濕煤灰輸送系統設備的改造及其應用研究

趙巧芝

（北京煤礦設計咨詢公司，北京市西城區，100120）

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濕煤灰輸送系統設備的改造及其應用研究

趙巧芝

（北京煤礦設計咨詢公司，北京市西城區，100120）

針對葫蘆島鋅廠濕煤灰原輸送系統在運行15 d后設備出現嚴重損壞的情況，分析了設備損壞是由于濕煤灰的高磨蝕性所致，針對不同材料進行了在濕煤灰的耐磨性試驗。試驗結果表明，濕煤灰具有較強的磨蝕性，根據試驗結果對濕煤灰原輸送系統相關設備進行了改造，改造后的濕煤灰管道輸送系統運行情況良好，證明了對濕煤灰輸送系統材料的選取是正確的。

濕煤灰資源化利用 MBS管道輸送系統 超高分子材料 耐磨性 磨蝕性

葫蘆島鋅廠現有2臺處理量為20000 Nm3/h的恩德粉煤氣化爐，粉煤由螺旋加煤機輸送到恩德爐內與氧氣、空氣和蒸汽混合組成氣化劑進行氣化反應后制成煤氣。在恩德爐制煤氣過程中，經過水除塵后會產生大量的濕煤灰，該濕煤灰的主要成分是粒度較小的煤粒且具有較高的燃燒值，試驗分析其燃燒值可達到100 kJ/kg以上。因此葫蘆島鋅廠計劃對濕煤灰進行資源化利用，將其直接作為葫蘆島鋅業熱電廠的燃料進行燃燒發電，濕煤灰的輸送采用MBS黏稠物料管道輸送系統。該系統在運行15 d后，技術人員在例行檢查時發現，輸送系統內跟濕煤灰直接接觸的設備部件出現了不同程度的腐蝕及損壞。針對這種現象，MBS黏稠物料管道輸送系統的生產廠家分析了產生該現象的原因后，對濕煤灰的管道輸送系統進行了整改，本文將對濕煤灰的磨蝕性進行試驗分析，并對濕煤灰管道輸送系統的改造情況進行介紹。

1　濕煤灰輸送系統介紹及現場應用

MBS黏稠物料輸送系統主要用于各種黏稠物料的管道輸送，可輸送的物料有煤泥、造紙污泥、市政污泥以及電石泥等，截目到2014年底在全國范圍內已有700多套應用于相關行業，整個系統運行情況良好。MBS黏稠物料管道輸送系統主要包括膏漿制備機、方形攪拌倉、正壓給料機、膏體輸送泵以及輸送管路等。

其工藝流程為:先將濕煤灰通過膏漿制備機制成漿體后進入方形攪拌倉攪拌保漿，通過正壓給料機對位于其下方的膏體輸送泵正壓喂料，膏體輸送泵再以高壓泵輸送的方式將濕煤灰遠距離泵送至鍋爐進行燃燒發電。膏漿制備機和方形攪拌倉均為方箱結構，膏漿制備機內有2根攪拌軸，方形攪拌倉內有3根攪拌軸，軸的材質均為20號鋼，攪拌葉片及倉內壁的材質均為Q235A。然而整個系統在葫蘆島鋅廠運行15 d后，發現系統內所有設備都出現了不同程度的損壞。攪拌軸上所有葉片銹蝕變細并折彎，攪拌倉內壁也銹蝕嚴重，方形攪拌倉倉體內壁現場照片如圖1所示。

圖1　方形攪拌倉倉體內壁現場照片

正壓給料機在方形攪拌倉的正下方，類似螺旋輸送機結構，在運行15 d前后時，用手接觸螺旋葉片，葉片厚度已明顯減薄。膏體輸送泵由料斗、S型擺管、前軸承座總成、后軸承座總成、液壓缸以及料缸等部件組成。其中S型擺管為膏體輸送泵的核心部件，其主要作用是通過S擺的無間斷擺動，實現對鍋爐的連續喂料，S型擺管的材質為ZG25Mn2，料斗內壁材質為16 Mn。在運行20 d前后，發現料斗內后軸承座有明顯泄漏，S型擺管及料斗內壁銹蝕嚴重，S型擺管出現了管壁變薄、破損并泄漏的現象，輸送管道的通徑為150 mm，管道內壁噴涂聚脲復合材料，噴涂層厚度為2 mm；在運行30 d前后，發現管道內壁局部變薄，并有2處出現泄漏。

2　濕煤灰磨蝕性試驗分析

現場設備在短期內出現損壞，初步分析可能存在2種情況，一種情況是物料具有很強的腐蝕性，會對設備材質造成腐蝕；另一種情況是物料的磨蝕性大，設備部件與物料相互摩擦后造成的損壞。針對此情況，對現場的濕煤灰取樣并進行酸堿度檢測，測得物料的p H值為7.7，初步判斷物料腐蝕性不太明顯，通過對濕煤灰進行成分分析后發現，該濕煤灰中含有C、SiO2、Al2O3、Fe3O4、FeO及少量的CaO和Mg O等，分析很可能是由于原煤在恩德爐中燃燒，部分沒有燃燒充分的煤及SiO2等經過鍋爐高溫后，生成了硬度很高的小顆粒，從而造成濕煤灰的磨蝕性較大。

2.1濕煤灰對Q235A鋼棒的磨蝕性試驗

為了驗證該濕煤灰是否具有較強的磨蝕性，在中國礦業大學（北京）摩擦磨損測試中心對Q235A做了磨損試驗。試驗選用MSH磨損試驗機，試驗機轉速為300 r/min，試驗漿體由3 kg濕煤灰加6 L水配置而成，試件為Q235A鋼棒，磨損時間為2 h，對不同尺寸的Q235A鋼棒進行了試驗。為保證試驗質量進行了4組試驗，Q235A鋼在濕煤灰中的磨損試驗結果見表1。

表1　Q235A鋼在濕煤灰中的磨損試驗數據

由表1可以看出，直徑為6 mm、長度為65 mm的試件在磨損2 h后的失重率約為0.07%左右；直徑為9mm、長度為100 mm的試件在磨損2 h后的失重率約為0.095%左右，由此可以分析出該濕煤灰具有較強的磨蝕性，且試件的表面積越大其磨蝕越嚴重。

為進一步證明濕煤灰的磨蝕性，又在其它試驗條件下不變的條件下，將磨蝕時間改為4 h和6 h進行試驗。從試驗結果可以看出直徑為6 mm、長度為65 mm的試件在磨損4 h后的失重率約為0.13%左右，在磨損6 h后的失重率約為0.21%左右；直徑為9 mm、長度為100 mm的試件在磨損4 h后的失重率約為0.19%左右，在磨損6 h后的失重率約為0.29%左右。因此可以得出，Q235A鋼棒在濕煤灰中的磨蝕量會隨著磨損時間的增加而增加，由此可知現場設備在短期之內出現損壞的原因是由于濕煤灰具有較強的磨蝕性所造成的。

2.2不同材料的磨蝕性試驗

由于濕煤灰具有較高的磨蝕性，因此濕煤灰輸送系統中相應的設備材料應選擇耐磨性較好的材料，經過相關耐磨材料廠家進行現場調研后，確定對超高分子材料、NM360和高鉻鑄鐵進行試驗并分析選出適合輸送濕煤灰的材料。

使用從現場取回的濕煤灰作為試驗原料，按照固定的漿體進行配比，即3 kg濕煤灰加6 L水。對不同材質進行了耐磨試驗，各材料均制成直徑為6 mm、長度為65 mm的試件，試驗時間為2 h。不同材料耐磨試驗數據見表2。

表2　不同材料耐磨試驗數據結果

由表2可以看出，超高分子材料具有很強的耐磨性，經過2 h的磨蝕試驗后幾乎沒有失重；高鉻鑄鐵的平均失重率為0.032%，與Q235A相比也具有較好的耐磨性；NM360的平均失重率為0.095%，耐磨性相對較差。

2.3其它耐磨材料的選取

另據資料證明，聚氨酯材料也具有很好的耐磨性能，但由于這種材料基體較軟，不易加工成試驗臺上用的棒料，本次試驗未能對其進行耐磨性對比試驗。燒結陶瓷的鉻氏硬度較高，可達到HRC90 -100，也具有很強的耐磨耐腐蝕性能，雖然本次未對其進行耐磨性試驗，但根據其多年用于防腐耐磨工作環境的情況，其也可應用于濕煤灰的輸送。此外，在鋼材外表面鍍硬鉻也同樣具有很好的耐磨耐腐蝕性能。以上材料均已作為耐磨材料在工業領域普遍應用，因此均可作為濕煤灰輸送系統的可選材料。

3　濕煤灰輸送系統設備部件材質選取及改造

根據現場設備的具體結構，決定對所有與物料接觸的部件全部更換材質，選用耐磨材料對設備具體部件加以保護，并綜合考慮材料的成本及其加工性與工藝性。而幾種耐磨材料與鋼材之間的結合方式也各有不同，其中超高分子材料與鋼材之間不能融合，只能通過螺栓緊固；高鉻鑄鐵可直接鑄成部件形狀代替普通鋼材，由于高鉻鑄鐵的鉻氏硬度為HRC60左右，切削加工性差，鑄件與其它鋼結構部件之間只能使用螺栓進行連接；鍍硬鉻工藝直接在部件外表面電鍍；燒結陶瓷工藝由于為通電旋轉燒結，要求部件為旋轉體，且僅能對機件內壁燒結陶瓷；聚氨脂材料一般對部件外表面通過高溫硫化與鋼材基體結合，從而起到防腐耐磨的作用。

系統設備中方形攪拌倉以及正壓給料機內部的軸和葉片采用軸頭和軸尾鍍硬鉻的方式；葉片整體材質為高鉻鑄鐵，上下葉片使用螺栓進行連接；在葉片之間使用超高分子管對軸進行保護，方形攪拌倉軸和葉片改造示意圖如圖2所示。

圖2　方形攪拌倉軸和葉片改造示意圖

膏體輸送泵中的S型擺管原為整體鑄造，內壁具有一定的流線，物料通過時阻力較小，但如果采用高鉻鑄鐵，則擺管與管軸焊接時焊接性太差，改用分段燒結陶瓷后，外表面打坡口焊接，燒結陶瓷S型擺管如圖3所示。

圖3　燒結陶瓷S型擺管

整個系統輸送管道的直管部分4結語

采用管道內壁燒結陶瓷，彎管部分由于彎管數量較多，全部分段燒結陶瓷后拼焊會增大系統阻力，所以最終決定采取內壁鑲超高分子管材料的方式。

對各部件進行了具體改造，改造完成后在現場重新投入了使用，運行4個月后，檢查各部件的摩損情況，發現攪拌倉葉片厚度有大約3 mm左右減??；正壓給料機的葉片有大約2 mm左右減?。惠S頭和軸尾鍍鉻層完好，無泄漏現象；陶瓷擺管管壁及輸送管道內壁未發現減薄。整個系統運行良好，說明整改取得了明顯的效果，也為濕煤灰資源化利用技術起到了進一步拓展完善的作用，同時對類似濕煤灰等磨蝕性物料的處置工藝有一定的借鑒意義。

［1］ 張鵬程，鞏長勇.一種新型高壓膏體輸送泵—錐閥泵的研制與應用［J］.煤炭工程，2013（4）

［2］ 郝雪弟，榮慶，張鵬程等.煤泥管道輸送含水率確定的實驗研究［J］.煤炭工程，2009（9）

［3］ 方昆凡.現代機械設計手冊（第4卷）［M］.北京:化學工業出版社，2008

［4］ 季凡渝，鄔鳴，薛亞軍.16Mn鋼離子注滲WC材料耐磨性能試驗［J］.現代冶金，2009（5）

［5］ 邵光杰.Ni-P、（Ni-P）-SiC鍍層的電沉積及其組織性能［D］.燕山大學，2002

［6］ 張揚偉.310不銹鋼高溫氣體腐蝕行為及其防護涂層研究［D］.大連理工大學，2002

［7］ 張寶玉.表面改質機在東曲礦選煤廠的應用 ［J］.中國煤炭，2007（6）

［8］ 楊慶東，高榮惠，董春春等.激光熔覆和電鍍再制造的液壓支架立柱效益分析［J］.中國煤炭，2015（1）

（責任編輯 王雅琴）

Research on transformation and application of humid coal ash transportation system equipment

Zhao Qiaozhi
（Beijing Coal Mine Design Consultancy Company，Xicheng，Beijing 100120，China）

Aiming at the situation of original transportation system for humid coal ash damaged badly after running 15 d equipment at Huludao Zine Smelter，the author analyzed reason of equipment damage would be humid coal ash has high abradability，and also conducted abrasive resistance tests of humid coal ash by using different materials.The tests results showed that humid coal ash has high abradability.According to the test results，the equipment of original transportation system was transformed.After the transformation，the humid coal ash pipeline transportation system running in good condition，which proofed that the materials selection of humid coal ash transportation system was correct.

resource utilization of humid coal ash，MBS pipeline transportation system，supra polymer materials，abrasive resistance，abradability

TD948.2

A

趙巧芝（1976-），女，山東梁山人，碩士研究生，工程師，2008年畢業于中國礦業大學機電與信息工程學院，主要研究方向為機電一體化。