盧源星

（福建龍凈環(huán)保股份有限公司 福建龍巖 364000）

1 倉(cāng)螺體輸送在煙氣脫硫系統(tǒng)中的使用

目前對(duì)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(nèi)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(nèi)適當(dāng)溫度區(qū)噴射石灰石粉，并在鍋爐空氣預(yù)熱器后增設(shè)活化反應(yīng)器，用以脫除煙氣中的SO2。該系統(tǒng)的脫硫能力與脫硫劑的輸送能力密切相關(guān)，脫硫劑的輸送為氣力輸送方式，主要參數(shù)是物料輸送能力、出力計(jì)量、送粉量大小調(diào)節(jié)和爐內(nèi)噴射。

氣力輸送主要分筒式氣力輸送系統(tǒng)、稀相氣力輸送系統(tǒng)、濃相動(dòng)壓氣力輸送系統(tǒng)和濃相靜壓栓流氣力輸送系統(tǒng)等4 大類［2］。筒式氣力輸送，物料裝進(jìn)輸送筒在管道中送至終點(diǎn)；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(dòng)壓氣力輸送，物料在管道中成密集狀態(tài)，依靠空氣推動(dòng)物料至終點(diǎn)；濃相靜壓栓流氣力輸送，在輸送管內(nèi)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(jìn)行輸送［3］。在脫硫系統(tǒng)中爐內(nèi)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(cāng)螺體輸送是正壓氣力輸送的一種，是倉(cāng)泵輸送與螺旋輸送結(jié)合的產(chǎn)物。利用空壓機(jī)氣源提前對(duì)磨好的物料進(jìn)行沖壓流化，通過可計(jì)量螺旋軸旋轉(zhuǎn)推進(jìn)給料至混合室再次沖壓加速，在管道中推進(jìn)物料至分配器，然后分配器均分物料至多個(gè)爐膛接口。

2 倉(cāng)螺體輸送工藝

倉(cāng)螺體輸送工藝設(shè)計(jì)包括選定出力范圍、螺旋輸送泵進(jìn)料、沖壓、輸料和工藝清堵等部分，布置如圖2 所示。

圖2 倉(cāng)螺體輸送工藝

2.1 選定出力范圍

倉(cāng)螺體在爐內(nèi)噴鈣系統(tǒng)運(yùn)行工藝中，初定設(shè)計(jì)出力由鍋爐專業(yè)通過計(jì)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(cāng)螺體輸送出力設(shè)計(jì)根據(jù)鍋爐提供的出力，選定合理的出力范圍。鍋爐啟爐運(yùn)行后，根據(jù)爐內(nèi)噴鈣系統(tǒng)監(jiān)測(cè)煙氣含硫量→換算需要的脫硫劑用量→實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)倉(cāng)螺體螺旋軸轉(zhuǎn)速控制出力大小，通過上述閉環(huán)達(dá)到穩(wěn)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(xiàng)目配套氣力輸送系統(tǒng)中采用倉(cāng)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(jīng)一次鍋爐爐內(nèi)脫硫后煙氣出口SO2濃度≤35 mg/Nm3。氫氧化鈣在爐內(nèi)的反應(yīng)式如式（1）和式（2）。

根據(jù)化學(xué)式質(zhì)量換算后，采用2.5 的鈣硫比，計(jì)算脫硫劑的耗量約為1.5 t/h，根據(jù)變頻電機(jī)性能最小出力0.3 t/h。倉(cāng)螺體輸送的出力大小由螺旋軸的旋轉(zhuǎn)速度控制，按《連續(xù)輸送機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》管徑對(duì)應(yīng)輸送量選用螺旋軸直徑，如表1。

表1 管徑對(duì)應(yīng)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(jù)實(shí)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(zhuǎn)速。根據(jù)《連續(xù)輸送機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》對(duì)應(yīng)計(jì)算得出螺距為100 mm 時(shí)，轉(zhuǎn)速為41 r/min 比較合理。根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》（第四版）第4 卷選擇合適減速比的減速電機(jī)型號(hào)。根據(jù)以往項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)和試驗(yàn)分析，在沖壓環(huán)境中脫硫劑會(huì)部分壓縮增加螺旋軸的阻力，在選擇減速電機(jī)扭矩時(shí)應(yīng)大于1000 N·m。

2.2 螺旋輸送泵進(jìn)料、沖壓、輸料

根據(jù)圖2，脫硫劑緩存料倉(cāng)通過進(jìn)料閥1 給料至倉(cāng)泵①，為排掉倉(cāng)泵①內(nèi)空氣需要同時(shí)打開平衡閥，平衡倉(cāng)泵①氣壓，倉(cāng)泵①進(jìn)料完成后關(guān)閉進(jìn)料閥1、平衡閥，等待倉(cāng)泵②進(jìn)料；當(dāng)倉(cāng)泵②需要進(jìn)料時(shí)打開沖壓閥1，倉(cāng)泵①?zèng)_壓至倉(cāng)泵②的壓力，打開進(jìn)料閥2；當(dāng)進(jìn)料結(jié)束關(guān)閉進(jìn)料閥2；脫硫劑粉通過經(jīng)爐內(nèi)噴鈣系統(tǒng)反饋后實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)倉(cāng)螺體螺旋軸轉(zhuǎn)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(dá)到爐膛。

螺旋輸送泵的進(jìn)料首先需要計(jì)算倉(cāng)泵①、倉(cāng)泵②的體積大小。在輸送過程中倉(cāng)泵②是連續(xù)輸送的，而倉(cāng)泵①給倉(cāng)泵②進(jìn)料為間斷的。首先確認(rèn)倉(cāng)泵①給倉(cāng)泵②進(jìn)料循環(huán)的時(shí)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(huán)時(shí)間為450 s。倉(cāng)泵②的低料位設(shè)計(jì)在進(jìn)料循環(huán)時(shí)間內(nèi)可以繼續(xù)輸送的0.19 t 料位上。根據(jù)輸送量1.5 t/h 的最大出力，則倉(cāng)泵①有效存儲(chǔ)物料重量為0.19 t，倉(cāng)泵②有效存儲(chǔ)物料重量為0.38 t。根據(jù)業(yè)主提供脫硫劑的堆積密度1.0 t/m3和0.8 的填充系數(shù)，選取倉(cāng)泵①為0.25 m3、倉(cāng)泵②為0.50 m3。

輸料的工藝主要根據(jù)鍋爐設(shè)計(jì)方提供的脫硫劑入爐接口的個(gè)數(shù)，設(shè)置管道的分配分級(jí)。如2 個(gè)接口則分1 次；4 個(gè)接口可1 次分4 個(gè)口，也可以1 次分2 個(gè)口，再各自再分2 個(gè)口；爐前、爐后各2 個(gè)口就只能采用二級(jí)分配管路設(shè)計(jì)；分配管路工藝設(shè)計(jì)一定要考慮分配器后至各個(gè)入爐接口的壓損盡量一致，如遇到因鍋爐附近設(shè)備管道眾多、輸料管本身走向復(fù)雜、無法設(shè)計(jì)成壓損一致的管路，則根據(jù)各壓損計(jì)算值，對(duì)壓損小的在管道中增加孔板處理。本次鍋爐設(shè)計(jì)為4 個(gè)入口，而且在同一側(cè)，無法布置成一次分4 個(gè)口的管路，最終采用二級(jí)分配管路設(shè)計(jì)。輸料主管路的大小，則根據(jù)出力及《正壓濃相飛灰氣力輸送系統(tǒng)》選定DN65 的輸料管道。輸料是需要隨時(shí)監(jiān)測(cè)輸送壓力，根據(jù)輸送壓力反映輸送情況。工藝參數(shù)設(shè)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(jù)。

2.3 工藝清堵

運(yùn)行時(shí)需要實(shí)時(shí)監(jiān)控氣力輸送管道的壓力。當(dāng)壓力大于堵管壓力保持3 s，需要觸發(fā)清堵程序。當(dāng)清堵程序觸發(fā)后，關(guān)閉變頻電機(jī)，同時(shí)關(guān)閉倉(cāng)泵②的所有閥門，關(guān)閉輸送閥、助吹氣閥，打開清堵閥。繼續(xù)監(jiān)測(cè)管路壓力，關(guān)清堵閥，開啟助吹氣閥，同時(shí)啟動(dòng)管道通定時(shí)器180 s（可設(shè)置）。當(dāng)管道壓力高于0.20 MPa 時(shí)，關(guān)閉助吹氣閥，打開清堵閥，監(jiān)測(cè)壓力，直至監(jiān)測(cè)到管道壓力下降到輸送結(jié)束壓力設(shè)定值0.04 MPa，關(guān)閉助吹氣閥，打開清堵閥，延時(shí)20 s 進(jìn)入下一步，以上循環(huán)，監(jiān)測(cè)到打開助吹氣閥氣壓在一定時(shí)間內(nèi)不會(huì)升高且管道壓力輸送結(jié)束壓力0.04 MPa（可設(shè)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(duì)物料產(chǎn)生振動(dòng)的效果，往復(fù)循環(huán)，直至振散物料，或者反抽物料，從而達(dá)到清堵管道的目的。

2.4 采用倉(cāng)螺體輸送工藝的優(yōu)勢(shì)

倉(cāng)螺體輸送的主要?dú)庠礊榭諌簷C(jī)氣源，壓力比微正壓輸送高，輸送范圍廣，可適應(yīng)性強(qiáng)；而且空壓機(jī)氣源都為全場(chǎng)氣源配置，在出力大小會(huì)影響輸送氣量的大小時(shí)，可以實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，節(jié)約能源。倉(cāng)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(diǎn)技術(shù)，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(shè)備、管道壽命。倉(cāng)螺體輸送工藝設(shè)計(jì)考慮到自動(dòng)清堵管道的工藝，在管道由于輸送物料料性的變化、進(jìn)入塊狀物體、氣源停機(jī)等突發(fā)因素的影響而導(dǎo)致管道堵管時(shí)，有相應(yīng)的清堵管道的程序，執(zhí)行清堵管道的功能，減少突發(fā)情況對(duì)維護(hù)人員增加的工作量。穩(wěn)定地輸送氣源，倉(cāng)螺體輸送距離較遠(yuǎn)，最遠(yuǎn)可達(dá)500 m以上；輸送時(shí)可以根據(jù)脫硫煙氣監(jiān)測(cè)的反饋值，調(diào)節(jié)輸送螺旋軸的轉(zhuǎn)速，達(dá)到控制輸送量；輸送經(jīng)過充分流化可經(jīng)分配器分配至多個(gè)進(jìn)料口，也可多級(jí)分配，與鍋爐煙氣多點(diǎn)混合，效果更好，適用于各種噴射輸料的工況，特別在多臺(tái)爐配置時(shí)，可靈活布置石灰石緩沖倉(cāng)的位置，也可相應(yīng)減少石灰石緩沖倉(cāng)布置的數(shù)量。

3 倉(cāng)螺體輸送工藝設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

3.1 倉(cāng)螺體倉(cāng)泵進(jìn)料循環(huán)控制

倉(cāng)泵①由高料位控制，倉(cāng)泵②進(jìn)料由低料位控制，到達(dá)低料位時(shí)需要進(jìn)料，倉(cāng)泵①在把料給倉(cāng)泵②后要自動(dòng)循環(huán)進(jìn)料，做到隨時(shí)給倉(cāng)泵②進(jìn)料。進(jìn)料閥需要監(jiān)測(cè)關(guān)到位情況，防止由于漏氣使當(dāng)前倉(cāng)泵物料往上一級(jí)倒灌及輸送壓力無法控制的情況。

3.2 螺旋軸設(shè)計(jì)

螺旋軸設(shè)計(jì)含螺旋軸出力設(shè)計(jì)和螺旋軸設(shè)計(jì)注意兩部分。

（1）螺旋軸出力設(shè)計(jì)。螺旋軸工藝設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮填充率，輸送出力應(yīng)考慮20%的富余量，以便運(yùn)行時(shí)可根據(jù)實(shí)時(shí)情況修改除設(shè)定的轉(zhuǎn)換參數(shù)。螺旋軸設(shè)計(jì)還需考慮物料自密封性能，控制出料速度。由于技術(shù)限定由變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)螺旋軸調(diào)節(jié)出力大小，所以根據(jù)變頻電機(jī)特性，在5 Hz～50 Hz 為恒轉(zhuǎn)矩運(yùn)行，選取出力后與之相對(duì)應(yīng)的變頻電機(jī)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(shè)計(jì)注意。螺旋軸設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮相應(yīng)的間隙，物料在壓力的作用下，受力會(huì)慢慢加強(qiáng)而增加螺旋軸受力，增加間隙可以降低運(yùn)行阻力。螺旋輸送在運(yùn)行過程中不可避免由于物料摩擦的原因，需要對(duì)螺旋軸葉片的外沿進(jìn)行耐磨處理。螺旋軸輸送時(shí)在壓力中進(jìn)行，在軸承前端需要考慮增加擋料環(huán)、密封油氈。

3.3 輸送工藝設(shè)計(jì)

管道如有切換時(shí)，必須等切換動(dòng)作結(jié)束后才能運(yùn)行輸料。各氣動(dòng)閥門應(yīng)監(jiān)測(cè)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(jī)械開關(guān)移位等，各閥門開關(guān)正常才能穩(wěn)定輸送。對(duì)于輸送程序長(zhǎng)時(shí)間一直清堵時(shí)，需要考慮設(shè)備機(jī)械故障，需在控制界面發(fā)出相應(yīng)警告提示給運(yùn)維人員提供檢修的判斷依據(jù)。

4 總結(jié)

在電廠除灰領(lǐng)域普遍運(yùn)用的情況下，倉(cāng)螺體輸送作為氣力輸送的一部分，在中小鍋爐爐內(nèi)噴鈣爐后增濕活化法脫硫中運(yùn)用越來越廣泛。倉(cāng)螺體輸送精準(zhǔn)定量、穩(wěn)定、實(shí)時(shí)反饋調(diào)節(jié)、可長(zhǎng)距離的輸送方式對(duì)爐內(nèi)噴鈣系統(tǒng)的運(yùn)行有很好的優(yōu)勢(shì)，而且適用多臺(tái)鍋爐并用、多點(diǎn)分配等復(fù)雜情況。倉(cāng)螺體輸送工藝設(shè)計(jì)也需要做好其他氣源、控制、閥門、管道等配套設(shè)施，使運(yùn)行更加穩(wěn)定，從而達(dá)到穩(wěn)定的脫硫效果。