彭江偉

（天能化工有限公司，新疆 石河子 832000）

氣力輸送系統(tǒng)因其簡單便捷而非常適合應用于工廠、車間等場所的粉粒體物料的輸送。該系統(tǒng)主要由壓縮氣體（通常為空氣）、喂料裝置、輸送管道及用以分離輸送氣體和物料的接收等裝置組成。系統(tǒng)幾乎處于封閉狀態(tài)，比較適合密閉的物料輸送系統(tǒng)[1]。

電石爐氣在干法凈化階段收集的凈化灰，具有質(zhì)量輕、易揚塵、高溫、易自燃等特點，為減少輸送過程中造成的安全性問題，天能化工有限公司目前采用密閉式氣力輸送技術(shù)，因安全所需，將常規(guī)空氣輸送，改為氮氣作為氣體輸送介質(zhì)，目前已建成兩套凈化灰密閉式輸送裝置，但因氮氣消耗量較大，供氣成本較高，嚴重影響裝置開車率。針對以上問題，公司設計了氮氣閉路循環(huán)系統(tǒng)，將輸送過程中使用的氮氣全部回收，通過氮氣壓縮機加壓后循環(huán)使用，新系統(tǒng)生產(chǎn)比較穩(wěn)定，利于電石爐生產(chǎn)操作。

1 氣力輸送系統(tǒng)氮氣回收技術(shù)現(xiàn)狀

1.1 氮氣回收工藝

公司電石生產(chǎn)采用密閉電石爐工藝，產(chǎn)生的尾氣中含有粉塵，行業(yè)內(nèi)多采用凈化裝置進行回收、處置、再應用，降低了電石生產(chǎn)過程消耗。通過凈化灰處理系統(tǒng)、管道輸送系統(tǒng)、原料除塵系統(tǒng)等對此設施中產(chǎn)生的氣體進行處置。此環(huán)節(jié)所產(chǎn)生的灰分中，鈣、鎂含量較高，比重相對較重，易附著在設備本體上，同時，灰分顆粒極細易自燃，流動性大。

原有凈化系統(tǒng)灰儲倉及原料氣干燥過程中采用人工卸灰，卸灰不徹底，易堆積并造成堵塞，給檢修工作帶來極大的困難。技術(shù)人員采用倒吹、正吹、局部吹掃等方式，將整個系統(tǒng)進行串聯(lián)清理，仍不徹底，凈化壁粘灰、下灰不暢、管道堵塞等情況時有發(fā)生。特別是當灰分積聚，并且在整個系統(tǒng)中存在時，可能造成自燃氣體的集結(jié)，為了保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定，公司采用氮氣微正壓狀態(tài)，在卸灰過程中，進行間歇的氮氣保護操作，輸送后再吹掃，如此間歇操作。在氣力輸送過程中，氮氣消耗量較大，制氮成本較高。為了降低電石生產(chǎn)成本，控制氣力輸送系統(tǒng)氮氣的耗用是非常關(guān)鍵的技術(shù)課題，也為公司進一步提升能源的利用率打下基礎。

1.2 研究內(nèi)容與研究目標設計

為了研究氮氣回收利用技術(shù)，公司專業(yè)技術(shù)人員設計了氮氣除塵裝置、氮氣回收裝置、氮氣增壓系統(tǒng)等，實現(xiàn)氮氣的循環(huán)輸送利用，確保氣力輸送系統(tǒng)運行正常。同時成立了現(xiàn)有凈化密閉工藝氣力輸送裝置研發(fā)小組，從設備選型、設計研究、技術(shù)確定等方面進行了相關(guān)設計及技術(shù)攻關(guān)，主要從氮氣閉路循環(huán)系統(tǒng)的若干環(huán)節(jié)、氮氣回收循環(huán)利用工藝等兩部分進行考慮及設計。電石爐氣收集系統(tǒng)相關(guān)工藝環(huán)節(jié)圖見圖1。

圖1 電石爐氣收集系統(tǒng)相關(guān)工藝環(huán)節(jié)圖

2 關(guān)鍵技術(shù)的設計要點與實施

氣力輸送技術(shù)一般適用于輸送松散且不易碎、粘附性不強、磨琢性不大、并且沒有太大腐蝕性的物料。由于主要是依靠風速進行輸送，物料與管壁時時接觸，設備內(nèi)壁及管道內(nèi)側(cè)因磨損而易造成物料局部沉積，從而堵塞管道或設備，使輸送異常，生產(chǎn)中斷。氮氣閉路循環(huán)系統(tǒng)在設計中加大了系統(tǒng)的除塵與凈化，在氮氣的回收循環(huán)利用工藝設計中，將氣壓監(jiān)測作為安全、節(jié)能、環(huán)保及自動實施的關(guān)鍵指標。

2.1 氮氣閉路循環(huán)系統(tǒng)的工藝設計

氮氣閉路循環(huán)回收系統(tǒng)中涉及的設備包括倉頂除塵器、二級除塵器、冷干機、壓縮機、冷卻器、高壓貯氣罐及低壓貯氣罐等。當?shù)獨廨斔椭聊┒斯に嚂r，會有大量尾氣產(chǎn)生，目前的工藝主要是通過凈化灰倉頂除塵器實現(xiàn)料氣分離，再進入二級除塵器進一步除塵凈化，干凈的低壓氮氣通過倉頂除塵器、二級除塵器、冷干機，再經(jīng)氮氣壓縮機加壓后進入輸送系統(tǒng)循環(huán)使用。為了保證氮氣閉路循環(huán)中氮氣的工藝壓力符合要求，將循環(huán)裝置的源頭設計在凈化灰的收集處，因其靠近回收倉，減少了壓力分散，采用并聯(lián)方式將每個凈化系統(tǒng)的氮氣閉路循環(huán)裝置單獨成子系統(tǒng)，同時采用高壓氣體打壓裝置對氮氣管相關(guān)設施進行串聯(lián)，達到可串可并的目的，實現(xiàn)了公司氣力輸送系統(tǒng)壓力平衡，確保穩(wěn)定生產(chǎn)。

在每臺凈化灰倉配置一套氮氣罐，以備氮氣不足時可保持密封壓力，根據(jù)凈化灰倉儲存量，采用氣力輸送對凈化灰進行回收、輸送、集中系統(tǒng)處理輸送，同時控制氮氣氣源壓力在0.45 MPa，凈化灰間歇式進入貯灰倉，利用管道氣力輸送至烘干窯終端儲灰倉。凈化后的灰及原料干燥系統(tǒng)收集的灰分質(zhì)輕且粒度小，并且需要長距離輸送，將通過過濾后的灰分進入整個氣力輸送系統(tǒng)中，以氮氣為動力源，將各處工藝點的凈化灰送至終端，再輸送至下游工段使用。

為避免在管道彎折處積灰，在這些部位安裝了增壓裝置。在輸送管道旁邊加裝氮氣旁路，并放置透視鏡檢查堵塞情況，查看管線內(nèi)部粘壁、集結(jié)、堵塞等相關(guān)問題。當系統(tǒng)內(nèi)儲罐料位較低、較高及低低或高高報警時，密閉輸送料系統(tǒng)會在不同工藝條件情況下自動執(zhí)行相關(guān)程序。為保證正常輸送，在間斷區(qū)加裝了振蕩器，用以鼓吹管道及振動整個系統(tǒng)，且每隔2.0~3.0 km，在管道水平傾角加入15°傾斜角，保證系統(tǒng)連續(xù)、通暢、穩(wěn)定地長距離運行，避免了管道堆積，無粘附輸送。

2.2 氮氣回收循環(huán)利用工藝

氮氣閉路循環(huán)系統(tǒng)通過壓縮機進行增壓后，后序電石密閉凈化灰輸送以氮氣作為主要回收介質(zhì)，并再次循環(huán)作業(yè)，回用至閉路輸送系統(tǒng)。系統(tǒng)中3臺氮氣螺桿（1臺變頻2臺工頻）壓縮機既可以進行串級增壓，也可作為子系統(tǒng)進行單獨回收，系統(tǒng)較為獨立。

依據(jù)現(xiàn)有工況進行適時調(diào)整，氮氣通過氣力輸送裝置中的進氣組件進入系統(tǒng)，經(jīng)增壓過濾冷卻后進入各個系統(tǒng)的氮氣儲氣罐儲存，各系統(tǒng)工作時，打開各自系統(tǒng)管路對應的閥門進行密閉凈化灰輸送，同時壓縮機根據(jù)出入口壓力情況全部或者部分工作，經(jīng)過濾及再次除塵后通過接收倉的布袋除塵器對灰分進行氣固分離及調(diào)整，氮氣最終再回收至整個大系統(tǒng)，進行氣體貯存后，循環(huán)使用并通過壓縮氮氣回收至氮氣回收管路，由壓縮機再次增壓后作為動力源進行輸送。

氮氣壓力及持續(xù)時間指標是判斷整個氣力輸送灰系統(tǒng)的重要控制參數(shù)。此部分工藝過程采用DCS控制系統(tǒng)進行手動或自動控制操作，可以隨時切換，同時系統(tǒng)嚴格控制氮氣壓力，系統(tǒng)顯示低于0.46 MPa、0.45 MPa時分級提示報警，特別是低于0.45 MPa時，會打開旁路增壓管，否則將會造成系統(tǒng)堵塞。因整個系統(tǒng)輸送的連續(xù)性，當壓力瞬間降低時，會連續(xù)堵塞較長的輸送距離。解決堵塞問題的方法除加大吹掃壓力、局部振蕩外，也可進行拆卸檢查管路等人工操作，但會影響生產(chǎn)的穩(wěn)定運行。當?shù)獨鈮毫祲貉訒r2 s后，即刻啟動旁路增壓系統(tǒng)補充系統(tǒng)內(nèi)壓力，當系統(tǒng)內(nèi)壓力逐步升高至0.60 MPa時，會自動關(guān)閉旁路氮氣管路，且設置為延時關(guān)閉大于500 s來完成通灰操作。在系統(tǒng)內(nèi)無料時，管道內(nèi)壓力也會隨系統(tǒng)內(nèi)壓力降至0.08 MPa，此時說明系統(tǒng)內(nèi)無負荷，當壓力遠大于0.60 MPa以上，說明系統(tǒng)內(nèi)堵塞或局部堵塞。

綜上所述，系統(tǒng)內(nèi)氮氣壓力必須持續(xù)大于0.45MPa的極限運行壓力最低限值。在實際生產(chǎn)中，要準確控制氮氣壓力，既不能太大，造成公用系統(tǒng)氣源生產(chǎn)能力浪費，也不能太小，導致氣力輸送流程出現(xiàn)異常。

2.3 其他可能遇到的技術(shù)問題

在此套系統(tǒng)投入使用前，現(xiàn)場工藝曾遇到的問題。

（1）原有系統(tǒng)通入壓縮空氣及少量空氣，會使系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生不同程度的閃爆，存在安全隱患。加入氮氣進行全系統(tǒng)的填充，增加了保護，提高了安全性，可以防止凈化輸送后的灰分接觸空氣而自燃。

（2）原有系統(tǒng)在人工操作時，無相關(guān)坡度的設置，導致系統(tǒng)堵塞，不易清理。

（3）原系統(tǒng)沒有設置振蕩器，易造成部分管線局部易堵塞、堆積。

（4）原系統(tǒng)中沒有局部管段的增壓設計，改造的工藝技術(shù)更接近完善，旁路的設計，特別是對壓力各項啟動指標的設計，使得系統(tǒng)更加完善可靠。

系統(tǒng)投運后，氮氣在進入大系統(tǒng)中，經(jīng)除塵器凈化后進入風機，然后殘氣經(jīng)檢測環(huán)保達標后可以排入大氣，或再經(jīng)一道除塵器二次凈化后再排入大氣。整個氮氣閉路循環(huán)輸送系統(tǒng)及氮氣回收系統(tǒng)中，高低壓氮氣的平衡是系統(tǒng)穩(wěn)定運行的關(guān)鍵。而解決此問題的關(guān)鍵在于壓縮機及除塵設施的選型與設計。根據(jù)現(xiàn)有工藝要求，公司設計了2臺排氣量均為20m3/min的壓縮機組。為了保證整個系統(tǒng)的正常投用，需要對系統(tǒng)設置氮氣自動補充管線及自動排放管線，從而保證凈化灰料倉附近其他裝置、低壓儲氣罐等設施處于微正壓，以確保整個系統(tǒng)的正常使用。為促進物料氣力輸送系統(tǒng)的節(jié)能，實現(xiàn)低投入、低消耗、低排放、高效率和安全可靠氣力輸送，凈化灰料倉、低壓儲氣罐等可以設計自動補氣及壓力檢測裝置，保證整個回收系統(tǒng)的高低壓氣量平衡，并在重要設備處安裝壓力檢測和回流自整定相關(guān)儀器儀表。

以上的優(yōu)化設計改造經(jīng)過實踐證明安全可靠，穩(wěn)定流暢，為生產(chǎn)帶來可觀收益。

3 效果分析

在此項目的設計與實施過程中，凈化灰收塵點多且分散，輸送氣體回收點設計在凈化灰集中倉附近，利于氮氣的收集，而收集后的氮氣通過現(xiàn)有子系統(tǒng)的設計與關(guān)聯(lián)系統(tǒng)的設計，又進行了回收與使用，將輸送氮氣經(jīng)過除塵器降塵后收集加壓，重新用于輸送系統(tǒng)，大大降低了氣力輸送系統(tǒng)氮氣消耗量，降低了輸送成本。目前，整個氮氣回收裝置的設計使得氮氣輸送循環(huán)用氣量達到滿足現(xiàn)有工藝的同時，也滿足了設計的氮氣折損指標，達到生產(chǎn)要求，使氣力輸送系統(tǒng)運行率達到90%以上，實現(xiàn)了生產(chǎn)的閉環(huán)及穩(wěn)定控制。

經(jīng)過實踐驗證，該密閉工藝具有清潔、環(huán)保、安全、高效、自動化程度高等優(yōu)勢，管道氣力輸送階段降低了各種消耗，減少了車輛倒運的損失，可實現(xiàn)全自動控制，降低了操作人員工作強度。

4 結(jié)語

綜上所述，通過設計改造，電凈化灰密閉輸送及返爐焚燒綜合利用項目得以順利投運，相較于以往罐車拉運凈化灰的方式，通過密閉輸送可徹底杜絕凈化灰在拉運過程灑落、遺漏等現(xiàn)象，生產(chǎn)廠區(qū)揚塵情況得到有效控制，工作環(huán)境得以有效改善，項目的實施完全符合《電石工業(yè)污染物排放標準》要求，項目的環(huán)保效益及社會效益顯著。