粉体密相气力输送理论与技术进展_高敬国
粮食工程技术《第六章第一节 气力输送概述》
气力吸运输送装置如图6-1所示。物料的输送过程在风机的吸气段完成，这种输送方式具有以下特点。
〔1〕供料简单方便。只要将管道的进料口放到物料堆上或将物料导流到管道的进料口处，物料自然随气流流动被吸入管道中，不需人工供料。
〔2〕输送管道进料口处和输送系统空气压强低于大气压，因而在供料处产生的粉尘不易向外逸出，供料处工作环境空气洁净。
4空气输送槽
空气输送槽也是一种气力输送的类型，如图6-6所示。它是利用压强不高的低压气流〔一般相对压强不超过5000Pa〕，穿过微带斜度的多孔板时，使多孔板上的粉状物料在气流中处于流态化状态，板上的粉料便在重力作用下向下流动而被输送。
空气输送槽主要用于物料的水平输送，输送产量大；由于输送物料所需的风量小、压力低，因而电耗低。空气输送槽结构简单，无运动部件，磨损小。空气输送槽的缺点是只适用于输送枯燥而且易于流态化的粉料，如面粉、水泥、煤粉、煤灰、矾土、石膏粉等，对于水分含量高、流态化性能差的物料不宜采用。此外，空气输送槽的布置有一定的斜度要求，物料只能向下输送。
〔4〕适合长距离输送。气力压运输送方式因设备少、管道布置灵活、输送距离长容易做到多点卸料等特点，在面粉厂制粉车间的配粉工序、食品车间的原料入仓等场合得到广泛应用
气力压运系统根据工作压力的上下分为低压压送〔压力不超过×104Pa〕气力输送和高压压送〔工作压力大于×104Pa〕气力输送两种类型。
相比拟而言，气力吸运输送方式供料器简单，别离器〔或称卸料器〕是主要设备，有利于将各处物料收集到一处或几处；气力压运那么别离器简单，或利用料仓作为别离器，而供料器复杂，供料器是输送系统的关键设备，适合于将物料从一处输送到多处。
1886年阿林顿进行了长距离气力输送纤维物料的研究，1890年英国的多克哈姆创造了双筒形吸嘴并对吸送谷物的气力卸船机进行了深入研究，为现代吸粮机的应用和研究奠定了理论根底。1893年，英国也出现了吸粮机。开展到202130年代，在欧洲荷兰的鹿特丹港和德国汉堡港的专业散装粮食码头上，吸粮机已成为主要的卸船设备，海运粮食的90%以上是由吸粮机卸船的。1945年在瑞士建成了世界上第一家气力输送面粉厂，之后，气力输送技术很快在粮食加工厂推广。现在，全世界几乎所有的面粉加工厂都采用了气力输送方式输送加工过程中的在制品。
粉煤密相输送的影响因素及其处理对策分析
0 引言 气力输送在能源、化工产业当中得到了非常广泛的应用，并且对于粉体的密相输送也产生了很多优秀的研究成果。
另外，大规模的煤气化技术由于其清洁性，也得到了社会的发展和重视。
密相输送技术正是其关键技术之一，因为高压浓相输送的效率和稳定性对于煤气化技术的影响极大，因而需要重点关注。
1 粉煤密相输送的具体流程 密相输送分为发送罐输送和旋转阀输送。
发送罐输送是通过将发送罐加压至一定压力，采用切换出料阀及气刀对物料进行分配来实现输送的。
这种输送气流速度较低而固气比较高，输送气压力较高。
输送气体常采用空气或氮气，动力一般由压缩机提供，旋转阀密相输送是采用稀相正压输送方式，而动力采用压缩机提供。
系统具有较高压力、较低流速但输送能力大，对物料几乎无影响。
密相输送时，颗粒是在少量气体松动的流化状态下进行集体运动，并不靠气体使它加速，固体的移动是靠静压差来推动的。
在高低并列式提升管催化裂化装置中，利用斜管进行催化剂输送，就是依靠静压差。
催化剂流动的推动力由斜管内料柱的静压头形成，以克服催化剂在斜管中的流动阻力和两器的压差。
其中不连续密相是常用于单点供料，较长距离输送。
管线中几乎充满了以柱塞流动方式向前移动的物料。
管道磨蚀小、物料不易破碎。
一般为正压输送。
正压输送系统是以压缩空气把大量物料输送至较远距离的一种节能高效的输送方式。
其气源常采用压缩风机。
空分单元的氮气经过高压之后，通过粉煤给料罐进行加料，然后再与粉煤相混合后，调节形成煤流。
煤流在获得相应速度和密度的前提下会保持相应的稳定状态，并且在没有干扰因素的情况下，其速度和密度会产生变化，流动阻力也会在这种条件下出现变化。
另外，如果干扰因素产生的影响程度比较大，煤流和氮气的混合不够均匀的情况下，输煤线路也会存在着明显的不稳定。
2 影响输煤线的主要条件2.1 煤种变化 煤种变化一般指的是原料煤种出现的变化，最主要的一点是影响到其物化性质。
以常见的例子来看，粉煤的骨架密度就会有明显的变化，并且其条件还会在煤循环测试中影响到校正系数，实际的流量也会出现过高或过低的情况。
粉体密相管道气力输送特性研究
０ 引 言
粉 体密相 气力 输送 是 近年来 发展 起来 的一 种
输送 技 术 ， 由于其 输 送 速 度低 、 能耗 小 、 送 浓 度 输 高等 优 点 ， 在工 业领 域得 到 了广泛 的应 用 。
密 相气 力输 送 受 到 散 料 （ 即粒 子 群 ） 动 行 流 为影 响 ， 研究 粉体 性 能 与密 相 气 力 输 送 特性 的关 系， 具有 十分 重要 的 意义 。 密相气 力输送 阻力 特 性 的研究 及 数值 模拟 近 些年取 得 了新 的进 展 ， 目的在 于揭示密 相气力输 送 过程 的规律 ， 为密相 气力输送 系统设计 奠定 基础 。
（ 国核 电 力规 划设 计 研 究 院 ， 京 １０ ９ ） 北 ００ ４
摘
要 ： 文 重 点 评 述 了物 料 特 性 对 密 相 气 力 管 道 输 送 特 性 的影 响 ， 统 地 探 讨 了密 相 气 力 输 送 阻 力 特 性 、 本 系 数
值模拟近些年取得的研究进展 ， 最后 对存 在的问题及研究的方 向提 出意见 。 关键词 ： 物料特性 ； 密相 ； 粉体 ； 阻力特性 ； 数值模拟
实验 数 据 进 行 回归 ¨ 。大 体 可 分 为 ： 降 比模 压
型 、 验公 式 、 经 附加 压降 模 型 、 平衡模 型 等 。 力
２ １ 压 降 比模 型 ．
文献 ［ ］ 现 ， 含 水 率 （ ＜１％ ） 加 ， ３发 随 Ｍ ０ 增 煤 粉壁 摩擦 系数 和黏 性力 增大 ， 动性 降低 。 流 文献 ［ ］ 验发 现 如 图 ３， ７实 随着煤 粉 含水 率 增
含水 率是 物料 流 动特 性 的重 要 参 数 ， 粉 体 对 摩擦 特性 、 动性 、 流 分散 性等 起着 重要 作用 。
自动成栓阀解决气力输送堵灰应用
自动成栓阀解决气力输送堵灰应用（华润电力（常熟）有限公司周亚东）摘要：浓相气力输送系统在燃烧煤质变差，超出原设计出力时，灰质也会相应变差，此时气力输送系统容易出现堵管，出力降低，造成电除尘积灰跳闸，严重影响机组运行安全。
而加装自动成栓阀后，自动成栓阀可自动在堵灰处加气进行疏通，有效的解决了气力输送的堵管问题。
关键词：浓相气力输送系统自动成栓阀堵管灰质1原气力输送系统简介1.1系统配置华润电力（常熟）有限公司3×650MW机组除尘器采用浙江菲达环保股份有限公司的双室四电场静电除尘器，每台炉的电除尘器设有四个电场共32个灰斗。
电除尘器每个灰斗下设1台输送MD泵，一电场的MD泵有效容积为2.26m3，二电场的MD泵有效容积为1.27m3，三、四电场的MD泵的有效容积均为0.25m3。
1.2系统配置气力输送系统采用的是英国克莱德设计的正压浓相输送系统，以1台炉为1个输送单元，每个单元设2根输灰管，1根粗灰管，1根细灰管。
电除尘器一电场设1根粗灰管，电除尘器二、三、四电场设1根细灰管。
每台炉的飞灰输送分为5组，电除尘器一电场为2组，每侧1组，每组4台仓泵；二、三、四电场各为1组，每个电场为1组，每组8台仓泵。
每台炉的飞灰输送将按照程序依次进料输送，同一时间内2根输灰管允许同时输送，而同一根输灰管只允许其中的一组系统在输送，其余各组处于关闭状态，或在进料或在等待。
每台炉设2根输灰管，输灰管采用不变径形式，灰管为φ219×8的厚壁无缝钢管组成；除尘器灰斗即3号炉最远点至灰库水平距离为590米，升高约32米，每根管道含11个弯头，输灰管在灰库顶上设有气动切换阀，电除尘器一电场的干灰（粗灰）输送到粗灰库内，电除尘器二、三、四电场的干灰（细灰）输送到细灰库或粗灰库内。
每根灰管经库顶切换阀均可进入2座灰库，1号炉的粗灰可以进1、2号粗灰库；2号炉的粗灰可以进2、3号粗灰库； 3号炉的粗灰则可以进1、3号粗灰库，每台炉的细灰可进入细灰库，也可进入与每炉相对应的粗灰库。
粉体密相气力输送理论与技术进展
粉体密相气力输送理论与技术进展行业知识 2009-10-07 13:53 阅读46 评论1字号：大中小综述了密相气力输送的理论，并对目前开发的密相气力输送装置进行了介绍，分析了各种形式装置的技术指标及性能，为进一步完善密相输送理论和开发新型密相气力输送装置奠定了基础。
关键词气力输送；固气比；输送速度粉体气力输送是一项利用气体能量输送固体颗粒的古老而有效的技术，迄今已有100多年的历史。
在粉体气力输送的发展历史中，尤其是近几十年，粉体的气力输送技术有了突飞猛进的进步。
在稀相悬浮式气力输送方面，不同行业的研究者研究水平均已达到较高层次，在某些参数计算及其输送机理方面都已达成了共识。
稀相悬浮式气力输送技术在建材、冶金、化工等行业有了广泛的应用。
理论与实践都证明粉体的气力输送具有机械输送所不具备的优越性，如设备简单、布置灵活、易于收尘等等，但同时，这种稀相悬浮式气力输送的不足之处也逐渐引起了人们的注意，如所需功率较大，是斗式提升机的2～4倍，是带式输送机的15～40倍；管内料速快，一般约在20～30m/s，造成管道磨损十分严重；气固分离量大等［1］。
这些弊端给气力输送研究人员提供了又一研究课题——开发一种能耗低、固气比大、气固分离量小、性能更优越的输送技术。
近期逐渐兴起的密相气力输送技术引起了气力输送研究人员的极大兴趣。
密相气力输送技术主要是指栓流气力输送，粉料在输送管中不再散开，而是形成料栓、依靠料栓两端的静压差向前移动，具有低速、密相及低动力指数的特点，而且由于材料的磨损与流速的二次方或三次方成正比，因此气流速度的减小大大延缓了材料的磨损。
随着固气比的提高，气力输送的动力指数显著下降，是一种更理想的输送方式［2］。
本世纪初，尤其是六、七十年代，密相气力输送的研究达到了高潮，不同领域的学者对密相气力输送的理论进行了探讨，得到了许多有价值的研究成果，并开发了形式多样的密相气力输送装置。
1密相气力输送的流动模型机理1.1密相气力输送的定义关于密相气力输送的定义或密相与稀相的划分界限，至今尚未形成统一的看法，比较典型的主要有以下几种说法［3］：(1)固气比大于10，15，25或80时，可以认为是密相气力输送；(2)物料的体积浓度大于40%，50%时，可以认为是密相气力输送；(3)气力输送时，物料充满管道的一个或多个断面时，可以认为是密相气力输送；(4)Dixson等认为：对于水平输送，气体量不足以使所有物料处于悬浮状态时，可认为是密相输送状态；对于垂直输送，有颗粒回落现象，即可认为处于密相气力输送状态；(5)用目前广泛使用的Zenz相图对气力输送进行分类。
栓流密相气力输送系统动态参数之间关系的研究
的变 化 曲线 ， 可 以 知 道 何 时 有 料 栓 或 气 栓 通 过 就 及料 栓 或气 栓通 过该 点 的时 间 。通 过测 量 给定 距 离 的两 点 的压 力一 时 间 曲 线 ， 可得 到 料 栓 通 过 就
这两 点 的 时间差 ， 而 计算 出料 栓速 度 、 长及 两 从 栓
Ｖ０ ． ５ Ｎ ． １ １ ｏ １ Ｍａ ． ０ ２ ｒ２ ０
栓 流 密 相 气 力 输 送 系统 动态 参 数 之 间关 系 的研 究 ’
罗 驹 华 高 敬 国 ，
（ ． 城 ７学 院 理 化 测 试 中 心 ， 苏 盐 城 １盐 － 江 ２４０ ； ． 安 建 筑 科 技 大 学 粉体 研 究 所 ， 西 西 安 ２０ ３２ 西 陕 ７０５ ） １０５
作 者 简 介 ： 驹 华 （９２）男 ， 北 天 门 市人 ， 城 工 学 院 讲 师 ， 职 博 士研 究 生 。 罗 １７ － ， 湖 盐 在
维普资讯
第 １ 期
罗驹华等 ． 栓流 密相 气力输送 系统动态参数 之间关系 的研究
・１ ・ ３
点 的压 降 。测试 系统如 图 ２所 示 。
１ 试 验
１ １ 试 验 物 料 ． 水 泥 （ 水率 ０ ７ 壁 摩 擦 角 ２ ．。 内摩 擦 含 ．％ ５ ５，
角 ３ １， 量平 均 粒 径为 ２ ．０ ｎ 。 ４．。质 ５ ２ ／ ） ａ
｛ 式 泵 仓
料 仓
＇ ｜ 、 ＿
１ ２ 试 验 装 置 ． 仓式 泵 输送 压 力 为 ０ ２ Ｐ ， 刀压 力为 ０ ３ ．５Ｍ ａ 气 ．
Ｍ ａ 输送 管 径 为 ３ Ｉ 。 Ｐ， ２１ Ｈ Ｔ Ｉ
２ 结 果 与 讨 论
气力输送技术的应用及其在煤粉输送领域的研究进展
气力输送技术的应用及其在煤粉输送领域的研究进展摘要：本文首先介绍了气力输送技术的分类，主要分为烯相气力输送和浓相气力输送两类，然后系统地评述了气力输送技术的应用进展，主要包括在节能环保气力输送设备和垃圾废弃物的处理两方面的应用进展，最后着重介绍了气力输送技术在煤粉输送领域的研究进展。
关键词：气力输送密相输送煤粉流化风量管段压降一、研究背景气力输送，有时又叫做气流输送，它是指以气体为载体，在一个密闭的管道内利用气流的能量，从而可以沿着气体的方向路线不断运送一些颗粒状的物料，气力输送的原理主要是应用了流态化技术。
气力输送技术因其设备密闭环保安全，操作简单方便，在轻工、能源、建材、冶金、化工、水泥、粮食加工、发电等领域有着广泛的应用，因此得到了各国工业领域的高度重视和关注。
气力输送技术主要分为烯相气力输送和浓相（密相）气力输送两种类型。
与烯相气力输送技术相比较，浓相气力输送技术具有下面几个较为突出的优势：（1）浓相气力输送过程中，固气比高，从而使排出的废气量减少，减小了环境的污染。
（2）密相气力输送设备简单，设备布置方便，运行可靠，占地面积小，维修工程量很小，设备的投资、保养和维护费用少，从而减少了企业成本年运行费用。
（3）密相气力输送过程中物料对输送管的磨损比较小，从而延长了输送管的使用寿命，节省了工厂设备的投资，一般磨损较小的输送管道使用寿命可以达到20年之久。
（4）密相气力输送设备自动化程度高，易于实现无人管理的全自动控制，从而节省了人力物力等大量的资源。
（5）物料散装，不需要包装，使得卸料方便灵活效率高，费用低，从而减少了运输成本。
二、气力输送技术的应用进展工业废气废水的任意排放以及生活垃圾的随意丢弃，使得人们对环保也越来越重视，这就要求气力输送设备能够高效、环保、节能、安全。
针对以上要求，气力输送技术的发展主要有以下几大应用进展。
1节能环保气力输送设备为了解决日益恶化的环保问题，人类一直以来主要致力于研究高效节能的输送装置，这就要求输送装置可以长距离运输，并且具有较大的输送量但是能耗较低，所以现在科学家们已经研究出了一种把密封、耐压的旋转叶片式供料器与压力发送罐组合在一起的气力输送装置，这种输送装置在输送过程中稳定可靠并且还能保证物料的质量。
粉体气力输送
粉体气力输送简介粉体气力输送是一种利用气流将固体颗粒材料输送的技术。
它适用于煤炭、水泥、化工原料等领域。
粉体气力输送具有输送效率高、成本低、操作灵活等优点，在工业生产中得到了广泛应用。
工作原理粉体气力输送的工作原理主要是利用气流的力量将粉体颗粒材料从一个地点输送到另一个地点。
其中，气流对粉体的输送起到至关重要的作用。
其主要工作过程如下：1.通过搅拌器或压缩空气装置产生气流，气流经过传输管道送到输送点；2.将粉体颗粒材料通过装有气动输送装置的料仓注入传输管道；3.在传输管道中，气流将粉体颗粒材料悬浮并推动其向前输送；4.粉体颗粒材料到达目标地点后，通过气流的减速和分离，粉体颗粒材料被沉降下来，并被收集或进一步处理。
优点和应用粉体气力输送具有如下优点：1.输送效率高：气流的强大推动力可以将粉体颗粒材料快速、高效地输送到目标地点，提高工作效率；2.成本低：相比于其它输送方式，粉体气力输送不需要额外的动力驱动装置，降低了设备运行成本；3.操作灵活：粉体气力输送可以根据不同的需求和工艺要求进行调节和控制，增加了操作的灵活性；4.适用范围广：粉体气力输送适用于多种颗粒材料，包括煤炭、水泥、化工原料等。
粉体气力输送在以下领域得到了广泛应用：1.煤炭工业：粉煤灰等粉末状物料可以通过气力输送系统进行处理和输送；2.水泥工业：水泥、石灰石等粉末状物料可以通过气力输送进行混合、输送等工艺操作；3.化工工业：化工原料、催化剂等粉末状物料可以通过气力输送进行输送和反应等操作；4.粮食加工工业：麦粉、玉米粉等粉末状物料可以通过气力输送进行加工和分装等操作。
注意事项使用粉体气力输送技术时，需要注意以下事项：1.控制气流速度：气流速度的选择对粉体输送效果有很大影响，需要根据具体的物料特性和输送距离进行调节；2.排气处理：在粉体到达目标地点后，需要对气流进行处理，以便去除悬浮在气流中的细小颗粒，防止对环境造成污染；3.定期清理管道：粉体气力输送过程中，管道内会有一定的积存物，需要定期清理，以防止积存物对输送过程的影响；4.检测粉体含水率：粉体的含水率对输送效果有一定影响，需要定期检测和控制。
高压密相气力输送煤粉流动状态识别方法
高压密相气力输送煤粉流动状态识别方法高鹤明;晏克俊;刘君【摘要】高压密相气力输送中煤粉流动状态的识别及其监测对于煤气化的安全稳定运行具有重要意义.提出一种基于阵列式静电传感器实现高压密相气固两相流动状态识别的新方法.采用EMD方法对阵列式静电传感器各电极静电信号分别进行多尺度分解,并对得到的多尺度静电信号进行样本熵和能量比计算,通过分析各电极静电信号的多尺度样本熵和多尺度能量比的分布实现对流场内颗粒流动稳定性及其状态的识别.试验结果表明:阵列式静电传感器多尺度样本熵的一致性能够表征密相气固两相流动状态的稳定性,多尺度能量比的一致性能够表征管内颗粒分布的状态;并且还揭示了静电信号低尺度分量(1,2尺度)包含悬浮流动颗粒信息,高尺度分量(3尺度以上)包含沿管底流动颗粒信息.%The stability and monitoring of dense-phase pneumatic conveying of pulverized coal under high pressure has a significant meaning for coal gasification engineering application.A novel array electrostatic sensor based method was presented to achieve the recognition of the flow stability and flow regime of dense gas-solid two-phase flow.Multi-scale decomposition was firstly performed for the electrostatic signals of every electrode of the array electrostatic sensor by EMD,and the sample entropy and energy ratio were calculated for every scale electrostatic signal component.Finally through the comparison and analysis of the multi-scale sample entropy and multi-scale energy ratio,the recognition of the particles flow stability and flow regime was achieved.The experimental results indicated that the consistency of the multi-scale sample entropy of the array electrostatic signals presents thestability of dense gas-solid two-phase flow,and the multi-scale energy ratios present the particles distribution and flow regime within pipeline;the low-scale compo nents (1,2 scale) of the electrostatic signal contain the information of the suspended particles flow,and the high-scale components (3 scale above) contain the information of the great particles group flow along the bottom of the pipe.【期刊名称】《煤炭学报》【年(卷),期】2017(042)003【总页数】7页(P775-781)【关键词】静电传感器;颗粒荷电;气固两相流;多尺度;样本熵【作者】高鹤明;晏克俊;刘君【作者单位】西安理工大学机械与精密仪器工程学院,陕西西安710048;西安理工大学机械与精密仪器工程学院,陕西西安710048;西安理工大学机械与精密仪器工程学院,陕西西安710048【正文语种】中文【中图分类】TQ546高压密相气力输送煤粉是气流床加压气化技术的关键技术之一，其具有输送效率高，载气流速低，对管壁磨损小，有利于气化炉内反应物气化等诸多优点[1-3]。
气力输送的应用分析及发展前景分析论文
气力输送的应用分析及发展前景分析论文气力输送的应用分析及发展前景分析论文气力输送装置是在管道内利用气体作为承载介质，将物料从一处输送到另一处的完全密闭的输送设备，它具有设备简单、结构紧凑、占地较小、安全可靠。
输送效率较高等优点。
但是它的能耗高，对输送物料的粒度、粘性、温度等有一定要求，影响广泛使用。
对一般松散的颗粒状、粉状物料均可采用气力输送。
随着工农业生产的发展，物料的流动日趋频繁，由于制造工艺的进步，气力输送的技术有了巨大的进展。
随着输送对象范围的不断扩大，装置的结构愈来愈完善，装置的形式更是层出不穷。
1 气力输送装置的一般型式一般所说的气力输送装置型式，是按空气在管道中的压力状态来区分，可分为负压吸送式和正压压送式两类。
1. 1 负压吸送式引风机械装在系统的末端，当风机运转后，整个系统形成负压，这时，在管道内外存在压差，空气被吸入管道。
与此同时，物料也被空气带入管道，并被输送至分离器，在分离器中，物料与空气分离，被分离的物料，由分离器底部的旋转出料器卸出。
空气被送到除尘器净化，净化后的空气经风机排入大气或循环使用。
1. 2 正压压送式这种装置系统的部件比吸送式复杂，风机装置在系统的进料端进行压送，由于风机装在系统的前端，因而物料便不能自由地进入管道，必须用密闭的加料装置。
当风机开动以后，管道内的压力便高于大气压力，这时，物料从料斗经旋转加料器加入管道，随即被压缩空气输送至分离器中。
在分离器中，物料与空气分离，并由旋转出料器卸出，空气则经除尘器净化后排入大气。
2 气力输送的类型气力输送系统使用范围广，并且，输送物料的特性相差较大，物料的特性对其气力输送是否成功和能否达到应有效率具有很大的影响，不同种类物料的特性不同，而同一种类的物料也不一定具有相同的气力输送特性，不同的'物料必须有不同的特性的装置来适应，因此，气力输送装置的品种十分繁多、复杂。
概况起来，整个气力输送系统，可以分为稀相气力输送系统、密相动压气力输送系统、密相静压气力输送系统、筒式气力输送系统。
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收稿日期:1999-04-27作者介绍:高敬国,男,1970年11月生,工程师。
1992年毕业于西安建筑科技大学硅酸盐专业,1999年同校研究生毕业,获工学硕士学位。
先后从事过10余个水泥厂的工艺设计及设备设计、水泥预热分解系列技术的开发、密相气力输送理论的研究及开发等工作,已发表论文5篇。
目前正担负国家“九·五”攻关课题———水泥厂密相气力输送设备的开发及研究工作。
粉体密相气力输送理论与技术进展高敬国,徐德龙,赵江平(西安建筑科技大学粉体工程研究所,陕西西安 710055)摘 要 综述了密相气力输送的理论,并对目前开发的密相气力输送装置进行了介绍,分析了各种形式装置的技术指标及性能,为进一步完善密相输送理论和开发新型密相气力输送装置奠定了基础。
关键词 气力输送;固气比;输送速度粉体气力输送是一项利用气体能量输送固体颗粒的古老而有效的技术,迄今已有100多年的历史。
在粉体气力输送的发展历史中,尤其是近几十年,粉体的气力输送技术有了突飞猛进的进步。
在稀相悬浮式气力输送方面,不同行业的研究者研究水平均已达到较高层次,在某些参数计算及其输送机理方面都已达成了共识。
稀相悬浮式气力输送技术在建材、冶金、化工等行业有了广泛的应用。
理论与实践都证明粉体的气力输送具有机械输送所不具备的优越性,如设备简单、布置灵活、易于收尘等等,但同时,这种稀相悬浮式气力输送的不足之处也逐渐引起了人们的注意,如所需功率较大,是斗式提升机的2～4倍,是带式输送机的15～40倍;管内料速快,一般约在20～30m /s ,造成管道磨损十分严重;气固分离量大等[1]。
这些弊端给气力输送研究人员提供了又一研究课题———开发一种能耗低、固气比大、气固分离量小、性能更优越的输送技术。
近期逐渐兴起的密相气力输送技术引起了气力输送研究人员的极大兴趣。
密相气力输送技术主要是指栓流气力输送,粉料在输送管中不再散开,而是形成料栓、依靠料栓两端的静压差向前移动,具有低速、密相及低动力指数的特点,而且由于材料的磨损与流速的二次方或三次方成正比,因此气流速度的减小大大延缓了材料的磨损。
随着固气比的提高,气力输送的动力指数显著下降,是一种更理想的输送方式[2]。
本世纪初,尤其是六、七十年代,密相气力输送的研究达到了高潮,不同领域的学者对密相气力输送的理论进行了探讨,得到了许多有价值的研究成果,并开发了形式多样的密相气力输送装置。
1 密相气力输送的流动模型机理1.1 密相气力输送的定义关于密相气力输送的定义或密相与稀相的划分界限,至今尚未形成统一的看法,比较典型的主要有以下几种说法[3]:(1)固气比大于10,15,25或80时,可以认为是密相气力输送;(2)物料的体积浓度大于40%,50%时,可以认为是密相气力输送;(3)气力输送时,物料充满管道的一个或多个断面时,可以认为是密相气力输送;(4)Dixson 等认为:对于水平输送,气体量不足以使所有物料处于悬浮状态时,可认为是密相输送状态;对于垂直输送,有颗粒回落现象,即可认为处于密相气力输送状态;(5)用目前广泛使用的Zenz 相图对气力输送进行分类。
以上的几种方法,都不同程度地存在着缺陷。
对于用固气比进行定义,Yoko ta 曾明确指出,即使在相同输送方式和输送条件下,输送固气比也随物料物性、输送速度、输送距离而改变,其意义只能是相对的。
其它学者Kram brook ,Geldart 和Ling 等亦认为仅靠固气比来定义是不完善的[4];对于用体积浓度来定义,K .Konard [3]指出堆积空隙率为70%的物料很难以物料浓度大于30%输送,因此用体积浓度来定义是有缺陷的。
上述的第三种说法及第四种说法显然是有矛盾的。
第四种定义的范围较广,而且所描述的运动状态又非密相输送所专有。
第三种说法虽比较严格,但显然无法解释密相动压输送所第5卷第5期1999年10月中 国 粉 体 技 术China Powder Science and TechnologyVol .5No .5October 1999表现出来的密相流动特征,因此第三种说法可能会显得过于狭窄。
Zenz 相图较准确地描述了气力输送的流动特征,在Zenz 相图上对气力输送进行分类似显得更加明确。
1.2 密相气力输送的流动模型及机理从流动形式来分,密相气力输送可分为栓塞式气力输送及非栓塞式密相气力输送两种。
非栓塞式密相气力输送主要是密相动压输送,物料在管道内非均匀分布,成密集状态,但管道并未被物料堵塞,因而仍然是靠空气动能来输送。
一般气流输送速度为8～15m /s ,固气比范围一般在30～70之间[1]。
栓塞式气流输送一般是密相静压输送,是指物料在输送管道内堆集成料栓。
料栓之间充满了空气,完全依靠两端的静压差推动前进。
这种输送方式气流速度在8m /s 以下,输送压力一般为0.2M Pa 左右,固气比在25～250之间[5]。
本世纪初,不同行业的学者开始研究密相气力输送,对其流动模型及机理进行了探讨,取得了许多有价值的成果。
1.2.1 非栓塞式密相气力输送的流动模型大部分理论和实验对非栓塞密相气力输送考虑的是完全悬浮流,但My ler 和Klinizing 的实验发现,即使在稳定的水平管稀相流动时,上层固体质量流率与下层相比也不应忽略。
而且Konard 与洪江等发现,输送管道内存在着滑动床与悬浮层,并建立了水平气固分层流动模型,如图1所示。
并认为,稳定分层流动时,悬浮颗粒易集中于滑动床表面,层间剪切力是滑动床移动的主要驱动力[6]。
图1 水平气固分层流动模型1.2.2 栓塞式密相气力输送的流动模型及机理K .Komard 和Davison ,富田上潼研究了典型栓流的流动机理,建立了流动模型。
森川和迁裕等则对内重管式栓流即非典型栓流的流动机理提出了自己的见解,并建立了重管栓流的流动模型。
通过考查前人的流动机理及模型,发现基本上在水平管密相输送的流动模型及机理研究上达成如下几点共识(如图2所示):(1)料栓前面的空气栓里,上层是分散的颗粒,下层是静止的料层;(2)料栓向前移动时,堆起前面的静止料层,同时又在其后留下一定量的物料。
当料栓堆起的物料等于留下的物料时,料栓稳定输送;当这种平衡被破坏时,便可能形成长料栓或料栓破坏。
图2 料栓流动模型2 密相气力输送装置2.1 非栓塞式气力输送装置非栓塞式气力输送技术在工业中应用十分广泛,常用的工业设备主要有螺旋气力输送泵、仓式泵、流化罐式气力输送装置及紊流双套管系统。
(1)螺旋气力输送泵:主要是由节距逐渐减小的螺旋输送机及喷气室组成。
输送压力大约0.2MPa ,固气比约为30～40,输送速度在10～20m /s 之间。
(2)仓式泵:也称发送罐式气力输送装置,在水泥工业中应用最多的是下送料式发送罐,也就是单仓泵系统。
这种系统的料罐与输送管道通过牛角变径管连接,并在牛角变径管尾部引入输送空气。
在实际应用时,输送压力通常是0.5M Pa 左右,固气比为10～30之间,而且单仓泵是间歇输送。
(3)流化罐式气力输送:这种技术是将物料装于密闭的罐中,进行充气流化,而后进行压送。
从输送实例来看,所使用的平均压力一般是0.2～0.3MPa ,固气比为20～60。
(4)紊流双套管系统[7]:为了解决输送管道时常被物料堵塞的问题,在输送管道内加了一个较细的内套管,内套管沿途开了很多的小孔,此内套管无任何压缩空气供给设备。
当主管被堵塞时,主管中的空气被迫通过小孔进入内套管,从内套管的下一个小孔喷出,吹开堵着的物料,使输送继续进行。
输送管道内始终处于高度紊流状态。
在国外,几乎所有的单仓泵都装备了这种系统。
这种系统适用于短距离输送,固气比可达到100,管内空气的起始流速为2～6m /s ,适合输送松散比重为0.5～1.5g /cm 3,粒径为20～200μm 之间的物料。
总的看来,非栓塞气输送装置在实际应用中,固气比一般在30～70,气流速度为8～15m /s 之间,相对于栓塞式气力输送来讲还是有一定差距的。
36 ·Summary · China Powder Science and Technology 1999No.52.2 栓塞式密相气力输送装置栓流气力输送中,如何制栓是一关键技术。
60年代以来,国内外学者开发了众多的制栓方法,主要有机械成栓及气力成栓两种。
机械成栓法主要有挤压式、微料罐式、阶梯管式、旋转成栓器、料栓再生管、球式栓流输送等。
气力成栓法则有内重管式、外重管式、螺线管式、脉冲气刀式等几种成栓方法。
由于气力成栓相对机械成栓而言简单的多,控制也容易,因此密相气力输送多采用气力成栓法。
用气力成栓法的密相气力输送装置有单栓塞输送系统、重管式栓流输送系统及脉冲气刀式栓流输送装置。
(1)单栓塞输送系统:这种系统只通过压力仓中压缩空气压送物料,整个输送管道只有一个料栓。
输送压力大,输送距离短[1]。
挪威学者Silva [8]认为目前几乎没有几种物料适合这种输送方式。
(2)重管式栓流输送系统:这种系统有一旁通管与主管相通,通过旁通管上的小孔喷出的气流切割物料而成料栓。
其工作压力在0.15～0.3MPa 之间,料速为1～9m /s ,固气比在20～100之间。
(3)脉冲气刀式栓流输送系统[3]:这种系统是在输送管道的开始端用脉冲空气来切割物料而成料栓,如图3所示。
此系统的特点是固气比高、料速低。
就输送水泥为例,固气比可达到145,工作压力在0.1～0.2M Pa 之间,气流速度为3～10m /s ,其技术指标是十分优越的。
但是,此系统中的电磁阀等元件损坏较快。
另外,目前大部分的此类系统还不能实现连续输送。
图3 脉冲气力式栓流输送系统2.3 自动吹堵式输送系统的开发为了解决输送管道堵塞的问题,研究人员开发了二次空气系统,如图4所示。
此系统是通过压力传感器测定堵塞位置,并将信号反馈给自动控制系统,然后二次空气的阀门打开,使高压空气进入管道进行吹堵。
这种系统的运行情况很好,但由于沿管道装备了许多压力传感器及阀门,此系统的造价偏高[8]。
图4 二次空气系统总之,密相气力输送装置的开发,从开始至今,已出现了众多的形式,但仍存在着许多不足,在技术指标的提高及参数优化方面仍有许多工作有待进一步深化。
3 问题与展望(1)密相气力输送的理论研究有待进一步开展,以指导设备开发,尤其在理论参数的计算方面,定量关系式有待进一步给出;(2)气力输送技术应充分利用其他相关的先进技术,如自动控制技术、测量技术等;(3)材料物性对输送参数的影响研究也应加强。
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