倉螺體氣力輸送在煙氣脫硫中的工藝設計

盧源星

（福建龍凈環保股份有限公司 福建龍巖 364000）

1 倉螺體輸送在煙氣脫硫系統中的使用

目前對煙氣中的SO2的脫除，一般有燃燒前、燃燒中和燃燒后3 種凈化處理方式［1］，其中爐內噴鈣爐后增濕活化法是屬于燃燒中的凈化處理方式之一。該方法在燃煤鍋爐內適當溫度區噴射石灰石粉，并在鍋爐空氣預熱器后增設活化反應器，用以脫除煙氣中的SO2。該系統的脫硫能力與脫硫劑的輸送能力密切相關，脫硫劑的輸送為氣力輸送方式，主要參數是物料輸送能力、出力計量、送粉量大小調節和爐內噴射。

氣力輸送主要分筒式氣力輸送系統、稀相氣力輸送系統、濃相動壓氣力輸送系統和濃相靜壓栓流氣力輸送系統等4 大類［2］。筒式氣力輸送，物料裝進輸送筒在管道中送至終點；稀相氣力輸送，氣流速度高，物料懸浮在管道里輸送，如圖1 中稀相輸送所示；濃相動壓氣力輸送，物料在管道中成密集狀態，依靠空氣推動物料至終點；濃相靜壓栓流氣力輸送，在輸送管內形成密集物料料柱，如圖1 中濃相輸送所示，管道外引入二次氣流，把料柱切割分段成短的料柱（料栓），再進行輸送［3］。在脫硫系統中爐內噴鈣主要是稀相氣力輸送，極端情況需要濃相的料栓輸送。

圖1 輸送管道中的物料

倉螺體輸送是正壓氣力輸送的一種，是倉泵輸送與螺旋輸送結合的產物。利用空壓機氣源提前對磨好的物料進行沖壓流化，通過可計量螺旋軸旋轉推進給料至混合室再次沖壓加速，在管道中推進物料至分配器，然后分配器均分物料至多個爐膛接口。

2 倉螺體輸送工藝

倉螺體輸送工藝設計包括選定出力范圍、螺旋輸送泵進料、沖壓、輸料和工藝清堵等部分，布置如圖2 所示。

圖2 倉螺體輸送工藝

2.1 選定出力范圍

倉螺體在爐內噴鈣系統運行工藝中，初定設計出力由鍋爐專業通過計算使用各品種燃煤的不同含硫量，換算脫硫劑的耗量范圍；倉螺體輸送出力設計根據鍋爐提供的出力，選定合理的出力范圍。鍋爐啟爐運行后，根據爐內噴鈣系統監測煙氣含硫量→換算需要的脫硫劑用量→實時調節倉螺體螺旋軸轉速控制出力大小，通過上述閉環達到穩定脫硫的效果。

某自備電力有限公司480 t/h 鍋爐煙氣脫硫除塵項目配套氣力輸送系統中采用倉螺體輸送把脫硫劑（氫氧化鈣）輸送至爐膛。該鍋爐的煙氣量518 083 Nm3/h，煙氣入口SO2濃度為500 mg/Nm3。工藝要求經一次鍋爐爐內脫硫后煙氣出口SO2濃度≤35 mg/Nm3。氫氧化鈣在爐內的反應式如式（1）和式（2）。

根據化學式質量換算后，采用2.5 的鈣硫比，計算脫硫劑的耗量約為1.5 t/h，根據變頻電機性能最小出力0.3 t/h。倉螺體輸送的出力大小由螺旋軸的旋轉速度控制，按《連續輸送機械設計手冊》管徑對應輸送量選用螺旋軸直徑，如表1。

表1 管徑對應輸送量

脫硫劑的耗量約為1.5 t/h，選擇螺旋軸直徑為DN100。選好直徑后根據實際最大的出力大小選擇螺旋軸的螺距和螺旋軸的下配比的轉速。根據《連續輸送機械設計手冊》對應計算得出螺距為100 mm 時，轉速為41 r/min 比較合理。根據《機械設計手冊》（第四版）第4 卷選擇合適減速比的減速電機型號。根據以往項目經驗和試驗分析，在沖壓環境中脫硫劑會部分壓縮增加螺旋軸的阻力，在選擇減速電機扭矩時應大于1000 N·m。

2.2 螺旋輸送泵進料、沖壓、輸料

根據圖2，脫硫劑緩存料倉通過進料閥1 給料至倉泵①，為排掉倉泵①內空氣需要同時打開平衡閥，平衡倉泵①氣壓，倉泵①進料完成后關閉進料閥1、平衡閥，等待倉泵②進料；當倉泵②需要進料時打開沖壓閥1，倉泵①沖壓至倉泵②的壓力，打開進料閥2；當進料結束關閉進料閥2；脫硫劑粉通過經爐內噴鈣系統反饋后實時調節倉螺體螺旋軸轉速，螺旋輸送至混合室，由輸送閥+助吹器等氣源助力輸料至分配器，最終達到爐膛。

螺旋輸送泵的進料首先需要計算倉泵①、倉泵②的體積大小。在輸送過程中倉泵②是連續輸送的，而倉泵①給倉泵②進料為間斷的。首先確認倉泵①給倉泵②進料循環的時間，一般為了控制各閥門使用壽命，平均8 次/h 是比較合理的，則循環時間為450 s。倉泵②的低料位設計在進料循環時間內可以繼續輸送的0.19 t 料位上。根據輸送量1.5 t/h 的最大出力，則倉泵①有效存儲物料重量為0.19 t，倉泵②有效存儲物料重量為0.38 t。根據業主提供脫硫劑的堆積密度1.0 t/m3和0.8 的填充系數，選取倉泵①為0.25 m3、倉泵②為0.50 m3。

輸料的工藝主要根據鍋爐設計方提供的脫硫劑入爐接口的個數，設置管道的分配分級。如2 個接口則分1 次；4 個接口可1 次分4 個口，也可以1 次分2 個口，再各自再分2 個口；爐前、爐后各2 個口就只能采用二級分配管路設計；分配管路工藝設計一定要考慮分配器后至各個入爐接口的壓損盡量一致，如遇到因鍋爐附近設備管道眾多、輸料管本身走向復雜、無法設計成壓損一致的管路，則根據各壓損計算值，對壓損小的在管道中增加孔板處理。本次鍋爐設計為4 個入口，而且在同一側，無法布置成一次分4 個口的管路，最終采用二級分配管路設計。輸料主管路的大小，則根據出力及《正壓濃相飛灰氣力輸送系統》選定DN65 的輸料管道。輸料是需要隨時監測輸送壓力，根據輸送壓力反映輸送情況。工藝參數設定是上限壓力尤為重要，這是程序判別管道是否堵管的重要依據。

2.3 工藝清堵

運行時需要實時監控氣力輸送管道的壓力。當壓力大于堵管壓力保持3 s，需要觸發清堵程序。當清堵程序觸發后，關閉變頻電機，同時關閉倉泵②的所有閥門，關閉輸送閥、助吹氣閥，打開清堵閥。繼續監測管路壓力，關清堵閥，開啟助吹氣閥，同時啟動管道通定時器180 s（可設置）。當管道壓力高于0.20 MPa 時，關閉助吹氣閥，打開清堵閥，監測壓力，直至監測到管道壓力下降到輸送結束壓力設定值0.04 MPa，關閉助吹氣閥，打開清堵閥，延時20 s 進入下一步，以上循環，監測到打開助吹氣閥氣壓在一定時間內不會升高且管道壓力輸送結束壓力0.04 MPa（可設置）后，代表清堵完成，重新開啟正常輸送。清堵的原理主要是通過堵管料栓兩端的壓差變化，從而對物料產生振動的效果，往復循環，直至振散物料，或者反抽物料，從而達到清堵管道的目的。

2.4 采用倉螺體輸送工藝的優勢

倉螺體輸送的主要氣源為空壓機氣源，壓力比微正壓輸送高，輸送范圍廣，可適應性強；而且空壓機氣源都為全場氣源配置，在出力大小會影響輸送氣量的大小時，可以實時調節，節約能源。倉螺體輸送在輸送后端由于輸送壓力的下降造成流速增加的情況下，一般采用變徑點技術，增加管道大小，控制后段管道流速，減少后段管道、彎頭的磨損，增加設備、管道壽命。倉螺體輸送工藝設計考慮到自動清堵管道的工藝，在管道由于輸送物料料性的變化、進入塊狀物體、氣源停機等突發因素的影響而導致管道堵管時，有相應的清堵管道的程序，執行清堵管道的功能，減少突發情況對維護人員增加的工作量。穩定地輸送氣源，倉螺體輸送距離較遠，最遠可達500 m以上；輸送時可以根據脫硫煙氣監測的反饋值，調節輸送螺旋軸的轉速，達到控制輸送量；輸送經過充分流化可經分配器分配至多個進料口，也可多級分配，與鍋爐煙氣多點混合，效果更好，適用于各種噴射輸料的工況，特別在多臺爐配置時，可靈活布置石灰石緩沖倉的位置，也可相應減少石灰石緩沖倉布置的數量。

3 倉螺體輸送工藝設計注意事項

3.1 倉螺體倉泵進料循環控制

倉泵①由高料位控制，倉泵②進料由低料位控制，到達低料位時需要進料，倉泵①在把料給倉泵②后要自動循環進料，做到隨時給倉泵②進料。進料閥需要監測關到位情況，防止由于漏氣使當前倉泵物料往上一級倒灌及輸送壓力無法控制的情況。

3.2 螺旋軸設計

螺旋軸設計含螺旋軸出力設計和螺旋軸設計注意兩部分。

（1）螺旋軸出力設計。螺旋軸工藝設計時需要考慮填充率，輸送出力應考慮20%的富余量，以便運行時可根據實時情況修改除設定的轉換參數。螺旋軸設計還需考慮物料自密封性能，控制出料速度。由于技術限定由變頻電機驅動螺旋軸調節出力大小，所以根據變頻電機特性，在5 Hz～50 Hz 為恒轉矩運行，選取出力后與之相對應的變頻電機頻率范圍不能超出5 Hz～50 Hz，即最小出力不能小于最大出力的10%。

（2）螺旋軸設計注意。螺旋軸設計時需要考慮相應的間隙，物料在壓力的作用下，受力會慢慢加強而增加螺旋軸受力，增加間隙可以降低運行阻力。螺旋輸送在運行過程中不可避免由于物料摩擦的原因，需要對螺旋軸葉片的外沿進行耐磨處理。螺旋軸輸送時在壓力中進行，在軸承前端需要考慮增加擋料環、密封油氈。

3.3 輸送工藝設計

管道如有切換時，必須等切換動作結束后才能運行輸料。各氣動閥門應監測到位情況，閥門不到位有以下原因，包括氣管接管漏氣、軸承損壞、異物卡死、到位機械開關移位等，各閥門開關正常才能穩定輸送。對于輸送程序長時間一直清堵時，需要考慮設備機械故障，需在控制界面發出相應警告提示給運維人員提供檢修的判斷依據。

4 總結

在電廠除灰領域普遍運用的情況下，倉螺體輸送作為氣力輸送的一部分，在中小鍋爐爐內噴鈣爐后增濕活化法脫硫中運用越來越廣泛。倉螺體輸送精準定量、穩定、實時反饋調節、可長距離的輸送方式對爐內噴鈣系統的運行有很好的優勢，而且適用多臺鍋爐并用、多點分配等復雜情況。倉螺體輸送工藝設計也需要做好其他氣源、控制、閥門、管道等配套設施，使運行更加穩定，從而達到穩定的脫硫效果。