（环境工程专业论文）高压超浓相煤粉气力输送流动特性研究.pdf

中文摘要 煤粉颗粒之间存在的自由水主要以黏附液、楔形液和毛细管上升液等方式存在。水的表面张力的收 缩将引起对两个颗粒之间的牵引力，形成液桥，造成颗粒的团聚，出现造粒现象，同时引起摩擦系 数和粘度的增大。降低煤粉中的含水率需消耗较多的能量，因此研究含水率对输送特性的影响是十 分必要的。随着输送煤粉含水率的升高，煤粉质量流量逐渐降低；操作条件相同时，在相同的表观 速度下，煤粉含水率越高，输送压损越小；在相同表观速度下，随着煤粉含水率的增大，s h a n n o n 信息熵值减小。随煤粉含水率的增大，小波分量的波动幅度逐渐减弱，小波分量上的能量逐渐下降， 小波分量上的标准差s t d 随着含水率的升高而降低。当含水率超过6 时，经常造成堵塞，无法正 常输送。 关键词：高压；浓相；气力输送；质量流量；固气比；s h a n n o n 熵；多分辨小波分析 i i a b s t r a c t a b s t r a c t p n e u m a t i cc o n v e y i n gt e c h n o l o g yh a sb e e ns u c c e s s f u l l yu s e di nt h ec h e m i c a le n g i n e e d n g ，e n e r g y ， m e t a l l u r g ya n do t h e ri n d u s t r i a lp r o c e s s e sw i t ha d v a n t a g e s ，s u c ha sr e l i a b i l i t y ，f l e x i b i l i t yo fl a y o u t ，e a s eo f a u t o m a t i o n , l o wm a i n t e n a n c e ，h y g i e n i ca n de n v i r o n m e n t a lf r i e n d l y i nr e c e n ty e a r s ，n u m e r o u ss t u d i e s ，f o r i n s t a n c e , e x p e r i m e n t , s i g n a la n a l y s i s a n dn u m e r i c a ls i m u l a t i o n ，h a v eb e e nc o n d u c t e do nd i f f e r e n t p n e u m a t i cc o n v e y i n gs y s t e m st oc h a r a c t e r i z et h ef l o wb e h a v i o ro ft h eg a s - s o l i d st w o - p h a s ef l o wi nt h e p i p e sw i t hd i f f e r e n ts i z e sa n df o rd i f f e r e n tp i p eb e n d & m a n yv a l u a b l ea c h i e v e m e n t so nt h ec h a r a c t e r i s t i c s o f p n e u m a t i cc o n v e y i n gh a v eb e e no b t a i n e d g e n e r a l l y ，m a n yo f t h o s er e s e a r c h e sm a i n l yf o c u so nt h el o w p r e s s u r ea n dd i l u t e - p h a s ep n e u m a t i cc o n v e y i n g d e n s e - p h a s ep n e u m a t i cc o n v e y i n ga th i g hp r e s s u r ea n dt h e i n f l u e n c eo ft h em o i s t u r ec o n t e n ti np u l v e r i z e dc o a lo nt h ec o n v e y i n gc h a r a c t e r i s t i ca r el i r l er e p o r t e d a t p r e s e n t ，i nt h ef i e l do f c l e a nc o a lu t i l i z a t i o n ，t h el a r g e s c a l ec o a lg a s i f i c a t i o nt e c h n o l o g yi sg a i n i n ga t t e n t i o n a n dd e v e l o p e d ，ar e s e a r c hp r o j e e to ni t , w h i c hw a s f i n a n c i a l l ys u p p o r t e db yt h en a t i o n a lk e yp r o g r a mo f b a s i cr e s e a r c hi nc h i n a ( 9 7 3 ) ，w a sl a u n c h e d ，a n dap r o j e c to f m u l t i p r o d u c 伍b a s e do nc o a lw a sc h o s e na sa k e yp r o j e c ti nt h e8 6 3p r o g r a mi nt h e11 0f i v e - y e a rp l a n d e n s e - p h a s ep n e u m a t i cc o n v e y i n go f p u l v e r i z e d c o a la th i g hp r e s s u r ei so n eo ft h ek e yt e c h n o l o g i e si nc o a lg a s i f i c a t i o np r o c e s s b e c a u s eo fl o wv e l o c i t y a n dh i i g hs o l i dc o n c e n t r a t i o na th i g hp r e s s u r ed e n s ep h a s es y s t e m , t h eg a s - s o l i dt w o - p h a s ef l o wb e c o m e s v e r yu n s t e a d ya n dc o m p l i c a t e d ，a n du n s t e a d i n e s so ff l o w so f t e nc a u s e sb l o c k a g ea n dp i p ev i b r a t i o n m o i s t u r ec o n t e n ti np u l v e r i z e dc o a lw o u l dr e s u l ti nf o r m i n gw a t e rb r i d g e ，i n c r e a s i n gf r i c t i o n , s u r f a c e t e n s i l i t ya n dv i s c o s i t y ，a n da p p e a r i n gp e l l e t e dp h e n o m e n o na m o n gp u l v e r i z e dc o a lp a r t i c l e s a l lo ft h o s e f a c t o r sl e a dt od e c r e m e n to f f l o w a b i l i t ya n ds t a b i l i t y r e f e r e n c e sa n de x p e r i e n c e si nt h i sf i e l da r ev e r yf e w t h e o r i e so fd e n s e - p h a s ep n e u m a t i c c o n v e y i n ga th i g hp r e s s u r es t i l ld o n ti d e a t ea n dt h ef l o wc h a r a c t e r i s t i c o ft h eh i g hp r e s s u r e c o n v e y i n gp r o c e s s i ng a s - s o l i ds y s t e mi sn o tf u l l yu n d e r s t o o d b o t hf i h t h e r e x p e r i m e n t a la n dt h e o r e t i c a lr e s e a r c hi nt h i sf i e l di sh i g h l yn e e d e d t h i sp a p e rf o c u s e so ne x a m i n i n gt h e e f f e c t so f d i f f e r e n to p e r a t i n gp a r a m e t e r s ，i nt e r m so f t h et o t a lc o n v e y i n gd i f f e r e n t i a lp r e s s u r e ，t h em o i s t u r e c o n t e n t , t h eg a sv o l u m ef l o wr a t ea n dt h es u p e r f i c i a lv e l o c i t y ，o nc h a r a c t e r i s t i cp a r a m e t e r sa n df l o w s t a b i l i t y a d v a n c e ds i g n a la n a l y s i si su s e dt oa n a l y z i n gf l o wc h a r a c t e r i s t i co fc o m p l i c a t e dt w op h a s ef l o w a f t e ro b t a i n i n gt h e o r i e so fc h a r a c t e r i s t i c p a r a m e t e r s i n p n e u m a t i cc o n v e y i n g i n t r i n s i c f e a t u r e so f d e n s e - p h a s ep n e u m a t i cc o n v e y i n gi nb o t ht i m ea n df r e q u e n c ys p a c e sa r er e v e a l e d ；e n e r g y , s h a n n o n e n t r o p ya n ds t a n d a r dd e v i a t i o n ( s t d ) w e r ea p p l i e dt oc h a r a c t e r i z eg a s s o l i dt w o - p h a s ef l o wi nf r e q u e n c y s p a c e t h r o u g ht h ei n v e s t i g a t i o no nt h ed i s t r i b u t i o no ft h es h a n n o ne n t r o p y , w a v e l e tm u l t i - r e s o l u t i o n a n a l y s i sa n ds oo ni nt h ed i f f e r e n tc o n d i t i o n s ，f l o wc h a r a c t e r s i t i c sw e r er e v e a l e d e x p e r i m e n t so fp u l v e r i z e dc o a ld e n s e - p h a s ep n e u m a g cc o n v e y i n g 蜮r 塔n i t r o g e nw e 犯c a r r i e do u ti n a l le x p e r i m e n t a ls e t u pa tt h ep r e s s u r eu pt o4 0 m p a t h ei n f l u e n c e so f t o t a lc o n v e y i n gd i f f e r e n t i a lp r e s s u r e ， t h ep u l v e r i z e dc o a lm o i s t u r ec o n t e n li n j e c t i n gv e l o c i v ya n dp r e s s u r eo nt h ec h a r a c t e r i s t i cp a r a m e t e r sw e r e u i a b s t r a c t i n v e s t i g a t e d t h er e s u l t si n d i c a t et h a tp u l v e r i z e dc o a l m a s sf l o wr a t ei n c r e a s e sw i t hi n c r e a s ei nt o t a l c o n v e y i n gd i f f e r e n t i a lp r e s s u r e , f l u i d i z i n gg a sv o l u m ef l o wr a t e ，p r e s s u r i z e dg a sv o l u m ef l o wr a t e o r c o n v e y i n gp r e s s u r e t h es o l i d g a sr a t i oi n c r e a s e sa tf i r s ta n dt h e nd e c l i n e sa si n j e c t i n gv e l o c i t yi n c r e a s e s t h es o l i d - g a sr a t i or i s e sw i t hi n c r e a s ei nt o t a lc o n v e y i n gd i f f e r e n t i a lp r e s s u r e ，p r e s s u r eo rp r e s s u r i z e dg a s v o l u m ef l o wr a t e p h a s ed i a g r a m so fd e n s e - p h a s ep n e u m a t i cc o n v e y i n ga th i g hp r e s s u r ew e r eo b t a i n e d t h ep r e s s u r e d r o pp e ru n i tl e n g t hp i p ed e c r e a s e sa tf i r s ta n dt h e nr i s e sw i t hi n c r e a s ei ns u p e r f i c i a lv e l o c i t y a tt h es a m e s u p e r f i c i a lv e l o c i t y ，t h eh i g h e rt h ec o n v e y i n gp r e s s u r eo rt h et o t a lc o n v e y i n gd i f f e r e n t i a lp r e s s u r ei s ，t h e g r e a t e rt h ep r e s s u r e sd r o pp e ru n i tl e n g t hp i p ei s t h ee c o n o m i cv e l o c i t yr i s e sw i t hi n c r e a s ei nt h et o t a l c o n v e y i n gd i f f e r e n t i a lp r e s s u r eo rp r e s s u r e u n d e rt h es a m ee x p e r i m e n t a lc o n d i t i o n ，p r e s s u r ed r o pp e ru n i t l e n g t hf o rh o r i z o n t a lp i p ei sh i g h e rt h a nt h a tf o rv e r t i c a lp i p e s h a n n o ne n 仃o p ya n a l y s i sa n dw a v e l e tm u l t i - r e s o l u t i o na n a l y s i sa r ea p p l i e di nt h ed e n s e p h a s e p n e u m a t i cc o n v e y i n ga th i g hp r e s s u r e t h i sp a p e ri s d e v o t e dt o e x p e r i m e n t a li n v e s t i g a t i o n o nt h e c h a r a c t e r i s t i c so fd y n a m i cb e h a v i o ri nad e n s e - p h a s ep n e u m a t i cc o n v e y i n gl i n ea th i g hp r e s s u r eb a s e do n s h a n n o ne n t r o p ya n a l y s i so fd i f f e r e n t i a lp r e s s u r ef l u c t u a t i o nt i m es e r i e s i tf o c u s e so ne x a m i n i n gt h e e f f e c t so fd i f f e r e n to p e r a t i n gp a r a m e t e r s ，i nt e r m so ft h ec o n v e y i n gd i f f e r e n t i a lp r e s s u r e ，t h em o i s t u r e c o n t e n t , t h eg a sv o l u m ef l o wr a t ea n dt h es u p e r f i c i a lv e l o c i t y ，o ns h a n n o ne n t r o p y ，a i m i n ga to b t a i n i n g v a l u a b l ei n f o r m a t i o no nt h ef l o wc h a r a c t e r i s t i c ，f l o wr e g i m ea n dt h e i rt r a n s i t i o n c h a r a c t e r i s t i cs i g n a l sa m d i s s e c t e dt oo b t a i nc h a r a c t e r i s t i cp a r a m e t e r s ，i nt e r m so ft i m ea n df r e q u e n c ys p a c e su s i n gw a v e l e t m u l t i - r e s o l u t i o na n a l y s i s p o w e rs p e c t r a ld e n s i t y , e n e r g ya n ds t di nd i f f e r e n tf r e q u e n c ys e c t i o na r e e m p l o y e dt or e v e a lf l o wc h a r a c t e r i s t i ca n dd y n a m i cb e h a v i o ro fg a s - s o l i dt w op h a s ef l o w t h er e s e a r c h p r o v i d e san e wa p p r o a c hf o ri d e n t i f y i n gr e g i m ea n ds t a b i l i t yo f t h eg a s - s o l i dt w o - p h a s ef l o w v a r i a b l em o i s t u r ec o n t e n tc o n v e y i n gw a si n v e s t i g a t e di nd e n s e - p h a s ep n e u m a t i cc o n v e y i n ga th i g h p r e s s u r e m o i s t u r ec o n t e n ti np o w d e ri s i m p o r t a n tp a r a m e t e rt oi n f l u e n c ep o w d e rf l o wc h a r a c t e r i s t i ci n p n e u m a t i cc o n v e y i n g i th a ss t r o n ge f f e c to nf r i c t i o np r o p e r t y , f l o w a b i l i t y , d i s p e r s i b i l i t ya n db r i q u e t t a b i l i t y o fp o w d e r a sm o i s t u r ec o n t e n ti np u l v e r i z e dc o a li sh i g h e r , f r e ew a t e ra m o n gp u l v e r i z e dc o a lp a r t i c l e s m a i n l ye x i s t sa sf e l t e dw a t e r , s p h e n o i dw a t e ra n dr i s i n gc a p i l l a r yw a t e r s u r f a c et e n s i o no fw a t e rc a u s e s t r a c t i o nb e t w e e nt w op a r t i c l e sa n ds o - c a l l e dw a t e rb r i d g ef o r m s p e l l e t e dp h e n o m e n o na p p e a r sa m o n gt h e c o a lp a r t i c l e sa n ds m a l lp a r t i c l e sa l ee a s i l ya g g r e g a t e di n t ol a r g e rp a r t i c l e s a l lo f t h e s ef a c t o r sr e s u l ti nt h e i n c r e m e n to ff r i c t i o nc o e f f i c i e n ta n dv i s c o s i t y i tn e e d st oc o n s u m eal o to fe n e r g yt or e d u c em o i s t u r e c o n t e n t s oi n v e s t i g a t i o no nt h ei n f l u e n c eo f m o i s t u r ec o n t e n to nf l o wc h a r a c t e r i s t i ci si n d i s p e n s a b l e a l o n g w i t hi n c r e a s i n gt h em o i s t u r ec o n t e n ti np u l v e r i z e dc o a l ，t h em a s sf l o wr a t ed e c r e a s e s f o rac e r t a i n s u p e r f i c i a lv e l o c i t yt h el o w e rt h em o i s t u r ec o n t e n ti s ，t h eg r e a t e rs h a n n o ne n t r o p yi s f l u c t u a t i o n a m p l i t u d e ，e n e r g ya n ds t dr e d u c ew i t ht h ed e c r e a s ei nm o i s t u r ec o n t e n t w h e nt h em o i s t u r ec o n t e n ti s g r e a t e rt h a n6 t h ef l o wi nt h ep i p eb e c o m e sv e r yd i f f i c u l t , b l o c k a g eo f i e nh a p p e n s k e y w o r d ：h i g hp r e s s u r e ，d e n s e p h a s e ，m u s sf l o wr a t e ，s o l i d - g a sr a t i o , s h a n n o ne n t r o p y ，w a v e l e t m u l t i - r e s o l u t i o na n a l y s i s 主要符号说明 主要符号说明 a 输送管路截面积 m 2 a ，管路中煤粉所占管路的截面积m 2 口伸缩因子， b 平移因子 d 输送管管径m m 内摩擦系数 g 煤粉质量流量k g ，i i g ；气体质量流量k e , h x 玻尔兹曼常数 水平输送管长度 m 吖煤粉含水率 ，j 发料罐压力m p a 乃收料罐压力 m p a n 缓冲罐压力 m p a 尸。流量计处气体压力m p a 4 p 总输送压力m p a 4 耽管路单位长度上的压损k p a 4 户水平管压损k p a z i p h e 水平弯管压损 k p a z l p r 垂直管压损k p a d p v e 垂直管压损 k p a 4 最气体造成的压降； k p a z i p s 物料造成的附加压降k p a q 输送气体体积流量 m 3 h q 发料罐压力下的肥经 过管路的总风量m 3 1 1 q 收料罐压力下的n z 经 过管路的总风量 m 3 h 函经过管路的n 2 平均风量 m 3 h v 9 流化风流量 m 3 h 9 注入发科罐的总风量 m 3 1 1 g 充压风流量 m 3 h g 充压风流量 m 3 ，h q f 工作状态下的气体流量换算到 流量计设计工作压力下的流量 m 3 h 尺p 雷诺数 s s h a n n o n 信息熵n a t a s 熵增 r 试验温度k 而设计状态下的开尔文温度k 乃工作状态下被测气体的开尔文温度k t 计算时间s 【，信号能量 k 注入速度m s k 表观速度 m s k 煤粉颗粒的悬浮速度m s 珞气体真实速度 r r d s 助设计压力下空气的密度k g m 3 m 输送煤粉密度 k g m 3 p 输送固气比 k g ，m 3 输送固体物料和输送风质量比k 班g 口系统的微观状态数 砧气体造成的压力损失系数 住氮气的黏度p a s k 物料造成的附加压力损失系数 j 窗口的时宽 e 窗口的频宽 口系统的微观状态数 论文独创性声明，使用授权声明 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，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，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过 的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并 表示了谢意。 研究生签名 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的 复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内 容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可 以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研 究生院办理。 研究生签名弘导师签名；燃期：孕尸，“ 第一章绪论 1 1 本文研究的背景和意义 第一章绪论 世界的能源构成有一个发展过程。1 8 世纪6 0 年代始于英国的产业革命，使世界能源结构从木 柴转向煤炭，发生了第一次大转变。1 8 6 0 1 9 2 0 年，世界煤炭产量由1 3 6 m t c e ( 百万吨当量) 增至 1 2 5 0 m t c e ，增加了8 2 倍。1 9 2 0 年煤炭占世界能源构成8 7 ，跃居第一位。 从上世纪2 0 年代开始，世界能源构成发生第二次大转变，即从煤炭向石油和天然气的转变。到 1 9 5 9 年，石油和天然气在世界能源构成中由1 9 2 0 年的1 1 上升到5 0 ，首次超过煤炭而占第一位， 煤炭的比重则下降到4 8 。1 9 8 6 年，世界一次能源总消费量为1 0 8 1 0 m t c e ，其中石油占3 8 ，天然 气占2 0 ，煤炭占3 0 ，水电占7 ，核电占5 。 从总量而言，我国的煤炭资源相对丰富，油气匮乏，不会出现能源以油，气为主的时代。从表 1 - 1 中可以发现，我国一次能源消耗量迅速攀升，石油消耗量逐渐增加。根据2 0 0 2 年国土资源部全 表1 - 1 中国一次能源产量及其构成 能源消费总量 占能源消费总量的比重( ) 年份 ( 万吨标准煤) 煤炭石油天然气水电 1 9 9 5 1 3 1 1 7 67 4 61 7 5 1 8 6 1 1 9 9 6 1 3 8 9 4 8 7 4 71 8 01 85 5 1 9 9 71 3 7 7 9 87 1 72 0 41 76 2 t 9 9 81 3 2 2 1 4 6 9 6 2 1 5 2 26 7 1 9 9 91 3 0 1 1 96 8 02 3 22 26 6 2 0 0 01 3 0 2 9 76 6 12 4 62 56 8 2 0 0 l1 3 4 9 1 46 5 32 4 32 77 7 2 0 0 21 4 8 2 2 26 5 62 4 o 2 6 7 8 2 0 0 3 1 7 0 9 4 3 6 7 62 2 72 77 o 2 0 0 41 9 7 0 0 06 7 72 2 72 67 o 2 0 0 52 2 2 0 0 0 6 8 7 2 1 2 2 8 7 3 国矿产资源储量通报公布的数据，煤炭基础储量3 3 4 1 亿吨，资源量6 8 6 1 亿吨。石油的可采量为 6 5 0 亿吨，天然气可采量为2 5 万亿立方米。但是我国人口众多，人均能源可采储量远远低于世界平 均水平。随着经济的发展，我国对石油的需求量不断增大。2 0 0 3 年我国石油消耗量为2 6 0 亿吨， 原油净进口量为8 2 9 9 万吨，成品油进口1 4 2 0 万吨，首次超过日本成为世界第二大原油进1 3 国，对 国际石油市场的依存度不断提高。预计2 0 1 0 年需要进口石油2 5 亿吨，石油对外依存度将超过5 0 。我国以煤炭为主，石油依赖进口，人均占有不足，在未来几十年内，煤炭在能源结构中仍占主 导地位，是我国战略上最安全和最可靠的能源。通过“以煤代油，以煤制油”，是解决液体燃料短缺 l 东南大学博士学位论文 的主要途径，其龙头就是煤的大规模高效气化。大规模高效煤气化技术对我国能源战略具有重要意 义：首先，大规模高效煤气化技术是煤基液化燃料、先进的1 g c c 发电、多联产系统、制氢、燃料电 池等过程工业的基础，是这些行业的公共技术，关键技术和龙头技术。其次，采用大规模高效煤气 化技术对现有落后的生产化肥的煤气化装置进行改造，同时取代现有以油和天然气为原料的技术路 线。再者，高效煤气化技术是一种高效、清洁的煤利用技术，可以解决s 0 2 ，n o 。排放问题。气流 床气化技术是煤气化技术发展的主要方向，现代过程工业( 化工、发电、多联产及制氢等) 发展的 一个显著标志就是大型化、单系列，这就对作为龙头的煤气化技术提出了更高的要求：必须向大规 模高效的方向发展。由于受制造、运输、安装等客观因素的限制，大规模不能简单地与设备尺寸的 大型化划等号，必须在有限的设备尺寸上实现大规模高效，其途径只有提高单位时间单位体积的处 理能力和处理效率。气流床具有这样的优势，这是其技术特点高温、高压、强烈混合所决定的。 高温提高了反应速度，缩短了反应时间，高压则提高了单位体积的处理负荷，而强烈混合提高了转 化效率。高压煤气化要求煤粉必须在固气比更高的压力条件下输送，另一方面，气流床煤粉气化技 术先进工艺指标要求进入气化炉的煤粉中必须夹带尽可能少量的惰性气体( i 4 2 ) ，致使输送过程的固 气比高达5 0 0 k g m 3 。高压超浓相气力输送对整个高压煤气化系统有着至关重要的作用，其输送的稳 定性直接影响到炉内的气化温度和气化产物i l “。关于粉体的密相输送，已有许多有价值的研究成果， 被广泛应用于化工，发电、制药和食品等行业。一般来说，这些系统主要在低压下工作，高压超浓 相及变水分气力输送研究很少见到相关报道。由于高压超浓相输送中速度较低，固相浓度很高，流 动形态复杂，流动稳定性下降，系统的输送技术要求和条件与一般输送系统相差较大p ”。煤粉中的 水分可导致煤粉颗粒之间形成液桥，颗粒表面粘结力增强，摩擦力、黏性力及粘度均发生变化，出 现造粒现象，造成流动的不稳定i g , t o l 。高压超浓相及变水分气力输送的可借鉴资料和经验很少，尚无 成熟理论依据可以参照，所以只能依赖对真实系统进行试验研究，获取其流动规律。本文针对自主 创建的高压超浓相气力输送系统进行了相关试验研究，通过改变输送压力、煤粉含水率、总输送差 压和风量等试验参数，掌握了煤粉质量流量、固气比及输送压损的变化规律，给出了高压超浓相气 力输送的特性与规律。在深刻认识流动特征的基础上，深入地研究基于这些分析方法的特征参数与 流动特性之间的内在联系，同时充分利用多学科交叉的优势，提出一些创新性的思路，将一些更先 进的、更能反应对象特征的分析手段引入到该领域内，对高压下的浓相气力输送两相流流动特性进 行分析。 1 2 气力输送的简介 1 2 1 气力输送发展简史 气力输送是指在管道中借助气体的能量( 动能或静压能) 使颗粒物料按照指定的路线进行连续 输送的一种运送方式。气力输送系统的类型很多，不同类型气力输送系统的结构也不相同。气力输 送系统一般由供料装置、输送管路、分离机构、气体动力源四个基本部分组成，各不同部分的不同 构成及不同的组合结构，构成不同类型的气力输送系统。早在1 8 1 0 年英m m e d h u r s t 就提出了利用管 道将邮件作气力输送的方案。因此，气力输送技术乃始于成件物品的筒式输送。数十年后气力输送 2 第章绪论 才开始用来卸送谷物、棉花和沙等散料，出现了第一台浮船式气力卸船设备以及固体式的吸粮机设 备。这些气力卸船设备问世之后曾在欧洲各国，特别是当时的粮食输入国，如英国，荷兰、德国获 得了应用和普及。但限于当时的制造技术水平，气力输送技术在较长的一段时间内几乎无多大进展， 装置均是基于低混和悬浮输送原理设计的。直到2 0 世纪初才将其应用范围扩大到车间内部的物料运 输。就气力输送理论和实验的系统而言，在世界上要数1 9 2 4 年由德国g a s t e r s t a d t 发表的研究报告了， 他所提出的附加压损系数法，至今仍用于稀相气力输送的设计计算。近数年来，气力输送技术的应 用发展异常迅速。就稀相悬浮输送来说，其输送模型、流动状态分析、压力损失计算、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 年原联邦德g a t t y s 公司的内套管式气力输送装置开发成功，同年瑞士b u h l e r # b 旁通式装置， 1 9 6 9 年英国w a r r e n 勋r f ，谳验所的脉冲气刀式气力输送装置相继问世。这些引人注目的研究成果， 受到了世界各国的普遍重视，使粉体的气力输送技术进入了一个崭新的阶段，此后又相继出现了日 本日曹公司的成栓器脉冲式、小松制造公司的球式等粉体设备，使得气力输送技术日臻完善 1 1 , 1 2 1 。 近年来，气力输送技术在以往低压气力输送和高压气力输送技术的基础上进一步开拓应用。例 如，将粉料喷吹送入高温熔化的液态金属中；将粉末状燃料喷入熔化炉和锅炉中去的技术；利用港 口吸卸谷物的吸粮机的原理将气力输送技术用于高温熔渣的吸出清理i 对以往难以输送物料的输送 技术；磨损性大的物料的输送技术以及塑料成形体中物件输送技术等。但人们对高压超浓相气力输 送流动特性的认识仍然不够清醒，缺少理论知识指导高压超浓相气力输送的设计、运行和控制等， 仍然需要更深一步的理论和实践方面的研究。 1 2 2 气力输送的技术特点 气力输送系统具有明显的特征，属于管路输送，没有回程。管路输送是指输送线完全为管道， 没有机械传动部分，输送时不占地面，而且输送中物科与外界隔绝，不受外界的影响，也不会对外 界环境造成污染等影响，设备简单。船舶或者专用输送容器等间歇式输送和链式、带式运输机等循 环输送，需有返回加料，而气力输送则没有回程，这就减少了额外的动力消耗。 概括起来，气力输送有如下优点： ( 1 ) 输送物科可以散装，操作效率高，包装和装卸费用低1 ( 2 ) 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1 ( 3 ) 输送量范围较大，需要的操作人员少，还可以实现无人操作和管理自动化，因此需要的人 工费用少； ( 4 ) 输送管能灵活地布置，从而使工厂设备的配置合理化； ( 5 ) 输送物科不受气候和管道周围环境条件的限制，生产车间的布置也比较容易； ( 6 ) 能够避免物科受潮、污损或混入其他杂物，可以保证输送物料的质量； ( 7 ) 在输送过程中可以试验多种工艺操作，如混和、粉碎、分级、干燥，冷却，除尘和其他化 学反应； ( 8 ) 可以进行由数点集中送往一处，或由一处散送往数点的远距离操作； 3 东南大学博士学位论文 ( 9 ) 对于化学性能不稳定的物料，可以采用惰性气体输送。 1 2 3 气力输送系统的分类 一般所说的气力输送装置型式，就是按照气体在管道中的压力状态来区分，分为吸送式、压送 式和混和式三类。 1 吸送式图1 1 所示为吸送式的典型装置。引风机械装在系统的末端。当风机运转后，整 个系统形成负压。这时，在管道内外存在差压，空气被吸入管道。与此同时，物料也被空气带入管 道，并被输送至分离器。在分离器中，物料与空气分离。被分离的物料，由分离器底部的旋转出料 器卸出。空气被送到除尘器净化，净化后的空气经风机排入大气或循环使用。 2 压送式压送式如图1 2 所示。风机装在系统的进料端进行压送。这种装置系统的部件比 吸送式复杂。由于风机装在系统的前端，因而物料便不能自由地进入管道，必须用密封的加料装置。 当风机开动以后，管道内的压力便高于大气压力。这时，物料从料斗经旋转加料器加入管道。随即 被压缩空气输送至分离器中。在分离器中，物料与空气分离，并由旋转出料器卸出。空气则经过除 尘器净化后排入大气。 图1 1 吸入式气力输送装置系统 卜吸嘴；2 一管道；3 、4 - 分离器；5 一除尘器；6 - 风机；7 - 出灰器；8 ，9 出料器 图1 2 压送式气力输送装置系统 1 一风机；2 一料斗；3 一加料嚣；4 一管道；5 一分离器；6 - 出料器；7 - 除尘器 压送式与吸送式性能比较见表1 - 2 。 表卜2 吸送式与压送式性能比较 4 7 第一章绪论 比较项目吸 送 式压 送式 输送量较小大小均可 输送距离适宣于短距离适宜于