气力输送系统的装备与工艺

气力输送系统的装备与工艺

气力输送系统以气体作为动力源对粉粒状物料进行管道密封式正压输送或负压抽吸。气力输送具有工艺布置灵活、结构简单且不受气候影响、不扬尘，利于环境保护等特点，正压输送与机械输送相比：一次性投资小，输送能耗与机械输送相当，维护费用低，综合效益好。水泥、生料、粉煤灰、矿渣粉、煤粉、硝石灰、干排电石渣粉、重钙粉、生石灰粉和有机硅粉等粉粒状物料均可通过管道进行气力输送。在建材、化工、矿业、电力、粮食等行业得到大量的应用。

气力输送分两大类：压送式（正压）和负压抽吸式。

1. 气力输送发展简述

1.1 国外的发展状况

气力输送的发展有二百年的历史。早在1810年英国Medhurst就提出了利用管道将邮件气力输送的方案。1924年德国Gasterstadt发表了研究报告，提出气力输送理论和实验的系统研究，其中附加压损系数法至今仍用于稀相气力输送设计中。后经过Frederic、Eliof、Docleham 等人的研究，实现了正负压组合输送，完善了负压抽吸，扩大了气力输送的使用范围。由于当时受到科学技术水平和加工制造工艺等因素的限制，能耗高、输送距离短、管道磨损快和运行不稳定等因素制约着气力输送的进步。随着技术的发展进步，低能耗、长距离、大产量、高浓度（高料气比）的新型气力输送系统的研究开发取得了长足的进步，使得气力输送的能耗大幅度下降。

德国Claudius Peters（CP）、德国Möller（缪勒）、德国Ibau（伊堡）、美国Macawber （麦考伯）、美国Dynamic Air（空气动力）、美国U.C.C（输送）、美国A-S-H（艾伦）、美国Fuller（富勒）、芬兰Pneuplan（钮普兰）、英国Clyde（克莱德）等公司都是从事气力输送的专业公司，前两者代表着当今气力输送的最高水平。CP公司为埃及设计制造的水泥气力输送线，输送距离达3500m，是迄今为止输送距离最长的气力输送装置，Möller公司的双套管最大输送量达300t/h，最远距离3000m。

双套管气力输送的发送器仍为仓式泵，特色是输送管道的双套管结构（见图1）：在大管内部的顶端增设一小管道，小管道每隔一定距离开有扇形缺口，缺口处装有圆形孔板。输送时大管走料，小管走气。压缩空气通过小管缺口流出时产生剧烈紊流效

应，不断挠动物料进行低速输送。该技术的最大优势是高浓度、低速度、大产量、长距离、不堵塞。

图1 双套管结构与输送原理图

1.2 国内的发展状况

我国的气力输送技术的研究和发展起步较晚。从上世纪七十年代末，我国多所大学才开始研究气力输送理论，在散料颗粒学和气力输送技术方面做出了积极的贡献，主要有：垂直气力输送压强降计算方法（中科院化冶所李洪钟），脉冲气刀式栓流密相气力输送理论（华东化工学院杨伦），随机的傅立叶级数模拟气流的脉动速度（樊建人，岑可法等），基于SIMPLE方法推广的二维湍流稀相气固两相流动的数值方法（陈越南、杨晓清）等等。

在正压输送方面，五十年代开始推广应用仓式泵，因当时技术水平所限，参数选择不合理造成风速高、料气比低，导致电耗高、管道磨损严重。由此产生了气力输送电耗高、磨损大的概念。

八十年代初，合肥水泥研究设计院研制开发了“高浓度低速脉冲气力输送装置”，从高浓度、低风速入手，解决电耗高、磨损大的难题。1983年部级鉴定的技术指标为：输送水泥量32.2t/h，输送距离196m，料气比106~157kg/kg，平均风速5~7m/s，输送电耗＜1.0kWh/t。1985年获国家科技进步三等奖。

八十年代后期，由我院主持国家攻关项目“气力输送引进及消化吸收”，从美国Fuller国际公司引进了F-K型螺旋泵的设计及制造技术。上述十个国际气力输送公司大多向中国转让了相关技术，或在中国设立分公司，大大推动了我国气力输送技术和装备的进步，我国电厂粉煤灰长距离气力输送引进了十多套Möller公司双套管浓相输送技术和装备。

我院于2002年5月承担了国家科技部专项资金项目“大型低耗气力输送设备研究开发”，在总结多年理论研究的基础上，结合多年实践经验，研制出具有自主知识产权

的DB型仓式气力输送装置。2005年11月应用于天瑞集团周口水泥公司输送粉煤灰，其主要指标均达到国际先进水平：大产量（56.8t/h）、长距离（1268m）、高浓度（料气比23.6kg/kg）、低电耗（3.6kWh/t·km）、低速度（平均8.7 m/s）、低磨损（管道寿命＞6~10年）。2008年获中国建材联合会科技进步二等奖，安徽省科技进步三等奖，中国建材集团科技进步三等奖。大型低耗DB型仓式气力输送装置在建材、化工、电力等行业得到更广泛的应用，详见2.4典型应用实例介绍。

针对各种不同的工艺条件，我院还研发了PSB型喷射装置，XWB型旋转喂料装置，ZS型真空清扫装置，以及HFX型负压气力卸船装置。

气力输送系统工程设计2004年获建材行业优秀工程设计一等奖。

2. DB型正压气力输送系统

2.1 DB型气力输送装置的设计及工作流程

2.1.1 发送器的结构设计

DB型气力输送装置是以压缩气体为动力源对粉状物料进行管道输送。以压力容器作为发送器（即仓式泵），结合差压式发送器和推送式发送器的特点，气体分上中下三路进入泵体内流化和输送，由底部充气装置

输送物料。随着输送的进行，顶部气体逐渐转

化为静压能压送物料，中、底部气体起到流化

物料和输送物料的作用，并由静压逐渐转化

为动压能。物料在管道中以集团流运动为主，

输送末期形成快速的沙丘状移动，整个输送过

程呈梯形线变化。空气压缩机提供0.5MPa~0.75

MPa气源，结构见图2。

图2DB型气力输送装置发送器

2.1.2 新型环式助动装置的设计

随着输送距离的延长，沿程阻力逐渐增加，物料的稳定速度逐渐消失，由于料气差的存在，出现料气分离现象。为了保持物料以稳定速度在管道中运动，需要在输送管道上安装助动装置。当管路中压力升高到设定的上限值时，气源通过助动装置直接进入输料管道，及时补气输送物料以维持物料的运动速度。助动装置的补气口以环形对称的方式布置，根据物料的透气性不同，补气口设计为1~4个。图3为两补气口助动装置。