气力输送装备设计要求以及技术参数

近年来随着国内水泥行业日益向大型化、现代化和散装化方向发展，气力输送正越来越多地被广泛应用于水泥厂内生料、煤粉、水泥输送以及散装水泥船的装卸过程中。其原因一方面是气力输送具有布置灵活、对环境输送、占地少、维修简单等机械输送所无法比拟的优点；另一方面是随着气力输送装备多样化、大型化以及系统可靠性和自动控制水平的提高，它不但能满足水泥工业所特有的输送量大、距离远、水泥高磨琢性和工作环境恶劣等要求，还能满足窑外分解干法生产线中窑头喷煤管和窑尾分解炉的煤粉多点定量同时供料、万吨级散装水泥船的装卸(速度达400t/h)以及800m以上超长输送等特殊要求。
　　随着气力输送装备日趋多样化、大型化以及系统复杂性增加，传统气力输送设计技术已无法满足这些新的需要，而降低能耗和提高系统可靠性则是当前气力输送设计选型两大基本任务。80年代末，我院等单位在引进美国富勒公司气力输送设备生产制造技术同时，还引进了气力输送工艺设计选型技术。十年来通过对该技术的消化吸收和推广应用〔1～4〕以及其它设计技术探讨〔5，6〕，我们对现代气力输送设计理论和方法有了进一步了解，同时也拓展了设计思路并提高了设计水平。本文介绍近年来推出的分级管道、可靠性和气力输送计算机辅助设计软件三项新设计技术，供大家参考。
1　分级管道
　　气力输送常出现能耗高、磨损快、物料颗粒易降级等问题，这些现象都来自于管道内空气输送速度过快。对单一管径系统来说，当空气的初始速度确定以后，随着管线的压力下降，空气产生膨胀，相应空气输送速度不断增高，至管线末端达较大值。因而管道后半段磨损比前半段要严重得多。为了消除上述现象，通过沿流动方向逐级增大管径，可把空气输送速度控制在较低范围内。分级管道可设计为一处或多处。
　　水泥行业曾利用分级管道长距离输送水泥等磨琢性物料，但由于缺乏分级管道实际经验和应用数据，设计中不确定因素较多，使它的可靠性得不到保证，因而限制了其推广应用。分级管道设计难点是确定分级位置。分级过早，管道内空气输送速度会降低到输送物料所必需速度值以下，造成管道堵塞；分级过迟，管内已形成高速气流，则分级效果不佳。
1.1　分级位置
　　确定分级位置的具体方法有两种。一是分级处的管径增大后，保证该处弗鲁德(Froude)准数不降至某一数值以下；二是保证分级处管径增大后不使该处空气速度下降到输送物料所需的数值以下。相对而言后者较实用和可靠，更能充分反映出分级后好处。但不管使用哪种方法确定分级位置，关键是正确测出整个管道沿线的压力分布情况，以便将管道内实际输送速度控制在一个适宜的范围内。
1.2　设计实例
　　装置基本参数如下:以60t/h输送水泥，当量输送距离60m，管内径为Φ100mm，沿线有15个90°弯头，水泥的较小空气输送速度设定为11.8m/s，末端出口压力为0.03MPa(表压)。为减少弯头磨损，推荐使用短半径弯头或一端不通T形管〔5〕。
　　首先测出单一管内径为Φ100mm沿线各测压点的压力，并绘成图1所示压力分布图，再根据压力与速度之间关系来确定空气输送速度的分布情况，其结果见图2。从图中可以看出，在离管道终点约10m处空气输送速度开始明显加快，至终点达较高值。因气流速度过高，弯头采用了耐磨性较好的一端不通铸铁T形管，但系统其它元件的过快磨损则无法避免。一端不通T形管耐磨性虽好，但与短半径弯头相比它的压损明显偏高〔5〕。同时高速气流也造成管道系统元件压力降增大，因而所需的供气压力也较高。
　　　　使用与上述类似方法，可设计一个管内径分别为Φ100mm、Φ125mm、Φ150mm的分级管道(分级位置应保证不使该点空气输送速度下降到11.8m/s以下)，其压力和速度分布状况见图1和图2。与单一管径的管线相比，分级管道不但将空气输送速度控制在一个较低范围内，而且还大大降低了所需的供气压力。由于速度较低，可使用短半径弯头代替一端不通T形管，以降低弯头压损；同时较低速度也减少了管道系统其它元件压损，使整个系统压力梯度曲线趋缓。两个系统所需功率相差130kW，按一年工作300d、一天工作8h、0.45元/kWh电价计算，每年较少可节省10万元电费。更重要的是分级管道呈现较低速度将减少系统的磨损和维修费用。
2　可靠性
　　气力输送的工业性应用已有一百多年历史，但至今这种处理粉粒状物料的方法仍没有形成一门较完整的学科，许多气力输送的理论只能应用于特殊输送系统中少数有选择的物料输送。因此，气力输送设计不但取决于料气两相流应用理论和经验公式，而且更大程度上依赖于可靠性理论和实践以及操作、维修保养方面实际经验。