第一篇:低速復噴技術在半水煤氣脫硫中的應用
低速復噴技術在半水煤氣脫硫中的應用
河南潁青化工有限公司 晁廣欽 戴喜法
大多數的合成氨廠采用堿液吸收脫去半水煤氣中的H2S。由于半水煤氣中少量O2的存在,無論采用何種塔型(如填料塔、旋流板塔、噴淋塔等)和采用何種催化劑(如PDS、ADA、栲膠等),均不可避免的在吸收塔(或稱脫硫塔)內析出少量單質硫,并以硫泡沫的形式存在。硫泡沫的比重小,易于被半水煤氣夾帶,所以一般在吸收塔后再設置一清洗塔(或稱冷卻塔),以清除其夾帶的堿液和硫泡沫。如清除塔效率不高,硫泡沫就會被帶到壓縮等后續工序。硫、堿液和潤滑油接觸就會發生酯化反應,很容易積垢造成堵塞。所以,干凈徹底地除去半水煤氣中夾帶的堿液和流泡沫,是保證合成氨裝置能長時間穩定運行所必須完成的任務。就除霧而言,只有復噴、絲網和靜電等3種技術有達到99%以上除霧效率的可能。絲網易堵塞,靜電除霧器投資高,所以采用復噴除霧技術就成了首選。
復噴是常見的濕法除塵技術之一。它是指將液體霧化成多層和氣流正交(或逆向)的液滴流(也稱水幕),通過液滴的碰撞、粘附及凝集作用,以除去氣流中夾帶的塵粒或微細霧滴。復噴設計時一般要求噴嘴出口速度不能低于20m/s,這就要求噴嘴的進液壓力不得低于0.6MPa.在這樣高的壓力下,液滴往往被霧化成微米級的霧滴,繼而提高了復噴后的氣液分離的要求和難度,,很難達到99%以上除霧效率。
低速復噴技術是武漢利德流體技術有限公司開發的新技術。它要求噴嘴液體出口速度低于8 m/s,供液壓力不得高于0.25MPa,以確保組成水幕的液滴大小在毫米級,然后通過一般的重力沉降或旋流離心作用即能達到完全的氣液分離。低速復噴技術應該是除去半水煤氣中夾帶的硫泡沫的最簡單最可靠的方法。下列兩家實際應用的結果也證明了這一點。
河南潁青化工有限公司是一家以無煙煤為原料的氮肥廠,目前生產能力為120kt/a合成氨+150kt/a尿素+30kt/a甲醇。其氫氮壓縮一入活門經常發生堵塞,6M-180型壓縮機每次開車運行4~7天,其一出壓力就由最初的0.28 MPa降至0.22 MPa,經常要停車清理,嚴重影響生產。究其原因是半水煤氣脫硫塔后的冷卻塔未能完全除去半水煤氣中夾帶的硫泡沫,硫泡沫積集在壓縮機一入活門處,并和潤滑油反應,結垢而堵塞。2006年7月初停車檢修時,采用了低速復噴技術,在冷卻塔半水煤氣出口管道垂直段裝上多道低速水幕噴嘴。自7月10日開車以來,運行四個多月,未更換過一入活門,其間停車時檢查,活門光潔如新,達到從未有過的效果。
湖北嘉魚風華化工有限公司是一家年生產6萬噸合成氨和10萬噸尿素的氮肥廠,其半水煤氣脫硫塔氣體出口長期嚴重夾帶硫泡沫,其后的冷卻塔效果也不好,只好在壓縮機一入前增加一臺靜電除霧器。靜電除霧器的收塵板積硫嚴重,每月至少打開清理維修一次,并且硫垢堅硬,清理難度大。2006年9月底停車檢修時,在脫硫塔后的半水煤氣出口管道的垂直段上裝上多道低速水幕噴嘴。運行至今,靜電除霧器電流穩定,整個脫硫工段達到前所未有的穩定運行效果。
據武漢利德流體技術有限公司的工程技術人員介紹,其多層低速水幕噴嘴最好安裝在吸收塔氣體出口管垂直段,充入的液體最好是再生后的堿液。氣液分離后的液體入吸收塔底部,這樣能減少清洗(或冷卻塔)的冷卻水的污染。如采用其低速復噴技術除硫泡沫后,壓縮一入前無需再安裝靜電除霧器了。如脫硫液溫度不高,冷卻塔可作為氣液分離器用,這樣改造的費用十分低廉。花小錢能解決大問題,且低速水幕噴嘴抗堵能力強,能保證長期可靠穩定運行,確實是十分實用的技術,值得推廣。
第二篇:半干法脫硫在大型化工廠的應用
半干法脫硫在化工系統中的應用與研究
河南龍宇煤化工有限公司陳 磊
內容摘要:主要介紹半干法脫硫系統的工作原理及在化工系統中的應用,選用依據和工藝流程,使用后的優良效果。
關鍵詞:半干法脫硫化學反應、物理消耗、技術應用 效率
前言
水泵提供,供氣由獨立貯氣罐供給,水泵用水由水箱供隨著我國環保質量的要求越來越嚴格,化工及電站鍋爐煙氣脫硫所產生的廢氣的排放也越來越受到嚴格限制,特別是化工系統中的硫化氫經過硫回收處理后的尾氣,仍然達不到排放標準,仍需要進一步進行脫硫,才能有效的保證廢氣排放達標。河南龍宇煤化工一期工程為年產50萬噸甲醇,二期為年產40萬噸醋酸,自備有3x130T/h和3x220T/h循環流化床鍋爐,分別有唐山信德鍋爐集團和武漢特種鍋爐集團承建,燃燒煤種為永城產本地無煙煤,甲醇裝置和醋酸裝置的硫回收的硫回收尾氣全部排入鍋爐進行摻燒處理,原來的脫硫工藝采用的通過在爐內加入石灰石的方法進行脫硫,二氧化硫的排放在400mg/ Nm,但根據最新的環境保護法,單位仍然要支付大量的排污費用,同時對大氣的污染仍然得不到根本解決,通過多方論證和技術比較,為徹底解決這一問題我公司決定采用了循環懸浮式半干法煙氣凈化裝置技術。
給,水箱供水由工業水源提供。一臺水泵分別為兩只噴嘴供水,另一臺水泵備用。反應塔的總阻力約為100~1500Pa。
同時部分較大顆粒的煙塵沉降在反應塔底部排出;大部分煙塵經連接煙道進入布袋除塵系統除塵,經過布袋捕集后外排,從而達到除塵的目的。除塵后的潔凈煙氣經引風機從煙囪排出。
工藝流程圖如下圖所示:(見附圖)
2.脫硫原理
該技術主要是根據循環流化床理論和噴霧干燥原理,采用懸浮方式,使吸收劑在吸收塔內懸浮、反復循環,與煙氣中的SO2充分接觸、反應來實現脫硫的一種方法。煙氣脫硫工藝分7個步驟:⑴吸收劑存儲和輸送;⑵煙氣霧化增濕調溫;⑶脫硫劑與含濕煙氣霧化顆粒充分接觸混合;⑷二氧化硫吸收;⑸增濕活化;⑹灰循環;⑺灰渣排除。⑵、⑶、⑷、⑸四個步驟均在吸收塔中進行,其化學、物理過程如下所述。
A.化學過程:
當霧化水經過雙流體霧化噴嘴在吸收塔中霧化,并與煙氣充分接觸,煙氣冷卻并增濕,氫氧化鈣粉顆粒同H2O、SO2、H2SO3反應生成干粉產物,整個反應分為氣相、液相和固相三種狀態反應,反應步驟及方程式如下:
⑴SO2被液滴吸收; SO2(氣)+H2O→H2SO3(液)
⑵H2SO3溶液同吸收劑反應生成亞硫酸鈣; Ca(OH)2(液)+H2SO3(液)→CaSO3(液)+2H2O
1.工藝流程
整個系統包括吸收塔系統、電袋除塵器系統、工藝水系統、壓縮空氣系統以及輸灰系統改造等。脫硫系統是本套裝置的核心部分。鍋爐出口煙氣由反應塔底部進 入反應塔。工業水由雙流體霧化噴嘴霧化后噴入反應塔,以很高的傳質速率在反應塔中與煙氣混合,起到活化反應離子的作用,同時降低反應塔內溫度,促進反應進行。活化后的氫氧化鈣顆粒以很高的傳質速率與煙氣中的SO2等酸性物質混合反應,生成CaSO4和CaSO3等反應產物。這些干態產物小部分從反應塔塔底排灰口排出,絕大部分隨煙氣進入布袋除塵器。雙流體噴嘴的供水由
Ca(OH)2(固)+H2SO3(液)→CaSO3(液)+2H2O ⑶液滴中CaSO3達到飽和后,即開始結晶析出; CaSO3(液)→CaSO3(固)
⑷部分溶液中的CaSO3與溶于液滴中的氧反應,氧化成硫酸鈣
CaSO3(液)+1/2O2(液)→CaSO4(液)⑸CaSO4(液)溶解度低,從而結晶析出 CaSO4(液)→CaSO4(固)
⑹對未來得及反應的Ca(OH)2(固),以及包含在CaSO3(固)、CaSO4(固)內的CaO(固)進行增濕霧化。Ca(OH)2(固)→Ca(OH)2(液)SO2(氣)+H2O→H2SO3(液)
Ca(OH)2(液)+H2SO3(液)→CaSO3(液)+2H2O CaSO3(液)→CaSO3(固)CaSO3(液)+1/2O2(液)→CaSO4(液)CaSO4(液)→CaSO4(固)
⑺布袋除塵器脫除的煙灰中的未反應的Ca(OH)2(固),以及包含在CaSO3(固)、CaSO4(固)內的Ca(OH)2(固)循環至吸收塔內繼續反應。Ca(OH)2(固)→Ca(OH)2(液)SO2(氣)+H2O→H2SO3(液)
Ca(OH)2(液)+H2SO3(液)→CaSO3(液)+2H2O CaSO3(液)→CaSO3(固)
CaSO3(液)+1/2O2(液)→CaSO4(液)CaSO4(液)→CaSO4(固)B.物理過程:
物理過程系指液滴的蒸發干燥及煙氣冷卻增濕過程,液滴從蒸發開始到干燥所需的時間,對吸收塔的設計和脫硫率都非常重要。影響液滴干燥時間的因素有液滴大小、液滴含水量以及趨近絕熱飽和的溫度值。液滴的干燥大致分為兩個階段:第一階段由于漿料液滴中固體含量不大,基本上屬于液滴表面水的自由蒸發,蒸發速度快而相對恒定。隨著水分蒸發,液滴中固體含量增加,當液滴表面出現顯著固態物質時,便進入第二階段。由于蒸發表面積變小,水分必須穿過固體物質從顆粒內部向外擴散,干燥速率降低,液滴溫度升高并接近煙氣溫度,最后由于其中水分蒸發殆盡形成固態顆粒而從煙氣中分離。
反應塔內反應灰的高倍率循環使循環灰顆粒之間發生激烈碰撞,使顆粒表面生成物的固形物外殼被破壞,里面未反應的新鮮顆粒暴露出來繼續參加反應。客觀上起到了加快反應速度、干燥速度以及大幅度提高吸收劑利用率的作用。另外由于高濃度密相循環的形成,反應塔內傳熱、傳質過程被強化,反應效率、反應速度都被大幅度提高。而且反應灰中含有大量未反應吸收劑,所以反應塔內實際鈣硫比遠遠大于表觀鈣硫比。
在反應塔內設置有兩級增濕活化裝置。經過增濕活化后原來位于反應物產物層內部的Ca(OH)2 從顆粒內部向表面發生遷移,并形成亞微米級細粒,沉積在顆粒表面或與表層產物層相互夾雜。遷移還改變了當地的孔隙結構。這些綜合效果使反應劑重新獲得反應活性。
3.技術特點
循環懸浮式半干法煙氣凈化技術它是在鍋爐尾部利用循環流化床技術進行煙氣凈化,脫除煙氣中的大部分酸性氣體、重金屬、細顆粒,使煙氣中的有害成分達到排放要求。該技術具有如下特點:
主要以鍋爐飛灰和熟石灰作循環物料,反應塔內固體顆粒濃度均勻,循環強烈,氣固混合、接觸良好,氣固間傳熱、傳質十分理想。
在反應塔內噴入霧化液滴增濕,使循環物料生成一定大小帶有一定量水分的顆粒,這樣在反應塔中由于顆粒的水分蒸發與水分吸附、固體顆粒之間的強烈接觸摩擦,造成反應塔中氣、固、液三相之間極大的反應活性和反應表面積,可有效去除SO2、HCl、二噁英與其它有害物質,達到理想的凈化效果。
煙氣中的固體顆粒經袋式除塵器收集,大部分被回送至反應塔,使未反應的熟石灰反復循環,延長在反應塔內停留時間,提高凈化效率和脫除劑的利用率,降低運行成本。
4.結論
采用本技術尾氣脫硫效率高,完全可以達到90%以上,出口煙塵排放濃度≤50mg/Nm3,并且一次性投資小、脫硫除塵效率高、運行費用低、操作使用簡單方便等優點。
參考文獻:
[1]徐長香,傅國光.LPC煙氣脫硝一體化技術.《江
南技術》 2004
[2]北京博奇環保設計技術資料
[3]袁莉莉半干法煙氣脫硫技術研究進展《山東化工》2009年第8期 19-22
[4]官菊根噴霧干燥煙氣脫硫工藝《電力環境保護》 1999.15(3)59-62
第三篇:歐版磨粉機在環保脫硫石灰石制粉中的技術應用
歐版磨粉機在環保脫硫石灰石制粉中的技術應用
作者:侯憲勇肖威單位:河南黎明重工科技股份有限公司
關鍵詞:環保脫硫石灰石制粉技術歐版磨
摘要: 環保脫硫工藝中脫硫劑大都為石灰石粉,石灰石粉的品質、細度及顆粒分布是影響脫硫效果關鍵性因素之一,而選擇合適的石灰石粉制備的工藝和裝備則對整個脫硫過程起著至關重要的作用;本文主要介紹了歐版磨粉機制備脫硫石灰石粉的技術及其應用。
一、前言
我國SO2排放量居世界第一,火電廠、燃煤鍋爐是SO2污染最集中、規模最大的行業,也是我國控制SO2污染的重點行業。如果這些行業排放的大氣污染物得不到有效控制,將直接影響到中國大氣環境質量的改善和經濟的可持續發展。國家一直重視環保脫硫的工作,尤其加大火電廠、鋼廠脫硫監管力度,要求新建、改建和擴建燃煤電廠、冶金鋼廠必須滿足二氧化硫控制目標的要求。
石灰石—石膏煙氣脫硫濕法工藝(FGD)和鍋爐內噴鈣工藝,是目前世界上技術最成熟、應用最廣泛的控制SO2排放技術,國內90%以上的火電廠采用石灰石-石膏法脫硫。
石灰石-石膏法脫硫的工作原理是:將石灰石粉加水制成漿液作為吸收劑泵入吸收塔與煙氣充分接觸混合,煙氣中的二氧化硫與漿液中的碳酸鈣以及從塔下部鼓入的空氣進行氧化反應生成硫酸鈣,硫酸鈣達到一定飽和度后,結晶形成二水石膏。經吸收塔排出的石膏漿液經濃縮、脫水,使其含水量小于10%,然后用輸送機送至石膏貯倉堆放,脫硫后的煙氣經過除霧器除去霧滴,再經過換熱器加熱升溫后,由煙囪排入大氣。由于吸收塔內吸收劑漿液通過循環泵反復循環與煙氣接觸,吸收劑利用率很高,鈣硫比較低,脫硫效率可大于95%。
鍋爐內噴鈣工藝以石灰石粉為吸收劑,石灰石粉由氣力噴入爐膛,在爐膛內受熱分解為氧化鈣和二氧化碳,氧化鈣與煙氣中的二氧化硫反應生成亞硫酸鈣。由于反應在氣固兩相之間進行,反應速度較慢,吸收劑利用率較低。因此在煙道尾部設尾部增濕活化反應器,增濕水以霧狀噴入活化反應器內,與未反方應的氧化鈣接觸生成氫氧化鈣進而與煙氣中的二氧化硫反應。
無論鍋爐內噴鈣,還是石灰石-石膏法對燃燒后煙氣脫硫凈化,吸收SO2的介質都是石灰石粉,石灰石粉的粒度對脫硫效率有較大的影響,粒度愈小,愈有利于SO2的吸收,石灰石粉的制備則成為火電廠、鋼廠脫硫,提高脫硫效率的先決條件。另外,石灰石粉的制備成本對脫硫成本有較大的影響。低成本制備高細度的石灰石粉技術成為環保脫硫技術的重要環節。
第四篇:半干式煙氣脫硫在垃圾發電廠的應用
半干式煙氣脫硫在垃圾發電廠的應用
摘要:本文通過SO2對人類環境的影響,環保對垃圾發電廠的要求,講述了煙氣脫硫的三種方法,并從技術上、效率上、維護方面進行了比較,著重對半干法煙氣脫硫系統在垃圾發電廠的應用上從各個方面進行了解析。
關鍵詞:煙氣脫硫;垃圾發電;環境
我國SO2的污染主要是由企業生產造成的,而發電企業產生的SO2污染占相當大的比例。隨著經濟的發展,人們的生活水平不斷提高,產生的生活垃圾和工業垃圾也越來越多。相應的垃圾發電廠的焚燒量不斷增加,而由垃圾焚燒排放的SO2量也就會不斷的增加。因此,控制SO2的排放量已經成為垃圾發電廠環保要求的硬性指標。
目前煙氣的脫硫技術主要分為三種,主要有:濕法、干法、半干法。濕法脫硫效率高,技術成熟,但初投資高,系統復雜,不適用于垃圾發電廠;干法初投資少,但效率低,穩定性不高,維護困難;半干法脫硫效率、投資和運行費用易于接受,且工藝穩定,是一種值得深入研究、不斷改進并大力推廣的脫硫技術。噴霧干燥法是20世紀80年代迅速發展起來的一種半干法脫硫工藝,是目前市場份額僅次于濕鈣法的煙氣脫硫技術,具有設備和操作簡單,可以采用碳鋼作為結構材料,不產生由微量金屬元素污染的廢水等優點。在垃圾發電的龍頭企業偉明集團里,下屬各電廠均采用自主研發的半干法煙氣凈化系統,這套系統可以保證煙氣排放達到《生活垃圾焚燒污染控制標準》(GB18485-2001)的要求。
一、半干法煙氣脫硫原理
半干法煙氣脫硫的反應機理涉及傳熱、傳質及化學反應,主要包括:(1)反應物SO2從主流氣體向顆粒表面的氣相傳質;(2)顆粒表面對SO2的吸收溶解,形成HSO3和SO32-離子;(3)Ca(OH)2顆粒在液相中溶解;(4)鈣與硫的液相反應,亞硫酸鹽的析出;(5)液滴中水分的蒸發。對于石灰噴霧干燥,SO2吸收的總反應為:
Ca(OH)2+SO2+H2O=CaSO3·2H2O
CaSO3·2H2O+0.5O2=CaSO4·2H2O
從上反應可以看出,要控制煙氣脫硫的效果就要從石灰的顆粒度、石灰漿液的pH值、石灰漿液與煙氣的液氣比、鈣硫比、石灰漿液與煙氣的接觸時間、煙氣中的含氧量著手。
二、半干法煙氣脫硫系統的應用
偉明集團公司為了使煙氣脫硫系統全部國產化,起到垃圾發電龍頭企業的作用,投入了大量人力物力,并經多年的實踐,自主研發了垃圾發電廠煙氣脫硫系統。
(一)石灰制漿系統
石灰制漿系統是用于半干法煙氣凈化系統的石灰漿制備、儲存和輸送,由CaO粉末輸送系統、石灰粉儲倉、石灰粉末計量裝置、硝化槽、儲漿罐、石灰漿泵、閥門和管道等主要部件組成。
首先將純度大于90%的400目石灰粉由電動葫蘆起吊到石灰粉儲倉頂部,經人工解包倒入儲倉。在控制系統的控制下,石灰粉從儲倉進入計量裝置,石灰粉投放量由垃圾的成分而定(5-10kg/噸垃圾),硝化槽內工業水的計量由液位控制裝置完成,通過石灰粉和水的計量可以方便地控制石灰漿濃度,計量后的石灰粉被輸送到硝化槽進行攪拌,攪拌均勻后的石灰漿溢流到儲漿罐中,再由石灰漿泵輸送到噴霧系統。石灰漿濃度要控制在7%-10%之間,并調整石灰漿pH值在5-6之間(可適當加入適量的液堿來調整)。當pH值=6時,SO2吸收效果最佳。
(二)噴霧系統
噴霧系統是將石灰漿霧化的設備,主要由三流體石灰噴槍、管道、閥門及控制系統組成。
石灰漿液從儲漿罐出來,經過石灰泵升壓流進石灰漿液母管,母管壓力保持在0.6-0.8Mpa。石灰漿液進入三流體石灰噴槍前由電動球閥調節流量,由再循環閥調節進入石灰噴槍漿液混合室的石灰漿液壓力(石灰漿到達混合室里的壓力保持在0.25-0.35Mpa),同時,工業水進入工業水混合室(工業水壓力保持在0.25-0.35Mpa),壓縮空氣分別進入石灰噴槍的石灰漿混合室和工業水混合室(壓縮空氣壓力保持在0.45-0.55Mpa),這時在石灰混合室里的石灰漿經過霧化盤的噴嘴,由壓縮空氣對石灰漿液進行霧化,由反應塔喉部垂直向上噴入中和反應塔,噴灑壓力是由反應塔的筒體高度、塔內的煙氣流速來決定的,保證霧化的石灰漿液在中和塔內停留時間在1.5秒左右,這樣才能保證反應劑與煙氣中的SO2充分反應。石灰噴槍在噴灑過程中要經常檢查噴頭流量計的流量讀數,如石灰漿流量小于0.8m3/h時,可判斷為噴嘴堵塞,要及時更換備用石灰噴槍,以保證石灰漿液的正常噴灑。
(三)中和反應塔
中和反應塔是垃圾焚燒尾氣除酸脫硫的設備,主要由反應塔本體、連接橋、旋風分離器、返料器、旋轉排灰閥等組成。
煙氣從煙道進入中和反應塔底部,經過煙道和中和反應塔本體的錐體交接部分(喉口),在喉口設置三流體石灰噴槍,霧化的石灰漿由此噴入,由于喉部截面積縮小,流體的速度增加,產生高度紊流及氣、液的混合,氣體中所夾帶的粉塵混入液滴之中,流體通過喉部后,速度降低,便于酸性氣體與石灰漿充分反應。反應后的氣體經過連接橋在經旋風分離器作用由頂部排出后進入布袋除塵器,而粉塵則進入旋風分離器下的返料器回到中和反應塔循環利用,通過物料在中和塔內的內循環和高倍率的外循環(物料循環次數約在30-100次),使得吸收劑與SO2等酸性氣體間的傳質交換強烈,吸收劑內的傳質過程強烈,固體物料在中和塔內的停留時間達30-60分鐘,且運行溫度可降至露點附近,從而大大提高了吸收劑的利用率和脫硫率。同時噴入中和塔內的水分在高溫下蒸發,降低了煙氣溫度,使反應劑與煙氣中的酸性氣體發生的反應更加劇烈,提高了煙氣凈化效率,另一方面,也可以使煙氣進入布袋除塵器時的溫度控制在許可范圍之內。在較低的Ca/S比(Ca/S=1.1—1.5)情況下,脫硫率可大于85%。最終反應物由中和塔底部和返料器上部排出。
三、煙氣脫硫系統達到的指標
在整個煙氣凈化系統運行過程中,不但對煙氣中的SO2去除率可以達到85%以上,同時,還可以把煙氣溫度從中和反應塔入口的200-250℃降至出口的150-190℃,完全達到了布袋除塵器入口溫度的要求,保證了布袋的安全運行。而且對HCI和HF的去除率在98%以上,粉塵去除率達到99%,完全達到了GB18485—2001的排放標準。
通過以上的數據,證明了半干式脫硫系統設計的科學性和合理性,更加說明整套系統在實際應用當中的發展前景,是完全可以信賴的全部國產化的煙氣凈化設備。參考文獻:
[1]《生活垃圾焚燒處理工程技術規范》CJJ90-20022007年10月
[2]電廠煙氣脫硫設備及運行中國電力出版社出版2007年7月
[3]生活垃圾焚燒技術化學工業出版社、環境科學與工程出版中心出版發行2000年8月
[4]偉明煙氣凈化系統使用說明
第五篇:參加中低速磁浮技術交流會總結報告
參加中低速磁浮技術交流會總結報告
按照集團公司的統一安排,2016年7月28日三公司派專人參加長沙中低速磁浮技術交流會,期間通過聽專家講課、現場觀摩、乘車體驗等多種相結合形勢,感受到了現代科技的發展之速、觀念之新、變化之大。可以說這次交流會既增長了見識,又轉變了經營觀念,拓展了思維、定位了創新思路。
在長沙,我們有幸聆聽了同濟大學磁浮中心副主任林國斌教授、中鐵第四勘察設計院長沙磁浮項目王大為的學術報告,兩位專家主要從磁浮交通技術特點、交通發展戰略、主要設計參數、交通優勢、關鍵技術、工程應用及應用前景等方面講述了中低速磁浮的理論概念。另外,由中國鐵建中鐵十一局集團、中鐵建重工集團、隔而固公司就磁浮軌道的建造安裝、磁浮機電安裝、磁浮道岔建造安裝、道岔梁減震和避共振措施等做了技術經驗交流。
1、中低速磁懸浮原理
中低速磁浮交通工程是一種利用電磁力使車體懸浮于軌道之上,并通過直線電機系統推動列車運行的新型交通方式。其最大特點是列車上無傳統車輛賴以傳動的輪子,實現了非粘著牽引和無接觸運行。中低速磁浮交通工程由線路、車輛、供電、運行控制系統共四個主要部分構成。磁浮列車通過懸浮架下部電磁鐵產生磁力,吸引軌道,將列車懸浮至一定高度(8mm~10mm),使列車與軌道間無機械接觸運行。并采用短定子直線電機原理將列車驅動,其中定子在列車上,轉子在軌道上。
2、中低速磁懸浮特點
磁浮列車采用無接觸運行和非粘著牽引具有噪音小、振動低、速度范圍廣、選線靈活、加速度快、爬坡能力強、維修費用低等特點。由于中低速磁浮交通工具的這些特點及其與環境的兼容,被稱為綠色交通工具。特別是在一次性能源日益普遍的今天,受到許多國家的青睞和研究。
⑴速度與能:受短定子直線電機驅動系統電能效率技術條件限制,目前長沙磁浮工程設計最高速度為100km/h,試運行達到108.4km/h;磁浮編組采用車輛寬2.8m,高度5m,端車長16.34m,中車長15.56m,每節車廂最大載客150人左右,設計列車間隔為3min。
⑵線路技術參數:車輛限制坡度可達70‰,通過最小曲線半徑可達50m(長沙磁浮工程采用最小半徑100m)。在狹窄地域,特別是建筑密集的城市建成區,有較強的線路適應能力和機動性。
⑶軌道及道岔技術:中低速磁浮列車軌排系統由感應板、F型鋼、H型鋼軌枕、連接件及緊固件組成,整個軌排通過扣件系統連接在承軌臺上;道岔構成及工作原理(三心定位原理):由主體結構、軌排、驅動、鎖定、控制、供電、信號等部分組成,其中道岔主體結構是道岔鋼梁,為箱型結構,共有3段(1段主動梁、2段從動梁),鋼梁與鋼梁之間分別由十字銷連接,每段鋼梁兩段均有臺車支撐,驅動裝置位于道岔主動鋼梁的下方,當驅動裝置推動梁體橫向移動時,梁下的臺車沿著軌道移動,實現轉線。
3、中低速磁懸浮優勢
⑴磁浮列車加減速性能好:磁浮列車加減速性能強,在與輪軌系統同樣的站間距下,列車最高速度可更大,旅行速度高于現行地鐵、輕軌列車。
⑵低噪音、低輻射、無磨耗、乘坐平穩舒適:中低速磁浮列車不存在車輪和軌道接觸產生的噪音和振動,車輛運行噪音很低。此外由于列車運行是處于懸浮狀態,沒有輪軌系統相互作用引起的相互振動,列車運行更平穩,舒適感更強。
⑶少維護:中低速磁浮車輛走行裝置與軌道沒有接觸,車輛運行阻力小,無磨損,因此軌道和車輛的維護費用相對較低,尤其是大量使用小曲線半徑的區間,其軌道少維護的優勢更加明顯。
⑷列車“抱軌”運行,行駛安全可靠:列車“抱軌”運行,車軌一體,永不傾覆,即使停電,有車載電源維持懸浮,直至安全停車。此外,中低速磁浮系統采用空電聯動制動模式,信號采用最先進的列控系統,具有較好的安全性。
⑸長沙磁浮工程18.55km(雙線),總投資42億元,每公里工程造價約在2.27億元,略低于輕軌,遠低于地鐵造價,因中低速磁浮交通系統采用的產品基本均為國產制造,不存在維修困難等問題。
3、中低速磁懸浮軌道施工技術
⑴軌排制造及組裝工藝 軌排制造主要由F型鋼軌、感應板、H型鋼軌枕及相關連接件構成,先軋制F型鋼坯料及H型鋼坯料,再進行下料切割和調直、頂彎處理,然后通過數控機床對H型鋼軌枕、F型鋼軌的各個工作面進行機械加工,完成后進行機械及人工鉆孔和打磨處理,最后對F型鋼軌、H型鋼軌枕進行涂裝,涂層厚度要一致均勻。
軌排組裝需設置高精度的組裝平臺,利用“靠模”確保軌排組裝尺寸精度。兩F軌磁極面座落在高精度組裝平臺水平面上,依據線形設定的定位裝置和F板線形調整裝置,通過F軌橫向中心軸線定位和兩F軌端部槽定距,確保軌排組裝尺寸精度。
F型導軌組合由鋁感應板通過頂面固定螺釘及側面銷釘以及粘結劑與F型鋼牢固連接。
軌排組裝檢驗各線型組裝平臺的各支撐平面度、各線型定位點、軌距、中間軌枕位置的垂直度等。
⑵軌排安裝工藝
軌排通過車輛運輸進入軌排基地后,在軌排基地使用檢測平臺進行軌排檢測驗收,驗收完成后將 軌排存放在軌排基地或現場存軌點。再將軌排運送至指定施工部位,然后采用大噸位長臂節起重設備通過專用軌排吊具固定吊裝軌排至施工梁面里程點位置,輕輕平穩放置在預先放置的臨時支墩上,施工人員再進行扣配件牢固安裝,扣件安裝完成后,軌排再通過起道機降落平穩放置在軌道支撐架上,并進行定位。操作人員綁扎承軌臺鋼筋,安裝承軌臺模板,利用測設完成的CPIII控制測量網與支撐配合,將軌排精調至設計位置,通過伸縮接頭連接鎖定軌排。最后將高強度無收縮灌漿料輸送至梁面進行承軌臺灌注施工,完成軌道施工。
⑶軌道安裝操作要點 1)準備工作
軌道鋪設前,做好梁面處理、軌排驗收、安全防護平臺搭設、CPIII布網測設等準備工作。
2)軌排預鋪
軌排通過長大平板運送至施工位置附近,在具有吊裝條件地段采用專用吊具配合大噸位長臂節起重設備連接固定吊裝軌排,平穩放置在臨時支墩上。在跨河流、車輛段及車站內等不具備軌排吊裝地段,采用特制自行式軌排吊運車或鋪軌小型門吊運送軌排到位,再通過人工對位軌排至測點位置,檢查無誤后,卸除吊具。
在軌排放置好后,將扣件系統按照扣件安裝圖順序依次安裝扣件,為防止扣件轉動,通過專用卡具,卡主鐵墊板,固定螺栓底部方頭及薄螺母,固定好上部減振墊片蓋板及減振墊片的位置,緊固上部螺母使錨固螺栓的擰緊力矩達到300N.m即可。
扣件安裝完成后,利用四個手搖式起道機將軌排輕微頂起,每兩個起道機放置于軌排前后第三根鋼枕左右側對稱位置,抽出臨時支墩,確保每個起道機均勻受力,保持軌排平穩。緩慢降落起道機,將軌排平穩放置在軌排支撐架上,軌排高度和橫向控制在10mm之內,并對支撐架高差進行相應調整,先通過斜撐千斤頂斜撐在鋼枕上,用頂推力縱向移動至測量放樣點位置,再通過軌道支撐架橫向螺桿調整橫向位置,最后通過軌道支撐架千斤頂進行豎向調整至軌道高程,完成軌道粗調。
3)鋼筋、模板的安裝
鋼筋安裝先進行箍筋的綁扎,然后進行縱橫向上下層鋼筋的綁扎。模板采用丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物材料。由兩塊模板組合而成,通過螺栓擰緊,確保模板組合密貼無縫隙。
4)軌道精調:
通過全站儀在CPIII控制網下自由設站,測量安置在F軌排測量定位孔上的球形棱鏡獲取實時的三維坐標,測量F軌排定位孔時最近距離不應小于8m,最遠距離不應大于40m。
軌道精確測量定位軟件實時計算出實測值與理論值的偏差,直到軌排調整,同時利用軌排支撐架和縱向千斤頂縱向微調。先用縱向千斤頂調整縱向位置,再利用軌排支撐架的橫向螺桿調整軌道水平方向,豎向千斤頂調整高程位置,直至調整設計狀態,最后根據設計鎖定溫度安裝伸縮接頭,鎖定軌排。
5)承軌臺灌漿及養護
承軌臺采用高強無收縮灌漿料。灌漿前檢查承軌臺模板安裝是否牢固,在施工位置附近,根據水料比向特制攪拌機加料、加水,均勻攪拌2-3min后卸料,然后通過吊車吊運料斗到中間平臺,再通過兩根軟管放料澆筑承軌臺,承軌臺養護采用自然養護,在承軌臺的頂面覆蓋土工布或塑料布灑水養護。
6)軌道整理 為保證軌道整體順接、連續性,確保下一段軌排精度滿足要求,必須對施工完的軌道進行復測,并與即將施工部位進行搭接聯測。有誤差的地方利用調高墊板和縱向擋銷以及緩沖調節塊進行細微調整,最終完成軌道的順接。
7)工裝拆除、倒運
在一個軌道施工段完成軌道鋪設后,拆除軌道支撐架、模板、安全防護平臺,并通過車輛倒運至前方繼續施工。
4、中低速磁懸浮道岔施工技術 ⑴技術參數
單開道岔總長32.946m;直向通過速度滿足線路最高要求;側向通過速度≤25km/h;道岔轉換時間≤15s;道岔轉折距離2.9m;道岔轉折角度6.9°。
⑵道岔系統組成
磁浮道岔主體結構由固定端垛梁、第二從動梁、第一從動梁、角平分裝置、主動梁、豎向限位裝置、活動端垛梁、鎖閉裝置、驅動裝置、電控系統及基礎組成。
⑶道岔鋪設
1)基礎預埋件工序:場地準備-基礎支撐角安裝-一次澆筑-基礎板安裝-二次澆筑-修補
2)安裝鋼結構:與廠內鋪設一樣,采用至下而上的鋪設順序進行鋼結構安裝,鋪設完成后進行靜態調試。
5、中低速磁懸浮發展戰略 ㈠循序漸進,實現工程化
磁浮交通從最初的設想,到試驗原型,再到工程化試驗和應用,是一個比較漫長的過程。我國具有車輛、牽引系統及運行控制系統試驗樣機低速運行條件的實物運行驗證,還完成了半實物仿真條件下的高速運行模擬。在此基礎上應結合較長的應用線條件,實現全實物的工程化樣機的高速試驗驗證。
中低速磁浮方面,國內已有一條應用線通車,但技術研究與經驗積累仍主要依靠三條工程化試驗線。十三五期間,將有可能借助兩條應用線的試運行和初步商業運行,開展中低速磁浮交通作為城市公交、城郊連接、中小城際連接的工程適用性、經濟型、環境相容性、產業化推廣價值研究。
㈡通過應用線建設和規劃帶動產業發展
中國磁浮交通技術正處于工程應用初級階段,基本發展思路是科研開發支撐應用發展,應用需求引領科研開發,通過規劃明確應用需求、研發方向并帶動產業化。
中低速磁浮長遠規劃要研究更高效,高可靠的技術與系統,使其凸顯在城市公共交通系統各種模式中的環保、高效優勢,促進中低速磁浮交通科技與應用的可持續發展。
㈢新的研究方向和目標
開發具有原創技術的、時速約160km/h的中低速中速磁浮車,利用現有中低速試驗線實現功能驗證和關鍵性能指標驗證。目標是提供一種適合城郊或機場的更高效的連接,在速度上超越現有城市交通系統,包括軌道交通和公路交通,強化磁浮交通作為城市公交系統的高效、綠色、節能和經濟優勢。
6、學后想法及建議
磁浮交通技術作為戰略新興產業,從國家層面長期持續支持研發,國家“十三五”磁浮項目于2016年7月啟動,中車珠璣公司和唐山客車公司分別牽頭,按不同技術路線,各開發一列200km/h速度磁浮列車,并各建一條3-5km長的工程試驗線,從長沙磁浮工程開通試運行,可預見他能有力帶動國內磁浮交通的推廣,磁浮交通方式為城市、市郊軌道交通增加了一個選項。鑒于此可以準確判斷未來3-5年城市交通發展方向,磁浮交通方式將作為省會城市標志性的建筑,已成為“拳頭產業”。目前中鐵建十一局磁浮技術已經領先一步,且積累了部分施工經驗,我單位作為中國鐵建的排頭兵,應積極參與新技術開發,經營目標應著眼于市場發展趨勢,厚積薄發,不畏艱險,永攀高峰,引領科技創新。
通過1天緊張的聽課及現場觀摩、乘車體驗,時間緊迫,僅是對磁浮軌道的結構設計、施工技術、運營等初步了解,但在施工中還存在很多疑問,例如小斷面低高度梁的架設技術、軌排運輸吊裝安裝技術、F型軌道加工技術、道岔鋼梁安裝調試等方面了解不透徹,希望公司多組織專業人員長期調研磁浮軌道項目,尤其是工廠化加工軌排、起重設備、運輸設備、安裝設備、檢測設備、鋪架施工組織、軌道鋪設工藝等進行重點研究,為公司承攬磁浮軌道項目奠定堅實基礎。