大型低耗氣力輸送設備的研究與應用

1、live your life with your heart, and dont take the eyes of others as the yardstick.悉心整理助您一臂之力（頁眉可刪）大型低耗氣力輸送設備的研究與應用 我院承擔了科技部2002專項資金技術開發(fā)研究項目“大型低耗氣力輸送設備研究開發(fā)”，其成果項目db倉式泵。經實際應用表明，系統(tǒng)操作簡便，節(jié)能降耗顯著。本文分析對比不同類型的氣力輸送設備，并重點介紹db倉式泵的研究與應用。 1 不同類型氣力輸送裝置的分析比較 氣力輸送裝置主要有兩種類型：負壓抽吸式和壓送式，國內外粉粒狀物料的氣力輸送大多采用壓送式，其發(fā)送器結構主要分兩大類

2、，即螺旋泵和倉式氣力輸送泵。 1.1 螺旋泵 80年代引進了m型f-k螺旋泵的設計及制造技術。主要優(yōu)點是：螺旋軸采用雙支撐，出料口根據工藝要求可直接出料或左右側出料，密封采用油封及氣封，工作更為可靠。該泵用于連續(xù)輸送物料，并可在0-100額定輸送量下變量輸送，輸送過程無脈動，輸送量可達數百噸，在相同輸送量的前提下設備體積最小。因此，特別適用于干法水泥生產線的煤粉輸送，也適用于大型散裝水泥船用的水泥輸送。 螺旋泵屬懸浮式稀相輸送，輸送風速高，因此，其螺旋葉片及內襯磨損大，需經常更換；電耗約高于倉式氣力輸送泵30以上，在要求長距離大輸送量的工藝系統(tǒng)中不宜采用。 1.2 倉式氣力輸送泵 1.2.1

3、高壓懸浮式倉式氣力輸送泵 它結構簡單，幾乎沒有運動件，所以故障少，幾乎無噪音。以倉式泵為發(fā)送器的高壓懸浮式氣力輸送裝置，曾得到廣泛應用，由于其輸送風速高(末速2530ms)，因此管道磨損嚴重，混合比低，氣耗大，電耗高。70年代后，國內外科技工作者轉向低速、高濃度的氣力輸送技術研究，最大限度地降低管道磨損、提高混合比、降低氣耗，提高技術經濟指標。 1.2.2 脈沖栓流氣力輸送泵 工作原理是：將物料裝入栓流泵內，在壓縮空氣的作用下，物料經泵體排料口進入輸送管道，形成連續(xù)的較為密實的料柱。氣刀在脈沖裝置的控制下間歇動作，將料柱切割成料栓，在管道中形成間隔排列的料栓和氣栓，料栓在其前后氣栓的靜壓差作用

4、下移動，這種過程循環(huán)進行，形成栓流氣力輸送。 常見的氣力輸送是憑借輸送氣體的動壓進行攜帶輸送，而栓流輸送利用的是氣栓的靜壓差進行推移輸送，并且物料的流動是栓狀流，因此栓流的輸送速度可大大降低，耗氣量也隨之降低許多，系統(tǒng)及設備簡單。由于速度低，故所引起的摩擦和沖刷磨損大大降低。栓流泵系統(tǒng)具有低能耗、低磨損、高灰氣比和高輸送效率的特點。 但是脈沖栓流的輸送機理決定了對物料有嚴格要求，輸送距離受限(300m)，輸送量小(30th，顯然不能滿足當前市場急需的長距離大輸送量的氣力輸送需求。 1.2.3 雙套管紊流濃相氣力輸送 此技術為德國mamp;ouml;ller公司專利，我國在電廠粉煤灰的長距離大輸

5、送量氣力輸送系統(tǒng)中引進多臺(套)。 輸送原理：以倉式泵為發(fā)送器，與常規(guī)倉式氣力輸送主要不同點是該系統(tǒng)采用特殊結構的輸送管道，即在輸料管內增設另一小管道，小管道布置在大管道上部，小管道下部每隔一定距離開有扇形缺口，正常輸送時大管走料，小管主要走氣。壓縮空氣通過小管缺口流出產生紊流效應，不斷擾動物料進行低速輸送，工作原理示意見圖1。 圖1 雙套管紊流濃相氣力輸送系統(tǒng)工作原理 當輸料管道內出現被輸送物料局部聚積時，流通截面減少，此時輸料管道內壓力高于輸氣管內壓力，存在一個壓力差，因此需對輸氣管內加壓。當輸氣管內壓力高于開口處的輸料管道內壓力時，則輸氣管內壓縮空氣輸入輸料管道內，對聚積物料進行分割吹散

6、后輸送。當輸料管道內壓力與輸氣管內壓力平衡時，兩者之間氣流不交流，故輸料管道能保持平穩(wěn)輸送。 據資料介紹其優(yōu)點為： 系統(tǒng)適應性強，可靠性高。 低流速、低磨損，初速為26ms，末速約15ms，平均流速10ms左右。 電耗低：常規(guī)輸送電耗710kwh(t km)，而該系統(tǒng)為46kwh(tkm)。 輸送距離遠：達1000m以上。 1.2.4 助推式高濃度氣力輸送 美國空氣動力公司研制的助推式高濃度氣力輸送系統(tǒng)，以倉式泵為發(fā)送器，在輸料管道上按一定間隔距離安裝若干只助推器，輸送用氣并不全部加入倉泵，加入倉泵的空氣只是起到將物料推進料管的作用，另外的空氣通過助推器直接加入管道，被輸送的物料在管道中呈集團

7、流或栓流，運動速度低、混合比高、耗氣量小。 1.2.5 db倉式氣力輸送泵 它是我院研發(fā)的多功能型濃相流態(tài)化氣力輸送設備，其特點： （1）倉泵容積大(18m3)輸送量大(單泵輸送水泥120th)，工作次數少，因而故障率更低。 (2) 管式低阻型內部流態(tài)化裝置使流態(tài)化區(qū)域大且穩(wěn)定，輸送混合比高。 (3)管道的變徑設計，保證了輸送氣流速度低(初速5ms左右，末速為1016ms)，磨損小，電耗低(輸送距離1500m 條件下，3.6kwh(tkm)。 (4)當輸送距離1000m 時，在輸料管道上按一定間隔距離安裝若干只助推器，可減少泵體的充氣量，并避免管道發(fā)生堵塞。 2 db倉式泵的主要研究內容 2.

8、1 內配管及流態(tài)化裝置的設計 db倉式泵的內部結構設計是否合理，對泵的輸送性能影響很大。經多年探索及應用實踐，對高存氣性和低透氣性粉料(如水泥、生料和粉煤灰等)充分流態(tài)化的必要條件進行了總結。根據物料性質、泵容量大小和輸送距離，制定內部配管的直徑及流態(tài)化充氣管的面積。流態(tài)化管外部的透氣材料為低阻、憎水性強、高強度和致密的合成纖維材料，為保持良好的工作狀態(tài)，需要定期檢查及更換。對高存氣性物料只需少量氣體即可取得良好效果，流態(tài)化后的物料其摩擦角一般小于與管壁的摩擦角。經多臺泵運行實踐的觀察及計算，管道平均氣流速度可降至10ms左右，與常規(guī)懸浮式氣力輸送相比，由于輸送氣流速度(v)的降低，而混合比（

9、）提升，總風量(q)下降，輸送中摩擦阻力(f)下降，則空壓機功率（n）消耗下降。 n kqf (1) 由于氣流速度降低，管道磨損()大幅度減小。 v34 (2) 2.2 變徑輸料管道的設計及應用 在中長距離氣力輸送時，隨著輸送距離的延長，管道內氣體膨脹。當輸料管道初端、尾端管徑相同時，管道初端壓力高，氣體密度大，輸送到尾端壓力降低，氣體密度減小，管道的輸送風速則越來越大。管道內壓力與速度的變化見圖2。 圖2 管道內壓力與速度的關系 圖3 氣流速度與壓力損失的關系 由于管道磨損量與風速的34次方成正比，因此風速的增加勢必帶來管道磨損量的急劇增加。 穩(wěn)定輸送段壓力損失為最小時氣流速度的確定是管徑選

10、擇的基礎數據，圖3表示氣流速度與壓力損失的關系。普遍規(guī)律為在穩(wěn)定輸送段有壓力損失為最小時的氣流速度vmin ，當選擇的氣流速度大于vmin時，壓力損失隨之增高，管道磨損加重，且電耗增加；反之，若低于vmin時，則壓力急劇增高，物料沉積直至堵管。經多年實踐的總結，對高存氣性和低透氣性的粉料，在流態(tài)化濃相輸送中，為減少管道磨損，采用分段變徑輸送管，變徑后的風速降低幅度與管徑幾何比的平方成正比，因此擴大管徑是一種行之有效的管道降速方法。 對不同粉料和不同的輸送距離，管道如何變徑以及變徑點的選擇是關鍵問題。它涉及到最低輸送風速的選擇，對不同的輸送方式，最低風速又有不同要求。由于氣固兩相流在管道內流動狀

11、態(tài)相當復雜，至今沒有一套完整的計算式供設計直接使用。db倉式泵根據輸送距離的不同、物料性質的變化及輸送量的不同，所采用的vmin較常規(guī)方式大約可降低3040。vmin值乘以適當的修正系數，即為實際選擇最佳氣流速度的基準，可作為變徑管道末速選擇的依據。 對長距離氣力輸送的輸料管道，一般可選擇34次變徑，管徑自進料端至出料端逐漸增大。變徑點的選擇(即變徑的管道每段長度)是按經驗公式得出的，即按公式(3)確定每段管道的壓力坡降值(即每100m的壓力降p)。 ik10-3 (3) 式中： i壓力坡降； k管徑系數； 管道內氣流平均速度，ms； 速度系數； 質量混合比； 混合比系數。 當輸送管道末速確定

12、后，該段管道的初速根據輸送物料性質的不同，可設定最低允許的初速。當輸送管道末速確定后，根據壓縮機供風量即可確定管道的直徑d。 輸料管道的變徑及分段的計算，國內外各大公司方法不盡相同，變徑及分段是否恰當，直接影響系統(tǒng)工作的安全性及經濟性。保證管道輸送的最佳風速、運行阻力小、不堵管、混合比高、管道磨損小、電耗低是最終考核指標。 2.3 泵體進料機構設計具有安全連鎖功能 進料機構工作可靠性直接影響泵的運轉率，根據物料性質及工作溫度(210)首選軟密封結構。進料閥閥體與氟基橡膠構成密封，它工作可靠，密封性好，安全、壽命長。閥體通過長、短搖臂及單向氣缸控制開關。當泵內送料結束且壓力降為0時，進料閥才能打

13、開。泵因故障停機，只要泵內有壓力，進料閥就不會打開，安全連鎖保證安全。經實踐考驗，該結構特別適應泵的安全運轉，密封件正常使用壽命在2年以上(24h工作)。 2.4 人性化操作設計 2.4.1 氣電聯合控制 該系統(tǒng)的執(zhí)行閥全部由氣動閥完成，如進料閥的執(zhí)行機構由單向氣動閥完成；流態(tài)化及加壓閥的執(zhí)行機構由氣動截止閥完成。而執(zhí)行機構的控制由電磁閥完成(大多采用smc產品)，充分利用了電磁閥動作靈敏、速度快、壽命長(可靠工作100萬次以上)的優(yōu)點，又發(fā)揮了氣動執(zhí)行閥工作可靠、對粉塵不敏感(相對電磁閥)的優(yōu) 勢。這種以電控閥為先導閥，以氣動閥作為執(zhí)行機構的聯合控制系統(tǒng)為人性化操作提供了可靠的執(zhí)行保障。 2

14、.4.2 壓力檢測及稱重系統(tǒng)的應用 （1) 該裝置采用sailsors(美國)壓力變送器檢測泵內壓力，精度高，可在高粉塵工況條件下正常工作，壓力信號可遠程傳輸。通過二次儀表可數字顯示正常輸送壓力值，并可設定低壓倉空信號輸出，控制器開啟壓力信號及超壓報警(開啟防堵裝置)，延時后自動停機。 （2) 設置toleto(美國)稱重系統(tǒng)。它的壓力稱重傳感器由固定、半浮動、浮動三組組合模塊構成，檢測精度高，靜態(tài)精度可達1，通過二次儀表可數字顯示瞬時輸送量及累積輸送量，并具有打印功能。 通過以上配置： 根據工藝要求，通過二次儀表的數字顯示可直觀顯示出設定的泵裝料量，并可以準確稱重，發(fā)出倉滿信號。 輸送過程中

15、，通過二次儀表的數字顯示，直觀觀察輸送量的瞬時變化、壓力瞬時變化及輸送時間的變化，及時考查出系統(tǒng)的工作特性優(yōu)劣。 根據泵的工作特性曲線，可方便及時調整各自配管的控制閥開度，使泵能在最大程度的節(jié)能、降耗工況下工作。 對單泵及累積輸送量可數字顯示或進行打印記錄。 2.5 多功能型與助推器的應用 根據輸送工藝的不同，輸送物料的性質差異，如高存氣性、低透氣性物料或低存氣性、高透氣性物料的不同，該泵可以懸浮式、流態(tài)化濃相輸送，增加節(jié)能閥后可以栓狀濃相輸送。 為保證氣力輸送的可靠性及最大限度節(jié)能，輸送管每隔一定間距增加助推器。在保證管道氣流最低速度輸送時，一旦堵管，通過助推器增加空氣量，使物料在管道中平穩(wěn)

16、輸送。 3 db倉式泵在水泥行業(yè)的應用 （1) 溧陽水泥廠將原水泥輸送系統(tǒng)的機械輸送全部改為db倉式泵管道輸送，輸送距離200m，輸送量50th，實際輸送電耗為1kwht。經8年的運行和技術跟蹤，運轉率95以上，維修費用低，不足原機械輸送的13。 （2) db倉式泵用于海拔1450m 的蒙西高新材料公司、海拔2450m 的青海水泥廠及海拉爾蒙西水泥公司輸送水泥，輸送量均在100th以上。 （3）組合式db倉式泵應用于溫州鐘山水泥股份公司輸送水泥，總輸送量達300360th。 （4) 2005年 在天瑞集團周口水泥有限公司成功實現輸送電廠粉煤灰至水泥廠，輸送距離1 268m(當量長度1504m)

17、，輸送量56.8th，電耗4.3kwht(3.6kwh(tkm)，達到了低速、低磨損、低電耗的目的。 4 使用db倉式泵技術經濟指標分析 4.1 天瑞集團周口水泥有限公司 4.1.1 管道磨損檢測結果 2006年8月26日用日本產ad-353b型超聲測厚儀對輸送管道(壁厚8mm)的磨損量進行了檢測，檢測精度為0.1mm，檢測約40個點，平均磨損量約0.6mm，沿程磨損較為均勻。用戶原認為粉煤灰的磨損嚴重，管道只能用一年。因系統(tǒng)設計合理、管道變徑準確、濃相低速輸送，管道磨損大大低于常規(guī)值，該管道預計可使用5年以上。 4.1.2 db倉式泵與mamp;ouml;ller氣力輸送的對比 在長距離粉煤

18、灰氣力輸送工藝線上，國內引進了十多條德國mamp;ouml;ller公司雙套管紊流濃相氣力輸送設備。在輸送工況相當的條件下，db倉式泵系統(tǒng)比mamp;ouml;ller系統(tǒng)空壓機裝機功率小，輸送風速低，混合比高，電耗低。性能指標對比數據見表1。 表1 db倉式泵與mamp;ouml;ller氣力輸送的性能對比 設備mamp;ouml;ller濃相雙套管紊流db倉式泵濃相流態(tài)化 應用廠家國內某電廠周口水泥有限公司 輸送距離m9341504(當量)，1268(實際) 輸送量(th)6556.8 風量(m3min)8540 功率kw500250 管徑mmdn200dn250dn350dn219dn245dn273n299 工作壓力mpa0.3250.280.3 末速(ms)14.710.6 初速(ms)136.8 平均風速(ms)13.88.7 混合比10.612.719.723.6 電耗(kwht)7.694.3 電耗 kwh(tkm)8.23.6 4.1.3 系統(tǒng)投資與經濟效益分析 采用db倉式泵系統(tǒng)總投資不足進口設備13圓滿完成整個工程建設。 與散裝車運輸方案相比，每噸節(jié)省運輸費約10元，每年輸送20萬t，可節(jié)約200萬元。 4.2 溧陽水泥廠 全廠水泥采用db倉式泵氣力輸送