1、M 型富勒螺旋泵在水泥工业中应用2007-12-12 作者: 作者：程 群 安徽合肥水泥研究设计院永华公司 1 引言 从 80 年代末我院等单位引进了 M型富勒螺旋泵系统生产制造技术以来,由于该泵能均匀、变量、无脉冲输送各种粉状物料,在结构、可靠性以及维修等方面又具有较明显优势,现已逐步取代老式气力螺旋泵,成为水泥、交通、化工及电力等部门气力输送粉状物料的首选产品。特别是近年来国内新建 7004000t/d 熟料窑外分解干法生产线中,煤磨系统制备的煤粉需分别输送到窑头喷煤管和窑尾分解炉燃烧器内,煤磨车间无论布置在窑头还是窑尾,都需要利用在线分流技术,由螺旋泵将煤粉无脉冲输送到燃烧器。此外工艺操
2、作上还需要煤粉喂入量经常变化。目前能满足上述工艺要求的气力输送设备中,M型富勒泵是比较成熟和可靠的设备。 2 性能及结构特点 M 型富勒泵是富勒公司 70 年代末研制的新一代气力螺旋泵。与老一代泵相比,该泵的主要设计特点是输送螺旋支承在两端,没有外伸的悬臂,物料从螺旋泵的侧面卸出。这种设计大大降低了螺旋的磨损率。此外该泵另一个优点是负荷在 0100%范围内都可正常连续运转。M 型富勒泵的基本构造如图 1 所示。泵体安装在铸铁底座 2 上,螺旋轴 5 由两端滚动轴承3 支承,轴承内装有导入清吹压缩空气的压力密封装置,可防止输送物料进入到轴承内部,从而延长了其使用寿命。螺旋轴和螺旋管 6 用硬质耐
3、磨合金制成,并在螺旋叶片表面作了特殊的渗碳处理。 图 1 M 型富勒泵基本结构1.电机;2.铸铁底座;3.滚动轴承;4.料斗;5.螺旋轴;6. 螺旋管;7. 混合室;8.轴承座 输送物料从泵顶仓(图中未画出 )落入料斗 4 内,并通过输送螺旋将物料送入混合室 7。混合室内物料与输送螺旋下方伸出若干喷嘴喷出的压缩空气充分混合后(达到流态化), 即进入输送管道送走。物料在螺旋管内前进过程中,受到节距递减的螺旋叶片压实。压缩物料是引起最大电耗和螺旋受到磨损的主要原因之一。受到压实的物料组成了一个料封,以阻止压缩空气由混合室反吹到螺旋管内。泵的卸料端有一个能自由移动的翻板阀,它是一道机械密封,有助于防
4、止气流从混合室反吹到螺旋管内。 3 泵系统的常见故障及其原因分析 3.1 泵的输送能力下降泵的输送能力下降主要原因有下列几个方面。(1)输送物料参数的变化。特别是物料密度、细度和湿度变化对泵的输送能力影响较大。一方面因为泵是一种容积式装置,物料参数的任何变化都会造成输送量的波动;另一方面物料参数的变化会引起物料密封效果变差,导致压缩空气的反向流动,降低了泵的输送量。(2)支撑轴承内压力密封装置的清吹空气过量。如果驱动端轴承处清吹空气过量,则料斗中的物料体积密度就会减少;如果卸料端轴承处清吹空气过量,则导致混合室内物料过分充气,严重时会吹散料封,引起空气反向流动。上述两种情况均会使物料输送量降低
5、。(3)泵的供料不稳定。供料波动会造成电机的电流波动, 相应要求减少供料量,使其保持在电机所容许负荷范围内。(4)除了上述诸因素外,输送管道出口没有安装收尘器通风 ,使出口处呈正压状态;由于输送管道局部堵塞引起输送压力偏高;输送管道上换向阀安装不当; 压缩机进气口有异物,进气不畅造成排气量低于泵所需要用气量。上述现象也会导致输送量降低。3.2 泵电机过载、电耗高泵电机过载、电耗高的主要原因是泵的选型偏小和料封压得过实。提高物料压实度虽然能防止压缩空气的反向流动,但也造成了电耗过高,并加剧了某些部件的磨损。3.3 螺旋轴磨损过快螺旋轴磨损的快慢取决于负荷高低、操作压力以及输送物料的物理性能。造成
6、螺旋轴磨损过快的原因有下列两个:其一螺旋的制造安装不够精确平衡,运转中螺旋叶片连续地撞击螺旋管的内衬。其二料封过实或过疏。料封压得过实,会加剧物料对螺旋叶片正面的研磨磨损。料封过于疏松,会造成压缩空气反向流动。反向流动的压缩空气在穿过料封内部时受到进一步压缩而形成高压气流,这股气流象一把气刀切削着螺旋叶片背面和根部,并逐渐形成深深切削槽,造成了螺旋轴过早损坏。 4 调试 综上所述,料封调整好坏直接影响泵的正常运行。因而对 M 型富勒泵来说,重点就是调整好料封,使它既能防止压缩空气反向流动又不过分压实。M 型富勒泵的料封调整可通过调节泵螺旋卸料端的间隙来进行。图 2 为该泵剖面示意。调整间隙有下
7、列三种方法。(1)增减翻板阀阀臂上配重力矩。(2)增减调整垫,控制阀面和螺旋末端之间间隙。(3)减少卸料开口尺寸。 图 2 M 型富勒泵剖面示意1.节流挡板;2.调整垫 翻板阀阀件背面可安装一个 25mm 厚调整垫,阀臂上有一个调整配重。初调阀臂上配重可在不关掉泵或空压机情况下进行。如果发现泵电机电流值波动较大,同时翻板阀阀臂不停地来回摆动,说明存在压缩空气的反向流动现象,此时应把配重移到臂的外侧。当翻板阀阀臂上下跳动,而料斗内物料并没有堵塞时,可向外移动配重直到阀臂摆动平稳为止。如果存在反向流动现象同时料斗内物料被堵塞,则应停止喂料,出空整个泵腔系统,并移动配重到最外端后再重新开始供料。这一
8、调整如能解决问题,再慢慢地把配重往里移动,以获得使翻板阀约束力最小的满意操作。如出现泵电机过载现象,向内移动阀臂配重,一直到泵电机电流值降到正常为止。当这一调整仍无法解决问题时,应拿走翻板阀背面调整垫,然后再调整配重。当向外移动配重还不能解决压缩空气的反向流动时,可在阀臂上增加附加配重。但这些附加配重待料封调整好后应取走,以免引起翻板阀过度磨损和阀臂断裂。如果附加配重拿不走或这些调整引起泵电机过载时,可在翻板阀背面放置一块节流挡板,以减少翻板阀阀臂上配重。 图 3 节流挡板 图 3 所示为节流挡板,其中 A、B 值根据泵的不同规格由下表确定。 不同泵的 A、B 值 泵规格 A(mm) B(mm
9、)150 185 75200 235 100250 285 125300 355 150安装节流挡板方法一是把挡板开口安放在下部,一是把挡板开口安放在上部。松动翻板阀螺栓就可以转动节流挡板,用户可选用效果最满意的一种安装方式。挡板开口尺寸根据料封调整需要决定。开孔越小,料封越实,所需泵功率也越大。为了减少泵的功耗,应适当增大开孔尺寸。 5 应用实例 1989 年我们在洛阳水泥厂 1000t/d 熟料新型干法生产线输送煤粉至燃烧系统工艺设计中 ,选用了两台 M150 防爆型富勒泵。该系统自 1991 年初正式投入运行以来,一直处于良好运行状态,没有出现任何故障,确保了回转窑 90%以上运转率。图
10、 4 为该输送系统工艺流程。 图 4 煤粉气力输送系统工艺流程1.煤仓;2.螺旋闸门;3.锁风阀;4.传感器;5.称重仓;6. 稳流螺旋;7. 流量计; 8.螺旋泵;9.罗茨风机 ;10.燃烧器;11.分解炉 ,12.收尘器;13.风机 由煤磨来的煤粉进入煤仓 1,经螺旋闸门 2、锁风阀 3,到达称重仓 5 后,煤粉分两路经稳流螺旋 6、流量计 7,进入螺旋泵 8,与来自罗茨风机 9 的压缩空气混合后,通过管路输送到回转窑燃烧器 10 和分解炉 11 中燃烧。泵和仓中含尘气体经收尘器 12 净化后排入大气。5.1 设计特点为了保证煤粉正常着火燃烧,要求煤粉的物理性能为细度 70%90% 通过
11、200 目筛,水分含量小于 3%,密度 500kg/m3 左右。同时为确保煤粉输送系统安全,防止煤粉燃烧和爆炸,输送管路最大设计压力应低于 0.1MPa(表压), 煤粉和空气平衡温度应低于 76.7。5.1.1 泵的选型及系统工艺参数选择(1)泵规格和螺旋节距的选型根据洛阳水泥厂 1000t/d 熟料带分解炉回转窑工艺要求 ,窑头煤粉设计能力为 3.7t/h,窑尾分解炉煤粉设计能力为 4.5t/d,选取两台 M150 防爆型富勒泵 ,其煤粉最大输送量为 6.5t/h,工作压力小于 0.2MPa。考虑到煤粉的物理性能与水泥、生料等粉状物料相比,其密度小、细度粗、含水分大,在螺旋泵体内不易形成良好
12、的料封;同时由于煤粉的压缩比约为 50%,相应螺距要减小 50%左右。因此选用小螺距且出口螺距为入口螺距一半的 150mm100mm 螺旋。(2)确定系统所需空气量富勒公司推荐煤粉输送系统气固混合比为 0.30.5。根据本系统具体情况,选取气固混合比为 0.3。这样计算出窑头所需空气量为 15.4m3/min,窑尾所需空气量为 21.86m3/min。(3)确定输送管路管径管径由系统平均末速度来确定。已知本系统窑头当量输送距离 42.5m,窑尾当量输送距离105m,查富勒公司提供有关图表知 ,窑头平均末速度为 1440m/min,窑尾平均末速度为1737m/min。由此选定窑头管径为 127m
13、m,窑尾为 133mm。(4)确定系统管路压力由窑头、窑尾煤粉输送量和输送距离,查富勒公司提供有关图表可知,窑头管路压力为0.014MPa,窑尾管路压力为 0.037MPa。 5.1.2 系统管道布置管道布置要点是既要防止煤粉在管道死角积聚,又要考虑管道特别是弯管的磨损。因此本系统设计尽量避免水平管道,水平段采用倾斜角度为 20斜管道,弯管采用弯曲半径与管直径之比 R/D=3 的镍硬铸铁短半径弯头。短半径弯头与长半径弯头相比,除重量轻、耐磨以及管道布置方便外,还有流动性能好,能量损失低等优点。此外,将分解炉前的煤粉分流器设置在管道垂直部分,并在分流器前保证有 7m 长垂直输送管,以充分保证煤粉
14、均匀分流并预防可能发生的堵塞现象。5.1.3 系统的防爆和防燃为了防止煤粉输送系统发生燃烧和爆炸事故,在系统各关键部位设计中采取了下列预防措施。(1)选用防爆型富勒泵、螺旋闸门、锁风阀、袋收尘器等设备。(2)采用倾斜管道,防止煤粉积聚。(3)煤粉仓和称重仓除安装防爆阀外,还设置了一氧化碳测定仪和惰性气体灭火装置。当仓内 CO 含量达到临界值时,惰性保护气体(CO 2)由料仓底部进入料仓并穿过煤粉将空气排除 ,使闷燃或烧着煤粉因缺氧而熄灭。(4)在窑和分解炉燃烧器前输送管路中安装气动隔离闸阀,以防止紧急停车时,回火进入煤粉输送系统。 5.2 调试方法泵的调试重点如下。(1)泵的两端轴承座内均有压
15、力密封装置,其良好的运转需要提供空气量和空气压力均稳定的清吹空气。我们通过调整清吹管道管接头中安装的孔板尺寸和调节调压器来控制清吹的空气量和空气压力。正常孔板孔直径范围为 3.64.2mm,清吹空气压力调定值范围为0.240.59MPa。最后确定孔板孔直径为 3.6mm,压力调定值为 0.24MPa。(2)当开启喂料输送设备后,通过泵的负荷应逐步增加,观察泵的总进气管压力表和管道压力表上的压力变化,调节总进气压力值,二者压力差调定为 0.034MPa。(3)在达到全负荷状态后,我们发现该泵管道压力表读数连续不断地从高向低波动 ,泵的电机电流值也以相同的周期变化,阀臂不停地上下摆动,说明存在压缩空气反向流动现象。此时首先将配重移到阀臂的外侧,并在翻板阀背面装上 25mm 厚调整垫和图 3 所示节流挡板,再慢慢把配重向内移动至臂中间,这时反向流动现象消失了,泵的运转渐趋平稳。但电机电流值显示有过载情况发生,我们先将配重移到阀臂内侧,并拆去调整垫,重新将配重移到阀臂中间,这样电机电流降到了正常范围。观察泵的运行表明,仍有一定反向流动现象,此时把配重移到臂外侧,重新装上调整垫,并将节流挡板开孔尺寸比原先增大 20%,再移动配重至臂中间。经过几次调整,这个最佳调整组合便被确定下来。
