气力输送设备的研究

气力输送设备的研究

彭国文

佛山市金银河智能装备股份有限公司528100

摘要：气力输送设备工艺布置灵活，不受场地限制，管道密闭不受气候影响，无扬尘，利于环保，但输送粉料设备易磨损管道。本文先介绍了气力输送设备简介，然后对国内外气力输送设备进行了分析比较。

关键词：粉状物料；气力输送；磨损；DB仓式泵

引言

国内外用于粉体输送系统的设备主要分两大类，即机械输送及气力输送。一般在输送距离短，且输送量大时，机械输送比气力输送的电耗低的多。一般情况下气力输送系统的综合经济效益优于机械输送系统。水泥、生料粉、粉煤灰、矿渣粉、煤粉、干排电石渣粉、有机硅粉等粉状物料的长距离输送，采用气力输送设备是国内外通常的最佳选择。

一、气力输送设备简介

1.1M型F—K螺旋泵（FULLER）

我国80年代引进了FULLER的气力输送设计及制造技术，目前已批量生产了该系列产品。M型F—K螺旋泵是80年代具有国际水平的产品，它不同于老式给构。主要优点是：螺旋轴采用双支撑，螺旋轴上的螺旋叶片制造时可采用等间距，其叶片表面堆焊铬化硼硬质合金。出料口根据工艺要求可直出料或左右侧出料。密封采用油封及气封，工作更为可靠。该泵用于连续输送物料并可在0%－100%额定输送量变量输送，输送过程无脉动。根据工艺要求在变换螺距的前提下，输送量可达385/h。在相同输送量的前提下与其它气力输送装置相比其体积最小。特别适用于大型散装水泥船的输送及散装水泥船的改造。该设备最大缺点是电耗约高于仓式气力输送泵30%，并且螺旋叶片及内衬易磨损需经常更换。

国内5000t以上普通货船改造为气卸专用船，船底安装M型F—K螺旋泵，通过输送管道直接输送至岸上的中转库，输送距离可达数百米。

1.2DB仓式气力输送泵

仓式气力输送泵在我国散装水泥技术的发展过程中起着重要作用。如底开门K型，散装水泥火车由重力式卸车向UQ气卸式火车发展；翻斗加盖的靠重力自卸散装水泥汽车向气卸式散装水泥汽车的发展；散装水泥库由机械式输送向气力输送管道化方向发展；散装水泥气卸船的发展等等，均为仓式气力输送泵结构原理且成熟地在散装水泥各个领域中得到应用。

DB仓式气力输送泵，它是90年代发展起来的多功能泵。根据输送散装水泥工艺要求，可以静压输送，流态化输送，亦可悬浮式输送，并根据工艺要求（输送量、输送距离等）进行结构设计，可最大限度节能，比螺旋输送泵可节能30%以上。

进、出料时间及称重系统均为数字显示，整个操作过程自动化。

该泵输送量可达120t/h，输送距离2000m，当输送距离<200m时，电耗指标<1.5kW•h/t水泥。特别适用于散装水泥装、卸、输送工艺及水泥厂新建改建散装水泥工程时选用。

它主要是由泵体、进料机构、排气阀、内部流化装置、料位指示、加压及流化气动控制阀、自动控制系统组成。

1.3系统配套设备

系统配套设备的优劣直接影响系统工作的可靠性及经济性。

二、国内外气力输送设备的分析比较

气力输送设备就其发送器结构主要分两大类：螺旋泵和仓式气力输送泵。

2.1螺旋泵

20世纪80年代由合肥院主持引进了具有国际先进水平的美国FULLER公司M型F-K螺旋泵的设计及制造技术，由H型的单支撑改为双支撑。可在额定输送量的O-100%范围内调节输送量，输送过程连续无脉动，输送量可达数百吨，在相同输送量的前提下其体积最小。因此，特别适用于干法水泥生产线锻烧工艺中的煤粉输送，以及大型散装水泥船水泥的装卸输送。

螺旋泵属于悬浮式稀相输送，输送风速高，其螺旋叶片及内衬磨损大，需经常更换，电耗约高于仓式气力输送泵30%以上，在要求长距离大输送量的工艺系统中不宜采用。

2.2常规仓式气力输送泵

20世纪80年代前，我国气力输送设备多为高压悬浮式，风速高（末速25-30m/s），混合比低，管道磨损严重，气耗大，电耗高。

国内外科技工作者投人精力转向低速、高浓度的气力输送技术研究，最大限度地降低管道磨损、提高混合比，降低气耗，提高技术经济指标。有四种典型的高浓度气力输送方式值得介绍。

2.2.1脉冲栓流气力输送泵

常见的气力输送是凭借输送气体的动压进行携带输送，而栓流输送利用的是气栓的静压差进行推移输送，并且物料的流动是栓状流，因此栓流输送的输送速度可大大降低，耗气量也随之降低许多，系统及设备简单。由于速度低，故所引起的摩擦和冲刷磨损大大降低。

2.2.2双套管紊流浓相气力输送

此技术为德国MOLLER公司专利，我国在粉煤灰的长距离大输送量气力输送系统中引进多台（套）在电厂应用。发送器结构仍是仓式泵。

输送原理：它与常规仓式气力输送主要不同点是：该系统采用特殊结构的输送管道，即在输料管内增设另一小管道，小管道布置在大管道上部，小管道下部每隔一定距离开有扇形缺口，正常输送时大管走料，小管主要走气。压缩空气通过小管缺口流出产生紊流效应，不断挠动物料进行低速输送（图1）。

据资料介绍其优点为：（l）低流速、低磨损，初速为2-6m/s，末速约15m/s；（2）电耗低：常规输送电耗7-10kWh/t．km，而该系统为4-6kWh/t.km；（3）输送距离远：达1000m以上。

2.2.3助推式高浓度气力输送

美国空气动力公司研制的助推式高浓度气力输送系统，是在输料管道上按一定间隔距离安装若干只助推器，输送用气并不全部加人仓式泵，加人仓式泵的空气只是起到将物料推进料管的作用，另外的空气通过助推器直接加人管道。被输送的物料在管道中呈集团流或栓流，运动速度低、混合比高、耗气量小、磨损低。

2.2.4多功能型浓相流态化-DB仓式气力输送泵

DB仓式气力输送泵是将多项在实践应用中行之有效的技术措施优化组合的系统。仓泵容积大，输送量大，工作次数少，因而故障率低，且工作特性好。其优点为：（1）管式低阻型内部流态化装置的设计有独到之处，流态化区域大且稳定，输送混合比高。（2）管道的变径设计与应用，保证了输送气流速度大大降低，磨损小，电耗低。

2.3主要研究内容

2.3.1内配管及流态化装置的独到设计

根据物料性质、泵容量大小、输送距离，制定内部配管的直径及流态化充气管的面积，经多台泵运行实践证明，管道平均气流速度可降至10m/s左右。由于输送气流速度V降低（V↓），而混合比μ提升（μ↑），总风量Q下降（Q↓），输送中摩擦阻力P下降（P↓）。

NK.Q.P（1）

式中：N－空压机功率；

Q－风量；

P－阻力。

据公式1可知，由于风量及阻力的降低，空压机功率消耗下

（2）

式中：∆－管道的磨损量；

V－气流速度。

据公式2可知，由于气流速度的降低，管道磨损可大幅度减小。

2.3.2变径输料管道的设计及应用

在中长距离气力输送时，随着输送距离的延长，管道内气体膨胀。根据流体质量守恒原理：

式中：－管道初端、尾端截面积；

－管道初端、尾端流体密度；

－管道初端、尾端的流速（图2）。

式3中看出若输料管道初端、尾端管径相同时（），管道初端压力高，气体密度大，输送到尾端压力降低，气体密度减小，管道的输送风速则越来越大（图3）。

由于管道磨损量与风速的3~4次方成正比，因此风速的增加势必带来管道磨损量的急剧增加（图4）。

稳定输送段压力损失为最小时的气流速度的确定是管径选择的基础数据（图5），横坐标为气流速度，纵坐标为压力损失。普遍规律为在稳定输送段有压力损失为最小的气流速度。当选择的气流速度大于时，压力损失随之增高，管道磨损加重，且电耗增加；反之，若低于时，则压力急剧增高，物料沉积直至堵管。经多年实践的总结，对高存气性和低透气性的粉状物料（水泥、生料、粉煤灰等）在流态化浓相输送中，为减少管道磨损，采用分段变径输送管，变径后的风速降低幅度与管径几何比的平方成正比。因此扩大管径是一种行之有效的管道降速方法。

对不同粉粒物料和不同的输送距离，管道如何变径以及变径点的选择是两个关键问题。多年来，中外科技工作者试图通过数学表达式进行计算，由于气固两相流在管道内流动状态相当复杂，至今没有一套完整的计算式供设计直接使用。一般采用理论与运行实践相结合的方法来进行计算，计算始终在修正一实践一修正中不断进步。对长距离气力输送的输料管道，现在一般可选择3~4次变径，管径自进料端至出料端逐渐增大。我们将相关理论与多年实践经验结合，提出压力坡降经验公式，可计算出每段管道的压力坡降值（即每100m的压力降∆P），以此推算出比较准确的管径和变径点，达到管道输送的最佳风速、运行阻力小、不堵管、混合比高、管道磨损小、电耗低的目的。

（4）

式中：－压力坡降；

K－管径系数；

v一管道内气流平均速度，m/s；

X－速度系数；

－重量混合比；

y－混合比系数。

2.3.3管道弯头的杭磨措施

气力输送系统中磨损最大的部位是“管道弯头”，通常采用内贴陶瓷片的方法延长弯头的寿命。我们采用的措施是：在弯头背部加焊槽钢。当物料将弯头管道外侧壁冲刷磨漏后，物料在背部形成料垫，自然防止了管道的继续磨损。此措施简便、有效、节省投资，见图6。

三、结束语

DB仓式泵的技术性能指标达到国际先进水平，完全可以替代昂贵的进口设备，扭转长距离大输送量气力输送设备依靠进口的局面，可应用于建材、电力、化工、钢铁、交通等行业的长距离、大输送量的粉粒状物料气力输。

具有自主知识产权的多功能型DB仓式泵与常规悬浮式气力输送设备相比，因系统设计合理、管道变径准确、浓相低速输送，管道磨损大大低于常规值。电耗低，设备运行可靠，维修量少，经济效益明显。

参考文献：

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