粉、粒状固体物料气力输送技术

维普资讯 http://www.cqvip.com ・　４４・　硫磷设计与粉体工程　Ｓ　Ｐ＆ＢＭＨ　ＲＥＬＡＴＥＤ　ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ　２００２年第５期　粉、粒状固体物料气力输送技术　李　勇　（青岛科技大学机械工程学院，山东青岛　２６６０４２）　摘　要：近年来在粉、粒状固体物料输送领域中．气力输送技术已得到广泛应用和迅速发展。概　述这项技术的发展历史和现状．介绍其分类、优缺点及选用时考虑的因素，并对常用的负压式和正压式　气力输送系统．分别作了较详细的阐述。　关键词：气力输送；分类＋优缺点＋选用；现状　中图分类号：ＴＱ０２２．３；ＴＨ２３２　文章编号：１００９—１９０４（２００２）０５—００４４—０５　文献标识码：Ｂ　和脉冲单管输送。稀相气力输送装置的理论计算是　ｌ　概述　气力输送是利用气流作为载体，在管道中输送　将气～固两相流过程看成是气～固两相流态化过程　来进行的。我国学者秦雯光、李洪钟对物料颗粒在　垂直管和水平管中的流动做了较深入的研究　］。　粉、粒状固体物料。空气（或惰性气体）的流动由输　送管两端的压力差来实现，直接给输送管内的物料　颗粒提供移动所需要的能量。　气力输送系统要有气源。供料装置、输送管道　以及从输送空气中分离出被输送物料的分离设备等　部件的合理选择和布置，可使工厂的布局和操作更　为灵活。物料的流动速度可以控制和记录，因而可　以设计全自动控制的气力输送系统。　气力输送技术在工业上应用始于１９世纪上半　叶。第一次实际使用的气力输送系统是真空系　统，用于输送木屑和谷物。２０世纪初则更多地使　用正压系统，输送速度比较高，被输送的颗粒物　国外学者Ｚｅｎｚ、狩野武等也做过大量的研究工作，　并对一些物料的最佳料气比、管道压损和空气耗量　等进行计算　。］。计算结果将直接关系到气力输送　装置的性能、投资、生产费用及风机等附属设备的选　用。总之对于稀相输送，已经有了较为全面的、能用　于实际工程的理论计算公式。当然，由于物料特性　参数的不同，选择合适的计算公式是设计的关键。　对于密相动压、密相静压输送（脉冲输送），经过　实验已认识到输送功率与空气速度的平方成正比，　输送物料和输送管道的摩擦损失与输送速度的２～　３次方成正比。所以，对于这类气力输送装置，降低　气流速度、提高料气比是提高其输送效率的关键。　这类气力输送装置的压降计算公式也很多，但大多　料悬浮于气体中，称为稀相输送。有记载的是　Ｈ．Ｏａｓｔｅｒｓｔａｄｔ于１９２４年公开发表的论文。他提出　了描述空气流动及气一固混合物在输送管中流动压　降的理论规律。他的主要研究对象是颗粒体及谷物　（如小麦）。至今，当用于这类特性的物料时，他提出　的经验公式仍是正确的。　是计算水平管或垂直管压损的经验公式和经验数　据，而且使用范围也有一定的　］。　对于双管（内旁通管或外旁通管）间歇式压送，　由于其输送的不连续性和在输送中随机补气等非稳　态特性，至今尚未见有任何理论报道，但由于其一系　列的优点，这项技术得到了迅速的发展。对它的设　计大多以实际经验和经验公式或曲线为基础来进　现在许多诸如制药、食品、塑料、水泥、化工、建　材、采矿等工业部门，已普遍采用气力输送技术来输　送不同的颗粒物料，一般用于物料的贮存、运输、供　料及计量等工序。尽管这样，但至今这种输送方法　行。通常，生产厂家在设计适合于某种新物料的气　力输送系统前，要在中试装置进行输送试验，用户只　能从在气力输送的研究、调试中积累了丰富经验的　著名厂家所推荐的系统中进行选择。　仍没有形成一门完善的技术，其理论研究大大落后　于实际应用。许多气力输送理论只能应用于少数有　选择的物料，例如某些物料仅适用于稀相单管输送　维普资讯 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２００２年第５期　李　勇．粉、粒状固体物料气力输送技术　・４５・　２气力输送系统的分类　物料在输送管道中的流动状态实际很复杂，主　要随气流速度、气流中的物料量和物料本身特性等　的不同而变化。通常，根据输送管道中气流速度的　大小及物料量的多少，物料在输送管道中的流动状　态可分为两大类：一类为悬浮流，物料颗粒依靠高速　气流的动压而被推动；另一类为栓流，物料颗粒依靠　气流的动压或静压而被推动。除此之外，气力输送　系统的分类方法还有：按在输送管道中形成气流的　方法，可分为吸送式和压送式；按输送压力的高低，　可分为高压式和低压式；按发送装置的不同，可分为　机械式和仓压式；按输送管的配置形式，可分为单管　输送和双管输送，双管输送又分为内旁通管式和外　旁通管式；按气源提供方式的不同，可分为连续供气　和脉冲供气。　目前常将气力输送系统分为以下四种。　１、压力式气力输送系统　这种系统包括普通的吸送式、压送式和吸送、压　送组合式三种。物料在负压或正压状况下的空气流　中被输送。　２、机械式气力输送系统　这种系统是在输送管线的进口，通过特殊设计　的旋转供料器或像涡轮、螺旋一样的供料器，将空气　和物料混合后送人混合室与空气喷嘴喷出的气流接　触而被输送。这种系统要求的空气压力较高，产生　密集的料流。　３、高压式气力输送系统　这种系统中，物料加入发送装置的高压仓中，进　入此仓的高压空气引起物料流动并将物料送人输送　管输送，称为密相输送。工作压力越高，物料就能在　更高的浓度与更长的距离下被输送。　４、脉冲式气力输送系统　这种系统要求连续补充脉冲空气进入输送管　中，以确保被输送物料流态化，并沿整个输送线路流　动。　３气力输送系统的优缺点及选用　３．１　优点　１、与其他散状固体物料的输送设备相比，气力　输送系统是小颗粒固体物料连续输送最合适的输送　设备，同样也适于间断地将大量的颗粒物料从罐车、　铁路车辆和货船输送至贮仓。　２、可充分利用空间。带式输送机、螺旋输送机、　埋刮板输送机等输送机械实质上是朝一个方向输　送，而气力输送系统可以向上、向下或围绕建筑物、　大的设备及其他障碍物输送物料，其输送管可高出　或避开其他装置或设备所占用的空间。　３、所采用的各种固体物料输送泵、流量分配器　以及接受器的操作非常类似于流体设备的操作，因　此大多数气力输送系统很容易实现自动控制，由一　个中心控制台操作。　４、与其他散状固体物料的输送设备相比，其着　火和爆炸的危险性小。　５、一个设计比较好的气力输送系统常常是干净　的，并且消除了对环境的污染。在负压输送时，任何　一处的空气泄漏都是向内的，因此物料的污染就可　到最小。　３．２缺点　１、与其他散状固体物料输送设备相比，动力消　耗较大，特别是稀相气力输送系统。　２、使用受到。气力输送系统只能用于输送　干燥、无磨琢性、有时还需要能自由流动的物料。如　果成品不允许破碎，则脆性的、易于碎裂的物料不宜　采用稀相气力输送。除非是特殊设计，否则易吸潮、　结块的物料也不宜采用气力输送系统。易氧化的物　料不宜用空气输送，但可以采用带有气体循环返回　的惰性气体来代替空气。　３、输送距离受到。至目前为止，气力输送系　统只能用于比较短的输送距离，一般小于３００　ｍ，对较　黏的物料则更短，例如炭黑，目前只能输送２５０　ｍ。　４、物料特性如堆积密度、粒度、硬度、休止角、磨　琢性等的微小变化，都能造成操作上的困难。　３．３选用　在选用气力输送系统时，应考虑以下几个主要　方面：①物料形状，不同形状的物料与气力输送系统　类别的选用关系见表１　；②物料的粒度、堆积密　度、含水量等特性；③输送距离和输送速度；④技术　经济指标和总投资。　物料的性质决定其能否择用气力输送，物料性　质对气力输送系统运行性能的影响见表２。择用气　力输送的物料经过输送管道及其他辅助设备时必须　不会堵塞，而且必须能容易地从气体中分离出来。　为此，有必要在气力输送的中间试验装置对该物料　进行性能测试和试验，取得必要的设计依据。如果　试验时间短及缺少辅助设备或试验条件不同，都会　使中间试验数据的实用性受到。这一点必须在　设计选用时加以注意，但也不可否认中间试验数据　维普资讯 http://www.cqvip.com ・４６・　硫磷设计与粉体工程　Ｓ　Ｐ＆ＢＭＨ　ＲＥＬＡＴＥＤ　ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ　２００２年第５期　对气力输送系统的最终选定所起的作用。　表１　不同形状的物料与气力输送系统类别的选用关系　表２物料性质对气力输送系统运行性能的影响　物料性质　对运行性能的影响　密度、堆积密度　决定需要的功率与空气量　充气堆积密度　决定给料机的给料能力与料斗的容量　粒度　决定需要的功率、最小输送速度、粉尘收集方　式、给料机与除尘器的类型　吸水性与含水量　决定贮仓与料斗是否设导流器．是否要求空气　干燥与贮仓排空，贮存期问是否需要倒仓以及　给料机与除尘器的类型　ｐＨ值与腐蚀性　决定设备的材质．是否要求空气干燥与贮仓排　空　休止角　决定贮仓与料斗的类型　黏结性　决定输送系统与粉尘收集系统的类型，是否需　要空气干燥与贮仓排空　流动性　决定输送系统与料斗的类型，是否需要排气　硬度与磨琢性　决定输送系统的类型、给料机的类型及其材质　毒性　决定除尘系统的类型，贮仓与料斗的排气系统　４常用的气力输送系统　４．１负压式气力输送系统　负压式气力输送系统主要用于从若干个物料源　中的任何一个取料，并将物料输送到一个收集点。　它特别适合于卸料系统以及在加工系统中从几个料　斗中取料并输送到一条单独的加工线。　负压式气力输送系统（见图１）是利用安装在其　终点的罗茨风机或真空泵抽吸系统内的空气，在输　送管中形成低于大气压的负压气流。物料与空气从　起吸点吸嘴或料罐经过混合进入管道并输送到终点　的贮罐内。物料颗粒受到重力作用从气流中分离出　来，空气则经过除尘后通过风机排放到大气中。　图１　负压式气力输送系统示意　１、发送罐；２、旋转阀＃３、输送管＃４、二位分配器；５、压力开关＃　６、除尘器＃７、料位计＃８、贮罐＃９、罗茨风机　由于负压式气力输送系统的输送压差小，故仅　适用于短距离输送，例如有的橡胶厂与塑料厂用它　短距离（小于１０　ｍ）输送炭黑粉料与粒料。在负压　输送时，任何一处空气的泄漏都是向内的，这就消除　了粉尘飞逸外扬的可能性，保证了车间的清洁卫生。　负压式气力输送系统的进料方式比正压式气力输送　系统的简单，但对卸料器、除尘器的严密性要求高，　要求在气密条件下排料，致使这两种设备的构造较　复杂。由于除尘器泄漏而带出的物料会损坏风机，　可在主要除尘器与风机之间增加第二级除尘或将除　尘器串联，从而使带出的物料量最少。　负压式气力输送系统的输送距离有一定的限　制，这主要是由于输送距离越长，真空度就要越高，　空气密度变得越低，气固混合物必然很稀。一般，实　际的系统压力降限度是一４４　ｋＰａ。　分离设备和除尘器要设计成能经受住预计的真　空度，通常为一５４．７　ｋＰａ或更高。除尘器一般采用　压缩空气脉冲反吹型，因其具有体积小、结构简单，　可以实现较大的过滤风速，除尘效率高等优点。　４．２正压式气力输送系统　正压式气力输送系统是利用安装在其起点的风　机或空气压缩机，将高于大气压的空气通入供料装　置中，与物料混合后进入管道并输送到终点的贮罐　内，空气经过滤后排放到大气中。正压式气力输送　系统的输送压差大，适合于长距离、大容量输送。例　如输送炭黑时，输送距离最长可达２５０　ｍ。与负压　式气力输送系统相比，其空气净化较容易，但对空气　质量要求严格，且须防止杂质、水、油侵入系统。　维普资讯 http://www.cqvip.com ２００２年第５期　李　勇．粉、粒状固体物料气力输送技术　・４７・　正压式气力输送系统又分为低压式和高压式两　种。低压式气力输送系统的气源压力常低于０．０５　ＭＰａ，料气比小于５（颗粒料最大可达１５），气体临界　速度为１０￣２５　ｍ／ｓ。由此可见，其输送管道的磨损比　较大，物料的破碎率高、耗气量大，除尘器的负载大。　由于其输送管道通常用单管，无须在输送系统中用旁　通管补充空气，故又称单管式气力输送系统，见图２。　图２单管式气力输送系统示意　１、解包装置ｌ２、压送装置ｌ３、消音器ｌ４、罗茨风机ｌ５、旋转阀　６、喷嘴Ｉ７、输送管ｌ８、压力开关；９、二位分配器；ｌＯ、除尘器：　１１、料位计；１２、贮罐ｌ１３、风机＃１４、空气净化装置　单管式气力输送系统的输送能力大，系高速、连　续输送。由罗茨风机提供的压缩空气经净化后与物　料混合，从喷嘴喷人输送管。由压送装置下的旋转　阀控制进料速度与料气比，以做到稳定输送。它适　合输送粒状、块状、纤维状、片状等物料，但对粉状与　粉、粒混合状物料的输送，则比较困难。对输送黏性　物料常出现堵塞现象，例如输送半补强炭黑。　高压式气力输送系统的输送效率高、管道磨损　小、物料破碎率低、耗气量小，适合于长距离、大容量　输送。由于其输送料气比大、输送阻力大，一般需在　输送管中用旁通管补充空气，故又称双管式气力输　送系统，见图３。按旁通管与输送管相对位置的不　同，可分为内旁通管式与外旁通管式两种。一般多　采用外旁通管式，沿输送管线每隔５００～１　０００　ｍｍ　补充压缩空气，使物料在输送系统中途停止时，重新　启动后仍能正常输送。　双管式气力输送系统可以输送黏性较大的物　料，如炭黑；也可以输送氧化锌、碳酸钙、陶土等粉　料。现在国内的橡胶厂均已采用双管式气力输送系　统来输送炭黑。　按照用户要求，可在双管式气力输送系统的输　送管线上设置一些压力控制点，根据管道压力变化　而开启旁通管上对应的阀门，可进一步提高输送效　图３双管式气力输送系统示意　１、解包装置＃２、压送装置＃３、压力传感器ｌ４、气动截止阀ｌ　５、旁通管ｌ６、输送管ｌ７、压力开关＃８、二位分配器＃９、除尘　器ｌ１０、料位计＃１１、贮罐ｌ１２、风机　率，节约空气用量和输送时间。同时也可在旁通管　上增设调节阀，以适应不同的物料采用不同的气量、　速度进行输送，达到最佳的输送速度和最小的耗气　量。　双管式气力输送系统需要专用的压送装置，即　压送罐。输送管采用套管式结构，内衬防静电的橡　胶管。物料换向采用密封压力较高的二位分配器。　一般使用脉冲袋式除尘器，自动控制脉冲反吹清灰。　滤袋由防静电、防水、防油的“三防”滤布制作，防止　物料对滤袋的黏附，降低除尘阻力。贮罐上安装有　上、下料位计，监视物料在罐中的位置。罐上还安装　有压力开关和机械式正压阀作为过压保护。可将正　压阀通过连通管将所有贮罐串联在一起，防止在意　外情况下正压阀开启造成污染；正压阀串联后，贮罐　上的任何一个压力开关都对整个系统进行压力保　护，大大提高了系统的可靠性。　另一种双管式气力输送系统是脉冲式气力输送　系统，见图４。压缩空气通过气刀脉冲进入输送管，　将物料分隔成均匀的“柱塞”进行输送。控制气刀的　压缩　空气　图４脉冲式气力输送系统示意　１、解包装置，２、旋转阀，３、压送装置，４、脉冲阀｝５、事故管｝　６、输送管Ｉ７、压力开关ｌ８、二位分配器ｌ９、除尘器ｌ１０、料　位计ｌ１１、贮罐ｌ１２、风机　维普资讯 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・　４８　・　硫磷设计与粉体工程　Ｓ　Ｐ＆ＢＭＨ　ＲＥＬＡＴＥＤ　ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ　２００２年第５期　扬巴工程建筑物概念设计与思考　许羊扣　（江苏工业民用建筑设计院，江苏南京中图分类号：ＴＵ２４３．２　文章编号：１００９—１９０４（２００２）０５—００４８一ｏ３　２１０００８）　文献标识码：Ｃ　工业建筑常常以严实、肃穆的形体出现，原因是　多方面的。工业建筑的功能和经济原因是一个方　面，建筑师对工业建筑缺乏足够的想像力也是一个　不容忽视的因素。只注重功能而忽略建筑的艺术　尽相同。本文结合扬巴工程建筑物概念设计介绍我　们在工作中考虑的问题。　１、建筑物概念设计应具有一定的前瞻性　新材料、新技术、新工艺层出不穷，对现代建筑　产生着巨大的影响。这就要求建筑师能把握时代的　脉搏，并具有一定的前瞻性。要求在建筑物概念设　计中运用新的设计手法、新的设计理念，摆脱工业建　性，使建筑的立面、色彩、空间缺乏创意，单体建筑无　个性，群体建筑无主调，工业建筑成了生产和设备维　护结构的代名词。扬子一巴斯夫一体化有限责任公　司工程（以下简称扬巴工程）是一个大型联合生产装　置，为体现现代建筑的时代特征和现代工厂的花园　风貌，创造一流的生产工作环境，扬巴工程进行了建　筑物概念设计。概念设计是一个较新的字眼，是一　筑传统的那种厚重、笨拙的形象，创造出群体统一、　个性突出、轻松流畅的新的工业建筑形象。　２、建筑物概念设计应具有可操作性　建筑物概念设计应从功能出发，内容与形式相　一个特殊的设计阶段，目前人们对概念设计的理解不　脉冲时间和间隔用来调节“柱塞”长度和间距，以适　应不同物料对料气比和输送阻力的要求。通常，旁　通管在输送过程中不补充气体，只有发生堵管时，才　致，有着具体的内容和可操作性。不能只注重建　采用双管气力输送是最佳的选择。合理的设计、使　用、维护是保证气力输送系统正常工作的关键。　参考文献　［１］秦雯光，等．气力输送管的压降～密相和稀相垂直气力输送恒　速段压降的通用关联式［Ｊ］．化工机械，１９７７，（３）：２２￣３１．　［２］李洪钟．垂直气力稀相输送过程中压力降计算方法的探讨［Ｊ］　．人工开启旁通管上的阀门清管，故这种输送方式尤　其适用于在输送过程中始终能保持“柱塞”状的黏性　物料。对黏性小、易流动的粒料，由于在输送过程中　“柱塞”容易被气流击穿，造成“柱塞”长度、输送阻力　和料气比发生变化，因而输送不稳定。用于脉冲式　气力输送的输送管采用不锈钢管，内表面抛光，以防　止物料黏附，其输送压力比双管式气力输送系统的　压力还要高，最大可达０．５～０．６　ＭＰａ，料气比更大。　化学工程，１９７８，（２）：８３～８９．　［３］　Ｆ　Ａ　Ｚｅｎｚ，Ｄ　Ｆ　Ｏｔｈｍｅｒ．Ｆｌｕｉｄｉｚａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｆｌｕｉｄ—ｐａｒｔｉｃｌｅ　ｓｙｓｔｅｍ　［Ｍ］．１９６０：３３￣３６．　［４］狩野武．粉体粒子　举动［Ｊ］．产业技术七ｙ夕一，１９７６，１５　（１）：２１～２５．　［５］《化学工程手册》编辑委员会．化学工程手册第２Ｏ篇流态化　［Ｍ］．北京：化学工业出版社，１９８７：２３０￣２６４．　［６］张荣善．散料输送与贮存［Ｍ］．北京：化学工业出版社，１９９４：　２７４～３１５．　５　结束语　近年来，气力输送技术在各个领域得到迅速发　展和应用，但至今这种输送方法仍没有形成完善的　一［７］《运输机械设计选用手册》编辑委员会．运输机械设计选用手　册上册［Ｍ］．北京：化学工业出版社，１９９８：３５３～３７２．　门技术，其理论研究大大落后于实际应用。气力　输送系统的型式很多，其配置也不同。气力输送与　其他输送方式相比有一系列优点，它的选型除了考　虑经济性外，还与输送物料的特性有关。炭黑输送　作者简介：李勇（１９６２一），男，内蒙古卓资人，副教授，硕士，　主要从事气力输送与橡胶机械技术工作，共发表论文２Ｏ多篇，完成　省、部级科研项目３项。　（收稿日期：２００２—０５—１３）