摘要：武钢和钢铁研究总院在联合研制新型高效上引式仓式泵过程中采用了多项新技术，已在现场安全稳定运行一年以上，证明具有输煤能力强、易于维护和调节性能好的优点。平均输送固气比近15.5，瞬间输送固气比最高可达46.5以上，输粉能力达到40 t/(台*h)。该设备对促进我国高炉喷煤技术进步有重要意义。
关键词：气力输送；仓式泵；煤粉
1 概述
为了缓解焦炭资源短缺，60年代开始从风口向高炉喷吹燃料，以取代部分焦炭。六七十年代以喷吹重油为主，石油危机之后，80年代转为以喷煤粉为主。欧洲、日本和北美的一些高炉吨铁喷煤量已超过200 kg，焦比降到300 kg/t左右。随着喷煤量的不断增加，喷吹和制粉系统设备不断进步，对输煤粉仓式泵提出了更高的要求，在具备高的输煤能力的同时，还要尽可能地降低气体消耗。
武钢炼铁厂输送煤粉最初使用的是螺旋泵，螺旋泵由混合室、喷嘴、套筒和在套筒内旋转的螺旋轴组成。使用过程中发现，混合室内煤粉浓度随给煤量的增加而急剧上升，给煤量又受煤粉自流性变化、煤中杂物的多少和螺旋泵密封性能好坏的影响。煤粉浓度和混匀程度难以控制。武钢曾经使用?φ200的螺旋泵，给煤量经常在5～18 t/h范围内波动。此外，螺旋泵的机械磨损严重、能耗高也是其致命缺点。
改用下出料仓式泵，其罐体下部和喷吹罐相似，一般装配流化装置。喷粉时泵内还要保持一定的压力以促进煤粉落入混合器。混合器背部进入高压空气作为引射风。现场使用过程中发现，由于煤粉和载气的混合效果不好而时常发生堵塞，影响正常输送。
上出料输煤仓式泵是借用了水泥和粮食行业的经验和成果。仓泵的底部为一气室，用流化板和仓泵的主体分开。出料口位于流化板上面中央，一般呈喇叭形状，其和流化板的间距可调，仓泵本身充当混合室。在输送过程中仓泵内保持一定的压力，下部气室出来的压缩气体经流化板使下部的煤粉处于流化状态，煤粉和气体在压出前得到充分混合。因此具有送粉能力大、输送过程稳定和易实现浓相输送的优点。
目前国内已有一些钢铁厂采用上出料气力仓式泵。但运行过程中发现，在仓泵的工艺设计和制造方面均存在一些缺陷。表现为输送能力不足、耗气量大、设备故障率高、调节性能差，不能适应高炉喷煤远距离高效输送煤粉的要求。主要原因是目前的仓泵制造者缺少对钢铁厂喷煤工艺的认识，只把输送其它介质(如粉煤灰、水泥)和不同使用条件的仓式泵简单地引入钢铁行业，用于高炉喷煤输送煤粉。因此，按照钢铁冶金行业喷煤需要研制新型高效输煤粉装置已是当务之急。
2 武钢原CD型上出料仓式泵存在的问题
武钢炼铁厂二制粉间于1992年投入了6套8 m3 CD810―2200型上引式仓式泵，经过五年多的运行暴露出以下问题。
(1) 受粉时间较长，装5 t粉要15～20 min，主要原因是粉仓漏斗倾角偏小，而且没设流化装置。
(2) 流化板采用普通网筛和毛毡制造，易堵易损，由于流化导流板(也是结构加强板)没有特殊设计，使流化气分布不尽合理，煤粉的流化效果不好，难以提高输送浓度。
(3) 仓泵无单独的补压装置，输送过程中泄压过快，经常因憋压操作而被迫暂停输送。
(4) 供气管道设置不合理，补气和流化气等共用管道，调控十分困难。
(5) 仓泵容积偏小(有效容积8 m3)，倒罐操作频繁，影响输送能力的发挥。此外，仓泵内输煤管的加强结构不牢固，部件经常损坏甚至脱落。
由于以上问题的存在，仓泵的输送能力较低，最高仅为12 t/(h*台)，耗气量很大，造成供气网的压力负荷紧张，影响喷吹系统的作业。此外，耗气量大也造成收粉系统的布袋常处于正压状态，收粉效率低，不能满足高炉喷吹100 kg/t以上喷煤量的要求；而且漏粉严重，污染环境。
3 新型上引式仓式泵特点
1996年5月4号高炉停炉大修，武钢炼铁厂和钢铁研究总院合作研制了两台新型上引式输煤仓式泵(图1)，以取代二制粉间的5、6号仓式泵。该仓式泵采用了一些新设计、新工艺和新材料，使输粉能力提高到40 t/(h*台)，输送浓度提高，耗气量下降，设备故障率降低。新仓泵采用了以下主要技术措施。
图 1 新型输煤仓式泵
1―粉仓；2―流化器；3―流化漏斗；4―钟阀；5―补气器；6―输煤阀；7―仓式泵；8―流化床；9―补气阀；10―流量计；11―蝶阀；12―软连接；13―放散阀；14―充压阀；15―引射阀；16―流化阀；17―上流化阀
(1) 在煤粉仓和仓泵之间设置自行研制的流化漏斗，使仓泵的受粉时间明显缩短。
(2) 在制作流化床时采用了新结构、新材质和气体分布技术，出料口周围煤粉的流化得到优化，在流化气量减少的同时总体流化效果得到改善，流化床使用寿命延长。
(3) 按喷吹罐的方式设置控制气路和电器设备，提高调控性能。
(4) 仓泵的有效容积扩大到15 m3，有利于提高平均输送浓度；使仓内输煤管的加强结构更加牢固。
(5) 设置内引射气，相当于把部分外补气移到仓泵内部，不仅起到引射风的作用，而且对仓泵内输煤管的高浓度煤粉提供动能，保证出煤通畅。
(6) 仓泵下部采用大流化气室、侧面对吹进气方式，通过气体的对撞使流化气分布均匀；而且有利于气体中杂质的沉降，保证流化床表面不被污染。
(7) 采用新研制的旋风补气器。
(8) 供气方式改为每台仓泵设专用分气包，以及相互独立的充压、流化、内引射和补气管路。在每个管道上设手动截止阀，用于一次性调节各气路的气体流量比例。
(9) 加强对仓泵运行过程的监测，可对仓泵压力、外补气流量、流化气流量、总气流量、仓泵减重信号进行检测和记录。
4 新仓泵运行效果
两套新型高效仓式泵于1996年10月安装并投入使用，至1997年10月已向4号高炉输煤粉累计达13.3万t。为高炉喷煤量提高到100 kg/t以上提供了有力的保障。运行结果表明，仓泵操作性能良好，通过调节外补气可随意改变输粉浓度和输粉速度。运行指标先进，瞬间输送固气比最高可达46.5以上，平均输送固气比约15.5；仓泵的关键部件性能可靠。
仓泵流化板除了具有良好的流化效果外，还具备较好的过水和过油性能，仓泵所用的压缩空气未进行净化处理，但运行半年后检修发现，流化板表面干净，透气性良好。
新设计的流化漏斗，可起到松动粉仓煤粉和减少煤粉下落时与仓壁阻力的作用，特别是当煤粉在粉仓内停留时间较长，形成搭桥现象时，以上效果更明显。由于空间所限，流化漏斗倾角很小(＜60°)，但下料仍然通畅。
由于供气管路设计合理，喷吹过程中可以随时充压，使仓泵的工作参数稳定。在旋风补气器前设置气动阀，使仓泵在没有喷空时就可开始吹扫输煤管道，大大提高仓泵的平均输送浓度和工作效率。
由于输送浓度高，喷吹站的收粉系统负荷减轻，维护费用降低。
5 高效仓式泵输粉装置技术性能的系统测试
新型高效仓式泵投产9个月，武钢炼铁厂、钢铁研究总院、武钢钢铁研究所联合进行了二次系统的测试，以全面考核其各项技术性能指标。测试期间，4号高炉利用系数1.6～2.0 t/(m3*d)，喷煤比为60～100 kg/t，喷煤量为240～520 t/d，二制粉两台新型仓式泵日输煤25～52次，新仓泵的输送距离为600 m，输煤管道直径150 mm，工作压力0.5 MPa左右。
测试结果证明，新型高效仓式泵的各项技术指标大大超过原仓泵，对20组测试数据进行统计处理，得到15 m3仓式泵的实际输送性能指标，见表1。表1 新研制仓泵和旧仓泵指标比较
注：输送速度＝周期输煤量÷输送周期。 另外，用秒表测得新型仓式泵受粉10 t的时间为4 min21 s，由常压升到0.5 MPa的充压时间为45 s，由0.5 MPa降至常压的泄压时间为45 s。据此计算，新型仓式泵系统包括收粉、充压、输粉10 t和泄压在内的全周期约为15 min，即新型仓式泵最大输煤能力可达40 t/(h*台)。
从表1可看出，新型仓式泵的输送速度提高1倍以上，吨粉耗气量减少约50 %，输送能力增加2倍以上。其运行指标均超过了仓式泵技术改造设计指标，输煤能力完全可满足4号高炉利用系数2.0 t/(m3*d)，喷煤比150～200 kg/t的要求。
图2是仓式泵运行参数曲线，由图中可见，补气量是影响输送速度和浓度的主要因素。仓泵的最佳作业区间是在补气量较少的时候，当仓泵中煤粉下降到1 t左右时，补气量突然上升，输送速度和浓度明显下降。
图 2 操作参数变化图
(a) 平均外补气流量2 552 m3/h，平均总气流量4 936 m3/h；
(b) 平均外补气流量2 147 m3/h，平均总气流量3 651 m3/h；
(c) 平均外补气流量1 990 m3/h，平均总气流量3 720 m3/h
1―重量；2―仓泵压力；3―输煤管出口压力；4―外补气流量；
5―流化气流量；6―总气流量
目前的仓泵系统未采用恒定罐压措施，测试过程中，仓内压力随供气管网的压力变化而波动，罐压在0.45～0.6 MPa范围变化时，仓泵能正常工作。
6 经济分析
使用新型高效仓式泵以后，输送固气比可由7.75提高到15.5，按4号高炉利用系数2.0 t/(m3*d)，喷煤比150 kg/t，压缩空气单价0.07元/kg计，新仓泵产生的直接经济效益为118万元/年。此外，新仓泵及其收粉系统的维护费用也大大降低。
7 结论
(1) 在武钢炼铁厂二制粉间使用的新型仓式泵，由于采用了新工艺、新设计、新材料，性能明显提高，投产后输送能力比原泵提高一倍，输粉的耗气量降低一半，设备故障率明显减少。
(2) 新型仓式泵的投入使用，促进了高炉喷煤量大幅度提高，从而带动高炉各项生产指标明显改善，超过历史最好水平，取得了十分可观的经济效益。
(3) 仓泵系统在测试时并没有处于最好的状态，如风压不到0.6 MPa，甚至更低。为防止管道堵塞而影响正常生产，补气流量、流化气量等参数的调节范围较小，远没有达到最佳值。因此，仓泵的输送能力还有提高的潜力。
(4) 实践证明，只要改进上引式仓式泵的控制方式和保证煤粉合理的流化，较远距离和大直径输送管输煤的仓式泵也可以实现浓相输送。
(5)新型高效上引式仓式泵是一种理想的输送煤粉工具。在冶金及其它行业具有推广价值。(end)
|
