大型低耗气力输送设备的研究与应用

大型低耗气力输送设备的研究与应用 我院承担了科技部2021专项资金技术开发研究项目“大型低耗气力输送设备研究开发”，其成果项目DB仓式泵。经实际应用表明，系统操作简便，节能降耗显著。本文分析对比不同类型的气力输送设备，并重点介绍DB仓式泵的研究与应用。 1 不同类型气力输送装置的分析比较 气力输送装置主要有两种类型：负压抽吸式和压送式，国内外粉粒状物料的气力输送大多采用压送式，其发送器结构主要分两大类，即螺旋泵和仓式气力输送泵。 1.1 螺旋泵 80年代引进了M型F-K螺旋泵的设计及制造技术。主要优点是：螺旋轴采用双支撑，出料口根据工艺要求可直接出料或左右侧出料，密封采用油封及气封，工作更为可靠。该泵用于连续输送物料，并可在0-100额定输送量下变量输送，输送过程无脉动，输送量可达数百吨，在相同输送量的前提下设备体积最小。因此，特别适用于干法水泥生产线的煤粉输送，也适用于大型散装水泥船用的水泥输送。 螺旋泵属悬浮式稀相输送，输送风速高，因此，其螺旋叶片及内衬磨损大，需经常更换；电耗约高于仓式气力输送泵30以上，在要求长距离大输送量的工艺系统中不宜采用。 1.2 仓式气力输送泵 1.2.1 高压悬浮式仓式气力输送泵 它结构简单，几乎没有运动件，所以故障少，几乎无噪音。以仓式泵为发送器的高压悬浮式气力输送装置，曾得到广泛应用，由于其输送风速高(末速2530ms)，因此管道磨损严重，混合比低，气耗大，电耗高。70年代后，国内外科技工转向低速、高浓度的气力输送技术研究，最大限度地降低管道磨损、提高混合比、降低气耗，提高技术经济指标。 1.2.2 脉冲栓流气力输送泵 工作原理是：将物料装入栓流泵内，在压缩空气的作用下，物料经泵体排料口进入输送管道，形成连续的较为密实的料柱。气刀在脉冲装置的控制下间歇动作，将料柱切割成料栓，在管道中形成间隔排列的料栓和气栓，料栓在其前后气栓的静压差作用下移动，这种过程循环进行，形成栓流气力输送。 常见的气力输送是凭借输送气体的动压进行携带输送，而栓流输送利用的是气栓的静压差进行推移输送，并且物料的流动是栓状流，因此栓流的输送速度可大大降低，耗气量也随之降低许多，系统及设备简单。由于速度低，故所引起的摩擦和冲刷磨损大大降低。栓流泵系统具有低能耗、低磨损、高灰气比和高输送效率的特点。 但是脉冲栓流的输送机理决定了对物料有严格要求，输送距离受限(300m)，输送量小(30th，显然不能满足当前市场急需的长距离大输送量的气力输送需求。 1.2.3 双套管紊流浓相气力输送 此技术为德国Mamp;Ouml;LLER公司专利，我国在电厂粉煤灰的长距离大输送量气力输送系统中引进多台(套)。 输送原理：以仓式泵为发送器，与常规仓式气力输送主要不同点是该系统采用特殊结构的输送管道，即在输料管内增设另一小管道，小管道布置在大管道上部，小管道下部每隔一定距离开有扇形缺口，正常输送时大管走料，小管主要走气。压缩空气通过小管缺口流出产生紊流效应，不断扰动物料进行低速输送，工作原理示意见图1。 图1 双套管紊流浓相气力输送系统工作原理 当输料管道内出现被输送物料局部聚积时，流通截面减少，此时输料管道内压力高于输气管内压力，存在一个压力差，因此需对输气管内加压。当输气管内压力高于开口处的输料管道内压力时，则输气管内压缩空气输入输料管道内，对聚积物料进行分割吹散后输送。当输料管道内压力与输气管内压力平衡时，两者之间气流不交流，故输料管道能保持平稳输送。 据资料介绍其优点为： 系统适应性强，可靠性高。 低流速、低磨损，初速为26ms，末速约15ms，平均流速10ms左右。 电耗低：常规输送电耗710kWh(t km)，而该系统为46kWh(tkm)。 输送距离远：达1000m以上。 1.2.4 助推式高浓度气力输送 美国空气动力公司研制的助推式高浓度气力输送系统，以仓式泵为发送器，在输料管道上按一定间隔距离安装若干只助推器，输送用气并不全部加入仓泵，加入仓泵的空气只是起到将物料推进料管的作用，另外的空气通过助推器直接加入管道，被输送的物料在管道中呈集团流或栓流，运动速度低、混合比高、耗气量小。 1.2.5 DB仓式气力输送泵 它是我院研发的多功能型浓相流态化气力输送设备，其特点： （1）仓泵容积大(18m3)输送量大(单泵输送水泥120th)，工作次数少，因而故障率更低。 (2) 管式低阻型内部流态化装置使流态化区域大且稳定，输送混合比高。 (3)管道的变径设计，保证了输送气流速度低(初速5ms左右，末速为1016ms)，磨损小，电耗低(输送距离1500m 条件下，3.6kWh(tkm)。 (4)当输送距离1000m 时，在输料管道上按一定间隔距离安装若干只助推器，可减少泵体的充气量，并避免管道发生堵塞。 2 DB仓式泵的主要研究内容 2.1 内配管及流态化装置的设计 DB仓式泵的内部结构设计是否合理，对泵的输送性能影响很大。经多年探索及应用实践，对高存气性和低透气性粉料(如水泥、生料和粉煤灰等)充分流态化的必要条件进行了总结。根据物料性质、泵容量大小和输送距离，制定内部配管的直径及流态化充气管的面积。流态化管外部的透气材料为低阻、憎水性强、高强度和致密的合成纤维材料，为保持良好的工作状态，需要定期检查及更换。对高存气性物料只需少量气体即可取得良好效果，流态化后的物料其摩擦角一般小于与管壁的摩擦角。经多台泵运行实践的观察及计算，管道平均气流速度可降至10ms左右，与常规悬浮式气力输送相比，由于输送气流速度(V)的降低，而混合比（）提升，总风量(Q)下降，输送中摩擦阻力(F)下降，则空压机功率（N）消耗下降。 N KQF (1) 由于气流速度降低，管道磨损()大幅度减小。 V34 (2) 2.2 变径输料管道的设计及应用 在中长距离气力输送时，随着输送距离的延长，管道内气体膨胀。当输料管道初端、尾端管径相同时，管道初端压力高，气体密度大，输送到尾端压力降低，气体密度减小，管道的输送风速则越来越大。管道内压力与速度的变化见图2。 图2 管道内压力与速度的关系 图3 气流速度与压力损失的关系 由于管道磨损量与风速的34次方成正比，因此风速的增加势必带来管道磨损量的急剧增加。 稳定输送段压力损失为最小时气流速度的确定是管径选择的基础数据，图3表示气流速度与压力损失的关系。普遍规律为在稳定输送段有压力损失为最小时的气流速度Vmin ，当选择的气流速度大于Vmin时，压力损失随之增高，管道磨损加重，且电耗增加；反之，若低于Vmin时，则压力急剧增高，物料沉积直至堵管。经多年实践的总结，对高存气性和低透气性的粉料，在流态化浓相输送中，为减少管道磨损，采用分段变径输送管，变径后的风速降低幅度与管径几何比的平方成正比，因此扩大管径是一种行之有效的管道降速方法。 对不同粉料和不同的输送距离，管道如何变径以及变径点的选择是关键问题。它涉及到最低输送风速的选择，对不同的输送方式，最低风速又有不同要求。由于气固两相流在管道内流动状态相当复杂，至今没有一套完整的计算式供设计直接使用。DB仓式泵根据输送距离的不同、物料性质的变化及输送量的不同，所采用的Vmin较常规方式大约可降低3040。Vmin值乘以适当的修正系数，即为实际选择最佳气流速度的基准，可作为变径管道末速选择的依据。