气力输送概论要点Word文档下载推荐.docx

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大多数现有系统的输送量是以物料的粒径实际上限80mm在1到1000t/h的范围内获得。

当设计物料输送系统时，应该考虑气力输送技术，和相对于其他输送系统做出评价。

2、能够输送什么？

大多数粉粒料能采用气力输送。

表1是已经被成功气力输送的物料的名单。

最大

70mm的石头，活鸡和加工制成的零部件也能采用气力输送技术。

通常，所输送物料拥有更大的尺寸和更高的密度，就需要采用更高的气体速度和更多的动力要求。

一般建议[2]输送管道的内径至少3倍于（最好10倍）最大的粒子尺寸以避免管道拥堵。

自由流动、无磨损和无纤维物料是气力输送理想的选择对象。

低速气力输送技术的发展已经容许有粘性的、磨损性的和易碎的物料进行输送（也就是无破碎）。

3、气力输送系统

一套气力输送系统由四个明显的区域组成（见图2），每个部分均需仔细匹配的特殊设备用以获得成功的输送系统。

这些区域包括：

（a）供应输送气体的原动力机械；

（b）将物料喂入管道并与输送气体混和的装置;

（c）输送区域；

（d）气固分离区域；

表一：

典型气力输送物料列表

阿卡辛粒丸

糊精粉

聚苯乙烯粒子

氧化铝

清洁剂

聚苯乙烯粉

氟化铝

金刚石矿石

PVC粉

铝箔

磷酸二钙

油渣

氢氧化铝

狗食

碳酸钾

硅酸铝

白云石

氯化钾

硝酸铝

砂粉

硝酸钾

硫酸氨

羽毛

马铃薯片、冻马铃薯

无烟煤

长石

干马铃薯纤维

石棉

氧化铁

马铃薯淀粉

甘蔗渣

铁酸盐

黄铁矿石

酚醛塑料粉末

面粉

叶蜡石

大麦，新鲜的和发芽的

氟石

生料

重晶石

飞灰

石英粉

电解液粉

白明胶

石英石（80mm）

金属烟尘

玻璃纤维

生石灰

矶土，铁铝氧石

玻璃粉末

大米，米粉，谷壳

啤酒坚果

谷粉

黑麦（疏松的，紧密的）

斑脱土（火山灰分解的一种粘土）

片状石墨、石墨粉

盐

重碳酸钠

油脂

砂、预涂层砂

高炉灰

石膏

锯屑

蓝铜锍蓝粉

铁矿、铁黑

粗粒小麦粉

骨灰

高岭土，瓷土

硅土

糠,麸

Kisselguhr

熔渣、熔渣灰

黄铜屑

沥出物

矿渣、炉渣

碎砖

氧化铅

淤泥干粉

压坯块，粉状

干苔藓

肥皂粉、肥皂片

粗糠，粗麸

褐煤

铝酸钠

氯化钙

石灰（小于50mm

碳酸钠

氰氨化钙

含水石灰

氯化钠（桌盐）

碳黑

石灰石

硝酸钠

碳粉

菱镁矿石

过硼酸钠

干酪素

碳酸镁

硫酸钠

牛饲料

氟酸镁

三聚磷酸钠

玻璃纸碎片

玉米

煤烟

纤维素

氧化镁

淀粉

水泥、水泥渣

大理石粉

石尘

谷类

火柴

碎麦杆

粉笔

云母

糖，细白砂糖

木炭

奶粉

冰糖

黏土

氧化镍

硫磺

煤块

尼龙粒，切片，纤维

滑石、云母

钻矿砂

纸，碎纸

二氧化钛

可可豆、可可豆壳

豆粉

香烟

可可粉

花生壳

四氟化铀

咖啡粉

花生

尿素

咖啡豆

珠光体

蛭石

焦碳

泥煤，泥炭块

胡桃

Colmanite

泥煤，泥炭块（碎块，冻结的）

小麦、小麦尘

铜屑

磷酸盐粉

刨花

干椰子肉

沥青

干酵母粉

软木

沸石

玉米、玉米粉

石膏粉

锌焙砂

粗玉米面

聚乙烯

锌尘

棉花、棉花籽

聚脂，纤维，粒子

氧化锌

聚乙烯粒子

锆石

种类广泛的压缩机、通风机和鼓风机可用于输送用气体的供应。

原动力机械通常是气力输送系统的投资和运行费用中最昂贵的单件设备。

有关气力输送系统的设计需要确认所需气体流量和压力，是正压还是负压，保证输送的可靠和有效。

为了确保有效的设计，有必要了解管道内流动的压缩空气基本原理，连同一些特殊设备要求，比如气体干燥机，冷却机，滤油器等等。

气力输送时物料和输送气体的状态较为关键。

输送系统问题的产生主要是由于喂料装置特性和原动力机械与（或）管道输送特性之间的不匹配引起的，这将在后面的章节提到。

将物料喂入管道的主要问题在于喂料装置通常面临管道与储料仓之间存在的压差。

图3显示三种把物料从料仓送入有压力管道的喂料装置。

它们均能连续运行，并能控制物料进入管道的流量。

同时显示于图3的是一种吸嘴，用来将物料导入真空气力输送系统。

传统的旋转喂料器适用于喂料仓与管道间的最高压差在80kPa或100kPa时的场合

（取决于阀体的设计）。

旋转给料器的主要喂料问题是由于阀体的空气泄漏而导致物料难以填充转子格腔。

正确的下料装置能防止这些问题，同时也要看处理物料的料性。

为给定的产量选择合适尺寸的旋转给料器是最基本的，不合适尺寸的旋转给料器会引起气体泄漏从而导致下料困难并使管道内气体流动不稳定。

新式的旋转给料器能够承受300kPag的压力。

这些阀特别适用于密相低速的输送场合。

文丘里喂料器的压力在喉部是降低的，连同重力一起，促使物料进入输送管道。

这种类型的喂料器仅仅适用于压力约为10到20kPag的低压供气。

一些系统中的螺旋喂料器能够用来连续喂料到压力上限为250kPag的输送管道。

螺旋喂料器的动力要求是很高的，对某些物料的破碎也是一个问题。

许多用于正压系统的喂料装置同样适用于负压系统。

一套负压系统独特的喂料装置是吸嘴，它有许多不同型式。

对于细粉主要导入辅助空气稀释物料防止管道的堵塞。

这些吸嘴是由同心管道组成的；

内管用来输送气固混合体，外管确保粒子良好的带走。

由于在物料粒子间有足够的空隙允许气体通过，粗糙的粒子就能够被常规的末端开口的吸嘴“拾起”。

如图2所示，当物料喂入管道时，它们基本处于静止状态，需要采用有大动量的输送介质来提高物料速度。

将物料的速度提升到最终或末端速度需要有一定的管道长度（通常是有足够长度的水平或垂直的直管段）。

一旦加速，物料就进入由管道、弯头、变径管、换向器等组成的输送区域。

管道材质的选择取决于诸如输送压力要求、物料磨损性和物料物理性质等因素。

由于弯头引起流动方向的改变，故而物料通过弯头的时候将会减速。

弯头出口处有必要增设一再加速区域。

旋风分离器和袋式除尘器是普遍应用于管道末端气固分离的装置，如图4所示。

它

们通常安置于受料仓的顶部。

这些设备能够连续操作。

旋风分离器对于分离湿的或是无尘的粒料是很有必要的；

纤维过滤系统对于分离含尘物料或细粉是必要的；

而对于粒度分布较为宽广的物料来说，卸料到受料仓顶上安置的旋风分离器中并让含尘气体通过过滤器；

间歇运行的过滤器须由机械振动清扫，而脉冲反吹清扫对于连续运行是更为合适的。

4、气力输送的型式

气力输送系统可分类为不同的流动型式。

其中两种主要型式是：

（a）稀相输送；

（b）密相输送。

每种流动型式可按物料与空气的流量比率大小分类，其比率也被称为“固气比”：

_1

m*=msmf

（1）

然而，由于物料密度（Ps）和堆积密度（Pb）存在大量的变化，对于气力输送系统的概括性定义或比较来说，难于采用m*。

虽然如此，许多稀相的运行的范围为

0<

m*<

15，而密相通常是m*>

15。

图5所示的是典型水平流动模式示意图。

稀相输送可以被认为是一种完全的悬浮流，而密相输送通常被认为是非悬浮流。

然而，如图5所示,许多不同种类的密相（非悬浮流）依靠散料的料性和流动特性存在。

密相输送同样也能被定义为输送物料完全填满管道截面的一种输送方式。

稀相系统通常需要使用大量的高速气体。

气流依靠升力和推动力以离散粒子的形式

携带着物料。

参考图5中所述的“悬浮流”。

稀相系统是最为被广泛应用的气力输送系统。

由于稀相系统设计的相对简单性，它们同时也被频繁的应用在工业领域。

输送气体的速度减少到比保持粒子悬浮状态的临界值更小时，导致物料在输送管道的横截面形成不均匀的分布。

临界气体速度被称为是水平输送的跳跃速度，垂直输送时堵塞。

当水平管中的物料表面气体速度低于突变速度时，输送将会以低流量通过管道横截面的上部，在管道的剩余部分以高浓度低速度的形式填充。

有时沿管道的横截面会被填满，而有时只是部分被填满。

对于一些物料来说，在这些工况下输送将会导致巨大的力作用在管道上，使建筑物晃动，让输送变得极其嘈杂。

密相输送模式会在稳定的沙丘状流动到低速栓流间变化（如图5），取决于气体流速、料性、输送量、管道粗糙度和直径。

气力输送系统也可以按照提供气源的原动力机械的类型来分类。

例如，

（a）运行压力在—20kPag到+20kPag之间的风机系统（例如负压或者正压系统）;

（b）运行压力在—50kPag到+100kPag之间的正排量罗茨风机；

（c）运行压力最高到300kPag的单级压缩机；

（d）运行压力可到800kPag的高压压缩机。

5、基本气力输送系统

下列的系统或许是稀相或许是密相输送系统。

正压系统（图6）可称得上是最广泛

的气力输送装置。

正压系统非常适合于多个卸料点的场合，在单一点获取物料后输送到几个受料仓。

正压系统也能被设计为多点受料。

正压系统要求喂料装置能够将储存在压力为大气压的料仓内的物料导入有压力管道中。

根据输送距离、运行方式等等，运行压力高于500kPag的系统应选用正压系统。

一

台能够经受输送压力的有效的喂料装置对于正压输送系统的正常运行是很有必要的。

负压气力系统（图7）通常使用于将物料从几个投料点集中送到一个受料点这些系统在输送距离和输送量上有限制，最大可达到的压降大约是50kPa。

由于负压系统可以

无尘喂料故也能用作有毒或有害物料的输送，任何管道的泄漏正常情况下都不会导致环境的污染。

罗茨风机需要过滤装置以高度有效的保护，风机却无如此严格要求。

对于环境保护的日益增长的意识使得负压气力输送系统得到普遍的应用。

这些系统

的大小从小型的工业用移动清洁器到输送上限为1000t/h的船舶卸料系统（图8）。

将负压系统和正压系统的优势组合而成可得“吸吹”系统（图9）。

保持吸送管线尽

可能的短就能提供有效的物料输送系统。

实践证明真空系统和正压系统的流动力学存在

着差异。

确保负压和正压系统成功输送所需的“安全”表面空气速度的比较在表2中可

见。

注意这些速度仅仅涉及稀相输送。

表2不同堆积密度的物料在正压和负压系统中最小速度的比较（稀相）[5]

如图10所示，在闭环系统中输送气是循环的。

此系统用来输送有毒或放射性物料是非常合适的。

同样，此项技术允许输送气，比如氮气，在输送爆炸性物料时可循环。

到目前为止有关的采用通风机、鼓风机和压缩机的低压系统都能连续输送。

充气罐是高压系统的基本组成部件，能够运行在高达500kPag的压力（在某些特殊场合甚至能够达到5000kPag,比如气化煤）。

这样的系统（图11）是“间歇”型。

这些系统具有能够同时适应稀相和密相输送的优点。

对这些系统来说，充气罐是喂料装置，经过喂料器相关的压差问题已经被消除了。

充气罐作为喂料装置,物料的磨损和腐蚀现象减少了。

对于充气罐系统而言,物料输送是不连续的。

为了在一个输送循环中获得同等的连续输送量,输送量必须设置得更高些,如图12所示。

耗气量和管道尺寸是根据最大稳定状态物料输送量。

平均时间的和稳定状态的输送量之间的比率要尽可能的接近1,但通常在0.5到0.8之间变化。

有些方法可以提高这个比率,其中一些包括：

（a）增加阀门来减少“启动”瞬间和循环末端的排气时间;

（b）使用双充气罐（并行或串行）喂料到一条共同管道。

充气罐以并联方式（一前一后）和串联方式（一上一下）运行能获得连续的喂料。

6、气力输送的定量表示法

也许描述气固输送过程的最好方法是气力输送特性（PCC）oPCC提供给定物料通过

一段指定管道的定量表示法,可以被认为与泵、风机和鼓风机类似的“性能曲线”（如给定空气流量的压降和运行速度的压降变化）。

图13和图14各自所示的是水平和垂直流动的PCC的一般特征。

图15显示了飞灰通过一条52mmIDx71m长的低碳钢管时的气力输送特性。

给定管段的气力输送特性图是管道压降（△p）或压力梯度（△p/L）对表面气体速度（Vf）或物料输送量（mf）画出的曲线图。

如图15所示，△p指的是总管道压降（△pt）。

完整的气力输送系列包括稀相输送到密相输送都可在这样一张图上显示出来。

图13中的线AB表示单独在输送气水平管道上的摩擦损失。

当某个气体速度（Vf1）

时，物料以固定的喂料量（m“）导入管道中。

由于物料粒子上有拖拽力和粒子对管壁的相互作用，BC段的压降是增加的。

气体速度沿着CD段下降，引起粒子的速度一同下降，导致了更低的气固摩擦损失。

固气比（m*）同时增加。

D点代表了图上的临界点。

这是所有物料能以稀相悬浮输送的主要表面气体速度，以及导致的物料喂料量（ms1）。

D点

的表面气体临界速度称为水平风送最小气速。

为获得安全理想的稀相运行工况（如最小

△pt和mJ,系统应对气体表面速度进行调整，调整到稍稍比水平风送最小气速高些为佳。

气体速度略低于水平风送最小气速时导致物料的大量沉降，因而沿着管道底部生成了由物料堆积而成的“床”。

这引起摩擦阻力跃升至E点。

床层减少了流动区域，所以需要更高的气体速度来输送物料。

然而，需要注意的是在最小气速“跳跃点”的压力仅适用于单一尺寸的粒子（如：

塑料粒子）。

如果物料的粒径范围较广，在跃升点产生的一些较小的“跳跃”会引起“U形”ms曲线类似于图14中所示。

料床的特性是很重要的。

根据料性和压力的不同，可能形成两种类型的料床。

一种稳定的固定床是由固定的物料沉积于管道底部，当气速和输送量没有发生改变时料床保持着未接动的状态。

料床降低管道横截面和允许稳定的稀相流动于料床上。

对于有些物料，可以获得与稳定的密相流动模式时的料床相类似的移动床。

在这些情况下，气固流表现出了复杂性。

在管道的底部上，承载着物料的缓慢的移动床，与拥有更高速度的稀相混和物一起移动。

这些气固流往往是过渡性的，混合床转变为移动床或者移动床转变为混合床。

对于一些物料来说，此流动状况将会变得不稳定并且导致剧烈的压力波动或者管道堵塞。

在此情况下，密相输送将不太可能使用普通的或“传统的”管道。

然而，以更低的气体速度或者使用“旁通”管道就可能获得密相输送。

[4]

随着气速进一步的降低（EF线）物料流会在料床上部分形成悬浮流和部分形成料栓。

由于更高的固气比就意味着更高的压力。

同样在气力输送特性（图13,14和15）所显示的是为了获得更高的ms而产生的损失曲线。

不同物料的特性曲线形状是类似的。

重要的是连接每条ms曲线的最小压力线（一般称为最小压力曲线PMC）0这条线上移到右边表明在更高的输送量下速度也跟着增加，这对系统的设计者是非常重要的。

这就表明如果一个稀相系统设计成为了一种特定物料的输送系统，为获得更高的输送量对此系统需要改进，则输送速度即气体流量不得不增加（例如为了避免跳跃）。

水平管道和垂直管道中的两相流是有区别的。

垂直管（图14）存在一个点，称之为

堵塞点，与水平管的跳跃速度相似。

对有些物料来说堵塞并不会发生，从稀相到密相的转变是平滑扩散的[15]。

跳跃速度（水平流动）和堵塞速度（垂直流动）有明显的差异。

在表3中，水平管和垂直管的影响输送的最小安全气速也有较大的差异。

对于细粉料来说，水平输送的安全速度比垂直输送要大3到5倍。

这种差异对于粗粒料来说更小些。

7、系统磨损

在气力输送中能够预测磨损。

磨损的快慢取决于速度，管道/弯头的材质和散料的磨损腐蚀性。

关键的磨损区域是在管道的弯头处，由于较大的冲击力作用在“主要的”和“次要的”磨损点。

根据[9]，石化工业中管道系统中的腐蚀构成了机械设备设计运行的主要问题，是造成设备不定期停产的主要原因。

在采矿业中，腐蚀也是一个煤矿石气力输送和通往锅炉的碎燃料供给线中的主要问题。

现在采用不同的弯头类型和管壁材料能够使腐蚀最小化。

表3不同堆积密度和粒径的物料在垂直和水平管道中的最小安全气速『见原文』腐蚀在直管段上不算主要问题。

然而，如果管道未对准或管道表面不规则，则腐蚀将会很明显。

磨损的主要区域集中在过渡管段，如弯头、换向阀、阀和其他分支管件。

磨损状况的大小表明输送物料和管材间的硬度差异，和散料粒子输送速度。

磨损率与速度的指数n成正比，2<

*6[14],通常采用平均数n>

3。

图16[12]显示速度对管道弯头腐蚀磨损的影响。

如果速度较高，则轻度磨损性的粒料有可能获得不能令人满意的磨损率。

正确设计密相系统能够减少磨损，对于稀相系统也有潜在的解决方法。

一般情况下，系统中在气固分离前的“最后”一个弯头将是由于磨损导致的“第一”个磨穿的部位。

8、充气

如果沿着输送管道对散料持续地充气，那么输送对于大多数物料和输送模式来说是有效和可靠的。

然而，运用气体沿管道推动一段经过脱气的料栓（为了某些原因）可称之为“机械推动”，此处动压与料栓长度的幂成正比，如图17所示。

将长料栓“切断”成许多更短的料栓将在很大程度上减少输送物料的所需压力，如图18所示。

气体能够穿透更短的料栓，使得物料气化，减少了粒子与管壁间的摩擦。

如

图17所示，输送压力与料栓长度的指数n成正比。

指数n的值取决于料性，取值范围1<

n<

2。

对于一连续输送系统，管道内气“腔”长度的增加就减少了料栓的数量，使得输送的距离达到更远（即对于一定的输送压力而言）。

9、空气辅助重力输送

在物料流动沿着重力方向直接落下的情况下，空气辅助重力输送机能够方便地对物料进行气化。

气动滑板能比气力管道输送系统更节省工厂投资和运行费用，并且以低速运行。

空气辅助重力输送能被认为是（超高）密相输送。

图19所示的输送机包括由多孔板隔开的通道，使得物料流动类似于流体的流动。

将少量低压的空气通入多孔板来“流化”物料，并且做成轻度倾斜的输送通道，随之引起的压力梯度使得物料流动。

空气重力输送机的宽度有100mm到800mm，长度可达几百米，输送量最高可达3000t/h。

最适合这种类型输送方式的物料是Geldart［13］“B组”物料（见图20）。

这些易于流化，当流化气关闭后，料床将会迅速崩塌，流动停止。

“D组”［13］物料能通过空

气重力输送机来输送，不过需要大量的流化气。

A组［13］物料易于流化，并能保存住空气，即使取消空气供应也能继续流动。

C组［13］物料是带粘性的粉料，不适合空气重力输送。

能够输送微有粘性的物料，前提是具备更为陡峭的通道斜度。

空气重力输送机尤其适合输送磨损性和易碎的物料。

10、系统性能

为达到一给定物料输送量的气力输送系统的性能取决于：

（a）管道直径；

（b）输送距离；

（c）输送最大压力。

输送物料的物理性质同样是很重要的。

料性对于输送量的主要影响是对于特定输送系统的固相密度设置了一个上限。

当优化系统输送条件时气体流量是重要的参数。

这决定于管径，管长以及压力。

当气体密度随着压力改变时，表面空气速度（Vf）或者体积流量（Qf）将会沿着管道改变（如沿着流动方向增加）。

举例来说，对于压降约为100kPa的正压系统，或者压力损失约为50kPa的负压系统，Vf沿管道总长将会产生双倍的b变化。

空气质量流量（mf）是比较不同系统的运行状况的一个有用的流动特性。

在稳定的工况下，此参数在不同的管段是一个常数（甚至沿着扩径或伸缩管道）。

管道直径对于物料输送性能的影响能从下列分析中得知。

方程

（1）可表达为：

ms=mfm

（2）

空气质量流量能以空气密度pf、表面空气速度Vf、管道截面积（nD2/4）作为函数来表达，这里D是管道内径：

mf二rfVf（「D2/4）（3）

2

ms二m*D（4）

扩大管道直径能迅速提高给定系统的生产能力。

为使m*保持常数，所需气量也随之

同比例增加。

输送物料的固气比取决于料性、有效管道压降、输送距离。

对于固定管道压降，部分压力得克服空气摩擦阻力，剩余压力用来沿管道输送物料。

图15所示的是飞灰的气力输送特性（PCC），该输送管道长度71m，内径52mm的低碳钢管道。

在空气流量达到ms线的左面时（也就是Vfi〜3.5m/s），物料流量就会变得不稳定，产生噪音，或者堵塞了管道。

该线可看作为这种物料和管道的可靠输送界限。

运用方程

（3）计算在这条重要的输送边界线上不同固气比时的空气密度和压降是可以实现的。

对于类似的气体速度，单一气体压力损失会随着管径的增加而减少，因此需要更大的压降比例来输送物