趙巧芝

（北京煤礦設(shè)計(jì)咨詢公司，北京市西城區(qū)，100120）

★ 煤炭科技·加工轉(zhuǎn)化★

濕煤灰輸送系統(tǒng)設(shè)備的改造及其應(yīng)用研究

趙巧芝

（北京煤礦設(shè)計(jì)咨詢公司，北京市西城區(qū)，100120）

針對(duì)葫蘆島鋅廠濕煤灰原輸送系統(tǒng)在運(yùn)行15 d后設(shè)備出現(xiàn)嚴(yán)重?fù)p壞的情況，分析了設(shè)備損壞是由于濕煤灰的高磨蝕性所致，針對(duì)不同材料進(jìn)行了在濕煤灰的耐磨性試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，濕煤灰具有較強(qiáng)的磨蝕性，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)濕煤灰原輸送系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行了改造，改造后的濕煤灰管道輸送系統(tǒng)運(yùn)行情況良好，證明了對(duì)濕煤灰輸送系統(tǒng)材料的選取是正確的。

濕煤灰資源化利用 MBS管道輸送系統(tǒng) 超高分子材料 耐磨性 磨蝕性

葫蘆島鋅廠現(xiàn)有2臺(tái)處理量為20000 Nm3/h的恩德粉煤氣化爐，粉煤由螺旋加煤機(jī)輸送到恩德?tīng)t內(nèi)與氧氣、空氣和蒸汽混合組成氣化劑進(jìn)行氣化反應(yīng)后制成煤氣。在恩德?tīng)t制煤氣過(guò)程中，經(jīng)過(guò)水除塵后會(huì)產(chǎn)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(yàn)分析其燃燒值可達(dá)到100 kJ/kg以上。因此葫蘆島鋅廠計(jì)劃對(duì)濕煤灰進(jìn)行資源化利用，將其直接作為葫蘆島鋅業(yè)熱電廠的燃料進(jìn)行燃燒發(fā)電，濕煤灰的輸送采用MBS黏稠物料管道輸送系統(tǒng)。該系統(tǒng)在運(yùn)行15 d后，技術(shù)人員在例行檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)，輸送系統(tǒng)內(nèi)跟濕煤灰直接接觸的設(shè)備部件出現(xiàn)了不同程度的腐蝕及損壞。針對(duì)這種現(xiàn)象，MBS黏稠物料管道輸送系統(tǒng)的生產(chǎn)廠家分析了產(chǎn)生該現(xiàn)象的原因后，對(duì)濕煤灰的管道輸送系統(tǒng)進(jìn)行了整改，本文將對(duì)濕煤灰的磨蝕性進(jìn)行試驗(yàn)分析，并對(duì)濕煤灰管道輸送系統(tǒng)的改造情況進(jìn)行介紹。

1　濕煤灰輸送系統(tǒng)介紹及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

MBS黏稠物料輸送系統(tǒng)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(guó)范圍內(nèi)已有700多套應(yīng)用于相關(guān)行業(yè)，整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行情況良好。MBS黏稠物料管道輸送系統(tǒng)主要包括膏漿制備機(jī)、方形攪拌倉(cāng)、正壓給料機(jī)、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(guò)膏漿制備機(jī)制成漿體后進(jìn)入方形攪拌倉(cāng)攪拌保漿，通過(guò)正壓給料機(jī)對(duì)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(yuǎn)距離泵送至鍋爐進(jìn)行燃燒發(fā)電。膏漿制備機(jī)和方形攪拌倉(cāng)均為方箱結(jié)構(gòu)，膏漿制備機(jī)內(nèi)有2根攪拌軸，方形攪拌倉(cāng)內(nèi)有3根攪拌軸，軸的材質(zhì)均為20號(hào)鋼，攪拌葉片及倉(cāng)內(nèi)壁的材質(zhì)均為Q235A。然而整個(gè)系統(tǒng)在葫蘆島鋅廠運(yùn)行15 d后，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)所有設(shè)備都出現(xiàn)了不同程度的損壞。攪拌軸上所有葉片銹蝕變細(xì)并折彎，攪拌倉(cāng)內(nèi)壁也銹蝕嚴(yán)重，方形攪拌倉(cāng)倉(cāng)體內(nèi)壁現(xiàn)場(chǎng)照片如圖1所示。

圖1　方形攪拌倉(cāng)倉(cāng)體內(nèi)壁現(xiàn)場(chǎng)照片

正壓給料機(jī)在方形攪拌倉(cāng)的正下方，類似螺旋輸送機(jī)結(jié)構(gòu)，在運(yùn)行15 d前后時(shí)，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(guò)S擺的無(wú)間斷擺動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)鍋爐的連續(xù)喂料，S型擺管的材質(zhì)為ZG25Mn2，料斗內(nèi)壁材質(zhì)為16 Mn。在運(yùn)行20 d前后，發(fā)現(xiàn)料斗內(nèi)后軸承座有明顯泄漏，S型擺管及料斗內(nèi)壁銹蝕嚴(yán)重，S型擺管出現(xiàn)了管壁變薄、破損并泄漏的現(xiàn)象，輸送管道的通徑為150 mm，管道內(nèi)壁噴涂聚脲復(fù)合材料，噴涂層厚度為2 mm；在運(yùn)行30 d前后，發(fā)現(xiàn)管道內(nèi)壁局部變薄，并有2處出現(xiàn)泄漏。

2　濕煤灰磨蝕性試驗(yàn)分析

現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備在短期內(nèi)出現(xiàn)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(qiáng)的腐蝕性，會(huì)對(duì)設(shè)備材質(zhì)造成腐蝕；另一種情況是物料的磨蝕性大，設(shè)備部件與物料相互摩擦后造成的損壞。針對(duì)此情況，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的濕煤灰取樣并進(jìn)行酸堿度檢測(cè)，測(cè)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(guò)對(duì)濕煤灰進(jìn)行成分分析后發(fā)現(xiàn)，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?tīng)t中燃燒，部分沒(méi)有燃燒充分的煤及SiO2等經(jīng)過(guò)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(duì)Q235A鋼棒的磨蝕性試驗(yàn)

為了驗(yàn)證該濕煤灰是否具有較強(qiáng)的磨蝕性，在中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）摩擦磨損測(cè)試中心對(duì)Q235A做了磨損試驗(yàn)。試驗(yàn)選用MSH磨損試驗(yàn)機(jī)，試驗(yàn)機(jī)轉(zhuǎn)速為300 r/min，試驗(yàn)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(shí)間為2 h，對(duì)不同尺寸的Q235A鋼棒進(jìn)行了試驗(yàn)。為保證試驗(yàn)質(zhì)量進(jìn)行了4組試驗(yàn)，Q235A鋼在濕煤灰中的磨損試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1　Q235A鋼在濕煤灰中的磨損試驗(yàn)數(shù)據(jù)

由表1可以看出，直徑為6 mm、長(zhǎng)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(zhǎng)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(qiáng)的磨蝕性，且試件的表面積越大其磨蝕越嚴(yán)重。

為進(jìn)一步證明濕煤灰的磨蝕性，又在其它試驗(yàn)條件下不變的條件下，將磨蝕時(shí)間改為4 h和6 h進(jìn)行試驗(yàn)。從試驗(yàn)結(jié)果可以看出直徑為6 mm、長(zhǎng)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(zhǎng)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(huì)隨著磨損時(shí)間的增加而增加，由此可知現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備在短期之內(nèi)出現(xiàn)損壞的原因是由于濕煤灰具有較強(qiáng)的磨蝕性所造成的。

2.2不同材料的磨蝕性試驗(yàn)

由于濕煤灰具有較高的磨蝕性，因此濕煤灰輸送系統(tǒng)中相應(yīng)的設(shè)備材料應(yīng)選擇耐磨性較好的材料，經(jīng)過(guò)相關(guān)耐磨材料廠家進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研后，確定對(duì)超高分子材料、NM360和高鉻鑄鐵進(jìn)行試驗(yàn)并分析選出適合輸送濕煤灰的材料。

使用從現(xiàn)場(chǎng)取回的濕煤灰作為試驗(yàn)原料，按照固定的漿體進(jìn)行配比，即3 kg濕煤灰加6 L水。對(duì)不同材質(zhì)進(jìn)行了耐磨試驗(yàn)，各材料均制成直徑為6 mm、長(zhǎng)度為65 mm的試件，試驗(yàn)時(shí)間為2 h。不同材料耐磨試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2　不同材料耐磨試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果

由表2可以看出，超高分子材料具有很強(qiáng)的耐磨性，經(jīng)過(guò)2 h的磨蝕試驗(yàn)后幾乎沒(méi)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(duì)較差。

2.3其它耐磨材料的選取

另?yè)?jù)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(yàn)臺(tái)上用的棒料，本次試驗(yàn)未能對(duì)其進(jìn)行耐磨性對(duì)比試驗(yàn)。燒結(jié)陶瓷的鉻氏硬度較高，可達(dá)到HRC90 -100，也具有很強(qiáng)的耐磨耐腐蝕性能，雖然本次未對(duì)其進(jìn)行耐磨性試驗(yàn)，但根據(jù)其多年用于防腐耐磨工作環(huán)境的情況，其也可應(yīng)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(yè)領(lǐng)域普遍應(yīng)用，因此均可作為濕煤灰輸送系統(tǒng)的可選材料。

3　濕煤灰輸送系統(tǒng)設(shè)備部件材質(zhì)選取及改造

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的具體結(jié)構(gòu)，決定對(duì)所有與物料接觸的部件全部更換材質(zhì)，選用耐磨材料對(duì)設(shè)備具體部件加以保護(hù)，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(jié)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(guò)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(jié)構(gòu)部件之間只能使用螺栓進(jìn)行連接；鍍硬鉻工藝直接在部件外表面電鍍；燒結(jié)陶瓷工藝由于為通電旋轉(zhuǎn)燒結(jié)，要求部件為旋轉(zhuǎn)體，且僅能對(duì)機(jī)件內(nèi)壁燒結(jié)陶瓷；聚氨脂材料一般對(duì)部件外表面通過(guò)高溫硫化與鋼材基體結(jié)合，從而起到防腐耐磨的作用。

系統(tǒng)設(shè)備中方形攪拌倉(cāng)以及正壓給料機(jī)內(nèi)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(zhì)為高鉻鑄鐵，上下葉片使用螺栓進(jìn)行連接；在葉片之間使用超高分子管對(duì)軸進(jìn)行保護(hù)，方形攪拌倉(cāng)軸和葉片改造示意圖如圖2所示。

圖2　方形攪拌倉(cāng)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(nèi)壁具有一定的流線，物料通過(guò)時(shí)阻力較小，但如果采用高鉻鑄鐵，則擺管與管軸焊接時(shí)焊接性太差，改用分段燒結(jié)陶瓷后，外表面打坡口焊接，燒結(jié)陶瓷S型擺管如圖3所示。

圖3　燒結(jié)陶瓷S型擺管

整個(gè)系統(tǒng)輸送管道的直管部分4結(jié)語(yǔ)

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

對(duì)各部件進(jìn)行了具體改造，改造完成后在現(xiàn)場(chǎng)重新投入了使用，運(yùn)行4個(gè)月后，檢查各部件的摩損情況，發(fā)現(xiàn)攪拌倉(cāng)葉片厚度有大約3 mm左右減??；正壓給料機(jī)的葉片有大約2 mm左右減??；軸頭和軸尾鍍鉻層完好，無(wú)泄漏現(xiàn)象；陶瓷擺管管壁及輸送管道內(nèi)壁未發(fā)現(xiàn)減薄。整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行良好，說(shuō)明整改取得了明顯的效果，也為濕煤灰資源化利用技術(shù)起到了進(jìn)一步拓展完善的作用，同時(shí)對(duì)類似濕煤灰等磨蝕性物料的處置工藝有一定的借鑒意義。

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（責(zé)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(yè)于中國(guó)礦業(yè)大學(xué)機(jī)電與信息工程學(xué)院，主要研究方向?yàn)闄C(jī)電一體化。