黃長(zhǎng)明，吳永強(qiáng)

(蘇州中材建設(shè)有限公司，江蘇 蘇州 215300)

氣力輸送是指利用具有一定勢(shì)能或動(dòng)能的氣體來(lái)輸送固體顆粒的一種方法[1]。近年來(lái)，隨著國(guó)內(nèi)環(huán)保要求的提高，具有較好密閉性的氣力輸送技術(shù)受到了極大重視。目前已廣泛應(yīng)用于固體粉粒狀顆粒的輸送之中[2]。

水泥行業(yè)是粉粒狀物料生產(chǎn)及輸運(yùn)大戶。而目前不管是在生料粉還是水泥粉，仍以短距離的空氣輸送斜槽或負(fù)壓吸送為主[3]，這種輸送方式不能實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離及大輸送量輸送[4-5]。本文為解決水泥粉體的輸送量大、密閉性的需求，建設(shè)了1∶1的正壓旋轉(zhuǎn)供料器氣力輸送系統(tǒng)，以兩種不同水泥粉料為輸送對(duì)象，采用密相氣力輸送的方式(固氣質(zhì)量比高于25)，研究了當(dāng)管道內(nèi)氣流速度發(fā)生變化時(shí)管道內(nèi)固體輸送能力、固氣質(zhì)量比、固體速度及單位長(zhǎng)度壓力損失等參數(shù)的變化規(guī)律，本文的結(jié)論可為該類型氣力輸送方式在水泥行業(yè)中的應(yīng)用提供依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)

本文采用兩種水泥粉體為實(shí)驗(yàn)輸送物料，其物性參數(shù)如表1所示。

表1 固體物料物性參數(shù)

1.氣體動(dòng)力源;2.氣體管道;3.背壓氣管;4.背壓氣流量計(jì);5.背壓氣管控制電磁閥;6.輸送氣流量計(jì);7.輸送氣管控制電磁閥;8.旋轉(zhuǎn)閥下料器;9.推料氣流量計(jì);10、11.輸送氣管;12.推料氣管控制電磁閥;13.氣力輸送倉(cāng)泵;14.進(jìn)料口;15.輸送母管;16.壓差傳感器;17.靜壓傳感器;18.壓差傳感器;19.數(shù)據(jù)采集/控制卡;20.電子計(jì)算機(jī);21.收料倉(cāng);22.稱重傳感器

圖1 正壓旋轉(zhuǎn)供料器氣力輸送系統(tǒng)

本文建立了正壓旋轉(zhuǎn)供料器氣力輸送倉(cāng)泵系統(tǒng)，如圖1所示。其中，輸送母管路為水力等效長(zhǎng)度120 m、管徑80 mm的無(wú)縫鋼管。水泥粉體通過(guò)進(jìn)料口閥門14進(jìn)入氣力輸送倉(cāng)泵13，當(dāng)?shù)竭_(dá)一定料位時(shí)停止進(jìn)料，關(guān)閉進(jìn)料口閥門14?？諝鈩?dòng)力源1產(chǎn)生的壓縮空氣經(jīng)過(guò)冷干機(jī)后進(jìn)入儲(chǔ)氣罐，經(jīng)過(guò)適配器后分為三個(gè)氣路。打開(kāi)輸送氣管電磁閥7，氣體進(jìn)入輸送管內(nèi)，固體顆粒在重力和旋轉(zhuǎn)供料器的作用下進(jìn)入輸送母管15，管道內(nèi)的出現(xiàn)固體顆粒，固體顆粒在管道內(nèi)到達(dá)收料倉(cāng)21。在輸送過(guò)程中采用差壓傳感器16，18測(cè)定的平均值得出單位長(zhǎng)度上的壓力損失，采用稱重傳感器22監(jiān)控管道內(nèi)固體的輸送能力。隨著輸送倉(cāng)泵內(nèi)的固體質(zhì)量的減少，管道內(nèi)的固體濃度降低，輸送能力降低。此時(shí)，啟動(dòng)固體流量調(diào)控系統(tǒng)，打開(kāi)或改變氣路閥門(包括背壓氣管控制電磁閥、推料氣管控制電磁閥、輸送氣管控制電磁閥等)開(kāi)度，實(shí)時(shí)監(jiān)控固體輸送能力、氣體流量、固氣質(zhì)量比、固體平均速度等參數(shù)。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

2.1 固體輸送能力的變化

固體的輸送能力是指單位時(shí)間通過(guò)管道某一斷面上固體顆粒的質(zhì)量，單位為kg/s，本文通過(guò)計(jì)量單位時(shí)間進(jìn)入收料倉(cāng)內(nèi)的固體質(zhì)量來(lái)表征。

圖2 輸送能力隨氣體速度的變化規(guī)律

圖2給出的是在輸送母管內(nèi)壓力為0.28 MPa時(shí)固體輸送能力隨氣體的變化。由圖可以看出，對(duì)于正壓旋轉(zhuǎn)供料器式氣力輸送系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，隨著氣體速度的增加，固體輸送能力呈增大趨勢(shì)，這主要是由于當(dāng)固體物料通過(guò)旋轉(zhuǎn)供料器下入管道后，氣體速度越大，所能夠攜帶固體的質(zhì)量越大，單位截面積上的固體顆粒濃度越大，固體輸送能力也就越大。由圖同時(shí)可以看出，輸送不同的水泥粉體所形成的變化趨勢(shì)線基本平行，這與旋轉(zhuǎn)供料器供料能力有關(guān)，顆粒粒徑越小，在相同的旋轉(zhuǎn)速度下被送入輸送母管的固體顆粒就越多，在相同的氣體速度的情況下其輸送能力越大。

2.2 固氣質(zhì)量比的變化

圖3 固氣質(zhì)量比隨氣體速度的變化

固氣質(zhì)量比是指單位時(shí)間通過(guò)某一截面積固體質(zhì)量與氣體質(zhì)量的比值，單位為kg固體/kg氣體。其大小反應(yīng)了固體在管道內(nèi)的輸送濃度的大小。本文采用輸送的固體總質(zhì)量與所需的氣體質(zhì)量流量的比值來(lái)衡量。

圖3給出的是當(dāng)輸送母管內(nèi)的靜壓力保持在0.28 MPa時(shí)固氣質(zhì)量比隨氣體速度的變化。由圖可以看出，當(dāng)輸送壓力不變時(shí)，隨著氣體速度增加，兩種水泥粉體的固氣質(zhì)量比均下降，這主要是由于氣體流速增加加大了氣體對(duì)固體的拖曳作用，單位體積內(nèi)固體的濃度大大減小，固氣質(zhì)量比減小，而流動(dòng)形態(tài)由原來(lái)的沙丘流動(dòng)變?yōu)榉謱恿鲃?dòng)進(jìn)而變?yōu)榫鶆驊腋×鲃?dòng)。對(duì)比兩種水泥粉體發(fā)現(xiàn)，密度較小水泥顆粒在相同的輸送氣速下的固氣質(zhì)量比越小，這說(shuō)明密度較小的顆粒更容易懸浮，更容易發(fā)生流動(dòng)型態(tài)的轉(zhuǎn)變。

2.3 固體平均速度的變化

固體平均速度是指固體在氣體的帶動(dòng)下在管道內(nèi)流動(dòng)的速度平均值。在本文中采用輸送距離與固體到達(dá)收料倉(cāng)的時(shí)間比值來(lái)表征。

圖4 固體平均速度隨氣體速度的變化

圖4給出的是當(dāng)輸送母管內(nèi)的靜壓力保持在0.28 MPa時(shí)固體平均速度隨氣體速度的變化規(guī)律。由圖可以看出，當(dāng)輸送壓力不變時(shí)，隨著氣體速度的增加，兩種水泥粉體的固體速度均呈增加趨勢(shì)，這主要是由于固體的加速度正比于氣體速度的平方，氣體速度越大，對(duì)固體顆粒的拖曳能力越強(qiáng)，加速度越大，在相同的時(shí)間固體速度增大越快。對(duì)比不同水泥粉的輸送曲線，得出在同一氣體速度下，顆粒的密度越小，粒徑越大固體速度增速越大。

2.4 單位長(zhǎng)度壓力損失的變化

本文采用在不同位置1 m的壓力損失值的平均值(見(jiàn)圖1)作為管路平均單位長(zhǎng)度壓力損失。

圖5 單位長(zhǎng)度壓力損失隨氣體速度的變化

圖5給出的是輸送母管內(nèi)的靜壓力保持在0.28 MPa時(shí)單位長(zhǎng)度壓力損失隨氣體速度的變化規(guī)律。由該圖可以看出，隨著氣體速度的增加，單位長(zhǎng)度壓力損失呈近線性增加。根據(jù)上述研究結(jié)論發(fā)現(xiàn)，隨著氣體速度的增加雖然固氣質(zhì)量比減小會(huì)導(dǎo)致單位長(zhǎng)度壓力損失降低，但固體速度與輸送能力的增加會(huì)導(dǎo)致單位長(zhǎng)度壓力損失增加，綜合以上各個(gè)因素，單位長(zhǎng)度的壓力損失會(huì)隨著氣體速度的增加而增大，但增大的速率較低。

3 結(jié)論

本文建立了工業(yè)尺度的正壓旋轉(zhuǎn)供料器氣力輸送系統(tǒng)，選用兩種水泥粉體為輸送物料，在保證旋轉(zhuǎn)供料器轉(zhuǎn)速及輸送母管內(nèi)壓力保持基本不變的情況下得出了固體輸送能力、平均固氣質(zhì)量比、固體平均速度及單位長(zhǎng)度壓力損失等參數(shù)的變化規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)，隨著氣體速度的增加，固體輸送能力、固體平均速度及單位長(zhǎng)度壓力損失增加，而平均固氣質(zhì)量比減小。