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燃气净化成套装置

带压燃气多级超净化成套设备及集成分离技术

燃气在输配送过程中由于管道铺设时杂物的渗入以及主辅设备的磨损、腐蚀等诸多因素,会产生不同程度的尘、油及水等杂质的情况,杂质的存在极易造成精密调压设备及计量设备的损坏,影响生产并造成很大的经济损失。通常国内外燃气的净化采用滤芯/滤筒式过滤器,滤芯/滤筒式过滤器具有设备小巧、过滤效率较高、检修较为方便及一次性投资相对较小等优点;但滤芯/滤筒式过滤器只是在燃气中含杂质很少的情况时才能起到保护后系统精密设备的作用,由于国内燃气输送管道内杂质较多且磨损较严重,常常发生瞬间有大量的粉尘涌入过滤器的现象,造成滤芯/滤筒因承受不了较大的压差而损坏变形,危及后序的精密调压及计量设备。滤芯/滤筒式过滤器主要缺点就是容尘量(纳污量)太小,需频繁更换滤芯/滤筒;同时滤芯/滤筒耐受性较差,易受压损坏。例如上海某燃气门站使用的是滤筒式过滤器,最恶劣的时候(如天冷输气量较大的时候),一天要更换30余只滤筒,而且经常在半夜进行更换,不仅工人劳动强度很大,同时该滤芯每只近两千元,给厂家带来的经济损失也不小。

从下面的照片中我们可以看出:滤筒表面并没有捕集多少粉尘,但滤筒却损坏确极为严重。究其原因我们可从滤筒的受力情况加以分析:该滤筒外形尺寸为φ350×600,滤料在滤筒内呈折波状, 滤筒的有效过滤面积为1.4m2, 滤筒的更换时阻力上限设定为0.05MPa(据生产厂家的使用说明书),由此我们可以推算出滤筒所受力为:F=P·A=7000kg,可以想象一个这样的滤筒要承受7吨大小的压力, 滤筒完全扭曲变形是合乎逻辑的。另外,我们从实际应用中还发现, 有些滤筒表面尽管很干净却也发现损坏报废的现象,这是因为燃气的输送气量变化是非常大的,每天早晚都有用气的高峰及低谷, 滤料在此频繁的波动过程中容易受折损坏。

带压燃气多级净化成套设备及集成分离技术在燃气高压输送配系统中的应用,彻底地解决了燃气带压输送配系统中的净化问题,既保护了燃气带压输送配后系统中进口的精密调压设备,又提高了燃气的品质,该除尘装置具有极高的除尘效率、较大的操作弹性,整个净化系统运转稳定且操作方便,解决了国内高压燃气的输送配过程中超净化难题。相对于进口除尘设备,有很高的性能价格比,因而是一种深受欢迎的除尘设备。

上海ag环亚集团官网 化工科技有限公司在长期进行气固分离技术理论研究的基础上,应用化工系统工程的基本原理,开发了一套适合于带压燃气净化系统的设计软件,建立了《FS1气固分离系统模拟计算程序》。该软件的开发属国内首创,应用FS1模拟计算程序可进行带压燃气净化系统的最优化设计,不仅可以预测单个气固分离装置的各项分离性能,而且解决了气固分离系统如何进行最佳组合的问题,避免了设计上的随意性及盲目性。

1 净化工艺路线及技术原理

1.1 净化工艺路线

根据带压燃气含有粉尘/水(油)等杂质的输送工艺条件,上海ag环亚集团官网 化工科技有限公司开发的“带压燃气多级超净化成套设备及集成分离技术”相对于国内外常见的滤芯式等方法的思路有明显不同,即采用多级净化技术路线,即第一步“EII型高效旋风分离器”或“高效油-水气分离器”, 第二步“高效气体过滤器”。

1.2 技术原理

1.2.1 高效旋风分离器

当含尘带压燃气进入旋风分离器后,气流受旋风筒壁作用,改变运动方向,气流沿筒体呈螺旋形旋转向下进入锥体,重度大于气体的尘粒在离心力作用下甩向器壁并失去惯性,在重力及气流的带动下,沿筒壁下落进灰斗。旋转下降的外旋气流在锥体内收缩向旋风中心流动,同时其切向速度在不断提高,到达锥体的某一位置后,气流开始以同样的旋转方向从旋风中部反转而上,形成内旋气流,最后经排气管排出旋风分离器。

针对高压燃气输送的特殊工艺条件,即气体负荷变化大,易燃、易爆和高压操作等特点,需要设计特殊结构型式的旋风分离器并满足压力容器的设计要求。经计算机模拟计算表明,当旋风分离器入口速度在9~18m/s间变化时,其分离效率大于95%,能够除去其中粒径在20μm以上的粉尘。被捕集的杂质可通过旋风分离器下面的中间灰斗“在线”及时排放(即排污不会影响正常的通气)。

采用EII型高效旋风分离器作为预分离设备可最大限度地减轻后序设备的负荷,从而大大延长后面的高效气体过滤器的检修周期。特别是在燃气中瞬间含有大量杂质进入系统时, EII型高效旋风分离器作用尤为明显,可以说EII型高效旋风分离器完全适用于极端恶劣的工况条件。

1.2.2 高效油-水气分离器

高效油-水气分离器在筒体内置了若干层不锈钢规整填料(CY)系列或散堆填料(EX系列),相邻的两层填料沿波纹方向交错放置, 填料的空隙率由下至上逐渐减小,不锈钢规整填料折波后不仅使有效过滤面积增加,而且由于波峰、波谷的导流汇聚作用更容易使较小的油雾粒子形成大的液滴。这样气流通过填料后,使较大的油雾粒子在下层的空隙率很大的散堆填料得到截留,而较小的油雾粒子在上层的较密的规整填料得到捕集,避免了在通常的过滤油分器中大部分油雾粒子沉积在滤料表面上使其阻力上升迅速的现象。因此该高效油-水气分离器分离效果远优于普通的丝网除油器。

1.2.3 高效气体过滤器

旋风分离器的分离机理是利用颗粒在高速旋转下的离心力作用,受其限制,对于小于5μm的粉尘颗粒分离效率不高。

高效气体过滤器使用的是多层结构形式,设置若干个过滤箱体,采用具有强吸附能力的特制中空纤维(SZX系列)作为滤料,由上至下按密度(或空隙率)逐步从疏松到致密,这种结构,使较大的尘粒在上层的较粗的滤料得到截留,而较小的尘粒在下层的较密的滤料得到捕集,即粉尘在多层滤料中呈立体分布;同时由于特制纤维的“中空”结构, 纤维还具备“吸附”效应, 其总捕集效率可大于99.999%, 备有40余种SZX系列的滤料,可以根据需要任意调整过滤精度。

普通的滤芯式过滤器从过滤原理上属“表面过滤”,而高效气体过滤器属“深层过滤”范畴,相对于滤芯式过滤器,高效气体过滤器的纳污量(或容尘量)远大于滤芯式过滤器(纳污量约高千倍,纳污量测定按ISO4572标准),在捕集相同数量的杂质后,高效气体过滤器的阻力相对来说小得多(原因是中空纤维滤料具有很大的空隙率),因此高效气体过滤器可以确保长期稳定运行而不用检修。

此外,特制的中空纤维滤料(属柔性滤料)具有很大的弹性,滤料不会因气量的巨大波动及总阻力的增大而遭到破坏,具备极好的耐受性。即便处理气量在100%的范围内波动,高效气体过滤器除尘效率也不受影响,因此高效气体过滤器的性能很稳定。 

总之,高效气体过滤器同时兼有高效率、低阻力、运行稳定可靠、高纳污量(更换滤料的检修周期很长)、高耐受性(滤料不会因受压而损坏)等几个优点,对保护后系统精密设备效果显著。

1.3 技术特点

①极高的净化效率:总效率可达99.999%以上,能够捕集微米级和亚微米级的粉尘颗粒,能满足超净化要求。高效气体过滤器过滤精度可以任意调节,备有40余种滤料,最高过滤精度可达0.1μm(高性能膜滤料),并可以根据需要调整组合。

②极好的耐受性:特制的中空纤维滤料具有很大的弹性,滤料不会因气量的巨大波动及总阻力的增大而遭到破坏,高效气体过滤器的耐受性远好于滤芯式过滤器。

③超大的纳污量: 相对于滤芯式过滤器,高效气体过滤器的纳污量(或容尘量)远大于滤芯式过滤器, 计算表明其纳污量高出千倍以上。

④极佳的稳定性: 带压燃气多级净化成套设备性能稳定,操作及管理方便,净化设备的检修周期通常在两年以上。

⑤超强的适应性: 当气体中瞬间含有大量粉尘等杂质进入系统时, 作为预处理的EII型高效旋风分离器作用尤为明显,可适用于极端恶劣的工况条件。如果气相中含有较多的油、水等液相杂质,设置高效油-水气分离器能有效各类粘附性很大的液相杂质。

⑥更宽的操作弹性: 当处理风量在设计处理量的100~150%的范围内波动时,带压燃气多级净化成套设备的净化效率不受影响(仅阻力有变化)。

2 带压燃气多级超净化成套设备的应用

2.1 应用范围

①燃气(如天然气)的气源源头的超净化(如油气田气体净化厂);

②燃气城市输配气系统各门站、分输站及集输系统各压气站的超净化;

③燃气轮机发电厂(站)中燃气的净化;

④煤气化系统粗煤气的净化;

⑤含油、含水及含尘等带压气体需要超净化处理的场合;

⑥能处理600~1000℃高温条件下的带压气源的超净化;

⑦适用于含水(液相)很高的条件下(即气-液固三相),对带压气源超净化处理。

2.2 应用实例

2.2.1 输送配系统中带压煤气的除尘净化

上海燃气市北销售有限公司承担着上海浦西6个区的煤气供应,来自石洞口煤气厂的煤气(处理气量每天80万方、设计压力2.5MPa)高压输送到该公司设在大场、庙行等地的门站。在门站中,先经过滤器除尘,然后由调压器降压,最后输往用户使用。从1998年起的两年调试过程,发现输送管道内含有氧化铁(占50%多)等粉尘,造成过滤器在较短时间内堵塞,阻力直线上升,压力很快将过滤器的滤筒(折扇形)压瘪,以致调压器和计量设备遭到损坏,被迫停车检修更换,精密调压及计量设备都从国外进口,经济损失很大,生产也受到影响。该公司在调试的过程中已经更换了数十只滤筒,但问题并未得到解决,煤气的正常输配送难以得到保证。

上海燃气市北销售有限公司自2000年采用“HGSA/35高压煤气超净化成套装置”以来至今已运行五年,实践证明取得了良好的效果,经常从高效旋风分离器排出大量的粉尘(甚至石块)等杂质,净化装置一直未进行任何检修,其除尘效率高、运转稳定且操作弹性大,保护了后系统的精密设备(如调压器及计量器)坏,完全满足了高压煤气输送的净化要求。                  

上海燃气市北销售有限公司庙行门站

 

2.2.2 输送配系统中带压燃气的除尘净化

上海浦东煤气厂燃气门站(东海燃气、处理气量每天80万方、设计压力2.5MPa)自1999年4月起采用了“HGSA/35高压燃气超净化成套装置”,该设备至今(2004年12月)已五年余,在1999年10月份曾将过滤器顶盖打开检查,把内置的滤料取出后观察,上箱体滤料的上部已积满粉尘,到第10张时滤片已基本没有粉尘,只有一点锈黄色,上箱体的下半部及中,下箱体内的滤料还非常清洁。净化装置运转期间,过滤器压差

十分稳定,基本没有什么变化,使用效果很好,运行稳定,管理方便,达到了超净化要求。

南京天然气门站超净化成套装置

带压燃气多级净化成套设备已在“西气东输”工程中广泛应用, 如合肥天然气门站、南京天然气门站、镇江天然气门站、无锡天然气门站、上海刘行天然气高压站、上海浦煤天然气门站及上海航津天然气门站等,实际使用效果非常显著。

2.2.3 天然气发电厂中高压天然气的净化

天然气等洁净能源的发电技术是一项世界各发达国家均青睐的环保型新技术,随着近期我国天然气资源勘探的突破性进展及“西气东输”等一批重大工程的实施,天然气发电技术已在我国多个大城市逐步进行了示范性推广应用。天然气发电技术中燃气轮机对天然气杂质含量要求极为严格,为确保燃气轮机的长期稳定运行,需采用精密的高效气体净化装置。

上海石洞口华能电厂超净化成套装置

2005年5月上海奉贤柘中电厂采用了一套“HGSD/200高压天然气超净化成套装置” (处理气量每小时20万方、设计压力6.3MPa), 2005年12月上海宝山石洞口华能电厂采用了两套“HGSD/400高压天然气超净化成套装置” (处理气量每小时40万方、设计压力6.3MPa),实际运

行表明净化装置已完全达到设计指标。         

2.2.4 输送配系统中带压天然气的除油(水)净化

北京南郊门站处理来自华北油田的天然气中含有较大的油及水(处理气量每天200万方、设计压力2.5MPa),门站原有的过滤器除油效果一直很差,严重堵塞了后面的调压器及计量器。该门站2002年开始使用“HGSB/80高压天然气超净化成套装置”,至今(2005年12月)已正常使用了四年,期间没有发生任何堵塞调压器及计量器的现象。

2003年初沈阳燃气总公司李官堡门站中也安装了“高压天然气/煤气超净化成套装置”,用以处理含油较高的辽河油田天然气,设备投入运行后除油效果良好。

北京南郊门站超净化成套装置

 

2.2.5 高压天然气源头的气-液固三相分离净化

重庆天然气净化总厂引进分厂处理的天然气是西部地区天然气的源头, 气质很差, 里面有高浓度的H2S气体并含有较多的水、油及粉尘等杂质(处理气量每天80万方、设计压力6.3MPa), 该厂原是全套引进日本的技术装备, 后来对天然气的净化又采用过美国某著名公司的过滤器产品, 但效果一直都非常不理想, 导致后面的脱硫塔经常堵塞并出现拦液现象, 脱硫塔必须每月检修一次, 其工作量及难度都很大并造成较大的经济损失。2003年底该厂采用了“HGSE/35高压天然气超净化成套装置”,由于源头的天然气中含有大量的水,净化技术难度很高(属气-液固三相分离)。天然气净化装置经过近一年的实际使用,净化效果非常理想, 脱硫塔一直未出现拦液现象, 彻底解决了长期困扰厂方的气源净化难题,该技术2004年申报并获得了中国石油天然气总公司科技创新二等奖。为证明净化装置的分离效果, 2004年4月该厂请中国石油工业天然气质量监督检测中心对装置进行了实测,结果表明完全达到设计指标。

重庆天然气净化总厂超净化成套装置

 

中国石油长庆油田公司第一采气厂第三净化厂2003年10月建成投产,包括一套日处理量为300万方的天然气净化装置及配套设施。该装置从加拿大普帕克公司引进,采用美国DOW公司生产的HS-101作为脱硫脱碳溶剂,TEG为脱水溶剂。该装置主要处

理靖边气田的原料天然气, 装置自投产以来运行中主要问题是脱硫系统杂质含量较多,原有气体过滤器滤芯需更换频繁, 同时溶液浊度较高造成溶液过滤器滤芯亦需频繁更换,壹年的检修成本近千万元。2005年11月该厂采用了“HGSD/150高压天然气超净化成套装置”,经过近半年的运行,后序国外进口的气体过滤器滤芯一直没有更换, 使用效果十分显著。

长庆油田第三净化厂超净化成套装置

 

2.2.6 高温带压粗煤气的气-液固三相分离净化

哈尔滨气化厂净化分厂的粗煤气中含有大量的水、较高浓度的焦油及煤尘等杂质, 气体介质温度180~240℃,压力2.8MPa。由于粗煤气中杂质成份复杂,净化技术难度特别大(属气-液固三相分离),大量的杂质造成后系统设备频繁堵塞及催化剂活性降低甚至失效,换热器换热效果很差,净化问题一直是困扰厂方的一个难题。

2005年10月该厂采用了“HGSF/80粗煤气净化成套装置”后(处理量每小时8万方、设计压力4.0MPa), 效果非常显著, 其中内置高效旋风分离器连续排出大量含尘的乳化状液体(每小时排出杂质约2000kg),后系统换热器换热效率改善明显,每年经济效益达六百万元以上。

哈尔滨气化厂粗煤气净化装置

3 带压燃气多级超净化成套设备的型式

3.1 HGSA系列带压燃气多级超净化成套设备

3.1.1 工艺流程简图

 

3.1.2 技术指标

①总除尘效率η≥99.99%(绝对过滤精度可达0.1μm)

②总阻力ΔP≤50kPa(可根据用户要求另定)

3.1.3 主要规格

型  号

处理气量

温度

[℃]

气体过滤器

D2×H2[mm]

进出口法兰

D3 [mm]

NM3/h

万NM3/d

HGSA/1

1000

2.5

常温

φ300×1400

DN50

HGSA/1.5

1500

3.5

常温

φ350×1500

DN75

HGSA/2

2000

5

常温

φ350×1900

DN80

HGSA/4

4000

10

常温

φ500×2100

DN100

HGSA/8

8000

20

常温

φ700×2300

DN150

HGSA/16

16000

40

常温

φ1000×2500

DN200

HGSA/20

20000

50

常温

φ1100×2600

DN200

HGSA/24

24000

60

常温

φ1200×2800

DN200

HGSA/32

32000

80

常温

φ1400×3000

DN300

HGSA/40

40000

100

常温

φ1500×3200

DN300

HGSA/50

50000

120

常温

φ1500×3400

DN300

HGSA/60

60000

150

常温

φ1600×3500

DN350

HGSA/80

80000

200

常温

φ1800×4000

DN400

说明:
①表内数据以设计压力P≤4.0MPa为依据设计,当设计压力P>4.0MPa时,数据会有所不同;
②每套净化装置包括高效气体过滤器壹台、下灰阀壹只及仪表壹套(智能化差压变送器)。

3.2 HGSB系列带压燃气多级超净化成套设备

3.2.1 工艺流程简图

3.2.2 主要技术指标

①总除尘效率η≥99.99%(绝对过滤精度可达0.1μm)

②总阻力ΔP≤50kPa(可根据用户要求另定)

3.2.3 主要规格

型  号

处 理 气 量

温 度

[℃]

旋风分离器

D1×H1[mm]

气体过滤器

D2×H2[mm]

进出口法兰

D3 [mm]

NM3/h

万NM3/d

HGSB/1

1000

2.5

常 温

φ100×900

φ300×1400

DN50

HGSB/1.5

1500

3.5

常 温

φ150×900

φ350×1400

DN75

HGSB/2

2000

5

常 温

φ200×1000

φ350×1900

DN80

HGSB/4

4000

10

常 温

φ250×1200

φ500×2100

DN100

HGSB/8

8000

20

常 温

φ350×1600

φ700×2300

DN150

HGSB/16

16000

40

常 温

φ500×2200

φ1000×2500

DN200

HGSB/20

20000

50

常 温

φ500×2300

φ1100×2600

DN200

HGSB/24

24000

60

常 温

φ550×2400

φ1200×2800

DN200

HGSB/32

32000

80

常 温

φ650×2800

φ1400×3000

DN300

HGSB/40

40000

100

常 温

φ750×3000

φ1500×3200

DN300

HGSB/50

50000

120

常 温

φ750×3200

φ1500×3400

DN300

HGSB/60

60000

150

常 温

φ800×3400

φ1600×3500

DN350

HGSB/80

80000

200

常 温

φ900×4000

φ1800×4000

DN400

说明:
①表内数据以设计压力P≤4.0MPa为依据设计,当设计压力P>4.0MPa时,数据会有所不同;
②每套净化装置包括高效旋风分离器壹台、高效气体过滤器壹台、中间灰斗壹只、下灰阀叁只及仪表壹套(智能化差压变送器)。

3.3 HGSC系列高压天然气(煤气)多级超净化成套装置

3.3.1 工艺流程简图

3.3.2 主要技术指标

①总除尘效率η≥99.99%(绝对过滤精度可达0.1μm)

②总阻力ΔP≤50kPa(可根据用户要求另定)

3.3.3 主要规格

型  号

处理气量

温度

[℃]

旋风分离器

D1×H1[mm]

油气分离器

D2×H2[mm]

气体过滤器

D2×H2[mm]

进出口法兰

D3 [mm]

NM3/h

万NM3/d

HGSC/1

1000

2.5

常温

φ100×900

φ300×1250

φ300×1400

DN50

HGSC/1.5

1500

3.5

常温

φ150×900

φ350×1350

φ350×1500

DN75

HGSC/2

2000

5

常温

φ200×1000

φ350×1450

φ350×1900

DN80

HGSC/4

4000

10

常温

φ250×1200

φ500×1650

φ500×2100

DN100

HGSC/8

8000

20

常温

φ350×1600

φ700×1850

φ700×2300

DN150

HGSC/16

16000

40

常温

φ500×2200

φ1000×2050

φ1000×2500

DN200

HGSC/20

20000

50

常温

φ500×2300

φ1100×2150

φ1100×2600

DN200

HGSC/24

24000

60

常温

φ550×2400

φ1200×2350

φ1200×2800

DN200

HGSC/32

32000

80

常温

φ650×2800

φ1400×2550

φ1400×3000

DN300

HGSC/40

40000

100

常温

φ750×3000

φ1500×2750

φ1500×3200

DN300

HGSC/50

50000

120

常温

φ750×3200

φ1500×2850

φ1500×3400

DN300

HGSC/60

60000

150

常温

φ800×3400

φ1600×3050

φ1600×3500

DN350

HGSC/80

80000

200

常温

φ900×4000

φ1800×3550

φ1800×4000

DN400

说明:
①表内数据以设计压力P≤4.0MPa为依据设计,当设计压力P>4.0MPa时,数据会有所不同;
②每套净化装置包括高效旋风分离器壹台、高效油-水气分离器壹台、高效气体过滤器壹台、中间灰斗两只、下灰阀伍只及仪表壹套(智能化差压变送器)。

3.4 HGSD系列带压燃气多级超净化成套设备

3.4.1 工艺流程简图

3.4.2 主要技术指标

①总除尘效率η≥99.99%(绝对过滤精度可达0.1μm)

②总阻力ΔP≤50kPa(可根据用户要求另定)

3.4.3 主要规格 

型  号

处 理 气 量

温 度

[℃]

气体过滤器

D2×H2[mm]

进出口法兰

D3 [mm]

NM3/h

万NM3/d

HGSD/16

16000

40

常 温

φ1000×3000

DN200

HGSD/20

20000

50

常 温

φ1100×3100

DN200

HGSD/24

24000

60

常 温

φ1200×3300

DN200

HGSD/32

32000

80

常 温

φ1400×3500

DN300

HGSD/40

40000

100

常 温

φ1500×3700

DN300

HGSD/50

50000

120

常 温

φ1500×3900

DN300

HGSD/60

60000

150

常 温

φ1600×4000

DN350

HGSD/80

80000

200

常 温

φ1800×4500

DN400

说明:
①表内数据以设计压力P≤4.0MPa为依据设计,当设计压力P>4.0MPa时,数据会有所不同;
②每套净化装置包括高效旋风分离器壹/两台、高效气体过滤器壹台、中间灰斗壹/两只、下灰阀两/肆只及仪表壹套(智能化差压变送器)。

3.5 HGSE系列带压燃气多级超净化成套设备(内置式旋风分离器)

3.5.1 工艺流程简图

3.5.2 主要技术指标

①总除尘效率η≥95%(绝对过滤精度可达20μm)

②总阻力ΔP≤50kPa(可根据用户要求另定)

3.5.3 主要规格 

型  号

处 理 气 量

温 度

[℃]

旋风分离器

D1×H1[mm]

进出口法兰

D3 [mm]

NM3/h

万NM3/d

HGSB/1

1000

2.5

常 温

φ300×1400

DN50

HGSB/1.5

1500

3.5

常 温

φ350×1500

DN75

HGSB/2

2000

5

常 温

φ350×1900

DN80

HGSB/4

4000

10

常 温

φ500×2100

DN100

HGSB/8

8000

20

常 温

φ700×2300

DN150

HGSB/16

16000

40

常 温

φ1000×2500

DN200

HGSB/20

20000

50

常 温

φ1100×2600

DN200

HGSB/24

24000

60

常 温

φ1200×2800

DN200

HGSB/32

32000

80

常 温

φ1400×3000

DN300

HGSB/40

40000

100

常 温

φ1500×3200

DN300

HGSB/50

50000

120

常 温

φ1500×3400

DN300

HGSB/60

60000

150

常 温

φ1600×3500

DN350

HGSB/80

80000

200

常 温

φ1800×4000

DN400

说 明:
①表内数据以设计压力P≤4.0MPa为依据设计,当设计压力P>4.0MPa时,数据会有所不同;
②每套净化装置包括高效旋风分离器壹台、中间灰斗壹只、下灰阀两只及仪表壹套(智能化差压变送器)。