环保技术的祖宗十八代|第十一篇·气体输灰

应该说气体输灰是超低排放谁都绕不过的一个技术，这破玩意我最早接触的时候是在2015年，那会一个劲的找浓相输送，稀相输送，后来慢慢的接触才发现有些区别。粉体物料的气力输送技术，至今已有近200年的历史。早在1810年，Medhurst就提出了邮件气力输送的方案；1818年，有人用蒸气喷射泵来输送液体；1824年，Vallance最称建立了气力输送的实验装置；1853年，Clark首选研制了直径38.1mm，长205.74m的气力输送系统；1861年，Rammell在宽7.62m、高8.382m、长413m的管道里，建成了轨距0.5581m的筒车气力输送系统；1866年，有输送棉花和砂子等固体的例子；1891年，英国的多克哈姆经过艰苦的改造工作，从根本上改造了原来的装置，成功地制造出了负压式气力输送装置，广泛用于港口等处。当时这种气力输送装置在粮食输入国，如英国、荷兰和德国应用相当普及。1924年德国的Gasterstadt对小麦做了气力输送实验，发表了许多实验和理论的研究结果。之后，丹麦赛克公司的弗勒克骚式运输机及美国福勒公司螺旋泵（昆尼翁泵）等正压输送装置相继发明成功，这标志着高压空气输送理论趋于完善。转而，我国的气力输送技术的研讨开始较晚，80时代，在中科院化冶所郭慕孙院士的倡议下，我国设立了“中国颗粒学会”。中科院化冶所、清华大学、西安交通大学、浙江大学、大连理工大学、同济大学、上海海运学校、山东建筑材料学校等单位在散料颗粒学及气力输送技术方面作出了一些研究。1978年，中国科学院化治所 李大钟，就铅直气力输送压强降计算办法施行了深化地研讨。1980年，华东化工学校的杨伦对电子脉冲气刀式栓流密相气力输送施行了研讨。1987年，樊建人，岑可法等在单元内颗粒源板型的基础上，提出了脉动频谱随机轨道板型，该板型认为合适而使用湍流双边称板型求解恨相湍流速度场，并用随机的傅立叶级数来摹拟气流的脉动速度，但该板型需求给出三度空间中颗粒场的周密信息。1988年陈越南、杨晓清对SIMPLE办法作了推广，提出了一种求解二维湍流稀相气固两相流动的数字办法。1992年，陆厚根和马魁用两个式样指数，来表征粉煤灰颗粒形貌。1990年上海海运学校的余达银等对气力输送施行的优化预设，1992年，余洲生又对长距离水准输送施行了有好处的研究讨论。1996年，清华大学的魏飞、陈卫、金涌、俞芷青就气固并行系统中弥漫颗粒混合行径施行了系统的研讨。应用磷光颗粒示踪技术，研讨了气固并行系统中弥漫颗粒的轴、径向混合行径，给出了在实验条件下气固并流上并行系统弥漫颗粒的轴、径向Peclet数的关涉式。1996年，北京科学技术大学的洪江、沈颐生等就低气速高混合比水准气力输送临界速度施行了较深化地研讨。1998年，陈利东、沈颐生、仓大强又对浓相气力输送的流型及牢稳性分辨断定施行了实验研讨，提出了一种检验测定流型牢稳性的办法。1999年，西北工大的魏进家等，气力输送利用两相湍流KET板型对900弯管内气固两相湍流流动施行了数字摹拟，获得了弯管内两相流动气力输送的一点规律。从19世纪中叶第一台气力输送设备问世以来，气力输送技术在世界各国得到了迅速发展和应用。一百多年来，输送对象红早期的谷物、面粉和信件迅速扩展到水泥、砂浆、化工原料、煤粉和粉煤灰等物料，应用范围遍及粮食、建材、化工、冶金、电力、矿山、铸造等领域。除部分粘附性很强的物料外，几乎所有的粉料状物料都可以采用气力输送方式进行输送，而且系统的可靠性和经济性不断提高。气力输送设备便逐渐普及于生产的各个方面，早期的气力输送均采用稀相输送。稀相输送存在能耗高、压损大的缺点。为克服传统稀相输送的缺点，满足现代化大生产的要求，许多国家现在正致力于发展高料气比的密相气力输送技术，连续、稳定供料设备的开发成了把这一技术应用于实践的关键。现如今，气力输送系统已经在不断发展中走向了成熟，气力输送系统是将粉粒状物料输送到管道中的一种方式，即输送一定量的压力和一定流速的输送设备来输送粒状物料。空气活动常被称为风。因此，气力输送也被称为风力输送和气流输送。从流体力学的观点来看，流体介质是单相的，被称为单相流。例如，两种混合介质，如液体和气体单相流动，被称为两相流，如气固两相流和气液两相流。在气力输送管道中，混合介质是空气和粉末材料，这是由气固两相流引起的。气力输送理论主要是气固两相流的基本规律。浓相输送：指固体颗粒在流体（气体或液体）中的输送过程，此时固体颗粒和流体的比重比较大，即流体是浓相。稀相输送：指固体颗粒在流体（气体或液体）中的输送过程，其中固体颗粒和流体的比重比较小，即流体是稀相。浓相气力输灰系统是结合流态化和管道二相流技术研制的，采用动压与静压联合输送方式的高浓度、高效率飞灰输送设备。系统整体性能指标大大超过常规的稀相输送系统，是目前世界上先进的气力输送技术。正压浓相气力输送系统概述 ：浓相气力输送系统主要利用风机产生的气流在密闭输送管道中沿气流方向进行物料输送。浓相气力输送系统分为输送罐输送和旋转阀输送两种。气力输送系统的输送主要是通过发送罐压力达到一定的压力，由开关卸料阀和气刀来输送物料，物料在管道中进入柱塞状态，浓相气力输送系统气体流速低，输送压力高，输送气体一般采用空气或氮气，动力一般由压缩机提供，主要特点是输送速度低，对物料质量影响较小。旋转阀气力输送系统具有压力高、速度低、输送量大、对物料几乎无影响等优点。正压浓相气力输送系统具有系统简洁，布置灵活，运行可靠，自动化程度高，系统投资省，输送灰气比高，流速低，维护工作量小和年运行费用低等特点。本系统包括进料装置、发送仓泵、管道、阀门、库顶除尘装置、库底气化装置、库底卸料装置、动力气源、程控装置等。正压浓相气力输送系统性能特点 ：正压浓相气力输送技术的适应输送距离当量为50—1500米，其中提升高度巳达到75米，系统输送能力可达到100t/h，输送物料最低温度为—20℃，最高温度为450℃。系统灰气比高：30～60kg（灰）/kg（气） ；流速低：初速度3～6m/s，末速度12～18m/s,平均流速8～12m/s；磨损小：采用普通无缝钢管为输送管；寿命长：使用寿命可达20年。 
系统特性:

1、浓相气力输送系统能将物料输送与除尘工艺相结合，输送效率高，防尘效果好；

2、时间机械化方便，自动化程度高，劳动强度低，节省人力；

3、在输送过程中，可以同时进行各种工艺操作，如物料的混合、破碎、分选、干燥、冷却等。在输送过程中，可以对物料进行物理或化学处理；

4、浓相气力输送系统能有效防止潮湿、污染或混入杂物；

5、浓相气力输送系统工程造价较高。稀相输送系统是指通过空气源进入管道后，粉粒状物料被高速度气流分散，以悬浮的状态在管道中输送，具有低料气比、低压高速等特点。浓相输送系统是指散装物料在密封性管道中，物料呈流化态或柱塞状的状态运运动，具有高固气比、高效率等特点，运行稳定，减少人工维护成本。作为目前使用较为广泛的一种输送模式，还能根据密集栓塞情况，分为浓相动压输送和浓相静压输送。稀相输送和浓相输送之间的差异：

（1）分布状态：稀相输送在垂直和水平状态分别呈现出均匀、飞翔状态，浓相则呈密集状态。

（2）料气混合比：稀相输送在料气比中较低，粉体含量低于1-10kg/m?，输送能力较低；相反地，密相输送的经济效能更高，输送物料在气体中的占比高。

（3）输送距离：在20-400m之间的输送距离可以使用稀相输送，而浓相输送距离相对而言较远。

（4）输送气压：受系统的组件和管道压力影响，稀相输送系统的气压较低，在0.02-0.9MPa之间，而浓相输送方面气压较高。

（5）输送流速：稀相输送的速度较快，约在12-40m/s之间，密相输送流速则较低，在8-15m/s之间。

（6）磨损程度：稀相输送流速较快，容易对物料形态造成损耗，而浓相速度则以较低的速度记性输送，对物料磨损较小。

（7）设备成本：稀相输送工艺较为简单，没有过多的阀门，操作灵活，易损件少，而密相输送气压较高，在压力设备方面需要有较高的投资成本，阀门出现故障率较高，维修成本高。

（8）输送物料：稀相输送系统对于体积大、潮湿不易流动以及脆弱的物料而言，容易造成堵塞或者破碎的情况，同时也对对于系统磨损较大；浓相输送系统对于易碎的物料而言是一种较为友好的选择，降低磨损程度。

序号	产灰点	处理风量m3/h	点数	单排输灰量	温度	备注
1	汽车受料槽上除尘系统	1000000	除尘器为4排，单排5个灰斗，共计20个灰斗	3.5t/h	常温	除尘器入口含尘浓度:10g/m?，出口含尘浓度5mg/m?；灰斗尺寸：上口4940*2340mm，下口300*300mm，高度4220mm

电源条件  

交流380kV±10％、50±0.5Hz、3相5线  

用压缩空气条件  

供气压力：0.6MPa  

公用设施参数

输送用参数
	耗气量	压力	常压露点
输送气量	24Nm3/min	6-7Bar	露点：-20℃，含尘量：＜5mg/m?，含油量：＜5ppm
仪用耗气量	2Nm3/min	6-7Bar	露点：-40℃，含尘量：＜1mg/m?，含油量：＜1ppm
电源
控制：220VAC,50Hz，PLC功率约：3KW。

以上压缩空气消耗量为系统设计平均值，考虑到系统运行过程中的不确定性因素以及由于最终设计过程中的管道路径的变化等因素，总的压缩空气需求量需在以上总耗气量的基础上提供约20～30%左右的富裕量，以保证系统工作的稳定性。

4.  配置方案

除尘器设计为4排，单排5个灰斗，共计20个灰斗，每个灰斗下方设置1台0.5m?仓泵，每排5台仓泵串联输送组成1个输送单元，共4个输送单元。4组输送单元共用1根主输送管道切换输送。系统设置1条DN125输灰管道及其配套的进气阀组、压缩空气管路、电气控制设备等组成，进出料阀门均为粉尘专用耐磨旋转阀，规格DN200；（出料阀规格DN125）并设置1套排堵装置，排堵阀为DN50耐磨旋转阀。配置1台5m³储气罐，集中输送管道采用DN125（140*8）的无缝钢管。输送末端配置1个DN125的耐磨终端箱。单排单次输灰时间不大于5分钟。输送管道配置：输送管道采取扩管输送方式，前150米配置管道为DN125（140*8）；150米以后到耐磨终端箱配置管道为DN150（165*8）。输送管道由甲方供货并由甲方按照管道安装规范进行安装。甲方确保灰库库顶排气除尘器满足库内乏气排放并留有余量。本项目气力输灰终点为二个集中筒仓，一用一备，乙方负责管路设计和切换设备供货。（切换设备指2台125库顶切换阀，一台切换阀箱，2台库顶落灰箱，落灰箱规格为DN150单孔）。切换设备安装由甲方负责，乙方提供安装指导。筒仓设计及供货甲方负责。系统设计出力及仓泵容量的配置已经考虑到其中一台灰斗故障后，另外一台灰斗的灰量满足当前灰斗灰量的情况。完全有能力满足业主对系统出力的要求。同时也为系统创造了充裕的检修时间。仓泵的选型：

仓泵位置	仓泵容积（m3）	仓泵数量（台）
汽车受料槽上除尘系统配套 气力输送系统	0.5m?	20
合计		20

5、气力输送泵的工作原理

（1）、飞灰压力输送装置：每套飞灰压力输送装置包括仓泵、进料阀、出料阀、排气阀、流化装置、进气阀组、检修阀、膨胀节、就地控制阀箱等。

A. 仓泵:仓泵是物料输送的发送设备，根据工程状况，按照安全、稳定、布局合理等原则，多方面结合，本次工程中的输送系统采用下引式仓泵，其最大的优点是：物料流化充分，出口浓度大、流速低，对管道、阀门磨损小。本系统最主要的特点是在仓泵内采用了流化喷嘴输送，特殊设计的流化装置，使飞灰在管道内形成稳定的高浓度紊流输送状态，管道磨损小，耗气量低。仓泵通过钢支架支撑在地坪上，仓泵按GB150-89进行设计、生产和检验，符合一类压力容器标准。仓泵壳体由Ｑ345R钢板焊接而成，符合国家I类压力容器标准。仓泵壳体与灰斗下方的手动插板阀连接,手动插板阀为仓泵检修用,平时处于常开状态。仓泵与除尘器灰斗之间考虑补偿因灰斗在冷热两种状态下产生的伸缩量。技术解决措施为在仓泵与灰斗出口法兰之下加装膨胀节。

B. 流化装置：本系统最主要的特点是在仓泵内采用了流化喷嘴输送，特殊设计的流化装置，使飞灰在管道内形成稳定的高浓度紊流输送状态，管道磨损小，耗气量低。

C. 、输灰阀门：乙方提供的各种阀门满足飞灰处理系统安全、正常、自动运行的要求。各阀门密封严密、耐磨，动作灵活可靠，便于维护，阀板为衬瓷耐磨材料制成，使用寿命不小于8000小时。进料阀采用气动衬瓷耐磨旋转阀门，这种阀门专门为粉体输送系统进料用而设计，有在同类工况下长期连续运行的优秀业绩。出料阀采用新型的专用双闸陶瓷耐磨阀，这种阀门适用于高磨损粉体输送方面的阀门之一。其特殊的结构使阀门的阻力更小，采用陶瓷密封，并对密封部件进行特殊硬化及研磨处理。延长了阀门的使用寿命。在国内的大、中型机组电厂中均有应用。

D. 、进气组件：依据不同作用分为流化气组件、二次气组件。每组仓泵配用一套DN40的流化气组件。每根输灰管的末端设置一套DN25的二次气组件。气组件中的主件——气控阀其灵活性、可靠性均对系统的正常运行影响极大，因此乙方选用国内知名的气动元件制造商的产品。正常工况下可实现免维护运行8000小时以上。

E. 、吹扫气组件每根输灰管道支管始端上安装一套DN25的管路吹扫气组件。

F. 、就地控制箱内电磁阀每个子单元设置一个电磁阀箱，电磁阀箱就近布置在所属仓泵附近。

（2）、就地仪表

a、料位计（不需要）

b、压力仪表为了便于系统就地检测和观察在每套仓泵上配一台压力表；同时便于自动完成输灰系统的正常运行，并将检测到的压力信号导入主控柜。

c、输灰管道及附件气力输灰管道宜采用壁厚不小于8mm的碳钢无缝钢管.输灰管道弯头采用背包耐磨衬瓷弯头，衬瓷厚度4mm。输灰管道三通采用背包衬瓷三通。

d、输送及仪表用气

输灰系统气源流量及品质:每组仓泵输送用空气品质要求：

最大用气量：20~24 m3/min

平均用气量：20m3/min

含油率：〈4PPm

含尘粒径：≤15μm

常压露点温度≤-23℃

控制用气空气品质要求

用气量：2 m3/min

含油率：〈0.8PPm

含尘粒径：≤5μm

常压露点温度≤-40℃

（5）、气源系统的配置

a、空压机(不需要)

b、储气罐输送用气经管道输送至一个工作压力为PN=1MPa、容积V=5m³的储气罐，再通过一根压缩空气母管为输送除尘灰所需的气源。压缩空气由甲方提供，气源管道由甲方提供至气力输送用储气罐进气口。

c、电磁阀箱对气源品质的要求:电磁阀箱作为输灰阀门的集控中心，经过净化装置处理过的仪用气从储气罐中接出，引至每个电磁阀箱的进气口过滤器，然后再由气源分配器分配到控制每个阀门的电磁阀上；PLC主机柜按照设定好的控制程序将命令传输给电磁阀使其完成对各个阀门的控制，由于电磁阀的关键作用及其精密构造因此对仪用气源也提出了高品质的要求即：含尘粒度〈1μm，露点温度-40℃，水分含量小于0.0192g/m3）。6、主要设备参数：

仓泵型号	按供货范围表
仓泵总容积	0.5m?
入口直径	按供货范围表
出口直径	按供货范围表
容器壁厚	L-0.5（8mm）
设计工作压力	0.8Mpa
设计使用寿命	15年

仓泵：

气动进出料阀：

型式及型号:	耐磨旋转阀
驱动方式:	气动
规    格:	按供货范围表
阀体材料:	碳钢
阀板材料:	耐磨衬瓷
公称压力	PN10
寿命	阀门本体＞5年、阀芯＞1年、密封件＞1年

气动排气阀：

型式及型号:	耐磨双闸板
驱动方式:	气动
规    格:	按供货范围表
阀体材料:	碳钢
阀板材料:	耐磨衬瓷
公称压力	PN10
寿命	阀门本体＞15年、阀芯＞1年、密封件＞1年

手动检修阀：

型   号	按供货范围表
阀体形式	法兰对夹式
阀板材质	碳钢密闭型铸件
操作方式	手动
进出口尺寸	按供货范围表

进气阀组

型式及型号:	按供货范围表
驱动方式:	气动
规    格:	按供货范围表
阀体材料:	碳钢
阀板材料:	耐磨陶瓷
公称压力	PN10
寿命	阀门本体＞5年、阀芯＞1年、密封件＞1年

吹堵装置

型式及型号:	按供货范围表
驱动方式:	气动
规    格:	按供货范围表
阀体材料:	碳钢+铝铸件
阀板材料:	耐磨陶瓷
公称压力	PN10
寿命	阀门本体＞15年、阀芯＞1年、密封件＞1年

 

 

 

 

 

 

 

 

管道阀

型式及型号:	耐磨双闸板
驱动方式:	气动
规    格:	按供货范围表
阀体材料:	碳钢
阀板材料:	耐磨陶瓷
公称压力	PN10
寿命	阀门本体＞5年、阀芯＞1年、密封件＞1年

 

 

 

 

 

 

 

5．1、控制系统方案

1.5.1概述: 气输灰控制系统采用PLC进行集中控制，系统采用西门子PLC系统，气力输送厂家负责范围内所有的电气设计供货及安装调试，包含但不限于控制箱，控制箱至现场设备的电缆、桥架、穿线管，电磁阀箱至现场气动阀的气路连接等。且在控制箱内预留控制接口。A 、控制范围：除尘器卸料口开始到灰库仓顶入料口为止的所有输灰设备、电（气）动阀门等，包括系统内所有设备的测量及控制。B 、控制方式气力输灰接入除尘PLC系统内，采用程序控制方式即通过PLC控制系统，运行人员可通过监控画面对输送系统进行监控和启/停操作。C 、控制说明该系统是一套机电一体化产品, 主要由两大部分组成：(I). 机械执行部分: 由各输送系统的流化发送装置和气动执行机构等组成。(II).自动控制系统: 由压力传感器、PLC可编程控制部分和就地控制箱等部件组成。自动控制部分共分成三部分，即电源部分、PLC可编程控制部分、就地控制箱及传感器。◆ PLC可编程控制部分本项目气力输灰系统接入除尘PLC系统内。气力输灰系统通过PLC直接控制和协调各阀门的执行机构或控制仪表正常工作，并带有触摸屏面板来显示各设备的运行工况，对各用气点上的气源压力进行监控。  a 用数显仪表来显示仓泵的工作压力、气源压力等。b 对仓泵运行情况进行监控，对运行中的各种不正常情况发出声光进行报警，提醒操作人员注意，在报警时，相应的显示灯亮和闪烁。蜂鸣器发出报警声音，其中声音可以关闭，但关闭后不影响第二次报警。◇ 气源低压报警◇ 输送超压报警◆ 就地控制箱  (1)为方便调试和维护,每组输送单元均配有1台就地控制箱，共计4台。  (2)就地控制箱采用双层密封门（不锈钢材料），可满足现场的环境工况。  (3)在就地控制箱内有电磁阀部分和就地的电控部分，在外部面板上还设有控制按钮，用于对各气动阀门进行手动操作。(4)当转换开关在就地位置,且PLC控制系统允许时,全部可以手动操作，以方便调试和维护。◆ 传感器部分详细设备供货清单

序号	设备名称	型号规格		单位	数量		备注
一、	电器部分
1	PLC控制系统	西门子S7-1200		台	1		留有以太网接口和需方系统通讯
2	就地控制箱	500*400*300		件	4		箱体材质：304
3	压力变送系统	0~1MPa		件	4		国产常规
4	小计
二、	主体设备
1	储气罐	5m?		台	1
2	储气罐	1m?		台	1
3	仓泵	0.5m?		台	20
4	方圆节连接管	300*300		件	20		含灰斗连接法兰
5	手动插板阀	DN200		件	20		密闭型铸件
6	膨胀节	DN200*150H		件	20		内衬防磨套管
7	进料阀	DN200		台	20		气动衬瓷旋转阀
8	排气阀	DN50		台	20		气动衬瓷双闸板阀
9	仪表气源管	DN10*1.5		盘	20
10	出料阀	DN125		件	4		气动衬瓷耐磨双闸板阀
11	过滤器装置	FD-2000		套	4
12	进气阀组	DN40 0-1.0		件	12
13	增压阀组	DN25		件	4
14	补气装置	DN100		套	4
15	20#无缝钢管	DN125*8		米	100		站内四条分线
16	无缝钢管	DN108*4		米	160		主气源管道
17	无缝钢管	DN50		米	100		排气管道
18	镀锌管	DN40		米	80		支气源管道
19	镀锌管	DN25		米	80		支气源管道
20	线缆、桥架			宗	1
21	设备辅材			宗	1
22	小计
三、	输送管道
1	耐磨三通	DN125 R=10D*90°		件	2		衬瓷耐磨背包
2.1	耐磨弯头	DN125 R=10D*90°		件	11		衬瓷耐磨背包
2.2	耐磨弯头	DN150 R=10D*90°		件	11		衬瓷耐磨背包
3	20#无缝钢管	DN125*8		米	660		现场管道清单由乙方设计清单甲方自备
4	管道辅材			套	1
5	切换阀			套	2		乙方
6	切换阀箱	304材质		套	1		乙方
7	耐磨终端箱	DN150		套	2		乙方
8	通讯电缆	10*1mm					接收仓到PLC总控室由甲方提供