潘料庭1     蓝健1   潘国帅1     赵丽芳2

（1北海诚德镍业有限公司，广西，北海，536017；2中钢集团工程设计研究院石家庄设计院 ，河北，石家庄，050021）

摘  要：文中分析了烧结除尘灰的特性，对除尘灰气力输送系统设计和技术特点进行了详细的介绍，结合本公司气力输灰系统投运一年多的实践，分析指出了有待完善之处和改进的方向，并对运行效果进行评价和经济效益分析，综合认为烧结除尘灰采用气力输送技术是可行的、经济的、环保的。

关键词：烧结    除尘灰    气力输送   设计

1、前言

北海诚德镍业有限公司是一家采用低硅高铁低镍红土镍矿通过烧结-高炉-精炼AOD工艺冶炼不锈钢的长流程特钢企业，由中钢集团工程设计研究院石家庄设计院进行设计。铁前系统现有两座580立方米高炉和配套的带式烧结机132平方米和180平方米烧结机各一台，于2011年3月投入运行。烧结系统分别设有机头机尾电除尘器各一台和配料系统布袋除尘器一台，由于红土镍矿具有高水分、高结晶水、粒度细、杂质多等特点（1），在烧结生产中各个除尘器除尘灰量大，远多于普通铁矿烧结；传统的除尘灰都是经过除尘器收集后通过汽车外运或者是直接通过胶带运输机运输回到工艺系统重新参与配料，造成二次扬尘大，混合料水分难以控制，波动大，影响烧结生产，常造成生产过程恶性循环，生产消耗增加成本增高，同时因除尘灰化学成分异于原料，一定程度又影响了烧结矿质量的稳定。我公司在总图设计时受工艺布局和场地限制，180平方米烧结机机头机尾除尘灰无法直接用传统的运输方式输灰到工艺系统中，需要倒运多次；而公司作为新建的新材料项目，积极响应国家节能环保的政策，非常重视清洁生产，严格控制无序排放和二次扬尘。基于上述因素，综合考虑我公司工艺布局上设有压缩空气气源，精炼和回转窑喷吹等都是间断用气，存在气源剩余空间，而且国内也有使用气力输送除尘灰成功经验（2）（3），认为烧结除尘灰使用气力输送系统输送是必须的可行的。

2、烧结除尘灰特性

烧结除尘灰根据烧结生产工艺采用原燃料的不同各厂除尘灰化学成分不一样，但普遍都是烟气量大，粉尘量波动大，粉尘性质波动大，易吸潮，粘结力强，容重在1100kg/m3左右。分开来说，烧结机头电除尘器烟尘浓度一般为1-6g/m3，温度在80-180度之间，烟气湿度在15%左右，粉尘含碱金属多，粒度＜5μm占到30%以上；机尾电除尘器烟尘浓度在15-25g/m3，温度在80-130度之间，粉尘中主要以铁离子为主，粒径在40μm左右；配料布袋除尘器烟尘浓度在10-15g/m3，温度是常温，粉尘主要以返矿和石灰粉末为主（4）。我厂红土镍矿烧结除尘灰主要化学成分如表1，从表中看都有一定回收利用的价值，丢弃则会造成更大的环境保护问题。烧结除尘灰使用气力输送技术上的难题一是要解决技术上除尘灰易受潮堵管、灰中有杂物，流速快管道易磨损，解决设备上阀门容易卡料，设备和管道易腐蚀等问题；二是要考虑灰气比高一些，如何达到浓相输送，在减少投资同时，又能降低运行费用；三是操作上简单实用，维护方便，自动化控制程度高，设备选型也是关键。

3、气力输送系统设计原理及技术特点

3.1设计依据

根据中钢集团工程设计研究院石家庄设计院对除尘器的设计，提出了气力输送系统的设计参数依据，如下表2所示。

3.2除尘灰气力输送系统工艺流程

除尘灰经除尘器除尘后由灰斗卸下经刮板输送机输送中间料仓，中间料仓经气动阀进入仓泵、然后用压缩空气喷吹进入输送管道到达配料室18米平台的132配料接受仓或者180配料接受仓，在除尘灰配料接受仓顶部输送管道上安装切换阀，可以根据接受仓存灰的料位将灰送入任意一个接受仓内，每个接受仓顶部安装80m3/min流量的布袋除尘器。接受仓中的除尘灰经下部的螺旋秤进入烧结工艺系统。主要工艺流程如下图1所示。

3.3设计说明

系统输送设计灰气比为15kg/kg，平均总耗气量为52m3/min，瞬时最大耗气量为80m3/min；系统仪控气耗气量为2m3/min。

3.3.1机头气力输灰系统

132和180机头除尘灰各采用一台下引式1.0m3仓泵，除尘灰气力输送共用一根DN94→DN110输送管道；132和180机头静电除尘输送量分别为4.35t/h和5.55t/h，仓泵的出料口径均为DN94。每个仓泵平均输送耗气量约为：6m3/min。仓泵充满系数为0.8，除尘灰的容重为1100kg/m3，设计每个输送循环9分钟，其中输送3分30秒，进料及辅助时间为5分30秒。

每仓装灰重量为：

1.0×1×0.8×1.1=0.88t

每小时输送量为：

0.88×1×60÷9=5.8t/h＞5.55t/h＞4.35t/h，满足输送要求。

3.3.2机尾气力输灰系统

132机尾除尘灰采用一台下引式3.0m3仓泵，与180机尾除尘灰输送共用一根DN109→DN155输送管道。132和180机尾静电除尘灰每小时输送量均为17.5t/h，仓泵的出料口径为DN109。平均输送耗气量约为：18m3/min。仓泵充满系数为0.8，除尘灰的容重为1100kg/m3，设计每个输送循环8分钟，其中输送4分钟，进料及辅助时间为4分钟。

每仓装灰重量为：

3.0×1×0.8×1.1=2.6t

每小时输送量为：

2.6×60÷8=19.5t/h﹥17.5t/h，满足输送量要求。

3.3.3配料气力输灰系统

配料布袋除尘器共6个灰斗，每个灰斗下采用一台下引式0.25m3仓泵，每排3个一组分成两组交替输送，共用一根DN94→DN110输送管道输送到配料室配料矿槽；每小时输送量为5.2t/h，仓泵的出料口径为DN94。平均输送耗气量约为：4m3/min。仓泵充满系数为0.8，除尘灰的容重为1080kg/m3，输送距离为150米，每组仓泵一个输送循环10分钟，其中输送3分钟，进料、等待及辅助时间为7分钟。

每仓装灰重量为：

0.25×1×0.8×1.08=0.22t

每组装灰重量为：

0.22×3=0.66t

两组每小时输送量为：

0.66×2×60÷10=7.9t/h﹥5.2t/h，满足输送要求。

3.4系统设计特点

（1）输灰系统自动化程度高，可远程或者就地操作，操作简单。本系统集中控制室设在180机头除尘器下，内设有PLC控制柜及工作员工作站，实现自动运行以及对气源供气设备、管路状况、料仓设备的运行进行全自动监督、控制。机头、机尾及配料除尘各配置一台现场控制操作箱，控制柜上有操作面板，在面板上实现完全的自动与手动转换运行。控制箱内有远控接口，可将相关输送参数及工作状态进行工厂集中控制。

（2）输送系统具有一、二次进气调节能力，能使系统在最佳用气量配比及优良的流化状态下运行。还采用孔板技术，具有主进气、辅进气、浓度调节进气等多种调节手段，能使输送系统流化效果好达到最优输送效果。

（3）输送系统设计料气比为15Kg/Kg，管道内物料流速较低，对设备磨损相对较小，同时采用壁厚大于7mm的#20钢无缝钢管，耐磨弯头采用内衬陶瓷大曲率半径弯头。

（4）排堵采用倒抽式排堵方式，排堵速度快，只需将料气混合物通过排堵阀及管道引出，使管道内压紧实密的物料松动后达到重新输送的效果。排堵管道上的排堵阀处于常闭状态，当输送管道压力达到预定警戒值并持续一定时间后，系统报警示意堵管，可手动现场排堵，也可按自动程序排堵 。机头排堵管接入机头静电除尘器的入口，其余接入灰斗。

（5）在仪表选用上具有的特点。

一是气力输送系统气动阀门全部由安装在电磁阀箱内的电磁阀控制，电磁阀箱采取防尘措施。

二是限位开关采用磁环感应式，信号准确，现场可直接观察，确保阀门到位，不漏气，不漏灰。

三是输送系统每台仓式泵上装有料位计，根据料位开关信号可知仓泵内除尘灰可否装满。每个中间仓上安装料位计，及时控制下料量。采用泵料位控制与时间控制相结合，避免了料位计失效影响生产的发生。

四是输送进气管道上和每根输灰管道上都安装有压力变送器，可根据压力变送器的压力大小进行输送运行或停止。

（5）仓泵系统具有的特点。每个仓泵的上方安装手动检修阀，出口处安装输送补气器，可调节输送物料的浓度保证系统安全运行。现场安装输送用气储气罐，用于稳定气源；安装控制用气储气罐，用于给输粉系统提供控制用气。

（6）接受仓具有的特点。每根输送灰管道在接收仓顶根据需要通过切换阀将除尘灰送入相应的接收仓中。终端卸灰箱3台分别安装在接收仓仓顶，通过输送管道及设在接收仓顶的终端卸灰箱将除尘灰送入接收仓。接受仓仓顶设有布袋除尘器，两个料仓相互联通便于气流的理顺。

4、气力输灰系统的工作程序和运行效果

4.1系统工作程序

第一阶段：装料阶段。仓泵的排气阀及进料阀打开，物料通过进料阀从灰仓进入仓泵。仓泵装满后称重传感器发出料满信号；关闭仓泵进料阀、排气阀。

第二阶段：气化阶段。装料完成后，打开出料阀、主输送进气阀及流化进气阀。压缩空气进入仓泵，使仓泵内的物料气化，具有很好的流动性。

第三阶段：输送阶段。气化到一定程度后，呈流态化的物料就自动喷入输灰管。输送阶段中，压缩空气一直从进气阀源源不断供入仓泵，直到仓泵内所有的除尘灰全部卸出。

第四阶段：吹扫阶段。当输灰管中的除尘灰全部达到灰仓时，输灰管道压力降低，可以通过压力变送器测出灰管压力降低，也能通过称重传感器计量出仓泵内除尘灰已经输送完。在经过数秒钟的空气吹扫后，进气阀关闭，出料阀关闭，进料阀打开，排气阀打开，开始下一轮循环。

4.2系统运行使用效果

除尘灰气力输灰系统从2011年3月投运一年多以来，生产上取得了良好的效果。系统运行平稳参数如表3所示。运行产生的效果主要表现以下几方面：

一是气力输灰系统运行维护费用低。仓泵安装维修方便简单，一般无故障，主要阀门、仪表等配套设备采用标准件，厂内具有互换性；输灰压力低，料气混合物在管道内的流速低，对管道及相关设备磨损小；采用厚壁无缝管道，无磨漏，使得烧结生产线不受到输灰故障影响。

二是管道布置方便合理，不妨碍其它设备检修，输送系统放灰控制合理，落灰入中间仓无冒灰现象，管道运行过程属于全密封状态，无二次扬尘污染，达到环保要求。

三是配料采用单配用除尘灰后下料比较稳定，准确，混合料配水稳定，烧结生产过程得到较好的控制，为烧结矿质量稳定起到了关键作用。

四是通过控制进料时间和吹扫时间，利用接受仓的负压控制，实际运行时灰气比达22kg/kg，使得运行费用降低，每天间断运行累计时间不到12小时。

五是使用气力输灰系统改善了工人劳动环境，提高了职工积极性，稳定了职工队伍。

5、气力输送系统的运行经济效益对比及系统待改进问题

5.1运行经济效益比较

除尘灰气力输送系统运行一年以来，平均每分钟耗气量实际约为45立方，压缩空气每立方成本约0.03元，小时费用在72元，年作业率70%，运行费用约49万元。若采用机械运输设计功率合计约120kwh，电单价0.6元，年作业率50%，年运行费用约32万元；若采用汽车运输，日除尘灰量约为600吨，每吨运输费用约3元，一年约64.8万元。

维修费用上气力输送系统费用不到3万元，而机械运输系统一年易损备件更换和维修费用在8万元左右；在人工费用上，气力输送因为实现自动化集中控制，定员5人，而机械输送需要8人，年节省工资9万以上。

气力输送系统年总费用约67万，而机械输送年费用约64万，气力输送系统年消耗费用与机械运输消耗费用相差不大，但我公司采用的压缩空气是与其它用户点交错使用，使得运行费用实际降低很多，而劳动力的减少使用以及粉尘回收率得到提高，烧结矿质量得到改善产生的巨大效益是无法估量的。

5.2待改进问题

一是输送系统灰气比还比较低，应该进一步研究如何通过提高灰气比，达到降低运行费用；

二是机头除尘灰灰温变化大易受潮和埋刮板输送机冒灰、除尘灰板结等问题造成堵管，必要对输送过程堵漏风漏雨，并要针对性对灰分的进行研究；

三是除尘灰中时常含有垃圾、小铁屑等杂物问题，建议要从源头控制好；

四是中间灰仓即使经过流化处理，但是还是存在下料不畅问题，需要进一步研究；

五是配料矿槽料位显示不是很准确，需要人工探料位，选用更合适的料位计需要谈到，这样可减少劳动强度；

六是仓泵输送灰量与配料螺旋秤计量数据误差较大，所以仓泵灰量计量准确性还有待继续探讨。

6、结语

除尘灰气力输送系统和工程施工建设同步进行，投运后取得了良好的经济效益和环保效益，但仍有许多地方有待改进和完善。该系统的成功运行应用，可推广到高炉除尘灰、精炼除尘灰的应用上，但技术上要努力寻求提高灰气比的突破口实现浓相输送，设备上改进缩短仓泵进料时间使系统运行时间能够得到缩短，创造更多的经济效益。气力输送系统与其他运输方式比较，投资相当，运行费用相差不大，但其具有设备简单，维修费用低，占地面积小，工艺布局灵活，自动化程度高，运行安全环保等优点，更能保证烧结除尘灰的精确配料，改善烧结矿质量，实践证明选用气力输送方式是符合现代工业清洁生产要求。

7  参考文献

（1）、李建华，程威，肖志海，红土镍矿处理工艺综述【J】，湿法冶金，2004.12，23（4），191-194

（2）、汤静芳，武钢新一烧的除尘灰气力输送【J】,烧结球团，2007，45（4），25-27

（3）、王永顺，三（明）钢烧结厂电除尘灰的气力输送【J】，烧结球团，2004，29（3），30-34

（4）、汤聂，蒋绍坚，烧结粉尘采用机械输送与气力输送的比较【J】，烧结球团，2007，32（2），35-37

（5）、华旭军，贾春海等，气力输送烧结除尘灰技术应用探讨【J】，河南冶金，2009，17（1），26-28

（6）、王代军，首秦工程原料生产除尘灰气力输送技术的研究与实践【N】，世界金属导报，2012-5-22（B16）

（7）、王晓青，低速密相气力输送方式在烧结工程上的应用【C】，北京，第5届中国金属学会青年学术年会论文集，2010，9-12