大型低耗气力输送设备的研究与应用.docx

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大型低耗气力输送设备的研究与应用

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大型低耗气力输送设备的研究与应用

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大型低耗气力输送设备的研究与应用

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　　我院承担了科技部2002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25～30m／s），因此管道磨损严重，混合比低，气耗大，电耗高。

70年代后，国内外科技工作者转向低速、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（＜30t／h＝，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MÖLLER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：

①系统适应性强，可靠性高。

②

　　低流速、低磨损，初速为2～6m／s，末速约15m／s，平均流速10m／s左右。

③电耗低：

常规输送电耗7～10kWh／（t·

　　km），而该系统为4～6kWh／（t·km）。

④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＞120t／h），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5m／s左右，末速为10～16m／s），磨损小，电耗低（输送距离＜1500m

　　条件下，3.6kWh／（t·km）＝。

　　（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10m／s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（μ）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∝K·Q·F

（1）

　　由于气流速度降低，管道磨损（Δ）大幅度减小。

　　Δ∝V3～4

（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3～4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30％～40％。

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。

　　对长距离气力输送的输料管道，一般可选择3～4次变径，管径自进料端至出料端逐渐增大。

变径点的选择（即变径的管道每段长度）是按经验公式得出的，即按公式（3）确定每段管道的压力坡降值（即每100m的压力降ΔP）。

　　i＝K·υχ·μу×10-3（3）

　　式中：

　　i——压力坡降；

　　K——管径系数；

　　υ——管道内气流平均速度，m／s；

　　χ——速度系数；

　　μ——质量混合比；

　　у——混合比系数。

　　当输送管道末速确定后，该段管道的初速根据输送物料性质的不同，可设定最低允许的初速。

当输送管道末速确定后，根据压缩机供风量即可确定管道的直径D。

　　输料管道的变径及分段的计算，国内外各大公司方法不尽相同，变径及分段是否恰当，直接影响系统工作的安全性及经济性。

保证管道输送的最佳风速、运行阻力小、不堵管、混合比高、管道磨损小、电耗低是最终考核指标。

　　2.3 泵体进料机构设计具有安全连锁功能

　　进料机构工作可靠性直接影响泵的运转率，根据物料性质及工作温度（≤210℃）首选软密封结构。

进料阀阀体与氟基橡胶构成密封，它工作可靠，密封性好，安全、寿命长。

阀体通过长、短摇臂及单向气缸控制开关。

当泵内送料结束且压力降为0时，进料阀才能打开。

泵因故障停机，只要泵内有压力，进料阀就不会打开，安全连锁保证安全。

经实践考验，该结构特别适应泵的安全运转，密封件正常使用寿命在2年以上（24h工作）。

　　2.4 人性化操作设计

　　2.4.1 气电联合控制

　　该系统的执行阀全部由气动阀完成，如进料阀的执行机构由单向气动阀完成；流态化及加压阀的执行机构由气动截止阀完成。

而执行机构的控制由电磁阀完成（大多采用SMC产品），充分利用了电磁阀动作灵敏、速度快、寿命长（可靠工作100万次以上）的优点，又发挥了气动执行阀工作可靠、对粉尘不敏感（相对电磁阀）的优

　　势。

这种以电控阀为先导阀，以气动阀作为执行机构的联合控制系统为人性化操作提供了可靠的执行保障。

　　2.4.2 压力检测及称重系统的应用

（1）

　　该装置采用Sailsors（美国）压力变送器检测泵内压力，精度高，可在高粉尘工况条件下正常工作，压力信号可远程传输。

通过二次仪表可数字显示正常输送压力值，并可设定低压仓空信号输出，控制器开启压力信号及超压报警（开启防堵装置），延时后自动停机。

（2）

　　设置TOLETO（美国）称重系统。

它的压力称重传感器由固定、半浮动、浮动三组组合模块构成，检测精度高，静态精度可达1‰，通过二次仪表可数字显示瞬时输送量及累积输送量，并具有打印功能。

　　通过以上配置：

　　①根据工艺要求，通过二次仪表的数字显示可直观显示出设定的泵装料量，并可以准确称重，发出仓满信号。

②

　　输送过程中，通过二次仪表的数字显示，直观观察输送量的瞬时变化、压力瞬时变化及输送时间的变化，及时考查出系统的工作特性优劣。

③

　　根据泵的工作特性曲线，可方便及时调整各自配管的控制阀开度，使泵能在最大程度的节能、降耗工况下工作。

④

　　对单泵及累积输送量可数字显示或进行打印记录。

　　2.5 多功能型与助推器的应用

　　根据输送工艺的不同，输送物料的性质差异，如高存气性、低透气性物料或低存气性、高透气性物料的不同，该泵可以悬浮式、流态化浓相输送，增加节能阀后可以栓状浓相输送。

　　为保证气力输送的可靠性及最大限度节能，输送管每隔一定间距增加助推器。

在保证管道气流最低速度输送时，一旦堵管，通过助推器增加空气量，使物料在管道中平稳输送。

　　3 DB仓式泵在水泥行业的应用

（1）

　　溧阳水泥厂将原水泥输送系统的机械输送全部改为DB仓式泵管道输送，输送距离200m，输送量50t／h，实际输送电耗为1kWh／t。

经8年的运行和技术跟踪，运转率95％以上，维修费用低，不足原机械输送的1／3。

（2）DB仓式泵用于海拔1450m的蒙西高新材料公司、海拔2450m

　　的青海水泥厂及海拉尔蒙西水泥公司输送水泥，输送量均在100t／h以上。

　　（3）组合式DB仓式泵应用于温州钟山水泥股份公司输送水泥，总输送量达300～360t／h。

　　（4）20xx年

　　在天瑞集团周口水泥有限公司成功实现输送电厂粉煤灰至水泥厂，输送距离1

　　268m（当量长度1504m），输送量56.8t／h，电耗4.3kWh／t（3.6kWh／（t·km）），达到了低速、低磨损、低电耗的目的。

　　4 使用DB仓式泵技术经济指标分析

　　4.1 天瑞集团周口水泥有限公司

　　4.1.1 管道磨损检测结果

　　20xx年8月26日用日本产AD-353B型超声测厚仪对输送管道（壁厚8mm）的磨损量进行了检测，检测精度为±0.1mm，检测约40个点，平均磨损量约0.6mm，沿程磨损较为均匀。

用户原认为粉煤灰的磨损严重，管道只能用一年。

因系统设计合理、管道变径准确、浓相低速输送，管道磨损大大低于常规值，该管道预计可使用5年以上。

　　4.1.2 DB仓式泵与MÖLLER气力输送的对比

　　在长距离粉煤灰气力输送工艺线上，国内引进了十多条德国MÖLLER公司双套管紊流浓相气力输送设备。

在输送工况相当的条件下，DB仓式泵系统比MÖLLER系统空压机装机功率小，输送风速低，混合比高，电耗低。

性能指标对比数据见表1。

　　表1 DB仓式泵与MÖLLER气力输送的性能对比

　　设备MÖLLER浓相双套管紊流DB仓式泵浓相流态化

　　应用厂家国内某电厂周口水泥有限公司

　　输送距离／m9341504（当量），1268（实际）

　　输送量／（t／h）6556.8

　　风量／（m3／min）8540

　　功率／kW500250

　　管径／mmDN200／DN250／DN350DN219／DN245／DN273／N299

　　工作压力／MPa0.3250.28～0.3

　　末速／（m／s）14.710.6

　　初速／（m／s）136.8

　　平均风速／（m／s）13.88.7

　　混合比10.6～12.719.7～23.6

　　电耗／（kWh／t）7.694.3

　　电耗／[kWh／（t·km）]8.23.6

　　4.1.3 系统投资与经济效益分析

　　采用DB仓式泵系统总投资不足进口设备1／3圆满完成整个工程建设。

　　与散装车运输方案相比，每吨节省运输费约10元，每年输送20万t，可节约200万元。

　　4.2 溧阳水泥厂

　　全厂水泥采用DB仓式泵气力输送，输送离200m左右，年输送30万t水泥，平均电耗1kW左右，经统计，每年维修费只有几千元。

　　5 结束语

（1）DB仓式泵的技术性能先

　　 进，可以替代进口设备，扭转长距离大输送量气力输送设备依靠进口的局面，可应用于建材、电力、化工、钢铁、交通等行业的距离、大输送量的粉粒状物料气力输送。

（2）采用DB仓式泵输送粉煤灰、干排电石渣粉；矿渣粉等，对节能减排、综合利用再生资源、发展循环经济、节约土地、环境保护均可发挥重要作用。

　　（3）无粉尘，无噪声，人性化操作，改善工作环境提高劳动生产率。

　　（4）DB仓式泵与常规悬浮式气力输送设备相比风速低，磨损小，电耗低，设备运行可靠，维修量少，经济效益明显。

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