正壓氣力輸送的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2022-06-28 13:38:47

氣力輸送廣泛應(yīng)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(kāi)已有設(shè)備和建筑物等優(yōu)點(diǎn)，因此特別適合于水泥廠的改造和擴(kuò)建工程。目前，新型干法水泥廠的生料入窯或入均化庫(kù)、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(guò)分析常用氣力輸送系統(tǒng)的性能特點(diǎn)和選型要求，指出了每種氣力輸送方法的差異和限制，并對(duì)氣力輸送的系統(tǒng)選擇、供料器選擇、空壓機(jī)風(fēng)機(jī)　選擇、經(jīng)濟(jì)性分析、物料特性對(duì)系統(tǒng)選型影響這五個(gè)設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)。

１　系統(tǒng)選擇
１．１　正壓及負(fù)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(cāng)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(shí)現(xiàn)多點(diǎn)卸料和喂料。但多點(diǎn)喂料供料器過(guò)多，會(huì)造成大量空氣泄漏。特別是旋轉(zhuǎn)葉片供料器，其泄漏量約占空氣總供應(yīng)量的２０％。目前國(guó)內(nèi)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(fù)壓系統(tǒng)適宜于從多喂料點(diǎn)輸送物料到一個(gè)卸料點(diǎn)。它的優(yōu)點(diǎn)是通過(guò)供料器的空氣泄漏和壓力降都很小，因而旋轉(zhuǎn)葉片供料器能得到令人滿意的使用效果。該系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)常應(yīng)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(jié)合了正、負(fù)壓系統(tǒng)各自的優(yōu)點(diǎn)，在該系統(tǒng)中，負(fù)壓部分把物料從多個(gè)喂料倉(cāng)中吸走，而正壓部分把物料送入多個(gè)卸料倉(cāng)。氣源靠一臺(tái)通風(fēng)機(jī)或鼓風(fēng)機(jī)提供。
　　雙級(jí)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(duì)許多車(chē)間內(nèi)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(jí)混合系統(tǒng)利用中間倉(cāng)把負(fù)壓和正壓系統(tǒng)分開(kāi)，并把負(fù)壓和正壓系統(tǒng)所需氣源分成兩個(gè)獨(dú)立供氣裝置，這樣可以分別選擇最佳的真空泵和空壓機(jī)。由于存在二個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)，故整個(gè)系統(tǒng)需要２臺(tái)料氣分離器。
　　圖１為雙級(jí)混合系統(tǒng)，是一個(gè)典型的大中型散裝水泥船卸料裝置，卸料能力達(dá)到１００ｔ／ｈ以上。它的２臺(tái)空氣動(dòng)力源中１臺(tái)可選用液環(huán)式真空泵；另１臺(tái)可選用螺桿式或往復(fù)式空壓機(jī)，在較小系統(tǒng)中則選用羅茨風(fēng)機(jī)。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(shè)計(jì)中最重要因素。各類(lèi)供料器對(duì)系統(tǒng)壓力均有最適宜的使用范圍（見(jiàn)圖２）。其中，倉(cāng)式泵一般在高壓、間歇操作中使用；旋轉(zhuǎn)葉片供料器和雙翻板閥供料器可用于正壓和負(fù)壓輸送，但通常局限在較低壓差范圍內(nèi)；螺旋泵在高壓下也能很好地工作，但實(shí)際使用中它們?nèi)员幌薅ㄔ谥械蛪悍秶鷥?nèi)；負(fù)壓吸嘴僅在負(fù)壓系統(tǒng)及混合系統(tǒng)中使用。總之，供料器的選用應(yīng)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(duì)具體物料適宜程度等綜合因素來(lái)決定。 　　
　　（１）額定壓力值。由于多種多樣的管線壓力降和管道內(nèi)徑適用于某具體裝置，故 應(yīng)考慮選擇一個(gè)具有較高額定壓力值的供料器來(lái)供給一個(gè)較小管徑的線路使用。對(duì)給定的管道內(nèi)徑，具有最大額定壓力值的供料器將產(chǎn)生最大輸送量。 
　　（２）壓力降。通過(guò)供料器的壓力降應(yīng)盡可能小。普通螺旋泵、Ｍ型富勒螺旋泵和倉(cāng)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(zhuǎn)葉片供料器和雙翻板閥供料器的壓力降可忽略不計(jì)。 
　　（３）流量控制。當(dāng)供料量須保持恒定時(shí)，應(yīng)優(yōu)選能定量地供料并滿足鎖風(fēng)要求的螺旋泵、鎖風(fēng)型旋轉(zhuǎn)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(fēng)并且需要計(jì)量裝置才能保持一個(gè)穩(wěn)定的供料量。倉(cāng)式泵在卸料時(shí)需要通過(guò)調(diào)節(jié)料氣混合物的流化比例來(lái)實(shí)現(xiàn)流量控制。
　　２．２　供料器選擇
　　供料器類(lèi)型很多，如旋轉(zhuǎn)葉片供料器、螺旋泵、倉(cāng)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(shí)，應(yīng)考慮供料器的操作壓力范圍（見(jiàn)圖２）和對(duì)輸送量及輸送距離的限制。
　　３　空壓機(jī)（風(fēng)機(jī)）選擇 　
　 　空壓機(jī)（風(fēng)機(jī)）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(lèi)空壓機(jī)（風(fēng)機(jī)）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(jī)（風(fēng)機(jī)），因?yàn)榇祟?lèi)設(shè)備當(dāng)壓力變化時(shí)體積流量幾乎不變。
３．１　供氣壓力 　　
　　空壓機(jī)（風(fēng)機(jī)）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(gè)安全系數(shù)（約為1.1）；如果空壓機(jī)(風(fēng)機(jī))和供料器之間管道較長(zhǎng)(如超過(guò)５０ｍ)　，還需加上傳遞壓損；在供氣線路中調(diào)節(jié)空氣量裝置如節(jié)流噴嘴等　的壓損也必須考慮進(jìn)去。 ３．２　體積流量 　
　 　如果空氣的質(zhì)量流量 ma(ｋｇ／ｓ)已確定，那末可用近似方法求得標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積流量Ｖ0(ｍ３／ｓ) ，見(jiàn)式(１)。 　
　　Ｖ0＝０．８１６ｍａ　　　　　　　 (１)
　 體積流量也可通過(guò)輸送空氣初始速度來(lái)表達(dá)。首先依據(jù)輸送參數(shù)(由理想氣體定律產(chǎn)生)　可計(jì)算輸送空氣初始速度；然后根據(jù)式(２)可求得Ｖ0值，見(jiàn)式(４)。 　　　　　
　　ｖ＝４ｐ0ＶｏＴ／πｄ２ｐＴｏ　　　　 (２)　
式中：ｖ--輸送空氣初始速度ｍ／ｓ；
ｐ0--標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，１０１．３ｋＰａ(絕對(duì))；
Ｔ--輸送空氣溫度，Ｋ；
ｄ--管道內(nèi)徑，ｍ；
ｐ--管道起始端空氣壓力，ｋＰａ；
Ｔ0--標(biāo)準(zhǔn)空氣溫度，２８８Ｋ。
由式(２)得到(３)：
　　　　　Ｖ0＝πｄ２ｐＴ0ｖ／４ｐ0Ｔ　　　　　(３)　
將ｐ0和Ｔ0值代入(３)得：
　　　　Ｖ0＝２．２３ｄ２ｐｖ／Ｔ　 　　　　(４)　
　　需要說(shuō)明的是Ｖ′Ｏ值是在管道內(nèi)輸送物料所需空氣的體積流量，而所選空壓機(jī)風(fēng)機(jī)　排氣量必須考慮供料器和管道閥門(mén)等的泄漏量。對(duì)正壓系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，旋轉(zhuǎn)葉片供料器的空氣泄漏量約為鼓風(fēng)機(jī)排氣量的１５％～２０％，而雙翻板閥供料器的空氣泄漏量約為鼓風(fēng)機(jī)排氣量的１０％。
　　３．３　壓力適用范圍
　　正壓系統(tǒng)中各類(lèi)空壓機(jī)(風(fēng)機(jī))的壓力適用范圍如圖３所示。對(duì) 低 壓 系 統(tǒng) ( 約 １０ｋＰａ),，軸流式或離心式風(fēng)機(jī)都是適宜的，具體選擇取決于系統(tǒng)負(fù)荷和需要的操作壓力特性。這類(lèi)風(fēng)機(jī)常用于稀相輸送，作為文丘里式和旋轉(zhuǎn)葉片供料器的供氣源，系統(tǒng)中使用薄壁管道。 　　
　　當(dāng)排氣壓力小于１００ｋＰａ時(shí)，廣泛使用羅茨鼓風(fēng)機(jī)。該類(lèi)型具有寬廣的體積流量范圍并能提供無(wú)油空氣。此外，它有恒定的速度曲線，當(dāng)傳遞壓力增加時(shí)，體積流量?jī)H輕微減少，從而保證了物料在一定壓力下的懸浮流動(dòng)狀態(tài)。
　　當(dāng)排氣壓力大于１００ｋＰａ時(shí)，往復(fù)式和螺桿式空壓機(jī)都能滿足氣力輸送系統(tǒng)中所需最高壓力。單級(jí)回轉(zhuǎn)滑片式空壓機(jī)的工作壓力可達(dá)到４００ｋＰａ(表壓)。
　　真空泵在圖３中沒(méi)有列出，因?yàn)檫@類(lèi)設(shè)備選用比較少。對(duì)負(fù)壓系統(tǒng)，如真空不是太大，常使用離心式通風(fēng)機(jī)和羅茨鼓風(fēng)機(jī)；對(duì)于較高真空，則采用水環(huán)或液環(huán)式真空泵。
　　４經(jīng)濟(jì)性分析
　　當(dāng)幾種氣力輸送系統(tǒng)都適用于某一具體應(yīng)用時(shí)，應(yīng)選擇最經(jīng)濟(jì)的。這里主要以倉(cāng)式泵的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)為例，證實(shí)通過(guò)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(fèi)用。
　　４．１　投資費(fèi)用
　　總的來(lái)說(shuō)，高壓密相輸送中空壓機(jī)和供料器的價(jià)格比較昂貴；低壓稀相輸送系統(tǒng)中管道和收塵器的費(fèi)用較貴。當(dāng)輸送距離小于５０ｍ，使用稀相系統(tǒng)的投資費(fèi)用低；超過(guò)５０ｍ，密相系統(tǒng)的投資費(fèi)用較低。對(duì)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(fèi)用。
　　４．２　操作費(fèi)用
　　主要?jiǎng)恿M(fèi)用來(lái)自空壓機(jī)，其次是旋轉(zhuǎn)葉片供料器和螺旋泵及袋除塵器，其它設(shè)備的動(dòng)力消耗相對(duì)空壓機(jī)來(lái)說(shuō)是很小的。
使用集中氣源可減少系統(tǒng)投資費(fèi)用，但其操作費(fèi)用比單獨(dú)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(fèi)用要比單獨(dú)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(cāng)式泵和分級(jí)管道。
　　密相系統(tǒng)的操作費(fèi)用總是較低的。當(dāng)輸送距離為５０ｍ時(shí)，稀相輸送操作費(fèi)用是密相輸送的５倍以上(依據(jù)倉(cāng)式泵使用情況)；隨輸送距離增大，這個(gè)差異將減少。操作費(fèi)用主要來(lái)自電機(jī)的功率消耗，可用式(５)進(jìn)行粗略估算。
　　Ｐ＝１６５ｍａ１ｎ(ｐ１／ｐ２)　　　　　(５)　
　　或 Ｐ＝２０２ＶＯ１ｎ(ｐ１／ｐ２)　　　(５－１)　
式中：Ｐ--電機(jī)消耗功率，ｋＷ
ｐ１--空氣進(jìn)氣壓力，ｋＰａ(絕對(duì))　
ｐ２--空氣排氣壓力，ｋＰａ(絕對(duì))
　 電機(jī)消耗功率乘以單位電價(jià)即為每小時(shí)操作費(fèi)用。
　　４．３　倉(cāng)式泵實(shí)測(cè)結(jié)果
　　４．３．１　最佳罐尺寸
　　倉(cāng)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(gè)實(shí)際運(yùn)行倉(cāng)式泵輸送裝置的壓力罐有效容積特性曲線。其中實(shí)際輸送階段功率消耗Ｐ是在空壓機(jī)聯(lián)軸節(jié)處測(cè)得。在雙倉(cāng)系統(tǒng)中，ＶＢ,ｇｅｓ是二個(gè)相同的單罐容積之和(＝２ＶＢ)。輸送水泥時(shí)空壓機(jī)輸出壓力為ｐｖ＝４００ｋＰａ(表壓)，輸送粉煤灰時(shí)空壓機(jī)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(shí)所需輸送周期次數(shù)ｎｃｈ增加的趨勢(shì)。
　　如圖４所示，當(dāng)罐尺寸大于臨界容積時(shí)，其功率消耗獨(dú)立于罐尺寸；當(dāng)罐尺寸小于臨界容積并降至極限容積時(shí)，相應(yīng)的無(wú)效時(shí)間會(huì)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(shí)間內(nèi)用一個(gè)較高的實(shí)際輸送量ＧＳ來(lái)補(bǔ)償。
　　雙倉(cāng)系統(tǒng)(一個(gè)罐加壓和輸送，另一個(gè)罐排氣和進(jìn)料)罐的臨界容積比單倉(cāng)系統(tǒng)罐的臨界容積低。比較圖４中兩個(gè)系統(tǒng)功率消耗Ｐ可以看出,雙倉(cāng)系統(tǒng)比單倉(cāng)系統(tǒng)的能耗更低。
　　從能量觀點(diǎn)來(lái)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(dòng)和輸送性能，其能耗也明顯減少。
４．３．２　最佳操作壓力
　　單倉(cāng)泵系統(tǒng)輸送同樣物料時(shí)功率消耗值Ｐ與空壓機(jī)輸出壓力Ｐｖ之間的函數(shù)關(guān)系見(jiàn)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(huà)出了隨著壓力ｐｖ的減少，對(duì)應(yīng)管道直徑ｄＲ變大的趨勢(shì)。該圖還表明這個(gè)裝置輸送水泥和粉煤灰時(shí)均有最小電耗值，這些最小值的位置與理論計(jì)算值比較一致。因此設(shè)計(jì)一個(gè)在最佳操作點(diǎn)(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(duì)系統(tǒng)選型的影響
  　(１)粘著性和附著性。粘性物料會(huì)粘結(jié)或堵塞卸料斗、供料器和輸送管道。因而在旋轉(zhuǎn)葉片供料器中應(yīng)優(yōu)選吹掃式旋轉(zhuǎn)葉片供料器。 
　　(２)易燃易爆性。輸送塑料、化學(xué)品、金屬粉末和煤粉等易燃易爆性物料時(shí)，應(yīng)使用防爆閥和自動(dòng)滅火裝置等安全措施。 
　　(３)濕含量。如果濕物料中５０μｍ以下的細(xì)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(xì)粉會(huì)粘附在彎管的內(nèi)壁，引起管道堵塞，則供料器應(yīng)選用吹掃式旋轉(zhuǎn)葉片供料器。如物料不是太潮濕，通過(guò)加熱輸送空氣就能減輕粘堵問(wèn)題。 
　　(４)靜電。物料電荷聚集會(huì)引起粘附并影響物料流動(dòng)性，此時(shí)可通過(guò)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(fèi)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(shí)應(yīng)選用較低輸送速度。在稀相系統(tǒng)中要避免使用有運(yùn)動(dòng)部件的供料器，并通過(guò)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(shù)制造的陶瓷鋼鐵復(fù)合管等措施來(lái)延長(zhǎng)管道的使用壽命。 
　　(６)易碎性。輸送過(guò)程中，大多數(shù)物料的破損發(fā)生在彎管或螺旋泵這類(lèi)供料器中。因此，設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)應(yīng)少用彎管并避免使用螺旋泵這類(lèi)易破碎脆性物料的供料器。 
　　(７)顆粒性。頂部卸料倉(cāng)式泵和普通旋轉(zhuǎn)葉片供料器不適用于粒狀物料輸送。后者會(huì)剪斷粒狀物料，而偏置式旋轉(zhuǎn)葉片供料器可避免這種現(xiàn)象。 
　　(８)吸濕性。通過(guò)干燥輸送空氣可避免吸濕性物料帶來(lái)的問(wèn)題。使用冷凍法或干燥劑可保持物料干燥。有時(shí)候如水分吸附不大，物料也能用未經(jīng)干燥空氣在密相狀態(tài)下輸送。 
　　(９)低熔點(diǎn)。當(dāng)?shù)腿埸c(diǎn)的高速顆粒軟化溫度１５０℃　沖撞管道內(nèi)壁和彎管時(shí)，可能發(fā)生局部熔化。對(duì)大多數(shù)低熔點(diǎn)物料，使用低速輸送可消除這個(gè)現(xiàn)象。 
　　(１０)細(xì)度。微米或亞微米級(jí)細(xì)粉會(huì)在輸送過(guò)程中涂附在管道內(nèi)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(cāng)式泵并在管道中使用能定期振打撓性管解決這一問(wèn)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(guò)程基本上是由影響周?chē)鷼饬鞯膯蝹€(gè)顆粒物料性質(zhì)決定的。而密相輸送的特點(diǎn)是高壓、低速和嚴(yán)格分離二相流動(dòng)，被輸送物料主要是以管道底部的束狀形式流動(dòng)，偶爾有沙丘、不規(guī)則結(jié)團(tuán)或充滿管道橫截面的栓狀形式流動(dòng)，這個(gè)輸送過(guò)程受到物料整體流動(dòng)性質(zhì)而非單獨(dú)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(duì)密相系統(tǒng)的影響較大，而對(duì)稀相系統(tǒng)的影響則較小。
　　當(dāng)物料的空氣保持能力較高（即氣體滲透性較差）時(shí)，只需較少的空氣量就足以使物料流態(tài)化并可減少內(nèi)磨擦角。當(dāng)空氣流動(dòng)停止以后，這個(gè)流動(dòng)過(guò)程還能延續(xù)一定時(shí)間，在這個(gè)階段內(nèi)磨擦角通常小于壁磨擦角。在密相輸送系統(tǒng)中，這類(lèi)物料的結(jié)團(tuán)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(dòng)。在密相栓狀輸送中，它們的臨界成栓長(zhǎng)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(zhǎng)度將比管直徑還要長(zhǎng)，其料栓的穩(wěn)定性與栓長(zhǎng)和管直徑之比成正比。這類(lèi)物料在密相輸送中易結(jié)團(tuán)和成栓，易造成堵塞，應(yīng)盡量少用或不用于密相系統(tǒng)。

轉(zhuǎn)自：海川化工論壇 https://bbs.hcbbs.com/thread-309885-1-1.html