氣力輸送技術在金牛天鐵焦化除塵灰輸送中的應用

楊祝英

（天津工業職業學院，天津300400）

1 概述

煉焦工藝是將備煤車間送來的、符合工藝要求的、質量均勻的配合煤裝入煉焦爐的碳化室內，在隔絕空氣的條件下加熱至（1000±50）℃，持續加熱到規定的結焦時間使焦炭成熟，再將成熟的焦炭（紅焦）由焦爐碳化室內推出，經過熄焦工序將其熄滅、冷卻后送至篩焦樓篩焦、分級為不同規格的焦炭產品，分別送給用戶的工業技術。

煉焦爐在裝煤、煉焦、推焦、熄焦和篩焦過程中，向大氣環境排放大量煤塵、焦塵及有毒有害氣體，統稱煙塵。煙塵中主要含有固體懸浮物（TSP）、苯可溶物（BSO）及苯并芘（BaP）。煙塵逸出后在大氣的溫度和壓力下，迅速冷凝并附著在懸浮微粒表面，微粒隨著呼吸會進入人體內并沉積于肺部。目前廣泛認為煙塵中BSO 和BaP 對人體是致癌物，長期持續地吸入含致癌物的微粒，能引起腫瘤，非致命性的呼吸系統疾病的發病率也很高。據統計，裝煤煙塵量為0.4～0.6kg/t，煤、推焦煙塵量為1.38kg/t，煤、熄焦煙塵量為0.3～0.4kg/t 煤。

隨著干法熄焦技術在焦化企業的快速推廣，產生的除塵灰也逐漸增加。為了更有力的地保護區域環境，促進焦化行業技術水平的進步，提高節能減排水平，需要對除塵灰集中收集、處理和再利用，對實現企業產業結構優化、資源高效、合理利用具有重要意義。

金牛天鐵煤焦化有限公司煉焦車間的焦爐裝煤、出焦、篩焦除塵系統及干熄焦生產、干焦輸送過程中的除塵系統產生的粉塵通常由各除塵站收集，通過加濕攪拌后再通過裝汽車方式進行外銷。因裝車點位多、加濕攪拌工藝裝置運行極不穩定、市場需求等問題，在汽車裝車過程中易揚塵、散落，造成多點污染。針對以上問題，分析實際狀況，決定采用氣力輸灰技術改造目前除塵灰輸送系統。

2 氣力輸送原理簡介

氣力輸送是利用一定速度的空氣或利用空氣的靜壓差在管道中運送粉、粒等散碎物料的一種輸送方式。自1958 年在浙江金華建成我國第一座氣力輸送面粉廠以來，氣力輸送技術的應用已經從倉庫、碼頭等，發展到水泥、石化、電力、化工和冶金等行業中粉粒狀物料的輸送。由于氣力輸送技術高效節能、采用全封閉型管道輸送，無二次污染及自動化程度比較高，并且具有布置靈活，所占空間小，可避開已有設備和建筑物等優點，因此氣力輸送技術應用領域得到廣泛推廣。

氣力輸送系統分類如表1 所示。

表1 氣力輸送分類

2.1 按照物料在輸送管道內的運動狀態不同，氣力輸送系統分為稀相輸送和密相輸送。

（1）稀相輸送：即懸浮流輸送，是依靠氣流動壓來輸送物料，使物料在水平管道內呈懸浮狀態輸送。在稀相輸送過程中，管道內必須有足夠大的氣流速度，一般在10～40m/s，料氣比較低。

（2）密相輸送：即柱塞流輸送，物料擠滿管道的橫截面，在靜壓差作用下呈柱塞狀前進。在密相輸送過程中，氣流速度很小，一般僅為1.5～9m/s，料氣比較高，空氣消耗量少。

2.2 按照空氣沿管路運動所需壓力差的輸送方式不同，氣力輸送分為吸力輸送和壓力輸送系統。

（1）吸力輸送（吸送式）系統：利用安裝在輸送系統終點的風機或真空泵抽吸系統內的空氣，在輸送管道中形成低于大氣壓的負壓氣流。物料同大氣一起從起點吸嘴進入管道，隨氣流輸送到終點分離器內，物料顆粒受到重力或離心力作用從氣流中分離出來，空氣則經過濾凈化后通過風機排放到大氣中。

特點：風機布置在管網末端，輸送管路處于負壓狀態。散碎粉塵不會外溢到車間，可改善勞動條件，同時可多處供料。供料簡單方便，風機磨損低，動力消耗少，比較適合工廠除塵

（2）壓力輸送（壓送式）系統：利用安裝在輸送系統起點的風機或空氣壓縮機，將高于大氣壓的正壓空氣通入供料裝置中，與物料混合后，物料和空氣一起經輸送管道送至終點分離器或貯倉內，空氣經過濾后排放到大氣中。

特點：風機設在輸送管道的首端，管內的壓力高于大氣壓，物料處于正壓輸送狀態。風機磨損少，動力消耗少，可長距離運輸。但壓送式氣力輸送系統中若管道不嚴密，會有粉塵逸出，污染車間環境。

（3）吸壓綜合式氣力運輸系統：風機布置在吸料器和分離器之間，空氣和物料經吸料器吸入管道，通過風機將混合氣流從壓送管道送入分離器卸料，輸料管既有負壓段，又有正壓段。該系統兼顧了以上兩種系統的優點，但此系統對風機破壞力大，空氣消耗量大，動力消耗大。

3 金牛天鐵焦化除塵灰氣力輸送

金牛天鐵煤焦化有限公司有兩座JNX70-2 型焦爐，配套190 噸/小時干熄焦系統，共五處除塵灰收集點，分別是：干熄焦地面除塵地面站、干熄焦本體除塵站、篩焦樓除塵地面站、裝煤出焦除塵地面站、緩沖倉除塵地面站，每天收集的除塵灰約100噸左右。通過核準各點產灰量，計算氣力輸灰裝置的大小及輸灰管路設計，并配備適宜的壓縮空氣管徑、將所有除塵灰采用壓力密相氣力輸送技術分別輸送至現有粉焦倉后集中處理，減少多點污染。

3.1 化驗除塵灰組分與焦粉進行比對

為了判斷能否將除塵灰和焦粉混合在一起實現氣力輸送，分別講不通站點的除塵灰進行化驗并與粉焦進行對比如表2。

各除塵站點除塵灰與粉焦的工業分析指標通過實驗分析，基本一致，進行摻混不會影響焦粉用戶的正常使用。

3.2 氣力輸灰技術

（1）氣力輸灰原理。采取氣力輸送技術，利用壓縮空氣作為輸送除塵灰的載體，首先完成除塵灰的流化，再將除塵灰從輸灰管道的發送倉輸送到到指定接受倉。

（2）除塵灰輸送系統組成。整個除塵灰輸送系統由氣源、發送罐、輸送管道、控制閥組、PLC 集中控制系統等組成。現將各部分的功能和用途分別敘述如下：

①儲氣罐。各除塵站設置一臺儲氣罐，用于系統用氣的儲存和緩沖，以免因供氣管網的壓力波動和供氣量不足造成控制閥動作不靈敏和送料失敗等故障，為防止氣體倒流，特在儲氣罐前設置一個止回閥，儲氣罐的容積是根據每輸送一次的用氣量來確定。

表2 各站點除塵灰與粉焦成分比較

表3 氣力輸灰系統中各除塵灰站點基本數據

②發送罐。根據擬輸送物料特性，為實現輸送的穩定性，選用SF 型沸騰式發送器。在發送器底部設置流化床，發送時，發送器底部進氣，使物料呈流態化狀態，出料閥打開后被送物料能以較高的濃度進入輸料管。發送器上端設置進料閥、排氣閥、出料閥及壓力檢測、料位檢測儀表。

③輸送管道。氣力輸送管道采用耐磨陶瓷復合鋼管，耐磨彎頭采用耐磨陶瓷復合材料，彎曲半徑不小于10 倍管徑。輸送管道沿途每六米設置一個管道支架，盡量借用現場管廊通道支架，無法借用之處獨立架設。

④控制閥組。控制閥組是系統實現自動化控制的機構，它包括手動減壓閥、電磁閥、氣動三聯件、二位五通閥、截止閥、單向閥等。

⑤PLC 集中控制系統。PLC 集中控制系統主要有軟件和控制設備組成。

軟件包括PLC 控制軟件和組態軟件。PLC 采用西門子S7300 系列PLC 為主要控制單元，配帶通訊模塊，實現設備的自動、上位手動、就地手動，三種控制模式。將所有除塵站點的除塵灰按料位自動輸送，無需人工逐個操作，減少人工成本。

3.3 氣源管路的配置及操作優化

結合公司氮氣源及壓縮空氣源的供應量及管路狀況，規劃配置各輸送裝置的氣源。其中干熄焦地面除塵和干熄焦本體兩個點借用原生化用壓縮空氣，用氮氣源做備用。其余點利用原壓縮空氣管路氣源，對各輸灰點運行時間進行優化，減少同時輸灰造成氣源壓力下降影響輸灰效果。

3.4 增設高壓霧化調節噴頭，抑制粉焦倉揚塵。

由于除塵灰水分低，輸送至粉焦倉時，容易形成逸散揚塵，我們在輸灰管出口的上部加裝高壓霧化調節噴頭，不僅有效控制灰塵的逸散，同時控制粉焦的含水量。

3.5 氣力輸灰系統中各除塵灰站點基本數據，見表3。

4 經濟效益、社會效益分析

4.1 經濟效益

經濟效益=730-78.8-21=630.2 萬元/年

其中：21- 每年折舊費用（設備按5 年折舊，設備總費用105萬元），萬元/年

78.8- 壓縮空氣費用，萬元/年

730- 除塵灰與粉焦銷售差價，萬元/年

4.2 社會效益

氣力輸灰技術改造和應用，不僅給企業帶來巨大的直接經濟效益，而且有力地保護了區域環境，改善了工作環境，減輕了勞動強度，促進了焦化行業技術水平的進步，提高節能減排水平。對實現企業產業結構優化、資源高效、合理利用具有重要意義，具有廣闊的推廣應用和產業前景，且大幅度提高了我國焦化行業的技術及裝備水平。

5 結論

5.1 針對各站點除塵灰和粉焦的質量進行對比，將單點儲存裝車改造為集中收集混合后集中裝車，不僅改善工作環境，而且給企業帶來了經濟效益。

5.2 針對各除塵站點的特點，單獨配置儲氣罐、灰罐以及輸送頻次，達到自動操作，減少人工成本、降低操作強度。

5.3 結合公司氮氣源及壓縮空氣源的供應量及管路狀況，規劃配置各輸送裝置的氣源，減少新增管路，節約費用。

5.4 對各輸灰點運行時間進行優化，減少同時輸灰造成氣源壓力下降影響輸灰效果。

5.5 氣體輸送管道采用耐磨陶瓷復合管，耐磨彎頭采用耐磨陶瓷復合材料，彎曲半徑不小于10 倍管徑。輸送管道沿途每六米設置一個管道支架，盡量借用現場管廊通道支架，無法借用之處獨立架設，以保證輸灰系統的壽命和正常運行。

5.6 將五個單獨的除塵系統，通過PLC 控制軟件和組態軟件，實現各除塵站點設備的自動、上位手動、就地手動，三種控制模式。將所有除塵站點的除塵灰按料位自動輸送，無需人工逐個操作，降低人工成本。

5.7 增設高壓霧化調節噴頭，抑制粉焦倉揚塵。