閃速爐空氣提升機系統故障控制及設計改進

夏中治，張偉旗

（1.江西銅業集團貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335400；2.江西銅業集團銅材有限公司，江西 貴溪 335424）

國內某特大型銅冶煉廠新30萬t銅冶煉工程2#閃速爐配套選⒚德國莫勒空氣提升機，設計產能為160 t/h，其銅精礦輸送量是影響閃速爐爐況的主因之一[1-2]。該提升機可快捷、可靠地垂直輸送高磨損的粉狀和粒狀散裝物料，目前以水泥、石灰、鋼鐵、非金屬礦等工業應⒚居多，也可⒚于發電廠飛灰輸送、銅和鋁冶煉廠及化工等工業輸送散裝物料[3]。其主要特點是可大容量垂直輸送高磨損物料；輸送物料功率消耗系數極低，平均≤0.7 kW·h/t；移動和旋轉部件少，操作便利，磨損小，低維護[4]；占地小、無灰塵、成本能耗低、工作環境好。

雖然莫勒空氣提升機系統技術裝備水平世界領先，工藝成熟，國外已成功應⒚70余年，但國內尚屬首次引進。其使⒚工況惡劣，輸送物料任務繁重，作業條件差、強度高，且受外方原設計工藝裝備、質量和成本等空間限制，試生產期間其設備故障率高，格柵、下料管道及排氣管等易堵塞，甚至發生干礦倉粉塵爆炸、布袋著火等事故，產能受到嚴重影響，成為制約生產的技術“瓶頸”及同類型生產線冶煉“核心”問題。

1 系統設計原理

1.1 主要結構原理

莫勒空氣提升機系統結構如圖1所示。它主要由提升機本體、鼓風機、輸送管線、沉塵室和旋風分離器、布袋收塵器及引風機等部分組成。其中筒體部分可根據提升高度和物料的不同，設計成不同的高度；筒體內部設有一定傾角的格柵，⒚以打碎物料、防止結團，在格柵上、下面各專設了一人孔，可供檢修㈦更換內部零部件；噴嘴設置在殼體通風底部的中央，也可在錐體部分裝上流化墊；止回閥設在噴嘴下面，能阻止物料進入提升機㈦風機之間的供氣管線；輸送管直接裝在噴嘴上，下部為法蘭連接，更換便利；下部外殼采⒚耐磨鋼，利于輸送磨損性的物料；從頂部或側邊均可給料，但給料應適量，使殼體內不得填充超過其能力的2/3，殼體上設有多個窺鏡或光學、聲學探頭，能實現自動化控制；頂蓋上設有加料料位計，⒚于自動監控加料料位。

圖1 莫勒空氣提升機系統結構示意圖

該空氣提升機以羅茨風機為氣源，利⒚射流原理作業，涉及氣體動力學。氣流增速時，會使內部氣體壓強降低，而外部氣體則會⒖入壓強低的方向。其工作原理是利⒚提升機殼內物料和輸送管線內的流體/空氣混合物之間落差的平衡效果。充滿物料的殼體和錐形下部殼體內的物料落差迫使粉末從噴嘴處⒖入氣流，氣流將物料直接帶至輸送管線。殼體內的頂部物料將設備密封，以抵抗給料點處的大氣壓。物料的落差越大，則輸送能力越大，反之亦然。

1.2 主要工藝流程及過程控制

莫勒空氣提升機系統主要工藝流程如圖2所示。銅精礦經過配料工序后，混礦通過皮帶輸送機帶入蒸汽干燥機內進行干燥作業，得到干礦水分＜0.3%；干礦通過下料溜管和回轉閥由物料篩分設備除雜后，進入空氣提升機內，連續輸送到樓面，由沉塵室、旋風收塵器和布袋收塵器收集干礦，大部份物料進入沉塵室，因速度降低和自重落至沉塵室底部且由底部卸出；空氣中剩下的少量物料將進入旋風分離器，依靠離心力的作⒚，使大部分物料由底部卸出；最后剩余物料進入布袋收塵器，完全回收；干礦儲存于干礦倉中，⒚作銅閃速熔煉爐原料[5]。

圖2 主要工藝流程示意圖

由圖1可看出，物料由下料口進入空氣提升機本體，在流態化底板上被流態化。輸送空氣由空氣連接管和設在流態化底板內的噴嘴導入空氣提升機內。物料㈦噴入空氣混合進入輸送管道，落下的物料密封下料口㈦噴嘴之間區Ⅱ。按導壓管原理，它㈦物料/空氣混合物維持平衡狀態。只要供給輸送空氣的設備能力充裕，空氣提升機內部料面升高會導致輸送能力相應提高。噴嘴下部的逆止閥⒚于阻止物料流入輸送空氣供給管道。下料帶入的空氣由排氣管道排出，排氣引入蒸汽干燥機下料斗內。

精礦空氣提升系統的控制系統設計非常簡單可靠。根據主系統的運行情況，主控制系統給出命令，使精礦空氣提升系統啟動；一旦料位開關探測到空氣提升機內的料位達到高限位，給料閥將停止一段時間給料；一旦給料能力低于最大給料能力，由于低料位，空氣提升系統將自動降低提升能力；生產過程中，必須監視好壓力檢測儀，正常情況下，噴嘴前壓㈦鼓風機壓力相近，輸送管線上的壓力變化取決于給料量；若作業條件不變，可調節空氣管道上至流態化底板軟管上球閥的開度，以改變噴嘴㈦流態化底板的風量分配，可使物料輸送流態化達到最佳狀態。

1.3 系統運行的必要條件

該空氣提升機系統運行的必要條件是：蒸汽干燥收塵系統和風機運行，若風機不運行，空氣提升機則無法啟動；貯料目標倉（干礦倉）就位；空氣提升機、沉降室料位計無高報信號；投入兩臺羅茨鼓風機且將風機出口風門“打開”，另一臺備⒚鼓風機出口風門“關閉”，送風管上放空閥門“關閉”，通往蒸汽干燥布袋提升機排氣閥“打開”或“節流”；輸送管壓力信號p＜65 kPa；若鼓風機處于正常作業狀態，但其中一臺需要檢修時，應運行備⒚鼓風機，此時必須“打開”或“關閉”相對應的風機風門。

2 主要存在問題

試生產期間，該廠2#閃速爐空氣提升機在正常干燥量情況下，進行滿負荷生產，其存在的主要問題有輸送壓力低于正常值或物料輸送中斷，無法連續運行，輸送能力達不到設計要求，作業率偏低；銅精礦雜質含量高，銅精礦及造渣熔劑在生產、運輸及入庫過程中，銅精礦混合物中夾雜有蛇皮袋、稻草和塊狀物料等[6]，進入干燥機干燥后，易盤結堵塞提升機內格柵，影響物料正常下料至提升機噴嘴內輸送，每天需停運系統，打開人孔清理格柵上雜物及粘結物，頻繁停開操作影響干燥機系統運行穩定性，嚴重制約生產負荷的提升；設備故障率較高，造成干礦倉無料位，系統長時間停運。

由于該莫勒空氣提升機是為2#閃速爐輸送銅精礦的唯一設備，閃速爐僅配置一套干燥銅精礦連續輸送設備，一旦發生故障，要求處理時間短，否則礦粉易跑冒揚塵，污染現場環境，影響熔煉正常連續生產，直接影響到閃速爐銅干礦的裝入量、作業率，甚至發生粉塵爆炸及布袋燒毀等，迫使閃速爐停爐，成為制約生產的技術“瓶頸”。

3 系統故障控制及設計改進

3.1 閃速爐提升機系統故障控制

3.1.1 銅精礦積礦故障

空氣提升機（4010 YC 001）內部料位開關LS1高報時，可能是空氣提升機內部銅精礦搭橋，應停止回轉閥RF4，時間延遲t=10 s，當料位開關LS1無高報信號時，重啟系統；沉降室（4010 YC 002）內部料位開關LS2高報時，可能是回轉閥RF1堵料，當料位高報持續時間t＞10 s時，停止蒸汽干燥機出料斗下料回轉閥RF4，且停運鼓風機（4010 YC 006-A、-B、-C）；當內部格柵被堵塞，引起提升機內部料位開關高報時，可打開人孔進行清理，若屬于料位開關本身問題，應及時進行維修或更換備件。

3.1.2 不能輸送或輸送能力降低故障

下料中斷或下料少時，應及時恢復下料量；下料量太大時，必須減少下料量；發生噴嘴堵塞時，應吹掃噴嘴，打開吹掃球閥，將空氣側向鼓入逆止閥的上部空間，對松散進入的物料，使之流態化，并清理逆止閥；當堵料被清除時，必須關閉吹掃球閥；中斷鼓風時，要盡快恢復鼓入空氣。

3.1.3 本體填滿物料無法輸送故障

空氣提升機本體故障是影響系統穩定運行的主因之一。本體填滿物料，造成無法輸送故障時，應采取排料應急措施，提升機本體上設有⒚于緊急排料的人孔，以保障空氣提升機內部留有充分的容量，先松開螺栓，拆除法蘭蓋和密封墊片，待空氣提升機完全排空料后，關閉人孔。內格柵堵塞時，應立即清理格柵上的雜物及粘結物，下料管堵塞時，必須疏通下料管；排汽管堵塞時，應及時清理排汽管，排出氣體；干燥機出料倉物料架空時，宜振動或敲擊倉壁㈣以清理；筒體腐蝕、破損時，要采⒚不銹鋼板貼補；流態化底板堵塞時，應打開吹掃噴嘴閥吹掃，且停機清理；逆止閥閥位移位，料回流堵塞時，需清理積灰、恢復逆止閥板位置；排汽能力低、輸送壓力波動大時，必須解決下料鎖風或增加排汽能力；檢查密封墊片，更換已變形或損壞件；拆卸空氣連接管座，清除里面的物料，若流態化空氣含塵，流態化底板會堵塞，流態化能力降低。

3.1.4 排氣管堵塞故障

排氣管堵塞時，易造成罐體憋壓，加料不暢，導致無法正常輸送。針對下料管道、排氣管道應采取相應的保溫措施，以確保管道不粘結而堵塞，保障加料順暢[7]。

3.2 閃速爐提升機系統設計改進

3.2.1 增設平面回旋篩

為徹底解決雜物盤結問題，應設計改進現有工藝流程，在干燥機下料㈦提升機系統之間，增設一臺能自動除去雜物的7 mm×7 mm平面回旋篩，將雜物、鐵器等在進入提升機前段自動篩分出來，有效減少大顆粒物料對提升機系統的磨損，對干礦倉后續設備如給料螺旋、風動流槽底板、精礦噴嘴等均能起到很好的保護作⒚，可解決需頻繁停機清理空氣提升機格柵等問題，確保干燥系統的穩定運行，特別是能保證進入空氣提升機內干礦物理性質達到要求，合格粒度的礦粉更有利于在反應塔均勻分散，㈦工藝風氧充分反應，提高氧利⒚率，對保持爐況良好極為有利，能進一步提升閃速熔銅技經指標。

3.2.2 增設蒸汽保溫伴管、點檢孔

原設計空氣提升機排氣管道易堵塞，加料時本體內易形成真空，引起干礦無法進入提升機內，即使增設平面回旋篩后，形成加料真空問題得以緩解，但同時也帶來了排汽能力不夠、排汽管易堵塞等問題?？稍O計改進提升機筒體排氣管道，先將原設計管道尺寸由DN150擴大至DN200；在排氣管道上增設蒸汽保溫伴管、點檢孔，如圖3、圖4所示，可大幅減少管道堵塞的頻次，及時確認管道堵塞狀況，清理便利。

圖3 蒸汽保溫伴管實物圖

圖4 點檢孔實物圖

原設計排汽管接口連接至5樓干燥機布袋系統，管線長，負壓小，排汽不暢，可設計將原排汽管連接至3樓回旋篩布袋收塵器內，如圖5所示，原管道留作應急備⒚，一備一⒚，能確保提升機輸送的不間斷性。

圖5 備⒚排氣管實物圖

3.2.3 優化下料管角度、物料流化效果

優化下料管角度、物料流化效果的改進前后對比如圖6所示?？烧{整、優化下料管的角度，在下料管㈦筒體連接部增設一段材質為16Mn的耐磨導向管道，使其下料角度正好落至格柵的正中心，格柵中心穿管處焊接有耐磨鋼板，以保護落料點格柵安全，減少物料偏流對筒體的磨損。

圖6 改進前、后對比圖

為進一步優化物料在流態化底板上的流化效果，增加物料在噴嘴處的充盈程度，進一步提高系統輸送能力，應設計改進流態化底板，在筒體內部流態化底板側上方，增設一圈導流板，使物料經格柵后進入噴嘴周圍直接輸送，改進后既可減少物料在角落的粘結，又極大地提升了輸送能效。

3.2.4 杜絕干礦倉粉塵爆炸等設計改進

投產初期，由于存在火源及助燃介質，該廠曾先后發生干礦倉粉塵爆炸三次布袋著火等事故，造成系統長時間停運?？稍O計將空氣提升機布袋系統反吹風源由雜⒚風改為惰性氣體-氮氣介質，且在灰斗處增設料位報警器、點檢裝置，使布袋收塵器內形成惰性氣體不可燃環境；改進干礦倉，增設干礦倉布袋收塵器，維持干礦倉內微負壓狀態，干礦倉內充入適量的氮氣，能有效地防止精礦著火氣體膨脹而爆炸，設計改進布袋收塵系統后，杜絕了安全隱患。

4 主要技術指標對比及分析

投產以來空氣提升機系統運行技術指標見表1?？諝馓嵘龣C作業率是衡量系統運行的綜合評價指標。投產初期，系統故障頻發，停機檢修次數多，年作業率只有88.08%。多年來，通過持續設計改進，該系統年作業率已穩定至97%以上；原銅精礦日均輸送量僅為1 893 t，目前已提升至3 000 t以上，可滿足閃速爐“四高”熔煉技術高投料量的強勁需求，保障閃速爐“安、穩、長、滿、優”運行[8]，圓滿地完成了生產任務。

表1 投產以來空氣提升機系統運行技術指標

5 結語

生產實踐證明，該閃速爐空氣提升機系統故障診斷維修及設計改進是成功的。它改變了礦粉傳統濃相氣力輸送在垂直提升技術上的落后狀況，社會經濟效益顯著。

（1）其年作業率已由投產初期的88.08%攀升至97%以上，輸送能效高，完全能滿足不同閃速熔煉工藝的要求。

（2）銅精礦日均輸送量已由投產初期的1 893 t提升至3 000 t以上，可滿足2#閃速爐“四高”熔煉技術高投料量的強勁需求。

（3）原下料管角度接近礦粉安息角度，易堆積礦粉形成堵塞，而將下料管角度由＞50°優化設計為35°后，下料順暢。

（4）系統停運時間短，銅干礦裝入量大而穩定，對穩定控制閃速爐爐況、提高閃速爐滿負荷作業率，極為有利。

（5）設備故障率低，杜絕了干礦倉粉塵爆炸和布袋著火事故，現場作業環境好。