我院承擔(dān)了科技部2002專項(xiàng)資金技術(shù)開(kāi)發(fā)研究項(xiàng)目“大型低耗氣力輸送設(shè)備研究開(kāi)發(fā)”，其成果項(xiàng)目——DB倉(cāng)式泵。經(jīng)實(shí)際應(yīng)用表明，系統(tǒng)操作簡(jiǎn)便，節(jié)能降耗顯著。本文分析對(duì)比不同類型的氣力輸送設(shè)備，并重點(diǎn)介紹DB倉(cāng)式泵的研究與應(yīng)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(fù)壓抽吸式和壓送式，國(guó)內(nèi)外粉粒狀物料的氣力輸送大多采用壓送式，其發(fā)送器結(jié)構(gòu)主要分兩大類，即螺旋泵和倉(cāng)式氣力輸送泵。
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???????????????????? 1.1? 螺旋泵
??? 80年代引進(jìn)了M型F-K螺旋泵的設(shè)計(jì)及制造技術(shù)。主要優(yōu)點(diǎn)是：螺旋軸采用雙支撐，出料口根據(jù)工藝要求可直接出料或左右側(cè)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(guò)程無(wú)脈動(dòng)，輸送量可達(dá)數(shù)百噸，在相同輸送量的前提下設(shè)備體積最小。因此，特別適用于干法水泥生產(chǎn)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(fēng)速高，因此，其螺旋葉片及內(nèi)襯磨損大，需經(jīng)常更換；電耗約高于倉(cāng)式氣力輸送泵30％以上，在要求長(zhǎng)距離大輸送量的工藝系統(tǒng)中不宜采用。
??? 1.2? 倉(cāng)式氣力輸送泵
??? 1.2.1? 高壓懸浮式倉(cāng)式氣力輸送泵
??? 它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，幾乎沒(méi)有運(yùn)動(dòng)件，所以故障少，幾乎無(wú)噪音。以倉(cāng)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(yīng)用，由于其輸送風(fēng)速高(末速25～30m／s)，因此管道磨損嚴(yán)重，混合比低，氣耗大，電耗高。70年代后，國(guó)內(nèi)外科技工作者轉(zhuǎn)向低速、高濃度的氣力輸送技術(shù)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(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。
??? 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(nèi)，在壓縮空氣的作用下，物料經(jīng)泵體排料口進(jìn)入輸送管道，形成連續(xù)的較為密實(shí)的料柱。氣刀在脈沖裝置的控制下間歇?jiǎng)幼?，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下移動(dòng)，這種過(guò)程循環(huán)進(jìn)行，形成栓流氣力輸送。
??? 常見(jiàn)的氣力輸送是憑借輸送氣體的動(dòng)壓進(jìn)行攜帶輸送，而栓流輸送利用的是氣栓的靜壓差進(jìn)行推移輸送，并且物料的流動(dòng)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(shè)備簡(jiǎn)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(diǎn)。
??? 但是脈沖栓流的輸送機(jī)理決定了對(duì)物料有嚴(yán)格要求，輸送距離受限(＜300m)，輸送量小(＜30t／h＝，顯然不能滿足當(dāng)前市場(chǎng)急需的長(zhǎng)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(shù)為德國(guó)MÖLLER公司專利，我國(guó)在電廠粉煤灰的長(zhǎng)距離大輸送量氣力輸送系統(tǒng)中引進(jìn)多臺(tái)(套)。
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???????????????????? 輸送原理：以倉(cāng)式泵為發(fā)送器，與常規(guī)倉(cāng)式氣力輸送主要不同點(diǎn)是該系統(tǒng)采用特殊結(jié)構(gòu)的輸送管道，即在輸料管內(nèi)增設(shè)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(kāi)有扇形缺口，正常輸送時(shí)大管走料，小管主要走氣。壓縮空氣通過(guò)小管缺口流出產(chǎn)生紊流效應(yīng)，不斷擾動(dòng)物料進(jìn)行低速輸送，工作原理示意見(jiàn)圖1。
??? 圖1? 雙套管紊流濃相氣力輸送系統(tǒng)工作原理
??? 當(dāng)輸料管道內(nèi)出現(xiàn)被輸送物料局部聚積時(shí)，流通截面減少，此時(shí)輸料管道內(nèi)壓力高于輸氣管內(nèi)壓力，存在一個(gè)壓力差，因此需對(duì)輸氣管內(nèi)加壓。當(dāng)輸氣管內(nèi)壓力高于開(kāi)口處的輸料管道內(nèi)壓力時(shí)，則輸氣管內(nèi)壓縮空氣輸入輸料管道內(nèi)，對(duì)聚積物料進(jìn)行分割吹散后輸送。當(dāng)輸料管道內(nèi)壓力與輸氣管內(nèi)壓力平衡時(shí)，兩者之間氣流不交流，故輸料管道能保持平穩(wěn)輸送。
??? 據(jù)資料介紹其優(yōu)點(diǎn)為：① 系統(tǒng)適應(yīng)性強(qiáng)，可靠性高。②
??? 低流速、低磨損，初速為2～6m／s，末速約15m／s，平均流速10m／s左右。③ 電耗低：常規(guī)輸送電耗7～10kWh／(t·
??? km)，而該系統(tǒng)為4～6kWh／(t·km)。④ 輸送距離遠(yuǎn)：達(dá)1000m以上。
??? 1.2.4? 助推式高濃度氣力輸送
??? 美國(guó)空氣動(dòng)力公司研制的助推式高濃度氣力輸送系統(tǒng)，以倉(cāng)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(cāng)泵，加入倉(cāng)泵的空氣只是起到將物料推進(jìn)料管的作用，另外的空氣通過(guò)助推器直接加入管道，被輸送的物料在管道中呈集團(tuán)流或栓流，運(yùn)動(dòng)速度低、混合比高、耗氣量小。
??? 1.2.5? DB倉(cāng)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(shè)備，其特點(diǎn)：
??? （1）倉(cāng)泵容積大(＞18m3)輸送量大(單泵輸送水泥＞120t／h)，工作次數(shù)少，因而故障率更低。
??? (2) 管式低阻型內(nèi)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(shè)計(jì)，保證了輸送氣流速度低(初速5m／s左右，末速為10～16m／s)，磨損小，電耗低(輸送距離＜1500m
??? 條件下，3.6kWh／(t·km)＝。
??? (4)當(dāng)輸送距離＞1000m
??? 時(shí)，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(cāng)式泵的主要研究?jī)?nèi)容
??? 2.1? 內(nèi)配管及流態(tài)化裝置的設(shè)計(jì)

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??? DB倉(cāng)式泵的內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理，對(duì)泵的輸送性能影響很大。經(jīng)多年探索及應(yīng)用實(shí)踐，對(duì)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(jìn)行了總結(jié)。根據(jù)物料性質(zhì)、泵容量大小和輸送距離，制定內(nèi)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(qiáng)、高強(qiáng)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(duì)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(jīng)多臺(tái)泵運(yùn)行實(shí)踐的觀察及計(jì)算，管道平均氣流速度可降至10m／s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（μ）提升，總風(fēng)量(Q)下降，輸送中摩擦阻力(F)下降，則空壓機(jī)功率（N）消耗下降。
??? N ∝K·Q·F??????????????????????????? (1)
??? 由于氣流速度降低，管道磨損(Δ)大幅度減小。
??? Δ∝V3～4???????????????????????????????????????????????? (2)
??? 2.2? 變徑輸料管道的設(shè)計(jì)及應(yīng)用
??? 在中長(zhǎng)距離氣力輸送時(shí)，隨著輸送距離的延長(zhǎng)，管道內(nèi)氣體膨脹。當(dāng)輸料管道初端、尾端管徑相同時(shí)，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(fēng)速則越來(lái)越大。管道內(nèi)壓力與速度的變化見(jiàn)圖2。
??? 圖2? 管道內(nèi)壓力與速度的關(guān)系
??? 圖3? 氣流速度與壓力損失的關(guān)系
??? 由于管道磨損量與風(fēng)速的3～4次方成正比，因此風(fēng)速的增加勢(shì)必帶來(lái)管道磨損量的急劇增加。
??? 穩(wěn)定輸送段壓力損失為最小時(shí)氣流速度的確定是管徑選擇的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，圖3表示氣流速度與壓力損失的關(guān)系。普遍規(guī)律為在穩(wěn)定輸送段有壓力損失為最小時(shí)的氣流速度Vmin
??? ，當(dāng)選擇的氣流速度大于Vmin時(shí)，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(shí)，則壓力急劇增高，物料沉積直至堵管。經(jīng)多年實(shí)踐的總結(jié)，對(duì)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(fēng)速降低幅度與管徑幾何比的平方成正比，因此擴(kuò)大管徑是一種行之有效的管道降速方法。
??? 對(duì)不同粉料和不同的輸送距離，管道如何變徑以及變徑點(diǎn)的選擇是關(guān)鍵問(wèn)題。它涉及到最低輸送風(fēng)速的選擇，對(duì)不同的輸送方式，最低風(fēng)速又有不同要求。由于氣固兩相流在管道內(nèi)流動(dòng)狀態(tài)相當(dāng)復(fù)雜，至今沒(méi)有一套完整的計(jì)算式供設(shè)計(jì)直接使用。DB倉(cāng)式泵根據(jù)輸送距離的不同、物料性質(zhì)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30％～40％。Vmin值乘以適當(dāng)?shù)男拚禂?shù)，即為實(shí)際選擇最佳氣流速度的基準(zhǔn)，可作為變徑管道末速選擇的依據(jù)。