正壓氣力輸送的設計要點

2022-06-28 13:38:47

氣力輸送廣泛應用于水泥、石化、電力和冶金等行業(yè)中粉粒狀物料的輸送。由于其具有布置靈活，所占空間小，可避開已有設備和建筑物等優(yōu)點，因此特別適合于水泥廠的改造和擴建工程。目前，新型干法水泥廠的生料入窯或入均化庫、煤粉入窯或入分解爐大多采用了氣力輸送系統(tǒng)。本文通過分析常用氣力輸送系統(tǒng)的性能特點和選型要求，指出了每種氣力輸送方法的差異和限制，并對氣力輸送的系統(tǒng)選擇、供料器選擇、空壓機風機　選擇、經濟性分析、物料特性對系統(tǒng)選型影響這五個設計要點進行了總結。

１　系統(tǒng)選擇
１．１　正壓及負壓系統(tǒng)
　　正壓系統(tǒng)是工業(yè)上最常用的，它適用于文丘里式、螺旋泵和倉式泵等絕大多數(shù)供料器。在管路系統(tǒng)中安裝兩路閥就能實現(xiàn)多點卸料和喂料。但多點喂料供料器過多，會造成大量空氣泄漏。特別是旋轉葉片供料器，其泄漏量約占空氣總供應量的２０％。目前國內水泥廠輸送生料、煤粉及水泥等粉狀物料的氣力輸送系統(tǒng)基本上采用正壓系統(tǒng)。
　　負壓系統(tǒng)適宜于從多喂料點輸送物料到一個卸料點。它的優(yōu)點是通過供料器的空氣泄漏和壓力降都很小，因而旋轉葉片供料器能得到令人滿意的使用效果。該系統(tǒng)在國內常應用于小型散裝水泥駁船的卸料。
１．２　混合系統(tǒng)
　　混合系統(tǒng)結合了正、負壓系統(tǒng)各自的優(yōu)點，在該系統(tǒng)中，負壓部分把物料從多個喂料倉中吸走，而正壓部分把物料送入多個卸料倉。氣源靠一臺通風機或鼓風機提供。
　　雙級混合系統(tǒng)比普通混合系統(tǒng)能更好地輸送物料。普通混合系統(tǒng)雖對許多車間內部的短距離物料輸送較為理想，但由于系統(tǒng)壓力小，物料輸送量和輸送距離均受到限制。雙級混合系統(tǒng)利用中間倉把負壓和正壓系統(tǒng)分開，并把負壓和正壓系統(tǒng)所需氣源分成兩個獨立供氣裝置，這樣可以分別選擇最佳的真空泵和空壓機。由于存在二個獨立系統(tǒng)，故整個系統(tǒng)需要２臺料氣分離器。
　　圖１為雙級混合系統(tǒng)，是一個典型的大中型散裝水泥船卸料裝置，卸料能力達到１００ｔ／ｈ以上。它的２臺空氣動力源中１臺可選用液環(huán)式真空泵；另１臺可選用螺桿式或往復式空壓機，在較小系統(tǒng)中則選用羅茨風機。２　供料器的選擇
２．１　供料器的選用因素
　　供料器的選擇是系統(tǒng)設計中最重要因素。各類供料器對系統(tǒng)壓力均有最適宜的使用范圍（見圖２）。其中，倉式泵一般在高壓、間歇操作中使用；旋轉葉片供料器和雙翻板閥供料器可用于正壓和負壓輸送，但通常局限在較低壓差范圍內；螺旋泵在高壓下也能很好地工作，但實際使用中它們仍被限定在中低壓范圍內；負壓吸嘴僅在負壓系統(tǒng)及混合系統(tǒng)中使用?？傊?，供料器的選用應依據(jù)其額客壓力值、空氣泄漏量、壓力降和流量控制以及對具體物料適宜程度等綜合因素來決定。 　?。?/span>
　　（１）額定壓力值。由于多種多樣的管線壓力降和管道內徑適用于某具體裝置，故 應考慮選擇一個具有較高額定壓力值的供料器來供給一個較小管徑的線路使用。對給定的管道內徑，具有最大額定壓力值的供料器將產生最大輸送量。 
　?。ǎ玻毫怠Ｍㄟ^供料器的壓力降應盡可能小。普通螺旋泵、Ｍ型富勒螺旋泵和倉式泵的壓力降分別約為：５０ｋＰａ、２１ｋＰａ和２０ｋＰａ；文丘里式供料器的壓力降近似等于輸送管線壓力降；旋轉葉片供料器和雙翻板閥供料器的壓力降可忽略不計。 
　?。ǎ常┝髁靠刂?。當供料量須保持恒定時，應優(yōu)選能定量地供料并滿足鎖風要求的螺旋泵、鎖風型旋轉葉片供料器和雙翻板閥供料器。文丘里式供料器不能提供空氣鎖風并且需要計量裝置才能保持一個穩(wěn)定的供料量。倉式泵在卸料時需要通過調節(jié)料氣混合物的流化比例來實現(xiàn)流量控制。
　?。玻病」┝掀鬟x擇
　　供料器類型很多，如旋轉葉片供料器、螺旋泵、倉式泵、文互里式等等，其使用性能各不相同。表１給出了各種供料器的選型指南。在使用表１時，應考慮供料器的操作壓力范圍（見圖２）和對輸送量及輸送距離的限制。
　?。场】諌簷C（風機）選擇 　
　 　空壓機（風機）的選擇主要取決于已知的空氣需要量和系統(tǒng)管路操作壓力，并加上空氣損失和任何所需的附加裕量以及安全系數(shù)，就可從滿足需要的幾類空壓機（風機）中作出最佳選擇。大多數(shù)氣力輸送系統(tǒng)使用容積式空壓機（風機），因為此類設備當壓力變化時體積流量幾乎不變。
３．１　供氣壓力 　　
　　空壓機（風機）排氣壓力等于輸送線路的壓降加上供料器、收塵器、閥等壓降之和，再乘以一個安全系數(shù)（約為1.1）；如果空壓機(風機)和供料器之間管道較長(如超過５０ｍ)　，還需加上傳遞壓損；在供氣線路中調節(jié)空氣量裝置如節(jié)流噴嘴等　的壓損也必須考慮進去。 ３．２　體積流量 　
　 　如果空氣的質量流量 ma(ｋｇ／ｓ)已確定，那末可用近似方法求得標準狀態(tài)下的體積流量Ｖ0(ｍ３／ｓ) ，見式(１)。 　
　　Ｖ0＝０．８１６ｍａ　　　　　　?。?(１)
　 體積流量也可通過輸送空氣初始速度來表達。首先依據(jù)輸送參數(shù)(由理想氣體定律產生)　可計算輸送空氣初始速度；然后根據(jù)式(２)可求得Ｖ0值，見式(４)。 　　　　　
　　ｖ＝４ｐ0ＶｏＴ／πｄ２ｐＴｏ　　　　 (２)　
式中：ｖ--輸送空氣初始速度ｍ／ｓ；
ｐ0--標準大氣壓，１０１．３ｋＰａ(絕對)；
Ｔ--輸送空氣溫度，Ｋ；
ｄ--管道內徑，ｍ；
ｐ--管道起始端空氣壓力，ｋＰａ；
Ｔ0--標準空氣溫度，２８８Ｋ。
由式(２)得到(３)：
　　　　?。?＝πｄ２ｐＴ0ｖ／４ｐ0Ｔ　　　　　(３)　
將ｐ0和Ｔ0值代入(３)得：
　　　　Ｖ0＝２．２３ｄ２ｐｖ／Ｔ　 　　　　(４)　
　　需要說明的是Ｖ′Ｏ值是在管道內輸送物料所需空氣的體積流量，而所選空壓機風機　排氣量必須考慮供料器和管道閥門等的泄漏量。對正壓系統(tǒng)來說，旋轉葉片供料器的空氣泄漏量約為鼓風機排氣量的１５％～２０％，而雙翻板閥供料器的空氣泄漏量約為鼓風機排氣量的１０％。
　?。常场毫m用范圍
　　正壓系統(tǒng)中各類空壓機(風機)的壓力適用范圍如圖３所示。對 低 壓 系 統(tǒng) ( 約 １０ｋＰａ),，軸流式或離心式風機都是適宜的，具體選擇取決于系統(tǒng)負荷和需要的操作壓力特性。這類風機常用于稀相輸送，作為文丘里式和旋轉葉片供料器的供氣源，系統(tǒng)中使用薄壁管道。 　　
　　當排氣壓力小于１００ｋＰａ時，廣泛使用羅茨鼓風機。該類型具有寬廣的體積流量范圍并能提供無油空氣。此外，它有恒定的速度曲線，當傳遞壓力增加時，體積流量僅輕微減少，從而保證了物料在一定壓力下的懸浮流動狀態(tài)。
　　當排氣壓力大于１００ｋＰａ時，往復式和螺桿式空壓機都能滿足氣力輸送系統(tǒng)中所需最高壓力。單級回轉滑片式空壓機的工作壓力可達到４００ｋＰａ(表壓)。
　　真空泵在圖３中沒有列出，因為這類設備選用比較少。對負壓系統(tǒng)，如真空不是太大，常使用離心式通風機和羅茨鼓風機；對于較高真空，則采用水環(huán)或液環(huán)式真空泵。
　?。唇洕苑治?/span>
　　當幾種氣力輸送系統(tǒng)都適用于某一具體應用時，應選擇最經濟的。這里主要以倉式泵的實測數(shù)據(jù)為例，證實通過選擇最佳罐尺寸和最佳操作壓力可大大降低能耗和操作費用。
　?。矗薄⊥顿Y費用
　　總的來說，高壓密相輸送中空壓機和供料器的價格比較昂貴；低壓稀相輸送系統(tǒng)中管道和收塵器的費用較貴。當輸送距離小于５０ｍ，使用稀相系統(tǒng)的投資費用低；超過５０ｍ，密相系統(tǒng)的投資費用較低。對磨琢性物料的輸送，用能周期性更換的零件如彎管等　代替昂貴的耐磨合金零件可降低投資費用。
　　４．２　操作費用
　　主要動力費用來自空壓機，其次是旋轉葉片供料器和螺旋泵及袋除塵器，其它設備的動力消耗相對空壓機來說是很小的。
使用集中氣源可減少系統(tǒng)投資費用，但其操作費用比單獨供氣要高得多。如工廠集中氣源壓力為(６００～７００)ｋＰａ，而氣力輸送系統(tǒng)所需壓力僅為１００ｋＰａ，則使用集中供氣費用要比單獨供氣高出一倍左右。如果必須使用集中供氣，那末高壓空氣將主要用于倉式泵和分級管道。
　　密相系統(tǒng)的操作費用總是較低的。當輸送距離為５０ｍ時，稀相輸送操作費用是密相輸送的５倍以上(依據(jù)倉式泵使用情況)；隨輸送距離增大，這個差異將減少。操作費用主要來自電機的功率消耗，可用式(５)進行粗略估算。
　　Ｐ＝１６５ｍａ１ｎ(ｐ１／ｐ２)　　　　?。?５)　
　　或 Ｐ＝２０２ＶＯ１ｎ(ｐ１／ｐ２)　　?。?５－１)　
式中：Ｐ--電機消耗功率，ｋＷ
ｐ１--空氣進氣壓力，ｋＰａ(絕對)　
ｐ２--空氣排氣壓力，ｋＰａ(絕對)
　 電機消耗功率乘以單位電價即為每小時操作費用。
　?。矗场}式泵實測結果
　?。矗常薄∽罴压蕹叽?/span>
　　倉式泵的壓力罐有效容積ＶＢ影響系統(tǒng)所需能量。圖４為一個實際運行倉式泵輸送裝置的壓力罐有效容積特性曲線。其中實際輸送階段功率消耗Ｐ是在空壓機聯(lián)軸節(jié)處測得。在雙倉系統(tǒng)中，ＶＢ,ｇｅｓ是二個相同的單罐容積之和(＝２ＶＢ)。輸送水泥時空壓機輸出壓力為ｐｖ＝４００ｋＰａ(表壓)，輸送粉煤灰時空壓機輸出壓力為ｐｖ＝３００ｋＰａ(表壓)。圖中還定性地顯示了隨著罐尺寸減少，每小時所需輸送周期次數(shù)ｎｃｈ增加的趨勢。
　　如圖４所示，當罐尺寸大于臨界容積時，其功率消耗獨立于罐尺寸；當罐尺寸小于臨界容積并降至極限容積時，相應的無效時間會成倍增加。為了完成給定的額定輸送量Ｇｅ，就需要在剩余的有效輸送時間內用一個較高的實際輸送量ＧＳ來補償。
　　雙倉系統(tǒng)(一個罐加壓和輸送，另一個罐排氣和進料)罐的臨界容積比單倉系統(tǒng)罐的臨界容積低。比較圖４中兩個系統(tǒng)功率消耗Ｐ可以看出,雙倉系統(tǒng)比單倉系統(tǒng)的能耗更低。
　　從能量觀點來看，最佳罐容積就是其臨界容積。粉煤灰和水泥相比，粉煤灰具有更好流動和輸送性能，其能耗也明顯減少。
４．３．２　最佳操作壓力
　　單倉泵系統(tǒng)輸送同樣物料時功率消耗值Ｐ與空壓機輸出壓力Ｐｖ之間的函數(shù)關系見圖５。其中輸送水泥的壓力罐有效容積為ＶＢ＝５ｍ３，輸送粉煤灰的壓力罐有效容積為ＶＢ＝１０ｍ３。圖中還定性地畫出了隨著壓力ｐｖ的減少，對應管道直徑ｄＲ變大的趨勢。該圖還表明這個裝置輸送水泥和粉煤灰時均有最小電耗值，這些最小值的位置與理論計算值比較一致。因此設計一個在最佳操作點(ｐ＊ｖ,ｄ＊Ｒ)　工作的裝置，可以節(jié)省大量的能量。　 ５　物料特性對系統(tǒng)選型的影響
  　(１)粘著性和附著性。粘性物料會粘結或堵塞卸料斗、供料器和輸送管道。因而在旋轉葉片供料器中應優(yōu)選吹掃式旋轉葉片供料器。 
　　(２)易燃易爆性。輸送塑料、化學品、金屬粉末和煤粉等易燃易爆性物料時，應使用防爆閥和自動滅火裝置等安全措施。 
　　(３)濕含量。如果濕物料中５０μｍ以下的細粉量＜１０％，多數(shù)能在傳統(tǒng)氣力輸送系統(tǒng)中輸送。若濕物料中濕含量高，濕細粉會粘附在彎管的內壁，引起管道堵塞，則供料器應選用吹掃式旋轉葉片供料器。如物料不是太潮濕，通過加熱輸送空氣就能減輕粘堵問題。 
　　(４)靜電。物料電荷聚集會引起粘附并影響物料流動性，此時可通過空氣在線增濕解決。在密相輸送中，因使用空氣量較少，故增濕費用較低。 
　　(５)磨琢性。為降低輸送管道和零部件磨損，輸送磨琢性物料時應選用較低輸送速度。在稀相系統(tǒng)中要避免使用有運動部件的供料器，并通過使用短半徑彎管Ｒ／Ｄ＝２～３　、一端不通鑄鐵Ｔ形管和自蔓延高溫合成技術制造的陶瓷鋼鐵復合管等措施來延長管道的使用壽命。 
　　(６)易碎性。輸送過程中，大多數(shù)物料的破損發(fā)生在彎管或螺旋泵這類供料器中。因此，設計系統(tǒng)時應少用彎管并避免使用螺旋泵這類易破碎脆性物料的供料器。 
　　(７)顆粒性。頂部卸料倉式泵和普通旋轉葉片供料器不適用于粒狀物料輸送。后者會剪斷粒狀物料，而偏置式旋轉葉片供料器可避免這種現(xiàn)象。 
　　(８)吸濕性。通過干燥輸送空氣可避免吸濕性物料帶來的問題。使用冷凍法或干燥劑可保持物料干燥。有時候如水分吸附不大，物料也能用未經干燥空氣在密相狀態(tài)下輸送。 
　　(９)低熔點。當?shù)腿埸c的高速顆粒軟化溫度１５０℃　沖撞管道內壁和彎管時，可能發(fā)生局部熔化。對大多數(shù)低熔點物料，使用低速輸送可消除這個現(xiàn)象。 
　　(１０)細度。微米或亞微米級細粉會在輸送過程中涂附在管道內壁上，從而減少了管道橫截面積并降低了輸送量。通常使用倉式泵并在管道中使用能定期振打撓性管解決這一問題。  　　(１１)氣體滲透性和保持能力。稀相輸送是以低壓、高速以及物料均勻分布在輸送管道橫截面上為特征的，因此輸送過程基本上是由影響周圍氣流的單個顆粒物料性質決定的。而密相輸送的特點是高壓、低速和嚴格分離二相流動，被輸送物料主要是以管道底部的束狀形式流動，偶爾有沙丘、不規(guī)則結團或充滿管道橫截面的栓狀形式流動，這個輸送過程受到物料整體流動性質而非單獨顆粒物料特性的影響。因而物料的氣體滲透性和保持能力對密相系統(tǒng)的影響較大，而對稀相系統(tǒng)的影響則較小。
　　當物料的空氣保持能力較高（即氣體滲透性較差）時，只需較少的空氣量就足以使物料流態(tài)化并可減少內磨擦角。當空氣流動停止以后，這個流動過程還能延續(xù)一定時間，在這個階段內磨擦角通常小于壁磨擦角。在密相輸送系統(tǒng)中，這類物料的結團和成栓很容易被打散，物料在管道底部基本上以流化束的形態(tài)流動。在密相栓狀輸送中，它們的臨界成栓長度較短。另外，有較高空氣滲透性即空氣保持能力較低　的較粗物料所允許的臨界成栓長度將比管直徑還要長，其料栓的穩(wěn)定性與栓長和管直徑之比成正比。這類物料在密相輸送中易結團和成栓，易造成堵塞，應盡量少用或不用于密相系統(tǒng)。

轉自：海川化工論壇 https://bbs.hcbbs.com/thread-309885-1-1.html