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M?ller（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，M?ller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M?ller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。

图3 助动装置示意图

2.1.3 气力输送装置工作流程

气力输送系统有本地自动运行、手动运行和中控自动运行等方式控制。以自动运行为例，当系统运行开始，气力输送装置流化阀、输送阀处于关闭状态；打开排气阀、进料阀，流化阀、输送阀关闭，装料开始，当达到设定重量时，进料阀、排气阀自动关闭；延时5~8s，流化阀、输送阀打开，输送开始；当泵内输送压力低于设定压力时，控制系统发出信号，输送阀、流化阀关闭，输送完成。

泵体上安装称重传感器，作用是可调整设定仓泵装载量的大小，用作仓满料位信号使用。同时可检测输送过程中泵内物料重量的变化情况，让输送过程中的每一个细节皆在掌握中。

泵体上装有压力变送器，随时检测泵内输送压力变化情况。当泵内压力高于设定堵管压力时，自动报警，系统停止输送；当泵内压力达到仓空设定压力时，控制系统输送完成，停止输送。

2.2 DB型气力输送装置的特点

2.2.1 输送距离远

气力输送中，压缩气体在管道流动过程中，体积不断膨胀，速度越来越快，随着管道距离的延长，沿程阻力的增加，易造成料气分离，物料沉积造成管道堵塞；另外，速度过快增加了管道壁与物料间的摩擦，磨损量与速度的3~4次方成正比。

当输送距离＞150m时，管道末速度会变得过大，造成管道磨损过快、管道阻力增大，故管道应采取变管径设计，减小管道末速度，减少管道磨损，降低能耗。管道变径应随着输送距离的延伸直径由小变大。要根据物料的特性（物料细度、容重、水分和温度等）、输送距离、输送量和管道的走向、海拔高度等具体的工艺条件计算系统的主要参数，这包括所需压缩气体量、管道阻力、输料管道（变径）规格、和变径点的配置等。气力输送设计是个系统的工程，只有选择合理的参数配置，才能降低管道的运动阻力，减少耗气量，降低管道磨损，最大限度降低气力输送的电耗。气力输送

系统对各种不同物料参数合理配置的选择，很重要的一点是还需要有丰富的实践经验或实验数据作为依据。

当输送距离较远时，根据系统的工艺难易程度（物料特性、爬坡距离和弯头数量等），通常需要在输送管道上按一定距离间隔安装若干套助动装置。气力输送系统正常运行时助动装置不工作，当系统压力升高到上限设定值时，助动装置自动打开，直至管道疏通、系统压力下降时自动关闭。

2.2.2 输送量大

单位时间输送量的大小主要与泵体容积和出料方式有关。中国建材行业标准〖水泥工业用仓式泵〗JC/T 461-2006中最大容积为10 m3。发送器按外形分为立式、卧式和球罐式，按出料方式分为下出料式和上出料式。

气力输送过程中，在启动阶段和最后清空阶段都是料少气多，输送量小，电耗高；中间的稳定输送阶段料气混合比高，输送量大，电耗低。如果泵体容积小，输送频率高，启动和清空次数多，势必浪费大量的能量，平均输送量降低，且增加设备的故障率。目前国内只有我院研制的DB型仓式泵的容积最大可达35 m3，而且采用的是立式、下出料式设计，并配置管式低阻型内部流态化装置。例如，DB2600型仓式泵容积为25 m3，单台水泥输送量高达200 t/h。

2.2.3 电耗指标先进

电耗高的主要原因有：输料管道设计不合理，长距离输送时没有合理变管径；发送器容积小；内部流态化效果差；空压机选型不当等。

比如螺杆式空气压缩机的压力在0.75~0.8MPa，而气力输送的稳定输送阶段压力在0.18~0.30MPa。2010年我院与浙江开山集团、上海佳力士合作开发生产低压型螺杆式空气压缩机，供气压力0.5MPa，比0.75MPa机型节电30%以上。

DB型气力输送装置在当量距离200m内，输送电耗＜1kWh/t，优于国际先进水平。

2.2.4 运转率高和维护费用低

DB型气力输送装置结构简单，主要由发送器（即仓式泵）、阀门（气动进料阀、气动排气阀、气动切断阀和各种规格的手动碟阀、手动球阀、逆止阀和减压阀等）、称重传感器（料位指示和简易计量）、压力变送器（压力指示）、控制系统（本地自控、手控、中控自控）和空压机站等组成。

DB型仓式泵本身几乎无运动件，系统运行安全、稳定、可靠，年运转率可达8,000h 以上。设备维护简单，备品备件消耗低于5,000元/年·套。

2.3 DB型气力输送系统的工艺设计

气力输送系统的适用范围广，工艺布局灵活、简单。通常分为库对库气力输送、装船气力输送和装火车气力输送等几种输送形式，分别介绍如下。

2.3.1 库对库的输送形式

库对库的气力输送是将粉状物料（水泥、粉煤灰和生料等）由一个储库输送至另一个或几个储库。该工艺简单，投资费用小，常用于技改项目中。库对库输送根据DB 仓式泵的安装位置分为库底式和库侧式两种。

①库底式气力输送

DB仓式泵安装在库底，由库底卸料装置把物料引入泵内，或直接通过管道和阀门把物料引入泵内，见图4。

特点：工艺布置简单、安装方便，但是对库底空间高度有一定的要求。2001年我院在蒙西水泥设计的两条库底式水泥气力输送生产线，接收库为6个，输送量为120t/h，海拔高度为1450米，输料管道和弯头使用普通无缝钢管，弯头在2009年更换过一次，输料管道使用至今未做任何处理，使用效果良好。

图4库底式气力输送工艺流程图

②库侧式气力输送

DB仓式泵安装在库侧，由库侧卸料器把物料引入泵内。当接收库数量为多个时，输料管道末端需安装粉体两路阀进行分路，见图5。

特点：由于库底空间不足，DB仓式泵安装在库侧，工艺布置灵活、安装方便，占地面积小。

图5库侧式气力输送工艺流程图

2.3.2气力输送装船工艺

气力输送装船是将厂区物料（水泥、粉煤灰等）利用DB仓式泵由储库输送至岸边装船机或直接输送至散装船上。按船型的不同分为罐装驳船和大中型散装物料专用船两种，按计量的标准不同分为计量式和非计量式两种，按计量顺序的不同分为先输送后计量和先计量后输送。分别介绍如下：

罐装驳船非计量式特点：利用DB仓式泵直接输送到罐装驳船上，管道出口设计为锥型，易于接收口密封，另一个口接收尘器。工艺简单、投资小、装船效率高、无任何扬尘现象，见图6。

图6罐装船非计量式气力输送装船工艺流程图

罐装驳船计量式特点：物料经计量后用DB仓式泵直接输送到罐装驳船上。2004

年我院在无锡天山设计的水泥装船气力输送生产线，输送距离300多米，用两台DB2200型气力输送泵，单台输送量达200~280 t/h，气源使用一台40 m3/min的空气压缩机，计量方式是在两个80t计量仓上安装称重传感器，见图7。

图7罐装船计量式气力输送装船工艺流程图

驳船先输送后计量特点：计量仓设计在专用码头上，利用DB仓式泵将储库物料输送到计量仓内，计量后装船。码头上需建造计量仓和散装装船机等，见图8。

图8驳船先输送后计量气力输送装船工艺流程图

驳船先计量后输送特点：考虑到码头空间不足，在相对宽广的厂区设计两个计量仓，物料经计量后用气力输送到码头边缓冲仓内。工艺简单、投资小。

东方希望特川建材装船采用的是此工艺，见图9。