氣力輸送概論要點0001

1、氣力輸送概論Peter Wypych散料的氣力輸送可以被定義為粉料（如：水泥，飛灰） 、粒料（如：碎煤、谷粒）或 散裝商品（如：罐頭，活雞，紙筒）通過一條密閉的流動通道（如：管道，多孔板） ，使 用負(fù)壓或正壓空氣作為輸送介質(zhì)的一種輸送方式。其他氣體，如氮氣或氫氣，也可以作 為承載流體來滿足特殊工藝的要求。本文的主要目的是作一氣力輸送的總述。包括：優(yōu)點與缺點；典型零部件和布置； 氣力輸送的不同模式；氣力輸送特性概念；一些特殊輸送方式的簡短介紹。注：本概論是根據(jù)筆者自身經(jīng)驗和試驗結(jié)果，由Marcus等人2整理而成。1、為什么使用氣力輸送技術(shù)？使用管道輸送物料的概念并不新穎。古羅馬人運用鉛管進(jìn)行水的

2、供應(yīng)和污水處理， 中國人使用竹子來輸送天然氣。 最早的氣力輸送系統(tǒng)之一始建于 19 世紀(jì)末的英國， 其利 用真空原理在鐵路隧道內(nèi)移動裝密封膜的車廂。此后緊接著的是一套氣力卸料系統(tǒng)，包 括4臺100t h-1的真空輸送泵，設(shè)計并建造用以將谷物從船上卸下。這引起了空氣和物 料分離的問題，從而導(dǎo)致旋風(fēng)分離器和除塵器的發(fā)展。隨著鼓風(fēng)機(jī)、羅茨風(fēng)機(jī)和旋轉(zhuǎn)給 料器的發(fā)展，氣力輸送在 19世紀(jì) 20年代的早期開始有良好的進(jìn)展。在 20 世紀(jì)的后半段氣力輸送技術(shù)得到了巨大的發(fā)展。英國流體力學(xué)研究協(xié)會 1開 展的一項調(diào)查表明，在 1971年和 1977年間英國的氣力輸送成長為龐大的市場。僅 1978 年這一年氣力

3、輸送系統(tǒng)設(shè)備的銷售就增加了 50。這種情況表明為了改善健康和安全的 規(guī)程，人們寧愿選擇氣力輸送，而非機(jī)械或者水力運輸，盡管這種處理方式以往被認(rèn)為 是不太經(jīng)濟(jì)的。比如爆炸性的、有毒的和其它危險物料的輸送。改進(jìn)的氣力輸送系統(tǒng)設(shè) 計理念和新技術(shù)的發(fā)展擴(kuò)大了運用氣力輸送技術(shù)輸送物料的范圍。氣力輸送具有以下優(yōu)點 2：（a）大部分物料的輸送環(huán)境都較清潔。（b）系統(tǒng)簡單，僅需要壓縮空氣源，喂料裝置，輸送管道和使輸送氣體和物料分離的 受料器。（c）通過增加彎頭能夠靈活的改變流動方向。（ d） 在工廠內(nèi)能將物料分散輸送至許多不同的區(qū)域，也可以從幾個不同的地方集中到 一起。（ e） 較低的維護(hù)和人工費用。（ f）

4、 多種使用單一管道可用作不同的物料輸送。（ g） 很好的安全性，密閉的流動通道（如：管道）用來輸送貴重的物料（如：鉆石礦 石，貨幣）。（ h） 容易實現(xiàn)氣力輸送系統(tǒng)的自動控制，能夠連續(xù)監(jiān)測物料輸送量來檢查工廠的輸入 量和輸出量。氣力輸送同樣也存在一些缺點，列于下面 2 ：（ a） 相對較高的動力消耗，設(shè)備的磨損，盡管一些新技術(shù)（如：低速輸送，擴(kuò)徑管道） 正變得越來越有競爭力和吸引力。（b）有限的輸送距離，細(xì)粉的氣力輸送借助于擴(kuò)管設(shè)計能夠達(dá)到 5000 米的輸送上限， 如煤粉，飛灰和水泥。盡管如此，大多數(shù)系統(tǒng)所需輸送距離僅為幾米到 500 米。圖 1 所示的是氣力輸送和機(jī)械輸送之間的比較。大多數(shù)

5、現(xiàn)有系統(tǒng)的輸送量是以物料 的粒徑實際上限 80mm 在 1 到 1000t/h 的范圍內(nèi)獲得。當(dāng)設(shè)計物料輸送系統(tǒng)時，應(yīng)該考 慮氣力輸送技術(shù)，和相對于其他輸送系統(tǒng)做出評價。2、能夠輸送什么？ 大多數(shù)粉粒料能采用氣力輸送。表 1 是已經(jīng)被成功氣力輸送的物料的名單。最大70mm 的石頭，活雞和加工制成的零部件也能采用氣力輸送技術(shù)。通常，所輸送物料擁 有更大的尺寸和更高的密度，就需要采用更高的氣體速度和更多的動力要求。一般建議 2輸送管道的內(nèi)徑至少 3 倍于（最好 10倍）最大的粒子尺寸以避免管道擁堵。自由流動、無磨損和無纖維物料是氣力輸送理想的選擇對象。低速氣力輸送技術(shù)的 發(fā)展已經(jīng)容許有粘性的、磨損

6、性的和易碎的物料進(jìn)行輸送（也就是無破碎） 。3、氣力輸送系統(tǒng)一套氣力輸送系統(tǒng)由四個明顯的區(qū)域組成（見圖 2），每個部分均需仔細(xì)匹配的特殊 設(shè)備用以獲得成功的輸送系統(tǒng)。這些區(qū)域包括：（ a） 供應(yīng)輸送氣體的原動力機(jī)械；（b）將物料喂入管道并與輸送氣體混和的裝置;（c）輸送區(qū)域；（d）氣固分離區(qū)域；表一：典型氣力輸送物料列表阿卡辛粒丸糊精粉聚苯乙烯粒子氧化鋁清潔劑聚苯乙烯粉氟化鋁金剛石礦石PVC粉鋁箔磷酸二鈣油渣氫氧化鋁狗食碳酸鉀硅酸鋁白云石氯化鉀硝酸鋁砂粉硝酸鉀硫酸氨羽毛馬鈴薯片、凍馬鈴薯無煙煤長石干馬鈴薯纖維石棉氧化鐵馬鈴薯淀粉甘蔗渣鐵酸鹽黃鐵礦石酚醛塑料粉末面粉葉蠟石大麥，新鮮的和發(fā)芽的氟石

7、生料重晶石飛灰石英粉電解液粉白明膠石英石（80mm）金屬煙塵玻璃纖維生石灰磯土，鐵鋁氧石玻璃粉末大米，米粉，谷殼啤酒堅果谷粉黑麥（疏松的，緊密的）斑脫土（火山灰分解的一種粘土 ）片狀石墨、石墨粉鹽重碳酸鈉油脂砂、預(yù)涂層砂高爐灰石膏鋸屑藍(lán)銅锍藍(lán)粉鐵礦、鐵黑粗粒小麥粉骨灰高嶺土，瓷土硅土糠,麩Kisselguhr熔渣、熔渣灰黃銅屑瀝出物礦渣、爐渣碎磚氧化鉛淤泥干粉壓坯塊，粉狀干苔蘚肥皂粉、肥皂片粗糠，粗麩褐煤鋁酸鈉氯化鈣石灰（小于50mm碳酸鈉氰氨化鈣含水石灰氯化鈉（桌鹽）碳黑石灰石硝酸鈉碳粉菱鎂礦石過硼酸鈉干酪素碳酸鎂硫酸鈉牛飼料氟酸鎂三聚磷酸鈉玻璃紙碎片玉米煤煙纖維素氧化鎂淀粉水泥、水泥渣大理

8、石粉石塵谷類火柴碎麥桿粉筆云母糖，細(xì)白砂糖木炭奶粉冰糖黏土氧化鎳硫磺煤塊尼龍粒，切片，纖維滑石、云母鉆礦砂紙，碎紙二氧化鈦可可豆、可可豆殼豆粉香煙可可粉花生殼四氟化鈾咖啡粉花生尿素咖啡豆珠光體蛭石焦碳泥煤，泥炭塊胡桃Colmanite泥煤，泥炭塊（碎塊，凍結(jié)的）小麥、小麥塵銅屑磷酸鹽粉刨花干椰子肉瀝青干酵母粉軟木石膏沸石玉米、玉米粉石膏粉鋅焙砂粗玉米面聚乙烯鋅塵棉花、棉花籽聚脂，纖維，粒子氧化鋅聚乙烯粒子鋯石種類廣泛的壓縮機(jī)、通風(fēng)機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)可用于輸送用氣體的供應(yīng)。原動力機(jī)械通常是 氣力輸送系統(tǒng)的投資和運行費用中最昂貴的單件設(shè)備。有關(guān)氣力輸送系統(tǒng)的設(shè)計需要確 認(rèn)所需氣體流量和壓力，是正壓還是負(fù)壓

9、，保證輸送的可靠和有效。為了確保有效的設(shè) 計，有必要了解管道內(nèi)流動的壓縮空氣基本原理，連同一些特殊設(shè)備要求，比如氣體干 燥機(jī)，冷卻機(jī)，濾油器等等。氣力輸送時物料和輸送氣體的狀態(tài)較為關(guān)鍵。輸送系統(tǒng)問題的產(chǎn)生主要是由于喂料 裝置特性和原動力機(jī)械與（或）管道輸送特性之間的不匹配引起的，這將在后面的章節(jié) 提到。將物料喂入管道的主要問題在于喂料裝置通常面臨管道與儲料倉之間存在的壓差。 圖3顯示三種把物料從料倉送入有壓力管道的喂料裝置。它們均能連續(xù)運行，并能控制 物料進(jìn)入管道的流量。同時顯示于圖 3的是一種吸嘴，用來將物料導(dǎo)入真空氣力輸送系 統(tǒng)。傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)喂料器適用于喂料倉與管道間的最高壓差在80kPa或

10、100kPa時的場合（取決于閥體的設(shè)計）。旋轉(zhuǎn)給料器的主要喂料問題是由于閥體的空氣泄漏而導(dǎo)致物料難 以填充轉(zhuǎn)子格腔。正確的下料裝置能防止這些問題，同時也要看處理物料的料性。為給 定的產(chǎn)量選擇合適尺寸的旋轉(zhuǎn)給料器是最基本的，不合適尺寸的旋轉(zhuǎn)給料器會引起氣體 泄漏從而導(dǎo)致下料困難并使管道內(nèi)氣體流動不穩(wěn)定。新式的旋轉(zhuǎn)給料器能夠承受 300kPag的壓力。這些閥特別適用于密相低速的輸送場合。文丘里喂料器的壓力在喉部是降低的，連同重力一起，促使物料進(jìn)入輸送管道。這 種類型的喂料器僅僅適用于壓力約為 10到20kPag的低壓供氣。一些系統(tǒng)中的螺旋喂料 器能夠用來連續(xù)喂料到壓力上限為 250kPag的輸送管

11、道。螺旋喂料器的動力要求是很高 的，對某些物料的破碎也是一個問題。許多用于正壓系統(tǒng)的喂料裝置同樣適用于負(fù)壓系統(tǒng)。一套負(fù)壓系統(tǒng)獨特的喂料裝置 是吸嘴，它有許多不同型式。對于細(xì)粉主要導(dǎo)入輔助空氣稀釋物料防止管道的堵塞。這 些吸嘴是由同心管道組成的；內(nèi)管用來輸送氣固混合體，外管確保粒子良好的帶走。由 于在物料粒子間有足夠的空隙允許氣體通過，粗糙的粒子就能夠被常規(guī)的末端開口的吸 嘴“拾起”。如圖2所示，當(dāng)物料喂入管道時，它們基本處于靜止?fàn)顟B(tài)，需要采用有大動量的輸 送介質(zhì)來提高物料速度。將物料的速度提升到最終或末端速度需要有一定的管道長度 （通 常是有足夠長度的水平或垂直的直管段）。一旦加速，物料就進(jìn)入

12、由管道、彎頭、變徑管、 換向器等組成的輸送區(qū)域。管道材質(zhì)的選擇取決于諸如輸送壓力要求、物料磨損性和物 料物理性質(zhì)等因素。由于彎頭引起流動方向的改變，故而物料通過彎頭的時候?qū)p速。 彎頭出口處有必要增設(shè)一再加速區(qū)域。旋風(fēng)分離器和袋式除塵器是普遍應(yīng)用于管道末端氣固分離的裝置，如圖4所示。它們通常安置于受料倉的頂部。這些設(shè)備能夠連續(xù)操作。旋風(fēng)分離器對于分離濕的或是無 塵的粒料是很有必要的；纖維過濾系統(tǒng)對于分離含塵物料或細(xì)粉是必要的；而對于粒度 分布較為寬廣的物料來說，卸料到受料倉頂上安置的旋風(fēng)分離器中并讓含塵氣體通過過 濾器；間歇運行的過濾器須由機(jī)械振動清掃，而脈沖反吹清掃對于連續(xù)運行是更為合適

13、的。4、氣力輸送的型式氣力輸送系統(tǒng)可分類為不同的流動型式。其中兩種主要型式是：（a）稀相輸送；（b）密相輸送。每種流動型式可按物料與空氣的流量比率大小分類，其比率也被稱為“固氣比”：_1m* = msmf（ 1）然而，由于物料密度（P s）和堆積密度（P b）存在大量的變化，對于氣力輸送系 統(tǒng)的概括性定義或比較來說，難于采用m*。雖然如此，許多稀相的運行的范圍為0m*15。圖5所示的是典型水平流動模式示意圖。稀相輸送可 以被認(rèn)為是一種完全的懸浮流，而密相輸送通常被認(rèn)為是非懸浮流。 然而，如圖5所示, 許多不同種類的密相（非懸浮流）依靠散料的料性和流動特性存在。密相輸送同樣也能 被定義為輸送物料

14、完全填滿管道截面的一種輸送方式。稀相系統(tǒng)通常需要使用大量的高速氣體。氣流依靠升力和推動力以離散粒子的形式攜帶著物料。參考圖5中所述的“懸浮流”。稀相系統(tǒng)是最為被廣泛應(yīng)用的氣力輸送系統(tǒng)。 由于稀相系統(tǒng)設(shè)計的相對簡單性，它們同時也被頻繁的應(yīng)用在工業(yè)領(lǐng)域。輸送氣體的速度減少到比保持粒子懸浮狀態(tài)的臨界值更小時，導(dǎo)致物料在輸送管道 的橫截面形成不均勻的分布。臨界氣體速度被稱為是水平輸送的跳躍速度，垂直輸送時 堵塞。當(dāng)水平管中的物料表面氣體速度低于突變速度時，輸送將會以低流量通過管道橫 截面的上部，在管道的剩余部分以高濃度低速度的形式填充。有時沿管道的橫截面會被 填滿，而有時只是部分被填滿。對于一些物料來

15、說，在這些工況下輸送將會導(dǎo)致巨大的 力作用在管道上，使建筑物晃動，讓輸送變得極其嘈雜。密相輸送模式會在穩(wěn)定的沙丘狀流動到低速栓流間變化 （如圖 5），取決于氣體流速、 料性、輸送量、管道粗糙度和直徑。氣力輸送系統(tǒng)也可以按照提供氣源的原動力機(jī)械的類型來分類。例如，（a） 運行壓力在20kPag到+ 20kPag之間的風(fēng)機(jī)系統(tǒng)（例如負(fù)壓或者正壓系統(tǒng)）;（b）運行壓力在50kPag到+ 100kPag之間的正排量羅茨風(fēng)機(jī)；（c）運行壓力最高到300kPag的單級壓縮機(jī)；（d）運行壓力可到800kPag的高壓壓縮機(jī)。5、基本氣力輸送系統(tǒng)下列的系統(tǒng)或許是稀相或許是密相輸送系統(tǒng)。正壓系統(tǒng)（圖6）可稱得上是

16、最廣泛的氣力輸送裝置。正壓系統(tǒng)非常適合于多個卸料點的場合，在單一點獲取物料后輸送到幾個受料倉。 正壓系統(tǒng)也能被設(shè)計為多點受料。正壓系統(tǒng)要求喂料裝置能夠?qū)Υ嬖趬毫榇髿鈮旱牧蟼}內(nèi)的物料導(dǎo)入有壓力管道 中。根據(jù)輸送距離、運行方式等等，運行壓力高于500kPag的系統(tǒng)應(yīng)選用正壓系統(tǒng)。一臺能夠經(jīng)受輸送壓力的有效的喂料裝置對于正壓輸送系統(tǒng)的正常運行是很有必要的。負(fù)壓氣力系統(tǒng)（圖 7）通常使用于將物料從幾個投料點集中送到一個受料點這些系 統(tǒng)在輸送距離和輸送量上有限制，最大可達(dá)到的壓降大約是50kPa。由于負(fù)壓系統(tǒng)可以無塵喂料故也能用作有毒或有害物料的輸送，任何管道的泄漏正常情況下都不會導(dǎo)致環(huán) 境的污染。

17、羅茨風(fēng)機(jī)需要過濾裝置以高度有效的保護(hù)，風(fēng)機(jī)卻無如此嚴(yán)格要求。對于環(huán)境保護(hù)的日益增長的意識使得負(fù)壓氣力輸送系統(tǒng)得到普遍的應(yīng)用。這些系統(tǒng)的大小從小型的工業(yè)用移動清潔器到輸送上限為1000t/h的船舶卸料系統(tǒng)（圖8）。將負(fù)壓系統(tǒng)和正壓系統(tǒng)的優(yōu)勢組合而成可得“吸吹”系統(tǒng)（圖9）。保持吸送管線盡可能的短就能提供有效的物料輸送系統(tǒng)。實踐證明真空系統(tǒng)和正壓系統(tǒng)的流動力學(xué)存在著差異。確保負(fù)壓和正壓系統(tǒng)成功輸送所需的“安全”表面空氣速度的比較在表2 中可見。注意這些速度僅僅涉及稀相輸送。表 2 不同堆積密度的物料在正壓和負(fù)壓系統(tǒng)中最小速度的比較（稀相） 5如圖 10 所示，在閉環(huán)系統(tǒng)中輸送氣是循環(huán)的。 此系統(tǒng)用

18、來輸送有毒或放射性物料是 非常合適的。同樣，此項技術(shù)允許輸送氣，比如氮氣，在輸送爆炸性物料時可循環(huán)。到目前為止有關(guān)的采用通風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)和壓縮機(jī)的低壓系統(tǒng)都能連續(xù)輸送。充氣罐 是高壓系統(tǒng)的基本組成部件，能夠運行在高達(dá) 500kPag 的壓力（在某些特殊場合甚至能 夠達(dá)到5000kPag,比如氣化煤）。這樣的系統(tǒng)（圖11）是“間歇”型。這些系統(tǒng)具有能 夠同時適應(yīng)稀相和密相輸送的優(yōu)點。對這些系統(tǒng)來說，充氣罐是喂料裝置，經(jīng)過喂料器 相關(guān)的壓差問題已經(jīng)被消除了。充氣罐作為喂料裝置,物料的磨損和腐蝕現(xiàn)象減少了。 對于充氣罐系統(tǒng)而言,物料輸送是不連續(xù)的。為了在一個輸送循環(huán)中獲得同等的連續(xù)輸 送量,輸送量必須

19、設(shè)置得更高些, 如圖 12所示。耗氣量和管道尺寸是根據(jù)最大穩(wěn)定狀態(tài) 物料輸送量。平均時間的和穩(wěn)定狀態(tài)的輸送量之間的比率要盡可能的接近 1,但通常在 0.5 到 0.8 之間變化。有些方法可以提高這個比率,其中一些包括：（ a） 增加閥門來減少“啟動”瞬間和循環(huán)末端的排氣時間 ;（ b） 使用雙充氣罐（并行或串行）喂料到一條共同管道。充氣罐以并聯(lián)方式（一前一后）和串聯(lián)方式（一上一下）運行能獲得連續(xù)的喂料。6、氣力輸送的定量表示法也許描述氣固輸送過程的最好方法是氣力輸送特性（PCC）o PCC提供給定物料通過一段指定管道的定量表示法,可以被認(rèn)為與泵、風(fēng)機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)類似的“性能曲線” （如給 定空氣流

20、量的壓降和運行速度的壓降變化）。圖13和圖14各自所示的是水平和垂直流動 的PCC的一般特征。圖15顯示了飛灰通過一條52mm ID x 71m長的低碳鋼管時的氣力 輸送特性。給定管段的氣力輸送特性圖是管道壓降（ p）或壓力梯度（ p/L）對表面氣體速 度（Vf）或物料輸送量（mf）畫出的曲線圖。如圖15所示， p指的是總管道壓降（ pt）。完整的氣力輸送系列包括稀相輸送到密相輸送都可在這樣一張圖上顯示出來。圖13中的線 AB 表示單獨在輸送氣水平管道上的摩擦損失。當(dāng)某個氣體速度（ Vf1）時，物料以固定的喂料量（m“）導(dǎo)入管道中。由于物料粒子上有拖拽力和粒子對管壁的 相互作用，BC段的壓降是

21、增加的。氣體速度沿著CD段下降，引起粒子的速度一同下降， 導(dǎo)致了更低的氣固摩擦損失。固氣比（m*）同時增加。D點代表了圖上的臨界點。這是 所有物料能以稀相懸浮輸送的主要表面氣體速度，以及導(dǎo)致的物料喂料量（ms1）。 D 點的表面氣體臨界速度稱為水平風(fēng)送最小氣速。為獲得安全理想的稀相運行工況（如最小 pt和mJ,系統(tǒng)應(yīng)對氣體表面速度進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整到稍稍比水平風(fēng)送最小氣速高些為 佳。氣體速度略低于水平風(fēng)送最小氣速時導(dǎo)致物料的大量沉降，因而沿著管道底部生成 了由物料堆積而成的“床” 。這引起摩擦阻力躍升至 E 點。床層減少了流動區(qū)域，所以 需要更高的氣體速度來輸送物料。然而，需要注意的是在最小氣速“

22、跳躍點”的壓力僅 適用于單一尺寸的粒子（如：塑料粒子） 。如果物料的粒徑范圍較廣，在躍升點產(chǎn)生的一 些較小的“跳躍”會引起“ U形” ms曲線類似于圖14中所示。料床的特性是很重要的。根據(jù)料性和壓力的不同，可能形成兩種類型的料床。一種 穩(wěn)定的固定床是由固定的物料沉積于管道底部，當(dāng)氣速和輸送量沒有發(fā)生改變時料床保 持著未接動的狀態(tài)。料床降低管道橫截面和允許穩(wěn)定的稀相流動于料床上。對于有些物 料，可以獲得與穩(wěn)定的密相流動模式時的料床相類似的移動床。在這些情況下，氣固流 表現(xiàn)出了復(fù)雜性。在管道的底部上，承載著物料的緩慢的移動床，與擁有更高速度的稀 相混和物一起移動。這些氣固流往往是過渡性的，混合床轉(zhuǎn)

23、變?yōu)橐苿哟不蛘咭苿哟厕D(zhuǎn)變 為混合床。對于一些物料來說，此流動狀況將會變得不穩(wěn)定并且導(dǎo)致劇烈的壓力波動或 者管道堵塞。在此情況下，密相輸送將不太可能使用普通的或“傳統(tǒng)的”管道。然而， 以更低的氣體速度或者使用“旁通”管道就可能獲得密相輸送。 4隨著氣速進(jìn)一步的降低（EF線）物料流會在料床上部分形成懸浮流和部分形成料栓。 由于更高的固氣比就意味著更高的壓力。同樣在氣力輸送特性（圖13, 14和15）所顯示的是為了獲得更高的ms而產(chǎn)生的損 失曲線。不同物料的特性曲線形狀是類似的。重要的是連接每條ms曲線的最小壓力線（一 般稱為最小壓力曲線 PMC） 。這條線上移到右邊表明在更高的輸送量下速度也跟著增

24、加， 這對系統(tǒng)的設(shè)計者是非常重要的。這就表明如果一個稀相系統(tǒng)設(shè)計成為了一種特定物料 的輸送系統(tǒng)，為獲得更高的輸送量對此系統(tǒng)需要改進(jìn)，則輸送速度即氣體流量不得不增 加（例如為了避免跳躍） 。水平管道和垂直管道中的兩相流是有區(qū)別的。垂直管（圖14）存在一個點，稱之為堵塞點，與水平管的跳躍速度相似。注：對有些物料來說堵塞并不會發(fā)生，從稀相到密 相的轉(zhuǎn)變是平滑擴(kuò)散的 15 。跳躍速度（水平流動）和堵塞速度（垂直流動）有明顯的 差異。在表 3 中，水平管和垂直管的影響輸送的最小安全氣速也有較大的差異。對于細(xì) 粉料來說，水平輸送的安全速度比垂直輸送要大 3到 5倍。這種差異對于粗粒料來說更 小些。7、系統(tǒng)

25、磨損在氣力輸送中能夠預(yù)測磨損。磨損的快慢取決于速度，管道 /彎頭的材質(zhì)和散料的磨 損腐蝕性。關(guān)鍵的磨損區(qū)域是在管道的彎頭處，由于較大的沖擊力作用在“主要的”和 “次要的”磨損點。根據(jù) 9 ，石化工業(yè)中管道系統(tǒng)中的腐蝕構(gòu)成了機(jī)械設(shè)備設(shè)計運行的 主要問題，是造成設(shè)備不定期停產(chǎn)的主要原因。在采礦業(yè)中，腐蝕也是一個煤礦石氣力 輸送和通往鍋爐的碎燃料供給線中的主要問題?，F(xiàn)在采用不同的彎頭類型和管壁材料能 夠使腐蝕最小化。表 3 不同堆積密度和粒徑的物料在垂直和水平管道中的最小安全氣速 見原文 腐蝕在直管段上不算主要問題。然而，如果管道未對準(zhǔn)或管道表面不規(guī)則，則腐蝕 將會很明顯。磨損的主要區(qū)域集中在過渡管

26、段，如彎頭、換向閥、閥和其他分支管件。 磨損狀況的大小表明輸送物料和管材間的硬度差異，和散料粒子輸送速度。磨損率與速 度的指數(shù)n成正比，23。圖1612顯示速度對管道彎頭腐 蝕磨損的影響。 如果速度較高， 則輕度磨損性的粒料有可能獲得不能令人滿意的磨損率。 正確設(shè)計密相系統(tǒng)能夠減少磨損，對于稀相系統(tǒng)也有潛在的解決方法。一般情況下，系 統(tǒng)中在氣固分離前的“最后”一個彎頭將是由于磨損導(dǎo)致的“第一”個磨穿的部位。8、充氣如果沿著輸送管道對散料持續(xù)地充氣，那么輸送對于大多數(shù)物料和輸送模式來說是 有效和可靠的。然而，運用氣體沿管道推動一段經(jīng)過脫氣的料栓（為了某些原因）可稱 之為“機(jī)械推動”，此處動壓與料

27、栓長度的冪成正比，如圖 17 所示。將長料栓“切斷”成許多更短的料栓將在很大程度上減少輸送物料的所需壓力，如 圖 18 所示。氣體能夠穿透更短的料栓，使得物料氣化，減少了粒子與管壁間的摩擦。如圖 17 所示，輸送壓力與料栓長度的指數(shù) n 成正比。指數(shù) n 的值取決于料性，取值范圍 1n2。對于一連續(xù)輸送系統(tǒng)，管道內(nèi)氣“腔”長度的增加就減少了料栓的數(shù)量，使得 輸送的距離達(dá)到更遠(yuǎn)（即對于一定的輸送壓力而言） 。9、空氣輔助重力輸送在物料流動沿著重力方向直接落下的情況下，空氣輔助重力輸送機(jī)能夠方便地對物 料進(jìn)行氣化。氣動滑板能比氣力管道輸送系統(tǒng)更節(jié)省工廠投資和運行費用，并且以低速 運行?？諝廨o助重力

28、輸送能被認(rèn)為是（超高）密相輸送。圖 1 9所示的輸送機(jī)包括由多孔 板隔開的通道，使得物料流動類似于流體的流動。將少量低壓的空氣通入多孔板來“流 化”物料，并且做成輕度傾斜的輸送通道，隨之引起的壓力梯度使得物料流動。空氣重力輸送機(jī)的寬度有 100mm到800mm，長度可達(dá)幾百米，輸送量最高可達(dá) 3000t/h。最適合這種類型輸送方式的物料是 Geldart 13 “B組”物料（見圖20）。這些 易于流化，當(dāng)流化氣關(guān)閉后，料床將會迅速崩塌，流動停止。“D 組” 13物料能通過空氣重力輸送機(jī)來輸送，不過需要大量的流化氣。 A 組 1 3物料易于流化，并能保存住空 氣，即使取消空氣供應(yīng)也能繼續(xù)流動。

29、C 組13物料是帶粘性的粉料，不適合空氣重力 輸送。能夠輸送微有粘性的物料，前提是具備更為陡峭的通道斜度。空氣重力輸送機(jī)尤 其適合輸送磨損性和易碎的物料。10、系統(tǒng)性能為達(dá)到一給定物料輸送量的氣力輸送系統(tǒng)的性能取決于：（ a） 管道直徑；（ b） 輸送距離；（ c） 輸送最大壓力。輸送物料的物理性質(zhì)同樣是很重要的。料性對于輸送量的主要影響是對于特定輸送 系統(tǒng)的固相密度設(shè)置了一個上限。當(dāng)優(yōu)化系統(tǒng)輸送條件時氣體流量是重要的參數(shù)。這決 定于管徑，管長以及壓力。當(dāng)氣體密度隨著壓力改變時，表面空氣速度（Vf）或者體積流量（Qf）將會沿著管 道改變（如沿著流動方向增加）。舉例來說，對于壓降約為100kPa

30、的正壓系統(tǒng)，或者壓 力損失約為50kPa的負(fù)壓系統(tǒng)，Vf沿管道總長將會產(chǎn)生雙倍的 b變化。空氣質(zhì)量流量（mf） 是比較不同系統(tǒng)的運行狀況的一個有用的流動特性。在穩(wěn)定的工況下，此參數(shù)在不同的 管段是一個常數(shù)（甚至沿著擴(kuò)徑或伸縮管道）。管道直徑對于物料輸送性能的影響能從下列分析中得知。方程（1）可表達(dá)為：ms = mf m（ 2）空氣質(zhì)量流量能以空氣密度p f、表面空氣速度Vf、管道截面積（n D2/4）作為函數(shù) 來表達(dá)，這里D是管道內(nèi)徑：mf 二 rfVf （D2/4）（3）2ms 二 m* D（4）擴(kuò)大管道直徑能迅速提高給定系統(tǒng)的生產(chǎn)能力。為使m*保持常數(shù)，所需氣量也隨之同比例增加。輸送物料的

31、固氣比取決于料性、有效管道壓降、輸送距離。對于固定管道壓降，部 分壓力得克服空氣摩擦阻力，剩余壓力用來沿管道輸送物料。圖15所示的是飛灰的氣力 輸送特性（PCC），該輸送管道長度71m，內(nèi)徑52mm的低碳鋼管道。在空氣流量達(dá)到ms線的左面時（也就是Vfi3.5m/s），物料流量就會變得不穩(wěn)定， 產(chǎn)生噪音，或者堵塞了管道。該線可看作為這種物料和管道的可靠輸送界限。運用方程（3）計算在這條重要的輸送邊界線上不同固氣比時的空氣密度和壓降是可以實現(xiàn)的。對于類似的氣體速度，單一氣體壓力損失會隨著管徑的增加而減少，因此需要更大 的壓降比例來輸送物料。單一氣體壓降隨著管道長度的增加而增加，只需更小的壓力輸

32、送物料。當(dāng)m*、管徑和材質(zhì)固定時，管路壓降近似的與管長成比例關(guān)系。更確切的說就 是：巾t二L（固定的m*、D、材質(zhì)）（5）同樣，管路壓降近似的與固氣比、固定的管長、管徑和材質(zhì)成比例關(guān)系。即：巾tm* （固定的L、D、材質(zhì)）（6）因而對于超長距離輸送（如 35km），預(yù)計會產(chǎn)生很高的管道壓降，相對較低的固 氣比（如m*20）。在低壓系統(tǒng)中，對于中等長度的管道最大 m*也是較低的。11、實例用一個實例來論證這一部分的詳細(xì)方面（如稀相與密相以及擴(kuò)徑管道之間的比較）。表4概括了水泥氣力輸送系統(tǒng)三種方案的設(shè)計參數(shù)：稀相系統(tǒng)（混合比 m*二10）,單一 管徑的流態(tài)化密相輸送系統(tǒng)；擴(kuò)徑的流態(tài)化密相輸送系統(tǒng)。

33、每套密相輸送系統(tǒng)都選擇了充氣罐作為供料設(shè)備，假設(shè)系統(tǒng)的物料輸送時間占79% （見圖12）。則實際輸送量ms=15/0.79=19 t/h。最近研制的一個模型 用來預(yù)測表4中給 定的運行條件（如對于給定的 ms和mf時的 pt）。注：本實例中均未考慮兩種管道配置（如：擴(kuò)管位置）和運行條件的優(yōu)化。表4中，功率P由下列關(guān)系式求得：11P（W） =2mf RTIn（PatmPt）/Patm（7）式中R = 287.1N m kg-1K-1（空氣氣體常數(shù)）,T = 293.15 K （設(shè)定空氣溫度）,Patm= 101 kPa絕壓（大氣壓），mf的單位是（kg s-1）, pt為（kPa）。密相氣力輸送系統(tǒng)相對于稀 相輸送系統(tǒng)的優(yōu)勢在于更少的氣量和動力。同樣，擴(kuò)管密相輸送系統(tǒng)具有更低的最大表 面氣體速度和動力要求，因而物料的破損率和系統(tǒng)磨蝕得到了顯著的降低。對于密相系 統(tǒng)來說，容積為1m3的充氣罐是足夠的。假設(shè)水泥的堆積密度p b 800kg m-3，充氣罐的 卸空將耗費151s。充氣罐增壓耗時10s，水泥填充充氣罐耗時12s，充氣罐減壓耗時10s, 閥