上,通過反吹落入灰斗內(nèi),收集的粉塵經(jīng)過計(jì)量打包機(jī)進(jìn)行計(jì)量包裝后通過叉車和平板車轉(zhuǎn)運(yùn)入庫儲(chǔ)存或再加工處理。

1.3 驟冷煙灰的包裝及轉(zhuǎn)運(yùn)方式改造需求

該公司收砷工段收集下來的含砷煙灰主要使用噸包袋進(jìn)行集中包裝,附帶計(jì)量打包機(jī)和滾輪輸送機(jī)設(shè)備。包裝過程中至少需要2 名操作人員進(jìn)行操作,1 名操作人員主要負(fù)責(zé)對(duì)噸包袋的更換,另外1名重點(diǎn)負(fù)責(zé)對(duì)噸包袋上散落的煙灰進(jìn)行回收以及轉(zhuǎn)運(yùn)。在實(shí)際操作過程中,由于煙灰極輕易漂浮,經(jīng)常造成現(xiàn)場煙灰飛揚(yáng),作業(yè)環(huán)境差,工作勞動(dòng)量大,作業(yè)人員與含砷煙灰接觸幾率增大,同時(shí)在裝卸及儲(chǔ)存過程中需要投入大量的勞動(dòng)量以及運(yùn)輸設(shè)備,例如:裝卸轉(zhuǎn)運(yùn)過程中,所需人員有平板車司機(jī)、叉車司機(jī)、2 名掛包人員,所需運(yùn)輸設(shè)備平板車、叉車等,在儲(chǔ)存庫房需要安排專人監(jiān)護(hù)。在轉(zhuǎn)運(yùn)過程中不僅存在一定的危險(xiǎn)性,也會(huì)造成環(huán)境污染。例如:在掛包過程中需要叉車與掛包人員密切配合,稍加不注意就會(huì)造成機(jī)械傷人事故;在運(yùn)輸時(shí)噸包袋出現(xiàn)破損、傾倒等現(xiàn)象,造成煙灰散落,污染環(huán)境。

綜上所述,目前的包裝及轉(zhuǎn)運(yùn)方式不僅需要投入大量的勞動(dòng)量以及運(yùn)輸設(shè)備,還存在安全隱患,污染環(huán)境,同時(shí)也會(huì)造成現(xiàn)場工作勞動(dòng)強(qiáng)度大等一系列問題。為了提高勞動(dòng)效率,減小安全隱患,降低成本費(fèi)用,降低作業(yè)人員職業(yè)病發(fā)生率,實(shí)施了以下技術(shù)改造措施。

2 改造方案要求及運(yùn)用

在原有收砷包裝間計(jì)量包裝機(jī)集中包裝的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造,改造思路為:一是保留原有的包裝模式,在儲(chǔ)灰罐滿料或倉式泵氣力輸送設(shè)備故障時(shí)也可以對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的煙灰繼續(xù)進(jìn)行集中打包處理。二是在原有的包裝機(jī)設(shè)備基礎(chǔ)上通過增加下灰管道、雙下料螺旋輸送機(jī)、儲(chǔ)氣罐、倉式泵氣力輸送等設(shè)備,將半自動(dòng)化包裝模式改為全自動(dòng)包裝及裝運(yùn)一體化的運(yùn)行模式。

2.1 改造方案

改造過程需要新增的設(shè)備有2 m3倉式泵1 臺(tái)、3 m3儲(chǔ)氣罐1 臺(tái)、螺旋輸送機(jī)1 臺(tái)、4 m3左右緩沖儲(chǔ)灰罐1 臺(tái)、相應(yīng)輔助設(shè)備。在原收塵廠房收砷工段二樓安裝一螺旋輸送機(jī),將東側(cè)事故下灰口的煙灰集中輸送至西側(cè)事故下灰口;在收砷包裝間一樓西側(cè)事故下灰口處安裝1 臺(tái)4 m3左右緩沖儲(chǔ)灰罐,對(duì)煙灰進(jìn)行暫緩儲(chǔ)存作用;在緩沖罐下安裝1 臺(tái)2 m3倉式泵設(shè)備,出口通過長管道與500 米外的原料儲(chǔ)灰罐進(jìn)行連接,煙灰通過增壓后進(jìn)行輸送;在倉式泵南側(cè)安裝1 臺(tái)3 m3儲(chǔ)氣罐,作用是為倉式泵輸送煙灰提供足夠的氣壓;倉式泵控制柜放在收砷主控室內(nèi),可進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。

2.2 工藝流程圖

工藝流程圖如圖1 所示。

圖1 工藝流程圖

2.3 所需設(shè)備

2.3.1 倉式泵設(shè)備

倉式泵由進(jìn)料閥、進(jìn)氣閥、二次氣閥、出料閥、排氣閥、排堵閥、泵體、輸灰管道、壓力表等組成。其中輸灰管道采用Φ108 mm×8 mm、Φ133 ×8 mm、Φ159×9 mm 三種型號(hào),材質(zhì)為碳鋼,以及Φ108 mm 變?chǔ)?33 mm 變徑和Φ133 mm 變?chǔ)?59 mm 變徑各一個(gè),彎頭采用90°耐磨彎頭,直管段L=200,彎頭兩端需配法蘭,為每隔100 米安裝一測壓點(diǎn),作用是方便確定堵塞位置;水平段采用焊接連接。驟冷煙灰輸送管道示意圖見圖2。

圖2 驟冷煙灰輸送管道示意圖

2.3.2 螺旋輸送機(jī)設(shè)備

因收砷工段煙灰集中包裝使用的為兩臺(tái)刮板機(jī),在使用倉式泵氣力輸送設(shè)備前必須對(duì)兩臺(tái)刮板機(jī)中的煙灰進(jìn)行集中匯聚到緩沖罐內(nèi),所以需要在收砷工段二樓事故下灰口處安裝一臺(tái)雙下料螺旋輸送機(jī),將東側(cè)刮板機(jī)的煙灰輸送到西事故下灰管道內(nèi)。

具體設(shè)備圖紙及參數(shù)如圖3 所示。

圖3 螺旋輸送機(jī)設(shè)備

2.3.3 緩沖儲(chǔ)灰罐設(shè)備

緩沖罐主要作用是在倉式泵輸灰階段對(duì)從刮板機(jī)內(nèi)收集的煙灰進(jìn)行暫緩儲(chǔ)存,采用5 mm 鋼板拼接制作,上口為2 400 mm×2 400 mm,高為2 m,下口為300 mm×300 mm,下部出灰管道為Φ300 mm,與倉式泵進(jìn)料口連接。

2.4 安裝及施工要點(diǎn)

2.4.1 管道連接方式

本項(xiàng)目管道與設(shè)備、閥門及耐磨彎頭之間采用法蘭連接,主要目的是由于彎頭處磨損率高,方便以后彎頭的更換,管道間連接均為焊接,焊接遵照GB50683—2011《現(xiàn)場設(shè)備、工業(yè)管道焊接工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定。

2.4.2 管道焊接和無損檢測

管道焊接采用V 型坡口,氬弧焊打底,手工電焊填充蓋面,并對(duì)管道進(jìn)行無損檢測,焊縫采用射線檢測,質(zhì)量合格標(biāo)準(zhǔn)不低于現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《承壓設(shè)備無損檢測 第2 部分 射線檢測》規(guī)定的Ⅲ級(jí)。

2.4.3 壓力表安裝

在管道安裝完成后,根據(jù)管道長度每100 m 處安裝1.6 MPa 的壓力表,在輸灰過程中通過觀察壓力表的數(shù)值可以判斷處輸灰管道是否堵塞以及明確判斷處堵塞的位置,方便管道疏通。

2.4.4 管道壓力檢測

所有管道安裝結(jié)束后進(jìn)行壓力試驗(yàn)。介質(zhì)為溫度不低于15 ℃潔凈水,試驗(yàn)壓力為1.2 MPa,待達(dá)到試驗(yàn)壓力后,穩(wěn)壓10 min,再將壓力降至設(shè)計(jì)壓力,穩(wěn)壓30 min,以壓力表無降壓,管道所有部位無滲漏為合格,壓力試驗(yàn)結(jié)束后進(jìn)行嚴(yán)密性實(shí)驗(yàn),試驗(yàn)壓力為0.8 MPa,試驗(yàn)介質(zhì)為干燥潔凈空氣,充氣至試驗(yàn)壓力后,待溫度、壓力穩(wěn)定后開始記錄,嚴(yán)密性穩(wěn)壓試驗(yàn)持續(xù)24 h。壓力試驗(yàn)和嚴(yán)密性試驗(yàn)的具體要求按照GB50235—2010《工業(yè)金屬管道工程施工規(guī)范》和GB50184—2011《工業(yè)金屬管道工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》。

2.4.5 管道吹掃

壓力試驗(yàn)結(jié)束后進(jìn)行吹掃,用無油干燥的空氣或氮?dú)?以不小于20 m/s 的流速吹掃,空氣吹掃過程中,當(dāng)目測排氣無煙灰時(shí),在排氣口貼上白布,5 min 內(nèi)無鐵銹、塵土、水分及其他雜質(zhì)為合格。

3 改造后效果及經(jīng)濟(jì)效益分析

1)提高生產(chǎn)效率,改善勞動(dòng)條件。使用噸包袋的集中包裝勞動(dòng)強(qiáng)度大,機(jī)械化程度低,生產(chǎn)效率低,從收砷包裝間開始集中打包到存放或使用,需經(jīng)過無數(shù)次的轉(zhuǎn)運(yùn),在裝、運(yùn)、卸、垛的過程中,勞動(dòng)強(qiáng)度極大,同時(shí)因煙灰極輕易漂浮,造成作業(yè)人員工作環(huán)境差。而使用倉式泵氣力輸送設(shè)備對(duì)煙灰進(jìn)行無塵裝卸,機(jī)械化密封運(yùn)儲(chǔ),降低了勞動(dòng)強(qiáng)度,凈化了環(huán)境,保障了操作人員身體健康。

2)減少企業(yè)人工成本。包裝期間需要2 名操作人員,轉(zhuǎn)運(yùn)期間需要4 名操作人員,儲(chǔ)存過程需要1 名專職人員進(jìn)行監(jiān)護(hù),需要支付人員工資:18 640元/月(操作人員4 800 元/月、平板車司機(jī)4 820 元/月、庫房管理人員4 220 元/月)。而使用倉式泵氣力輸送設(shè)備對(duì)煙灰進(jìn)行無塵裝卸,僅需要1 名操作人員,需要支付工資:4 800 元/月。每月可節(jié)約成本18 640 -4 800=13 840 元,按年計(jì)算可節(jié)約成本:13 840 ×12=166 080 元。

3)無需包裝材料,節(jié)約成本。按月計(jì)算使用噸袋打包的費(fèi)用為(按照每天生產(chǎn)35 t 計(jì)算,每天需要消耗噸包袋36 個(gè),每月開車率按照80%計(jì)算,每條噸包袋按照29 元/條計(jì)算,則每月需要消耗噸包袋的成本費(fèi)用為36 ×30 ×80% ×29=25 056 元)。而倉式泵氣力輸送設(shè)備不需要噸包袋包裝材料。每月可節(jié)約成本25 056 元,全年按設(shè)備運(yùn)行330 天計(jì)算,可節(jié)約成本25 056 ×12=300 672 元。

改造前與改造后全年(按330 天)可節(jié)約成本:166 080 +300 672=466 752 元。

4)降低含砷煙灰的散落,避免環(huán)境污染,更加環(huán)保。由于噸包袋的破損和噸袋內(nèi)的殘留,造成的裝袋含砷煙灰損耗達(dá)5%以上。后續(xù)對(duì)噸包袋的清洗處理又是一筆支出。另外,裝袋含砷煙灰在裝卸、儲(chǔ)運(yùn)場地還會(huì)造成粉塵彌散,污染環(huán)境。使用倉式泵氣力輸送設(shè)備進(jìn)行裝卸、運(yùn)輸均采用密封無塵作業(yè),含砷物料流失量在0.5%以下。

5)可減少倉儲(chǔ)地。建造一個(gè)30 噸級(jí)的袋裝煙灰倉庫,占地面積大約15 m2,倉庫的建造標(biāo)準(zhǔn)要求很高,投資費(fèi)用高,而建造一個(gè)30 噸級(jí)散裝含砷煙灰儲(chǔ)灰罐僅占地5 平方米左右,在后期不需用時(shí)也可以進(jìn)行拆除。

6)可全天候作業(yè)。使用噸包袋裝載的含砷煙灰在下雨天難于運(yùn)卸,而使用倉式泵氣力輸送設(shè)備對(duì)煙灰進(jìn)行裝卸和轉(zhuǎn)運(yùn)幾乎不受氣候影響,可全天候作業(yè),確?，F(xiàn)場物料及時(shí)轉(zhuǎn)運(yùn),保證現(xiàn)場無物料積存,不影響系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

含砷煙灰包裝及轉(zhuǎn)運(yùn)方式的改造不僅節(jié)約成本,同時(shí)也提高了設(shè)備自動(dòng)機(jī)械化程度,還降低了作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度,改善現(xiàn)場工作環(huán)境。由于設(shè)計(jì)合理,物料的包裝及運(yùn)轉(zhuǎn)可根據(jù)工作需求進(jìn)行調(diào)整。因此本次煙灰包裝及轉(zhuǎn)運(yùn)方式的改造是可行的,可以在類似企業(yè)進(jìn)行推廣應(yīng)用。

4 結(jié)語

生產(chǎn)實(shí)踐表明,倉式泵氣力輸送設(shè)備在該公司長距離物料輸送的應(yīng)用改造可行。不僅取得了良好的生產(chǎn)效率、環(huán)境效益,同時(shí)每年可節(jié)約成本費(fèi)用46.67 萬元,經(jīng)濟(jì)效益顯著。利用倉式泵氣力輸送設(shè)備對(duì)類似性質(zhì)的物料的轉(zhuǎn)運(yùn)有著廣闊的應(yīng)用空間,大力推廣對(duì)傳統(tǒng)煙灰包裝及轉(zhuǎn)運(yùn)方式的改造,對(duì)經(jīng)濟(jì)效益的提升和環(huán)境的保護(hù)都有著積極的作用。