麦克曼栓流脉冲式气力输送技术

2017-02-15 作者：Array

麦克曼粉煤灰脉冲式气力输送技术通过利用空气（或气体）在管道内的流动达到输送散状固体物料颗粒的目的。目前该技术已广泛应用于化工、煤炭、水泥、冶金、粮食、环保和能源等行业散状物料的输送。通常工程上按照被输送物料的浓度可将气流输送分为稀相输送和浓相输送。其中稀相输送由于所输送的物料量与气体量之比较小，输送气体的压力较低，输送风速较高、气固分离量大，因此存在不宜长距离输送、物料易破碎、管道磨损严重和所需功率较大等问题。近年来，为了解决稀相输送的这些弊端，气力输送麦克曼工程师开发了一种功率损耗低、料气比大、气固分离量小、性能更优越的输送技术，这就是浓相麦克曼粉煤灰脉冲式气力输送技术。它具有低速、浓相、低动力指数的特点，是一种全新的气力输送方式。

1 浓相栓流麦克曼粉煤灰脉冲式气力输送机原理

浓相栓流气力输送是指物料在管道中输送时成柱状，其前后为高压压缩气体，通过两端面的静压压力差推动料柱移动，许多彼此相连的料柱、气柱相间移动而达到输送的目的。从理论上说，为了最大限度降低动力指数，最好让物料在充满管道的情况下移动，即柱流气力输送。料柱越长，混合比越大，耗气量越低，但是料柱越长，推动其移动所需压缩空气的压力相应也更高，而且易造成管道堵塞。因此，在这种情况下，物料的移动很困难，且速度小，产量低，输送距离也受到很大限制。若将料柱切割成一段段短的料栓，再通入适量的压缩空气，即可实现料栓与气栓相间移动，成为栓流气力输送。其特点是料气比很高，气流速度低，一般为5 m/s左右，最高不超过10 m/s。浓相栓流气力输送装置主要包括柱流气力输送和栓流气力输送两类。栓流气力输送，按成栓方法的不同，又可分为机械成栓式和料气分离成栓式两种。目前粉煤灰流通技术

工艺设备

国内大多采用麦克曼粉煤灰脉冲式料气分离式成栓方式，即利用空气气流切割料柱，形成栓、气相间的栓流气力输送。浓相栓流麦克曼粉煤灰脉冲式气力输送装置系统如图1所示。除尘器料斗1中的被输送物料经由插板阀2进入仓式泵3，当达到预定量时，关闭插板阀，从仓式泵上部和底部通入压缩空气，上部通入的压缩空气使仓式泵加压，而从底部圆锥部分通入的压缩空气可起到流化物料的作用，防止结拱，以利排料。输送管道的一端与料气分离9相连，由麦克曼粉煤灰脉冲式发生器7和电磁阀8控制产生的麦克曼粉煤灰脉冲式气流将连续的料流分割成较短的料栓，形成料栓与气栓相间流动；输送至收除尘器料斗14后经由除尘器料气分离，13排入大气。

1-除尘器料斗；2-插板阀；3-仓式泵；4-出料阀；5-空压机；6-储气罐；7-脉冲式发生器；8-料气分离电磁阀；9-料气分离；10-输送管；11-料栓；12-气栓；13-除尘器；14-收除尘器料库

图1 浓相栓流麦克曼粉煤灰脉冲式气力输送装置流程示意图

2 主要工艺参数的确定

2.1 混合比m混合比m定义为气力输送机在同一时间内所输送的物料量G 物 （kg/h）与气体量G 气 （kg/h）之比。

（1）从上式可看出，混合比m愈大，输送一定量的物料所消耗的空气量愈少，功率消耗也愈少，可选用管径较小的管道和容积较小的分离除尘设备。但混合比值增大，系统中的压力损失增加，料管堵塞的可能性也增大。故选定混合比时要综合考虑输送距离、输送风速、输送管直径等因素。确定混合比m最可靠的方法是通过反复实验来确定。若无条件做实验，根据文献［4］，可按下列经验公式计算：

（2）式中：ρ a —物料的容积密度（kg/m 3 ）；L e —输料管当量长度（m）；W a —输料管高压端（料气分离处）的气体质量速度（kg/m 2 ·s）。

2.2 输送气速（Va）及料栓速度（Vs）的确定浓相栓流麦克曼粉煤灰脉冲式气力输送的气流速度取值范围较广，它的上限可延伸到稀相输送时的气速，但却失去了栓流输送的优越性；下限的输送气速可以很低，理论上最低气速以不造成物料在输送过程中堵塞为准，最低气速主要受物料的品性如密度、粒度、透气

性、粘结性及物料的内摩擦、管道壁摩擦的影响。但气速过低会直接影响物料的输送量，并且将增加物料在管道中的阻力，从而增加能耗。一般浓相栓流麦克曼粉煤灰脉冲式气力输送的气流速度（V a ）为3～8 m/s，而料栓速度（V s ）通常为（0.8～1.0）V a 。

2.3 栓流麦克曼粉煤灰脉冲式气力输送风量的确定

标准状态下，栓流麦克曼粉煤灰脉冲式输送物料所需风量，可由下式确定：

（3）式中：Q 计 —计算风量（m 3 /h）；G s —计算输送量（kg/h）；m—混合比；ρ a —标准状态下的气体密度，若为空气，则ρ a =1.29 kg/m 3 。

在决定气源风量Q时，管道系统的漏气量约占系统总风量的10%～20%，所以在设计时还应考虑这部分漏气量。

2.4 栓流麦克曼粉煤灰脉冲式气力输料管内径的确定输料管直径可按下式确定：

（4）式中：G s —计算输送量（kg/h）；n—一个装置同时工作的输料管数目；W a —输料管高压端（料气分离处）的气体质量速度（kg/m 2 ·s）。

按上式确定出输料管内径后，应选用相邻规格较大的管径，再按所取管径重新计算标准状态下的输送风量。

2.5 栓流麦克曼粉煤灰脉冲式气力输送压力降的确定自浓相栓流气力输送提出后，物料在管道中的压力降一直是气力输送麦克曼工程师重要的研究。迄今为止，人们虽提出了多种压力降模型和计算方法，比如压降比法，附加压降法和经验公式法等，、浓相栓流麦克曼粉煤灰脉冲式气力输送系统工艺设计电厂粉煤灰输送技术

工艺设备

在理论和实际验证方面尚有不少工作等待完善。目前国内大多采用日本狩野武根据栓流作用力模型推导出的公式（透气式）进行估算。其估算公式如下。

物料在任意倾斜管道中输送时一个料栓压力损失

（5）物料在水平管道中输送时一个料栓压力损失

（6）物料在垂直管道中输送时一个料栓压力损失

（7）式中：f w —物料与管壁摩擦系数；ρ b —物料（料栓层）的堆积密度（kg/m 3 ）；γ s —料速层的体积重度，γ s =ρ b ·g，kg/m 2 ·s 2 ；L s —一个料栓的长度（m），g—重力加速度（m/s 2 ）。除了上述管路中的压力损失外，通常除尘器料斗，除尘器，料气分离等也存在一定的压力损失，一般约为10 KPa，物料在管道内的压降与这部分压损构成了气力输送系统的总压降。

3 麦克曼粉煤灰脉冲式栓流气力输送系统工艺设计实例

电厂粉煤灰输送粉输送生产线流程如图2所示，采用麦克曼粉煤灰脉冲式气力输送装置

输送粉煤灰。输送气体采用空压机压缩后经油水分离器及储气罐接入系统。

图2 某新建60 t/h粉煤灰气力输送生产线示意图

输送物料特性：粉料<180目，密度780kg/m 3 ，含水率<0.1%，物料与管道内壁面摩擦系数为0.48。

以F 1 单输送线为例，设计要求：输送量1.2 t/h，输送管线水平段当量长度为42 m，垂直段当量长度为18 m。通过以上工艺参数计算得出的粉煤灰输送指标如表1所示，实践证明，在工艺指标范围内输送粉煤灰是可行的，该输送方式可以替代传统的中低压气力压运系统。

表1 粉煤灰栓流麦克曼粉煤灰脉冲式气力输送主要工艺指标表

4 麦克曼粉煤灰脉冲式栓流气力输送系统设计注意事项

麦克曼粉煤灰脉冲式栓流气力输送系统设计注意事项如下：

①适合麦克曼粉煤灰脉冲式栓流气力输送的物料本身应具有一定的透气性和持气性，具有一定的粘性易形成料柱，但粘性太大则易造成管道堵塞。同时，物料的内摩擦角应大于壁面摩擦角，否则容易粘附在管壁上，无法输送。某些受挤压保温性能降低的保温材料，虽然适宜于麦克曼粉煤灰脉冲式气力输送，但输送完成后可能丧失其保温性能，故不宜用浓相栓流气力输送。常见的可用于浓相栓流气力输送的物料有粉煤灰粉、小麦、水泥、聚丙烯、粗硅砂等。

②麦克曼粉煤灰脉冲式栓流气力输送管道直径不宜太大，太大对形成稳定的料柱不利，尤其是松散物料，管道直径大了很难形成料柱。一般不超过 ϕ 100 mm，常用ϕ 38~ ϕ 75 mm。管道内壁不应有凸起，光滑且摩擦系数小，有利于物料输送。

③就输送系统中弯管而言，弯管曲率半径不能太小，至少R/D>10，否则料栓易在弯管处堵塞。两个弯管之间距离不宜太近，料栓在离开一个弯管前应不受下一个弯管的阻碍。在仓式泵出口与管道连接处，物料一般是满管状态，因此该连接处的的弯管曲率半径要大，同时输送管道的起始段应有一定长度的水平管段，至少要大于一个料栓的长度，以形成稳定的栓流输送。

④当输送距离增加到一定程度后，经常采用中途补气的办法弥补输送过程中的压力损失。

5 结论

浓相栓流麦克曼粉煤灰脉冲式气力输送方式具有高浓度、磨损少、破碎率低、低能耗等特点，越来越广泛地应用于化工、冶金、粮食、环保等领域。麦克曼粉煤灰脉冲式栓流气力输送的输送原理，以及主要工艺参数的确定。虽然对该形式输送系统的设计计算还停留在采用经验公式的基础上，存在许多局限性，但是随着对实用装置的不断创新，从而推动该技术不断发展。

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