NID干法脱硫系统中螺旋输送机的选型和使用
螺旋输送机是一种常用的粉体连续输送机械，其主要工作构件为螺旋，螺旋通过在料槽中作旋转运动将物料沿料槽推送，以达到物料输送的目的。螺旋输送机主要用于输送粉状、颗粒状和小块状物料，具有构造简单、占地小、设备布置和安装简单、不易扬尘等特点。
干法脱硫除尘系统需要对粉体物料进行收集、输送等处理，且对系统粉尘排放和现场环境粉尘指标有严格要求，因此螺旋输送机被广泛选用。
NID系统选用螺旋输送机作为生石灰的卸料和输送、脱硫灰的排出和输送的设备。本文结合NID技术特点及在工程实际应用中，NID脱硫除尘系统的调试和使用上的遇到的问题和解决方法，介绍螺旋输送机设计、选型和使用的经验。
1 生石灰仓底变频螺旋和生石灰输送螺旋
NID干法脱硫系统的脱硫剂为生石灰，要求颗粒粒径≤1mm。而实际上，一般石灰石块在被烧制成生石灰后，经过两道磨制工艺，就会变成粒径为几十甚至十几微米的生石灰粉末，便于输送和储存。生石灰仓是暂时储存生石灰的设备，容积一般设计为能容纳系统使用 3～7天的生石灰量，并尽可能靠近设备本体，减少输送距离。
生石灰仓的均匀卸料和生石灰的有效输送是确保脱硫系统正常运行的重要条件。为避免生石灰在灰仓下落过程中形成“中心流”而导致流动“死区”，造成灰料流动不均匀、不稳定，设计选型时需要从灰斗壳体材料和锥形部分半顶角两方面综合考虑。
研究表明，在壳体的常用材料中，不锈钢和聚四氟乙烯最好，铝合金和碳钢次之。考虑到成本和安装的因素，灰斗的壳体材料可采用普通碳钢；内壁可涂环氧涂料，以防止生石灰粉结壁。
对于灰斗半顶角的设计，采用下式计算：
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式中，α为料斗半顶角，Φ为壁面摩擦角，δ为粉体物料的有效内摩擦角。当壁面材料为碳钢、粉体为生石灰时，Φ＝27.7，δ＝45，则α＝16.6。在实际工程设计中，灰斗半顶角可选15°，确保落灰通畅。
灰斗出口经插板门接变频螺旋逐级变小，最后与生石灰螺旋输送机入口相接。在设计这部分系统中，应注意灰斗开口尺寸要尽可能大。螺旋的叶片，沿着螺旋输灰方向，螺距连续增大，为变螺距型式。这种设计有利于在灰仓出口处，沿螺旋输灰方向的灰物料均能落入螺旋中，可避免产生流动“死区”。
从生石灰仓底部到消化器的距离为一般为6～20m，在选用生石灰螺旋输送机时，为避免螺旋中过多的吊轴承，影响输送，可以选用多级螺旋，单级螺旋一般不超过8m。由于生石灰耗量一般都在3000kg/h以下，因此螺旋直径一般选为200～300mm。
2 反应器底部螺旋
NID脱硫反应器为矩形输送床式反应器，反应器压降为1200～1800Pa，烟气流速一般为15～18m/s。循环灰和粉状脱硫剂在高气速的流化作用下，边输送边反应，完成脱硫过程。流化床输送和反应稳定运行的关键是不能出现塌床现象。当锅炉在低负荷运行、反应器内流速过低时，或在系统启动、故障或调试情况下，物料含湿量过大，团聚增重时，都会造成部分粉料塌落。为及时将塌落的物料输送出去，避免反应器弯头处物料堆积，影响系统正常运行，在反应器设计时，底部弯头处应设置螺旋输送机。
由于循环灰易于结块且结块后硬度较大，因此螺旋的叶片应设计为断续式叶片（如图1）。这样旋转的螺旋叶片不仅有输送功能，还有对结块物料的切割粉碎功能。如果出现弯头堆积物料，也可以采用人工辅助清理的办法，以延长螺旋的运行寿命。NID反应器底部螺旋输送机，一般设计输送能力为8m3 /h，直径400mm，主轴转速10rpm。
 图1 反应器底部螺旋输送机 |
在北方地区设置脱硫系统，由于气候原因，为了降低螺旋内气体结露腐蚀的风险，反应器螺旋要有100mm厚的保温层，根据需要还可以安装加热器。
3 除尘器底部输灰螺旋
在配电除尘器的NID脱硫系统中，一般电除尘器底部灰斗设计为船形灰斗，灰斗底部接550～600mm宽的流化斜槽。流化斜槽的作用是在流化风的作用下，将斜槽内的脱硫灰输送至流化底仓，其倾角一般小于6°。但在电除尘器的最后一个电场，若仍采用流化斜槽，则难免有少量的细微粉尘被流化风扬起，从电除尘器的出口喇叭逃逸，造成粉尘排放超标。因此，最后一个电场的灰斗输灰设计大多采用螺旋输送机。
螺旋输送机机身顶部可以设计为敞开形式与船形灰斗相接，或留有不小于0.16m2 的接口与锥形灰斗相接，机身尾端与流化斜槽以法兰连接。在设计选型上，如果仅考虑正常运行工况，选用直径200mm的螺旋输送机即可。但考虑到前几个电场可能会出现故障而导致最后一个电场输灰负荷加大，且小管径螺旋中容易产生粉料堵塞的情况。因此，一般选用的螺旋输送机直径不小于300mm。
在某工程应用中，螺旋输送机最初选用了长度为 7m、直径为500mm的两头吊轴承型式的螺旋。在调试运行中发现，这种螺旋输送机在输送粉料运行时，很容易造成尾端堵塞拱料，甚至结块。这主要是由于在螺旋尾端吊轴承处的螺旋截面积明显减小，输灰不畅而造成灰料堆积，在螺旋叶片的挤压作用下，粉料逐渐形成灰块。另外，如果锅炉已启动而脱硫系统未投运时，由于灰斗和螺旋未采取保温和加热措施，烟气会在某些冷点结露，使形成的灰块硬度加大，在达到一定程度后，会造成螺旋停转，叶片损坏，甚至烧毁电机。
借鉴国外的设计，电除尘器底部螺旋一般选用悬臂轴式螺旋输送机，轴承的长度仅为螺旋长度的一半，且不采用吊轴承（如图2）。
 图2 悬臂轴式螺旋输送机 |
其设计理念为避免吊轴承的出现，防止堵灰。但这种设计对螺旋材质、加工和系统设计及运行水平的要求相当高。目前国内的设备分包商往往对这种设计缺乏足够的理解和重视，采用低等级钢材，加工粗糙，导致硬度、强度和同心度指标低。若采用这种设计，叶片在运行一段时间后，就会出现偏心、弯曲、折断等故障，因此不建议采取这种设计。
在实际脱硫工程中，对除尘器底部螺旋输送机进行了改进（如图3）。螺旋输送机的吊轴承被延长，伸出接口法兰，悬挂在流化斜槽的灰斗壁上，同时将螺旋叶片也伸出接口法兰并与吊轴承相隔一段距离，且螺旋叶片高于流化斜槽上的流化布，以避免割伤。由于部分螺旋叶片设置在流化斜槽上，输送的粉料就可以被完全推到流化斜槽上，并在流化风的作用下输送，防止了物料的堆积结块。同时，还在螺旋尾端壁上加入压缩空气，进风导管在螺旋电机电流增大时，开启压缩空气，有助于将结块物料打碎，辅助物料输送。工程应用表明，这一改进十分有效。
 图3 ESP2底部螺旋改进前后设计示意 |
值得一提的是，为保证螺旋输送机的正常运行，设计选型和技术改进很重要，加强运行的规范化管理也很重要。比如，脱硫后电除尘器底部灰斗和螺旋的保温加热，宜在锅炉启动前的24小时进行；螺旋输送机应连续运行且电机电流应定时测量（尤其在工况改变时），以判断设备运行情况等。
4 结语
在NID干法脱硫系统中输送粉体物料时需要选用螺旋输送机。螺旋输送机的设计、选型及使用中应注意以下几点：
（1）除尘器底部的螺旋输送机应尽可能减少或避免选用吊轴承；
（2）生石灰仓底的变频螺旋宜采用变螺距设计，且灰斗半顶角设计建议为15°；
（3）在除尘器运行过程中，应保证系统热启动，并注意运行过程的保温；螺旋连续运行时，要定时测量电机电流；在特殊情况下，可加入压缩空气，以辅助物料的输送。
参考文献：
[1] 李志义，王淑兰，丁信伟.粉体物料和料斗材料对料仓流型的影响[J].化学工 业与工程技术, 2000（1）：12-14.
[2] 陶珍东，郑少华.粉体工程与设备[M].北京：化学工业出版社，2003，323- 330.
[3] Jenike A W.Bulletin No.108, Utah Eng.Experimental Station, Salt Lake City, 1961，1-32.
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