（机械电子工程专业论文）气力输送系统节能研究.pdf

青岛科技大学研究生学位论文 气力输送系统节能研究 摘要 气力输送是利用压缩空气的能量来连续输送散料的输送技术。随着科技的发 展，气力输送已经广泛应用于工业领域。但是由于耗能大的缺点，气力输送的应 用也受到一定的限制。气力输送系统节能的研究对工业生产及节约国家能源都具 有重要的实际意义。本文从气力输送的输送机理出发，分析了影响气力输送能耗 的各个因素，研究了气力输送节能的措施，并对双辅管输送系统及采用l a v a l 管 输送炭黑进行了节能试验验证。 论文首先对课题的研究背景、研究意义、研究方法和思路进行了论述；陈述 了气力输送系统国内外的发展史；介绍了气力输送系统的特点及分类；阐述了气 力输送系统的主要设计参数。 论述了气力输送系统节能的必要性及意义。从以下几个方面研究了降低气力 输送系统能耗的措施：物料物性对输送方式选择的影响、稀相和密相气力输送能 耗比较、真空和正压稀相气力输送系统能耗比较、管道材料对输送能耗的影响、 输送管路( 补气方式，双辅管系统，供气管路布置及变径输送管路) 对能耗的影 响、气力输送工程的操作优化、多系统输送的优化控制、气源机械的节能分析、 气力输送系统储气罐选用、压缩气体冷却方式及干燥方式的选择和气动元件( 减 压阀，比例阀，过滤器，流量控制阀及l a v a l 管) 的选择。 针对通过理论分析和计算得到的气力输送系统节能措施的效果进行了试验 验证。对旁通管及双辅管系统进行耗气量的比较试验；在密相双管输送，采用可 控旁通管补气方式及可调式l a v a l 管气量控制进行了流量及破碎率的验证试验。 通过实验，证实了双辅管系统节约气量及可调式l a v a l 管节能的正确性。 最后，对本文的研究工作进行了总结陈述，对气力输送系统节能研究提出了 展望。 关键词：气力输送节能气源双辅管气动元件可调式i 越，a i 管 青岛科技大学研究生学位论文 r e s e a r c ho nt 艇e n e r g y s a v l n go f p n e u m 拨n cc o n v e y i n gs y s t e m t h ep n e u m a t i c c o n v e y i n gm e a n st r a n s f o r m i n gt h es o l i dp a r t i c l e sw i t hc o m p r e s s e d g a sp o w e r w i t ht h et e c h n o l o g i c a ld e v e l o p m e n t ，t h ep n e u m a t i cc o n v e y i n gh a sa l r e a d y b e e nw i d e l ya p p l i e di ni n d u s t r y b u t ，d u et ot h eh i 曲e n e r g yc o s tt h eu s i n gh a v es o m e l i m i t s t h er e s e a r c ho nt h ee n e r g y - s a v i n go ft h ep n e u m a t i cc o n v e y i n gi s v e r y s i g n i f i c a n tf o ri n d u s t r yp r o d u c t i o na n ds a v i n gn a t i o n a le n e r g ys o u r c e s i nt h i sp a p e r , t h ei n f l u e n tf a c t o r so fe n e r g yc o s ti nt h ep n e u m a t i cc o n v e y i n ga l ea n a l y z e d ，t h e e n e r g y - s a v i n gm e t h o d so ft h ep n e u m a t i cc o n v e y i n ga r er e s e a r c h e d ，t e s tv e r i f i c a t i o n h a sb e e nd o n et oa t t e s tt os a v ee n e r g yo ft h ep n e u m a t i cc o n v e y i n gu s i n gt h e t w o - - b y - p a s sp i p e l i n es y s t e ma n dt h ea d j u s t a b l el a v a ln o z z l eb a s e do nt h e m e c h a n i s mo fp n e u m a t i cc o n v e y i n g f i r s t , t h eb a c k g r o u n da b o u tt h et h e s i s ，m e a n i n g ，m e t h o da n dt h i n k i n go ft h e r e s e a r c ha r ee x p l a i n e d ；d e v e l o p m e n th i s t o r yo ft h ep n e u m a t i cc o n v e y i n gi sb e r e p r e s e n t e d ；t h ec h a r a c t e r i s t i co fp n e u m a t i cc o n v e y i n gi sb es u m m a r i z e db r i e f l y ； p n e u m a t i cc o n v e y i n ga r ec l a s s e db a s e do nt h em e c h a n i s mo fp n e u m a t i cc o n v e y i n g t h eb a s i cp a r a m e t e r so fp n e u m a t i cc o n v e y i n ga r er e s e a r c h e d 。 t h en e c e s s i t ya n ds i g n i f i c a n c eo ft h ee n e r g y - s a v i n gi np n e u m a t i cc o n v e y i n g s y s t e mi sd i s c u s s e d t h er e d u c i n ge n e r g yc o s to ft h ep n e u m a t i cc o n v e y i n gm e t h o d si s a n a l y z e db yt h ef o l l o w i n gs e v e r a ls i d e s ：m a t e r i a lp r o p e r t i e se f f e c to nc h o i c eo ft h e t r a n s p o r t a t i o nw a y , c o m p a r i s o ne n e r g yc o s to fd i l u t ep h a s ec o n v e y i n gw i t ht h ed e n s e ， c o m p a r i s o ne n e r g yc o s to ft h ed i l u t ep h a s ep n e u m a t i cc o n v e y i n gw i t ht h ep o s i t i v e d i l u t ep h a s ep n e u m a t i cc o n v e y i n g , p i p e l i n em a t e r i a le f f e c to ne n e r g yc o s to ft h e p n e u m a t i cc o n v e y i n g ，c o n v e y i n gp i p e l i n e ( s u p p l yw a y s ，t w o - b y - p a s ss y s t e m ，l a y o u to f t h e s u p p l y a i r p i p e l i n e s a n dt h e s t e p p e dp i p e l i n e s ) e f f e c to nt h ee n e r g yc o s t , o p e r a t i o n a lo p t i m i z a t i o no ft h ec o n v e y i n ge n g i n e e r i n g ，o p t i m i z a t i o nc o n t r o lo ft h e m u l t i - s y s t e m ，a n a l y s i st h ee n e r g ys a v i n go ft h ea i rs u p p l ye q u i p m e n t , c h o i c et h ea i r 气力输送系统节能研究 t a n ki n p n e u m a t i cc o n v e y i n gs y s t e m ，c h o i c ec o o l i n ga n dd r y i n gw a y so ft h e c o m p r e s s e dg a sa n dp n e u m a t i cc o m p o n e n t ( r e d u c i n gv a l v e ，p r o p o r t i o n a lv a l v e ，f i l t e r , f l o wc o n t r o lv a l v ea n dl a v a l n o z z l e ) t e s tv e r i f i c a t i o nh a sb e e nd o n et oa t t e s tt os a v ee n e r g ym e t h o d so ft h ep n e u m a t i c c o n v e y i n gw h i c hh a dg o tt h r o u g ht h e o r e t i c a la n a l y s i sa n dc a l c u l a t i o n i th a sc o m p a r e d t h eg a sc o n s u m p t i o no ft h eb y - p a s ss y s t e mw i t ht h et w o - b y p a s st h r o u g he x p e r i m e n t ； a l s oa t t e s t e dt ot h ea i rf l o wa n dp a r t i c l ed e g r a d a t i o nt h r o u g he x p e r i m e n te q u i p m e n t u s i n gt h ea d j u s t a b l el a v a ln o z z l e ，t h ee q u i p m e n ts y s t e mb e l o n g st ot h ed e n s ed o u b l e p i p e l i n ec o n v e y i n g ，a n dt h eb y - p a s sp i p e l i n ei sc o n t r o l l e d t h et e s tr e s u l t sh a v e c o n f i r m e dt h a tu s i n gt w o - - b y p a s sp i p e l i n es y s t e ma n da d j u s t a b l el a v a ln o z z l ec o u l d s a v ee n e r g y h lt h ee n d ，i th a sp r e s e n t e dt h eg e n e r a l i z a t i o no ft h i s p a p e rr e s e a r c h ，a n dp u t f o r w a r dt h ep r o s p e c to ft h ee n e r g ys a v i n gr e s e a r c hi np n e u m a t i cc o n v e y i n g s y s t e m k e yw o r d s ：p n e u m a t i cc o n v e y i n g e n e r g y - s a v i n g a i r s u p p l yt w o b y p a s s p n e u m a t i cc o m p o n e n ta d j u s t a b l el a v a ln o z z l e 青岛科技人学研究生学位论文 符号说明 符号符号代表意义单位 a输送管道横截面积m 2 a输送管道横截面内，物料所占据的面积 m 2 c阻力系数无量纲 噍 被输送物料平均直径 m ，挖 d 输送管道内径 m ，竹 口 气动功率 w e l减压阀孔计算截面c m 2 g 重力加速度m $ - 2 g g 输送用气体质量流量 姆s 。1 q被输送物料质量流量船s 。1 k 竖直输送管道当量长度系数无量纲 k动力指数 k w h o 历) 。1 输送管道几何长度 m k 输送管道当量长度 小，押 t输送管道水平段长度 m ，z l z输送管道竖直段长度 朋厅z 己n 帆一个循环内压缩l k g 空气的全功 】 i 聊 气体多变过程的多变指数无量纲 刀 输送管道上的旁通进气喷嘴个数无量纲 n风机的驱动功率七 气力输送系统节能研究 。= 。一 p储气罐内所充入的压缩空气压力m p n p 。 管路内放气后的压力m p o p 2储气罐需要的最小工作压力 m p a p 压风机的操作表压 m p a p 真风机的真空度 m p a p工况压力或压缩机输出压力 只 晶标准状况下的空气压力 m p a 号输送管始端空气压力 m p 口 最 输送管木端空气压力 m p 口 卸输送管道上的压损 m p 口 衄输送管道上的总压损m p n g一定时间内的耗气量容积量 m 3 吼 减压阀的流量 m 3 s 一1 q p排空过程排出的标准状态邮) 下的气量 朋3 吼每个喷嘴在副管压力下的排空气量( a n r )小3 s l q压缩机排气量m 3 s l q d计算风量小3 s 一1 q空气的体积流量( a n r )m 3 s l q 眦最大耗气量胁3 s l q 机鼓风机的工作风量( a n r ) 肌3 s 一1 q r 实真空泵进口处的实际风量( a n r )肌3 s l 青岛科技大学研究生学位论文 r气体常数k i k m o l k 一1 t气体的绝对温度k ， 最大耗气量使用时间 j r放气时间 s “ 减压阀孔流量系数无量纲 u g 气力输送真实气速 m s 一1 u 口气力输送表观气速 m s l v 气力输送管道末端气流速度 m s 一1 屹物料在输送管道内的平均速度 m 。s l 匕 气流速度 m s 1 沉降速度；悬浮速度m s 喽 输送终端表观气速m s 1 输送始端表观气速 m s 一1 最小气流速度 m s l 屹 空气的泄漏量m 3 s l v管路以及与管路相连的储气罐体积 m 3 嘭 储气罐的容积m 3 x 输送管道长度方向上某一点距起始点的几何长度 ，竹 p 。输送管道末端状态下的气体密度坛m 3 p g 常温常压下的输送气体密度 堙m 。3 岛 标准状况下空气密度 瞎m 。3 岛输送管始端空气密度 k y , m 一3 气力输送系统：符能研究 应 输送管末端空气密度 船m 。3 p s被输送物料的堆积密度 姆m 。3 秘输送料气比 无量纲 以嗽输送最大料气比 无量纲 6 输送弯管当量长度系数无量纲 目 输送弯管角度d e g d 减压阀前气体的比容 m 3 培d f r弗劳德数 无鼍纲 i v 气力输送系统- b6 匕研究 独创声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写 过的研究成果，也不包含未获得( 洼；翅渔直墓丝重要挂剔庄盟的! 奎拦亘窒2 或其他教 育机构的学位或证书使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在 论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：袋毳萼签字嗍卅年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有 关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权学校可以将学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手 段保存、汇编学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学 位论文全文数据库，并通过网络向社会公众提供信息服务。( 保密的学位论文在解密后 适用本授权书) 学位论文作者签名： 朱凭芊 i 签字日期：肋声月日 学位论文作者毕业后考向：淅妇名袭芬车 工作单位： 通讯地址： 导师签字： 电话，形翮彩否7 邮编： 青岛科技大学研究生学位论文 1 1 课题研究背景 1 绪论 随着环境要求的日益提高和国民经济的不断发展散料加工、搬运、储存过 程中使用了各种各样气动技术，比如气力输送、流榨俞送、脉冲袋式除尘和通风 系统、流态化、气力粉碎、气力破拱、气力干燥以，及孚种气动控制阀门。利用压 缩空气作为动力在管道内输送物料的气力输送作为种散装物料的一种连续输 送方式，其应用势头不可阻挡，在整个物料运送中占旨很大的比重。气力输送应 用的广泛性一方面说明了其在工业生产中的重要性，另一方面也决定了气力输送 系统运行耗能大的必然性。 全球范围内能源紧张的问题对各个国家提出新要求节能。在节能的研究 和实施上，日本走在世界的前列。1 9 9 7 年防止地球温室效应的京都协议签订以来， 日本全国就开始了声势浩大的节能运动【1 1 。在2 0 0 5 年底，我国首次明确确定节能 目标：到“十一五期木，万元国内生产总值能耗下降到0 9 8 吨标准煤，比“十 五期末降低2 0 左右，平均年节能率为4 4 。2 0 0 6 年8 月，国务院发布国 务院关于加强节能工作的决定( 国发2 0 0 6 - 2 8 号) ，强调能源问题已经成为制约 中国经济和社会发展的重要因素，将节能工作提高到国家发展战略高度。为实现 这个目标，今后各个产业都将需要对现有的能耗进行调查，着手实施切实可行的 节能方案，有计划有步骤地减少能源消耗。 根据2 0 0 2 年日本流体动力工业会的调查，各企业实施节能后，气动能耗削 减了1 0 3 0 ，如以日本气动系统总耗电量4 0 0 亿度为基数来计算的话，每年就可 节省用电4 0 1 2 0 亿度【1 1 。在我国，气动系统在工业生产中占据工厂总耗电量1 0 2 0 、有些工厂甚至高达3 5 ；气力输送系统效率偏低、浪费严重。气动系统、 气力输送系统的节能研究已经成为我国的一个新课题。 目前，密相气力输送因其更节能而取代稀相输送，但密相输送需要高的压缩 空气( 压力一般在0 6 1 0 a ) ，压缩空气压力越高，压缩机消耗的电能越大， 压力每升高0 1 m p a ，电能消耗增加1 0 - - 1 7 ，管道泄露量也相应增加。故从实 际电能消耗考虑，密相输送是否节能仍需进一步研究，许多问题还有待解决。同 时，系统的输送效率也是人们主要关注的焦点，由于密相输送较稀相输送消耗的 气量较小，因此，如何在不降低输送量的情况下，降低能量消耗，同时保证输送 的稳定性是研究的重点。故从工程意义来讲，降低输送能耗具有相当大的空间和 重要的意义。 气力输送系统节能研究 综上所述，无论从国家的节能政策考虑还是从企业降低产品成本考虑，节能 降耗，优化气力输送系统设计和运行都具有十分重要的意义。 1 2 气力输送的发展 1 2 1 国外发展 气力输送最初的应用是在1 8 1 0 年，m e d h u r s t 提出利用管道将邮件作气力 输送的方案。1 8 2 4 年v a l l a n s e 最先建立了气力输送实验装置。1 8 5 3 年c l a r k 制 成了直径为1 5 英尺，长6 7 5 英尺的气力输送的试验装置，这也是欧洲出现第一 个气力输送装置，1 8 5 8 年他又制成了直径2 2 5 英寸、长4 0 2 0 英寸的气力输送系 统。1 8 6 1 年，b a m m e l l 在宽3 0 英寸、高3 3 英寸、长1 3 5 6 英寸的管道里建成了 轨距2 2 英寸的筒车气力输送系统【2 1 。限于当时的工艺制造水平，气力输送技术在 较长的一段时间内几乎没有多大发展。最初，气力输送都只局限于某些大码头上 的装卸。直到2 0 世纪初，随着大容量风机和真空设备的出现，气力输送开始用 于车间内部物料输送，到3 0 年代左右，在车间内部已被广泛使用【3 1 。 近数十年来，气力输送技术的应用异常迅速。就稀相悬浮气力输送来说，其 输送模型、流动状态分析、压损设计计算、组成装置和系统的各种部件结构以及 操作管理均已有一定的研究深度和经验的积累。随着科学技术的进步，由稀相悬 浮气力输送呈现出本质上的缺陷，即其输送风速高带来能耗大、管道磨损、输送 物料的破碎和分离除尘造成困难等问题，人们就试以从低输送风速、高浓度中来 寻找新的途径，开发新的装置。1 9 6 2 年g a t t y s 公司的内重管式气力输送装置，开 发成功，同年瑞士b t l h l e r 公司的外重管式装置，1 9 6 9 年英国w a r r e n s p r i n g 试验 所得脉冲气刀式气力输送装置相继问世【4 l 。这些引人注目的研究成果，受到了世 界各国的普遍重视，使散装物料的气力输送技术进入了一个崭新的阶段。以后， 又相继出现了如日本日曹公司的成栓器脉冲式、小松制造公司的球式等装置，使 气力输送技术日趋完善。 最近，节能降耗、减少管壁磨损以及输送连续性、稳定性的要求，对密相动压 输送的研究又多起来。 目前，气力输送还处于技艺性和经验性阶段，怎样将它发展到工程科学理论 的水准上去解决实际问题，是目前国内外研究的一个热点。如何开发、应用和推 广新的输送装置或完善现有输送装置，以提高输送效率，降低能耗和实现低速高 浓度输送系统的操作自动化、输送连续化、设备大型化是摆在科研工作者们面前 的一个长期而艰巨的任务。 2 青岛科技人学研究生学位论文 1 2 2 国内发展 我国的气力输送系统发展较晚，目前，主要应用于钢厂的高炉喷煤，橡胶厂 炭黑的输送，火电厂的粉煤输送，水泥工业中水泥的输送，铸造部门的新旧砂、 粘土、粉煤、型砂输送、化工原材料、塑料等的输送，而且多数系统是在消化国 外系统进行模仿设计，理论研究非常薄弱。 对气力输送理论研究的起始阶段，都是将气固两相流看成两相流态化的过程 来进行研究和试验的。1 9 7 5 年，浙江大学研n - f 脉冲式气力输送系统 5 1 。1 9 7 8 年， 中国科学院化工冶金研究的李洪钟，就垂直气力输送压强降计算方法进行了深入 地研究 6 1 。1 9 8 0 年，华东化工学院的杨伦对脉冲气刀式栓流密相气力输送进行了 研究1 7 1 。1 9 9 0 年上海海运学院的余达银等对气力输送进行的优化设计，1 9 9 2 年， 余洲生又对长距离水平输送进行了有益的探训8 l 。 1 9 9 6 年，清华大学的魏飞等就气固并行系统中弥散颗粒混合行为进行了系统 的研究【9 1 。1 9 9 8 年，陈利东等对浓相气力输送的流型及稳定性判定进行了实验研 究，提出了一种检测流型稳定性的方法【1 0 l 。1 9 9 9 年，西北工大的魏进家等，利用 两相湍流k e t 模型对9 0 0 弯管内气固两相湍流流动进行了数值模拟，得到了弯管 内两相流动的一些规律【1 1 】。 之前，对气力输送研究主要集中在输送机理、压力降和放大技术等方面，在 实际工程设计时将输送能力、管道磨损、粒子破碎及其输送的可靠性作为重点考 虑对象，对不同输送形式的能量消耗考虑很少。从查阅的几篇文章中看出，现有 的研究都比较凌乱，例如，赵军龙在研究气力输送管路系统中的流动特性时针对 节能降耗问题给出了指导性结论，朱凤德对套管气力输送系统节能研究进行了实 验研究等等。今后，国家还将致力于对气力输送节能方面的研究。 1 , 3 课题研究的内容、目的和意义 1 3 1 课题研究的内容 本课题主要研究内容是在基于空气动力学、流体力学、流体机械及气动技术 知识的基础上，研究如何解决气力输送中能耗高的问题。通过计算并比较分析影 响能耗的各种因素，例如物料特性、供气管路、输送布置、气力输送方式、补气 方式、输送工艺、操作工况等因素。从优化压缩机运行方式、降低供气压力和消 减耗气量三个方面考虑，主要侧重于压缩机选择、储气罐选择、泄漏、输送方式、 气动元件及除尘器阻力选择等，优化气力输送系统输送物料达到降低能耗的目 的。 3 气力输送系统：盼能研究 在实验方面，在高校软控的气力输送设备上进行。工厂采用的都是橡胶领域 内国内最新锐的设备，但其压缩空气使用从系统配置上仍存在很大的节能空间， 如供给压力的合理化、多套系统同时运行时气量分配、输送与清扫时序控制、气 力输送装置供气体系的优化、长时间工作后管路老化或接头松动等原因造成的泄 漏的制止等等。通过对橡胶轮胎企业气量输送系统的压缩空气使用现状的分析以 及对橡胶轮胎行业的节能方法的探讨，对轮胎企业实施系统的节能以后，至少可 以将能耗在原有基础上降低1 0 3 0 。 1 3 2 课题研究的目的和意义 随着工业的不断发展和能源的不断紧张，一方面人们对日常用品的质量要求 不断提高；另一方面人们的节能意识在不断的加强，国家对企业的能耗也会有新 的要求，因此，在提高产品质量的同时，减小产品的单位能耗是目前众多行业的 努力目标，也是各企业在市场竞争中获胜的有效法宝。 气力输送属于生产过程机械，与产品的生产成本息息相关，并且目i j i f 国内对 气力输送系统的设计尚处于粗放型阶段，大多数设计者更为关心的是气力输送的 输送能力，很少考虑或计算在运行过程中的能量消耗，主要原因可能是人们普遍 认为空气是廉价的，但气动驱动( 包括气力输送、气缸、气马达、喷嘴等) 是所 有驱动系统中能量消耗最大的，节能潜力也是很大的。 气力输送系统节能课题的研究有着广泛的工程实际需要和重要的理论、实践 及经济意义；并且随着全球范围内的能源紧张，以及我国对能源消耗的新的要求， 针对节能方面的气力输送研究具有重要的社会意义。 4 青岛科技人学研究生学位论文 2 1 气力输送系统简介 2 气力输送系统综述 气力输送是指在管道中借助空气的能量( 动能或静压能) 使颗粒物料按指定的 路线进行输送的一种运送方式。一般情况下，气力输送系统由气源装置、供料装 置、输送管路、料气分离机构四个基本部分组成。图2 - 1 所示为正压气力输送系 统简图。各基本部分的不同构成及不同的组合结构，构成不同类型的气力输送系 统。因此，气力输送系统的应用范围非常广泛。 图2 - 1 正压气力输送系统示意图 卜解包装置2 一压送装置3 一压力传感器4 一气动截止阀5 一旁通管6 一输送管7 压力开关 8 一二位分配器9 一除尘器1 0 一料位计1 卜储罐1 2 - , 风机 f i g2 - 1s k e t c ho fp o s i t i v ep r e s s u r ep n e u m a t i cc o n v e y i n gd e v i c e l - u n l o a d i n gd e v i c e ；2 - c o n v e y e rw i t hp r e s s u r e ；3 - p r e s s u r es e n s o r ；4 - a i r - p o w e r e ds h u t o f fv a v l e ； 5 - b yp a s sp i p e l i n e ；6 - c o n v e y i n gp i p e l i n e ；7 - p r e “s s u r es w i t c h ；8 - t w op o s i t i o nc o m m u t a t o r , 9 - d u s ts e p a t a t o r ；1 0 - 1 e v e ls e n s o r ；1 1 s i l o ；1 2 - b l o w e r 2 2 气力输送分类 气力输送有多种分类方法，最简便的是按照输送管道中形成的气流把气力输 送分为吸送式、压送式和混合式三种形式。 1 ) 吸送式气力输送 吸送式气力输送装置采用罗茨风机或真空泵作为气源设备，取料装置部件多 为吸嘴、诱导式接料器等，最常见的工艺布置系统图如图2 2 所示。 5 气力输送系统肖能研究 6 图2 2 吸送式气力输送装置系统 1 一吸嘴；2 一管道；3 一分离器；4 、5 一除尘器；6 一风机；7 一出灰器；8 、9 一出料器 f i g2 - 2s u c t i o np n e u m a t i c c o n v e y i n gs y s t e m 1 - s u c t i o nn o z z l e ；2 - p i p e l i n e ；3 - s e g r e g a t o r ；4 ，5 - d u s ts e p a t a t o r ；6 - f a n ；7 - d u s te j e m o r ；8 , 9 - e j e c t o r 2 ) 压送式气力输送 压送式气力输送装置有低压压送式气力输送装置、高压压送式气力输送装 置、流态化压送式气力输送装置及脉冲栓流式气力输送装置等各种类型。其气源 设备均设在系统的进料端。图2 3 为压送式气力输送装置的典型装置。 图2 - 3 压送式气力输送装置系统 卜风机；2 一料斗；3 - a 料器；4 一管道；5 一分离器；6 一出料器；7 一除尘器 f i g2 - 3t h ep o s i t i v ep n e u m a t i cc o n v e y i n gs y s t e m 1 - f a n ；2 - h o p p e r ；3 - f e e d e r ；4 - p i p e l i n e ；5 一s e g r e g a t o r ；6 - e j e c t o r ；7 - d u s ts e o a t a t o r 3 ) 混合式气力输送 将吸送式气力输送装置和压送式气力输送装置相结合称之为混合式气力输 送。混合式输送式在同一输送系统中既有正压又有负压，利用两种不同系统的优 势，因而可以应用于比较复杂的输送，混合系统可以是吸一压式，也可以是压一 吸式。 6 青岛科技大学研究生学位论文 图2 - 4 混合式气力输送装置系统 卜储料罐；2 一旋转供料器；3 一喷射供料器；4 一气源；5 一输料管；6 一排放过滤器；7 一分离器； 8 一吸嘴；9 一过滤器；1 0 一罗茨风机 f i g2 - - 3c o m b i n e dn e g a t i v e p o s i t i v ep n e u m a t i cc o n v e y i n gs y s t e m 1 - s t o r a g et a n k ；2 - r o t a r yf e e d e r ；3 - e j c c t i o nf e e d e r ；4 一a i rs u p l l y ；5 - c o n v e y i n gp i p e l i n e ；6 - d i s c h a r g e f i l t e r ；7 - s e g e r a t o r ；8 - s u c t i o nn o z z l e ；9 f i l t e r ；1 0 - r o o t sf a n 2 3 气力输送的特点 气力输送是利用负压或正压气体作为动力，在管道中输送粉料状固体物料的 一种技术。使用气力输送传送物料时，输送管路占用空间小、线路布置灵活，同 时也保持了环境的清洁和避免被输送物料的污染。从安全性角度考虑，气力输送 比其他机械输送更安全可靠。其突出缺点是耗气量大。 2 3 1 气力输送的优点 ( 1 ) 整个输送过程完全密闭，受气候环境条件的影响小。这不仅改善了操 作的工作条件，而且被输送的物料不致吸湿污损或混入其他杂质，从而保证了被 输送物料的质量； ( 2 ) 输送效率较高； ( 3 ) 在输送的同时可进行如混合、分级、粉碎、烘干、选粒等制备工艺过 程，也可进行某些化学反应； ( 4 ) 设备简单，占地面积小，可充分利用空间，设备的投资和维修费用少； ( 5 ) 可以实现由数点集中送往一处，或由一处分散送往数点； ( 6 ) 对于化学性能不稳定的物料，可以采用惰性气体输送； ( 7 ) 易于对整个系统实现集中控制和程序自动化。 7 气力输送系统1 了能研究 2 3 2 气力输送的缺点 ( 1 ) 与其他散状固体物料输送设备相比，气力输送系统动力消耗较大； ( 2 ) 使用受到限制。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； ( 3 ) 输送距离受到限制。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3 0 0 0 m i l 2 】，对较粘的物料则更短； ( 4 ) 输送物料的粒度、黏性和湿度受一定的限制。 2 4 气力输送的主要设计参数 2 4 1 输送速度 气力输送的输送气速主要有：表观气速、真实气速、最小输送速度、最大输 送速度等。合理地控制输送气速可以使输送更加平稳、节约能量。气力输送所需 的功率与气流速度的2 3 次方成j 下比【”】，为了降低气力输送的动力消耗、减少输 料管的磨损及降低颗粒破碎率，输送气流的速度越小越好，但是速度过小就会发 生堵塞。而较高的气流速度又有利于物料正常输送。因此，存在一个最优气流速 度，即最小气流速度，最小输送速度与物料粒子的物性、料气混合比、发送罐形 式、以及输送管的管径和长度等因素相关。确定最小输送气速的方法之一是先计 算或实测出物料颗粒的沉降速度，然后根据具体输送参数选取经验系数来确定 合适的最小气流速度v m i n 。 表观气速是指在一定的压力下，气体的体积流量与管道的横截面积之商，表 示为： 甜。=兰l(2-1) 。p g a 气体的真实气速是指在一定压力下，气体的体积流量除以管道中气体所占的 横截面积。实际中由于不知道管道横截面中空隙率，所以很难计算，在悬浮密相 输送中，其值稍大于表观气速。 n 驴南 q 。2 最大速度的定义也是通过考虑具体的物料在输送过程中的破碎率以及管道 磨损、能量消耗而确定的。 8 青岛科技人学研究生学位论文 2 4 2 料气比 料气比是指固体的质量流量与气体的质量流量之比，即料气比 ：孚 u g ( 2 3 ) 式中：g 。物料质量流量；m 3 r a i n ； g 。气体质量流量；m 3 r a i n 一。 料气比越大，输送能力越高；同时，在一定的系统出力下，料气比越大，所 需消耗的空气量则越小，消耗功率也就越小。此外，输送空气量小了，所需的管 道及各类设备也可相应减小，从而有利于降低工程投资。但是，对于悬浮输送 系统来说，并非料气比越大越好。料气比过大，将是输送系统的压力损失增大， 容易发生管道堵塞，而且对供气设备的压力性能以及系统的封闭性能的要求相应 提高。料气比受到物料性质、输送方式及输送条件等很多因素的影响，在设计时 应恰当选择料气比，最可靠的方法是在实验基础上选择。 2 4 3 压力损失 气力输送过程中所需的能量，主要来自于空气和被输送物料在输料管中运动 所引起的压力损失的能量。压降是决定功率主要因素，对压降成功的预测可以很 大程度地提高气力输送系统的效率，它是气力输送系统最为关键的参数之一，目 前在气力输送工程中对压力损失的计算已经出现很多公式和方法，特别是对稀相 输送的压降计算，但是，对于密相输送的压降计算公式还很少，一般采用实验的 方法进行确定。 气力输送过程中的压力损失的计算是非常重要的，计算出压降后就可以确定 管道中的某一点的压力以及速度，而速度是气力输送过程中的又一个重要参数。 压力损失计算的准确与否直接影响气力输送系统设计的合理性、气源动力机械选 型的正确性以及储气罐设计的恰当性等。 2 4 4 输送管道参数及管道布置 输送管道参数主要包括管道的内径、管道当量长度以及管道摩擦系数等。管 道内径的设计主要是依据管道末端的输送速度而定，而管道末端的输送速度与输 送物料物性和输送形式有关。输送管道的内径与输送管道末端速度的关系为： d ：2 1 0 3 悻( 2 - 4 ) 9 气力输送系统节能研究 在设计气力输送系统时，所谓的输送管道的长度是指管道的当量长度，当量 长度包含了水平管长度，竖直管当量长度以及弯头当量长度因素，其计算方法为： o k 2 t + 红+ 8 0 ( 9 砉) ( 2 - 5 ) k = 1 + 0 0 8 , u ： ( 2 6 ) 8 = 7 0 + 2 z ： ( 2 - 7 ) 管道的布置取决于供料点和卸料点的方位，输送管道布置原则是在现有土建 条件下，尽量使供料点到卸料点之间的距离最短、弯管最少。输送线路上不能把 两个弯管靠近布置，这是因为弯管内的物料在离心力的作用下靠向外侧，与外侧 壁增加摩擦而放慢了运动速度，如果从第一个弯管出来接着又进入第二个弯管， 物料就会因速度太低而堵塞管道。一个可靠的经验是：两个相邻弯管之间的长度 至少要等于管径的4 0 倍【1 4 1 。这样通过第一弯管以后，在直线段能够得到充分的 加速，可以顺利通过下一个弯管。 1 0 青岛科技人学研究生学位论文 3 气力输送节能分析 3 1 气力输送节能的必要性 气力输送和其它设备相比具有一系列的优点：生产率高、设备的构造简单、 管理方便、自动化程度高、节省劳动力、易装载、防潮、防污染。特别是在车间 内部应用时，可将输送过程和工艺过程相结合，简化工艺过程和设备。如水泥有 袋装改为散装，用气力输送罐车，可提高劳动生产效率2 0 倍；改善劳动条件， 减少粉尘外卸，防止污染环境。表3 - 1 给出了连续输送机的性能比较【1 5 】。 表3 1 连续输送机的性能比较 污染维护运动 输送能力线路自由度 程度 特性 输送长度m输送量t h 1 方向 弯曲 环 输检零输动 境料奄部送力 33 03 0 0o 333 0 水斜垂水 垂 弯 污污店件速消 l 平向直平直曲 染染数损度耗 3 03 0 03 0 033 03 0 0上 向面面数 量耗 上 带式输送 212321 l 344 4432422 l 斗式输送 1 343 2144 l 444244332 埋刮板输送 1 2332l 1 34 43 3 344333 螺旋输送 244323l 2 3444222333 振动输送 2 34 l23l 33 444311l43 气力输送 21221l111l111ll313 注：性能比较等级：卜好；2 一可；3 一差；4 一不能 从表3 - 1 中可以看出，气力输送在各种连续输送机中优点较突出。即使稀相 气力输送装置，除了部件的磨损和动力消耗大以外，都比其他输送机来得优越。 正因为气力输送具有上述优点，所以其应用同益广泛。 然而，与其他输送方式相比较，气力输送也有缺点，其最明显的缺点是动力 消耗大，特别是稀相气力输送。图3 - 1 明确地表示了常用散料输送装嚣的输送规 模和能耗指标f 1 6 1 。稀相气力输送的动力消耗为斗士提升机的2 , - - , 4 倍，为带式输 送机的1 5 - 4 0 倍。而且，输送距离愈近，这种现象愈明显。再者，由于输送时 1 1 气力输送系统节能研究 高速高能耗，气力输送也存在设备磨损和被输送物料的破碎问题。此外，被输送 物料的颗粒尺寸也受到一定的限制，一般，当颗粒尺寸超过3 0 m m ，或粘结性、 吸湿性强的物料等采用气力输送均较困难。 i 6 1 e 譬1 0 。 誓 噬 靶 萎1 0 。3 三 一+ 飞力毓) 毒锭 帮式输：羹扳 - 。、 渤 勿狡 。誊耋式壤遘钒 j 弋 - 埠矗摇斯吼 、遵 ： ： o 口 耘l涵 o o 2 ， 麓惑 - 畦v _ 0 。- 矗q 寸v 逄_ 、，、。 、弋 、1 ! ! j 锫增删慑【m n ) 图3 - i 常用散料输送装置的输送规模和能耗指标 f i g3 - 1c o n v e y i n gs c a l ea n de n e r g yc o n s u m p t i o ni n d e xo ft h ec o n v e n t i o n a lb u l kc o n v e y i n gd e v i c e 上述气力输送能耗高主要表现在动力指数k 上。气力输送系统中当输送管径 一定时，动力指数k 取决于下列参数的关系【1 6 1 ： ko c 磐( 3 - 1 ) g 上 。 式中 等单位管长上的压力损失，它与气流速度有关，即 等乞 ( 3 _ 2 ) 而料气比( 即稀相气力输送中的料气比，但栓流的固气比并未相混，以示有 别) 应为 ，：igg(3-3)2 = 见q 式中脂一空气密度，船m 3 。 将式( 1 ) (