倉式泵氣力輸送設備在長距離物料輸送的研究與應用

呂鑫寬,張葉新,申 健,侯晨茹,寇曉飛

(國投金城冶金有限責任公司,河南 靈寶 472500)

0 前言

目前,我國主要城市的大氣污染正處于轉型時期,大氣污染從煤煙型向混合型轉向,黃金冶煉以及銅冶煉行業的各種物料在加工、運輸以及儲存等方面都不同程度地存在著有毒有害風險,如果管理和處置不當會造成嚴重的環保問題,甚至威脅到人們的生命安全和身心健康。冶煉煙灰對大氣污染的主要途徑有兩個方面:一是在煙灰的包裝、轉運、裝卸和儲存等環節,噸包袋容易產生破裂,造成部分煙灰成為懸浮物逸散而污染環境;二是在使用噸包袋對煙灰進行集中打包時產生的粉塵,還有包裝物回收時產生的粉塵,都會產生嚴重的污染。

1 改造背景及需求

1.1 改造背景

國內某銅冶煉廠采用富氧底吹造锍捕金自熱熔煉技術,生產系統主要由熔煉底吹爐、吹煉爐、陽極爐三連爐構成的火法粗煉系統和電解精煉系統、爐渣選礦系統以及熔煉收塵、吹煉收塵、環保收塵、陽極爐脫硝四套收塵系統成,輔助生產系統有收砷系統、制酸系統和制氧系統等。隨著黃金工業和銅工業的快速發展,原料市場的競爭加劇,復雜難處理的原料越來越多,尤其是含砷的金精礦和銅精礦居多。經濟、環保處理含砷的金精礦和銅精礦是行業發展的方向。

該公司采用富氧底吹造锍捕金技術應用于處理高砷難處理金精礦和銅精礦,并將煙氣干法驟冷收砷技術用于富氧底吹煙氣收砷,不僅徹底解決了傳統氰化提金工藝存在的氰化尾渣污染環境的問題,而且徹底解決銅冶煉企業含砷污酸處理存在的難題,在行業中具有示范作用,對于推動行業環境保護具有重要意義。但是由于收砷工段收集下來粉塵狀物料在進行包裝、轉運時,不僅需要消耗大量的費用,同時也會增加操作工與驟冷煙灰接觸幾率,使工作人員的身心健康受到危害。嚴重時有可能造成水污染和土壤污染,對環境造成不可估量的破壞。因此對含砷煙灰的包裝、裝運的方式進行改進勢在必行。

1.2 驟冷煙灰的產生

熔煉底吹爐將含砷礦粉加工處理后,經過余熱鍋爐初步降溫然后進入熔煉電除塵器,熔煉電除塵器煙氣中含有As2O3,As2O3在高溫下呈氣態形式存在于煙氣中,而在溫度較低的情況下會呈固體形式存在。驟冷塔將電塵來的約380 ℃的煙氣通過噴霧冷卻的方法使煙氣溫度瞬間冷卻到150～170 ℃,As2O3由氣態形式凝華形成顆粒狀,然后含有固體As2O3顆粒的煙氣進入布袋收塵器的下氣室內,穿過氣室內安裝的濾袋,固體顆粒被過濾截留到濾袋外表面上,通過反吹落入灰斗內,收集的粉塵經過計量打包機進行計量包裝后通過叉車和平板車轉運入庫儲存或再加工處理。

1.3 驟冷煙灰的包裝及轉運方式改造需求

該公司收砷工段收集下來的含砷煙灰主要使用噸包袋進行集中包裝,附帶計量打包機和滾輪輸送機設備。包裝過程中至少需要2 名操作人員進行操作,1 名操作人員主要負責對噸包袋的更換,另外1名重點負責對噸包袋上散落的煙灰進行回收以及轉運。在實際操作過程中,由于煙灰極輕易漂浮,經常造成現場煙灰飛揚,作業環境差,工作勞動量大,作業人員與含砷煙灰接觸幾率增大,同時在裝卸及儲存過程中需要投入大量的勞動量以及運輸設備,例如:裝卸轉運過程中,所需人員有平板車司機、叉車司機、2 名掛包人員,所需運輸設備平板車、叉車等,在儲存庫房需要安排專人監護。在轉運過程中不僅存在一定的危險性,也會造成環境污染。例如:在掛包過程中需要叉車與掛包人員密切配合,稍加不注意就會造成機械傷人事故;在運輸時噸包袋出現破損、傾倒等現象,造成煙灰散落,污染環境。

綜上所述,目前的包裝及轉運方式不僅需要投入大量的勞動量以及運輸設備,還存在安全隱患,污染環境,同時也會造成現場工作勞動強度大等一系列問題。為了提高勞動效率,減小安全隱患,降低成本費用,降低作業人員職業病發生率,實施了以下技術改造措施。

2 改造方案要求及運用

在原有收砷包裝間計量包裝機集中包裝的基礎上進行改造,改造思路為:一是保留原有的包裝模式,在儲灰罐滿料或倉式泵氣力輸送設備故障時也可以對系統內的煙灰繼續進行集中打包處理。二是在原有的包裝機設備基礎上通過增加下灰管道、雙下料螺旋輸送機、儲氣罐、倉式泵氣力輸送等設備,將半自動化包裝模式改為全自動包裝及裝運一體化的運行模式。

2.1 改造方案

改造過程需要新增的設備有2 m3倉式泵1 臺、3 m3儲氣罐1 臺、螺旋輸送機1 臺、4 m3左右緩沖儲灰罐1 臺、相應輔助設備。在原收塵廠房收砷工段二樓安裝一螺旋輸送機,將東側事故下灰口的煙灰集中輸送至西側事故下灰口;在收砷包裝間一樓西側事故下灰口處安裝1 臺4 m3左右緩沖儲灰罐,對煙灰進行暫緩儲存作用;在緩沖罐下安裝1 臺2 m3倉式泵設備,出口通過長管道與500 米外的原料儲灰罐進行連接,煙灰通過增壓后進行輸送;在倉式泵南側安裝1 臺3 m3儲氣罐,作用是為倉式泵輸送煙灰提供足夠的氣壓;倉式泵控制柜放在收砷主控室內,可進行遠程控制。

2.2 工藝流程圖

工藝流程圖如圖1 所示。

圖1 工藝流程圖

2.3 所需設備

2.3.1 倉式泵設備

倉式泵由進料閥、進氣閥、二次氣閥、出料閥、排氣閥、排堵閥、泵體、輸灰管道、壓力表等組成。其中輸灰管道采用Φ108 mm×8 mm、Φ133 ×8 mm、Φ159×9 mm 三種型號,材質為碳鋼,以及Φ108 mm 變Φ133 mm 變徑和Φ133 mm 變Φ159 mm 變徑各一個,彎頭采用90°耐磨彎頭,直管段L=200,彎頭兩端需配法蘭,為每隔100 米安裝一測壓點,作用是方便確定堵塞位置;水平段采用焊接連接。驟冷煙灰輸送管道示意圖見圖2。

圖2 驟冷煙灰輸送管道示意圖

2.3.2 螺旋輸送機設備

因收砷工段煙灰集中包裝使用的為兩臺刮板機,在使用倉式泵氣力輸送設備前必須對兩臺刮板機中的煙灰進行集中匯聚到緩沖罐內,所以需要在收砷工段二樓事故下灰口處安裝一臺雙下料螺旋輸送機,將東側刮板機的煙灰輸送到西事故下灰管道內。

具體設備圖紙及參數如圖3 所示。

圖3 螺旋輸送機設備

2.3.3 緩沖儲灰罐設備

緩沖罐主要作用是在倉式泵輸灰階段對從刮板機內收集的煙灰進行暫緩儲存,采用5 mm 鋼板拼接制作,上口為2 400 mm×2 400 mm,高為2 m,下口為300 mm×300 mm,下部出灰管道為Φ300 mm,與倉式泵進料口連接。

2.4 安裝及施工要點

2.4.1 管道連接方式

本項目管道與設備、閥門及耐磨彎頭之間采用法蘭連接,主要目的是由于彎頭處磨損率高,方便以后彎頭的更換,管道間連接均為焊接,焊接遵照GB50683—2011《現場設備、工業管道焊接工程施工質量驗收規范》的有關規定。

2.4.2 管道焊接和無損檢測

管道焊接采用V 型坡口,氬弧焊打底,手工電焊填充蓋面,并對管道進行無損檢測,焊縫采用射線檢測,質量合格標準不低于現行行業標準《承壓設備無損檢測 第2 部分 射線檢測》規定的Ⅲ級。

2.4.3 壓力表安裝

在管道安裝完成后,根據管道長度每100 m 處安裝1.6 MPa 的壓力表,在輸灰過程中通過觀察壓力表的數值可以判斷處輸灰管道是否堵塞以及明確判斷處堵塞的位置,方便管道疏通。

2.4.4 管道壓力檢測

所有管道安裝結束后進行壓力試驗。介質為溫度不低于15 ℃潔凈水,試驗壓力為1.2 MPa,待達到試驗壓力后,穩壓10 min,再將壓力降至設計壓力,穩壓30 min,以壓力表無降壓,管道所有部位無滲漏為合格,壓力試驗結束后進行嚴密性實驗,試驗壓力為0.8 MPa,試驗介質為干燥潔凈空氣,充氣至試驗壓力后,待溫度、壓力穩定后開始記錄,嚴密性穩壓試驗持續24 h。壓力試驗和嚴密性試驗的具體要求按照GB50235—2010《工業金屬管道工程施工規范》和GB50184—2011《工業金屬管道工程施工質量驗收規范》。

2.4.5 管道吹掃

壓力試驗結束后進行吹掃,用無油干燥的空氣或氮氣,以不小于20 m/s 的流速吹掃,空氣吹掃過程中,當目測排氣無煙灰時,在排氣口貼上白布,5 min 內無鐵銹、塵土、水分及其他雜質為合格。

3 改造后效果及經濟效益分析

1)提高生產效率,改善勞動條件。使用噸包袋的集中包裝勞動強度大,機械化程度低,生產效率低,從收砷包裝間開始集中打包到存放或使用,需經過無數次的轉運,在裝、運、卸、垛的過程中,勞動強度極大,同時因煙灰極輕易漂浮,造成作業人員工作環境差。而使用倉式泵氣力輸送設備對煙灰進行無塵裝卸,機械化密封運儲,降低了勞動強度,凈化了環境,保障了操作人員身體健康。

2)減少企業人工成本。包裝期間需要2 名操作人員,轉運期間需要4 名操作人員,儲存過程需要1 名專職人員進行監護,需要支付人員工資:18 640元/月(操作人員4 800 元/月、平板車司機4 820 元/月、庫房管理人員4 220 元/月)。而使用倉式泵氣力輸送設備對煙灰進行無塵裝卸,僅需要1 名操作人員,需要支付工資:4 800 元/月。每月可節約成本18 640 -4 800=13 840 元,按年計算可節約成本:13 840 ×12=166 080 元。

3)無需包裝材料,節約成本。按月計算使用噸袋打包的費用為(按照每天生產35 t 計算,每天需要消耗噸包袋36 個,每月開車率按照80%計算,每條噸包袋按照29 元/條計算,則每月需要消耗噸包袋的成本費用為36 ×30 ×80% ×29=25 056 元)。而倉式泵氣力輸送設備不需要噸包袋包裝材料。每月可節約成本25 056 元,全年按設備運行330 天計算,可節約成本25 056 ×12=300 672 元。

改造前與改造后全年(按330 天)可節約成本:166 080 +300 672=466 752 元。

4)降低含砷煙灰的散落,避免環境污染,更加環保。由于噸包袋的破損和噸袋內的殘留,造成的裝袋含砷煙灰損耗達5%以上。后續對噸包袋的清洗處理又是一筆支出。另外,裝袋含砷煙灰在裝卸、儲運場地還會造成粉塵彌散,污染環境。使用倉式泵氣力輸送設備進行裝卸、運輸均采用密封無塵作業,含砷物料流失量在0.5%以下。

5)可減少倉儲地。建造一個30 噸級的袋裝煙灰倉庫,占地面積大約15 m2,倉庫的建造標準要求很高,投資費用高,而建造一個30 噸級散裝含砷煙灰儲灰罐僅占地5 平方米左右,在后期不需用時也可以進行拆除。

6)可全天候作業。使用噸包袋裝載的含砷煙灰在下雨天難于運卸,而使用倉式泵氣力輸送設備對煙灰進行裝卸和轉運幾乎不受氣候影響,可全天候作業,確?，F場物料及時轉運,保證現場無物料積存,不影響系統穩定運行。

含砷煙灰包裝及轉運方式的改造不僅節約成本,同時也提高了設備自動機械化程度,還降低了作業人員的勞動強度,改善現場工作環境。由于設計合理,物料的包裝及運轉可根據工作需求進行調整。因此本次煙灰包裝及轉運方式的改造是可行的,可以在類似企業進行推廣應用。

4 結語

生產實踐表明,倉式泵氣力輸送設備在該公司長距離物料輸送的應用改造可行。不僅取得了良好的生產效率、環境效益,同時每年可節約成本費用46.67 萬元,經濟效益顯著。利用倉式泵氣力輸送設備對類似性質的物料的轉運有著廣闊的應用空間,大力推廣對傳統煙灰包裝及轉運方式的改造,對經濟效益的提升和環境的保護都有著積極的作用。