我院承擔了科技部2002專項資金技術開發(fā)研究項目“大型低耗氣力輸送設備研究開發(fā)”，其成果項目——DB倉式泵。經(jīng)實際應用表明，系統(tǒng)操作簡便，節(jié)能降耗顯著。本文分析對比不同類型的氣力輸送設備，并重點介紹DB倉式泵的研究與應用。
??? 1? 不同類型氣力輸送裝置的分析比較
??? 氣力輸送裝置主要有兩種類型：負壓抽吸式和壓送式，國內外粉粒狀物料的氣力輸送大多采用壓送式，其發(fā)送器結構主要分兩大類，即螺旋泵和倉式氣力輸送泵。
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???????????????????? 1.1? 螺旋泵
??? 80年代引進了M型F-K螺旋泵的設計及制造技術。主要優(yōu)點是：螺旋軸采用雙支撐，出料口根據(jù)工藝要求可直接出料或左右側出料，密封采用油封及氣封，工作更為可靠。該泵用于連續(xù)輸送物料，并可在0-100％額定輸送量下變量輸送，輸送過程無脈動，輸送量可達數(shù)百噸，在相同輸送量的前提下設備體積最小。因此，特別適用于干法水泥生產(chǎn)線的煤粉輸送，也適用于大型散裝水泥船用的水泥輸送。
??? 螺旋泵屬懸浮式稀相輸送，輸送風速高，因此，其螺旋葉片及內襯磨損大，需經(jīng)常更換；電耗約高于倉式氣力輸送泵30％以上，在要求長距離大輸送量的工藝系統(tǒng)中不宜采用。
??? 1.2? 倉式氣力輸送泵
??? 1.2.1? 高壓懸浮式倉式氣力輸送泵
??? 它結構簡單，幾乎沒有運動件，所以故障少，幾乎無噪音。以倉式泵為發(fā)送器的高壓懸浮式氣力輸送裝置，曾得到廣泛應用，由于其輸送風速高(末速25～30m／s)，因此管道磨損嚴重，混合比低，氣耗大，電耗高。70年代后，國內外科技工作者轉向低速、高濃度的氣力輸送技術研究，最大限度地降低管道磨損、提高混合比、降低氣耗，提高技術經(jīng)濟指標。
??? 1.2.2? 脈沖栓流氣力輸送泵
??? 工作原理是：將物料裝入栓流泵內，在壓縮空氣的作用下，物料經(jīng)泵體排料口進入輸送管道，形成連續(xù)的較為密實的料柱。氣刀在脈沖裝置的控制下間歇動作，將料柱切割成料栓，在管道中形成間隔排列的料栓和氣栓，料栓在其前后氣栓的靜壓差作用下移動，這種過程循環(huán)進行，形成栓流氣力輸送。
??? 常見的氣力輸送是憑借輸送氣體的動壓進行攜帶輸送，而栓流輸送利用的是氣栓的靜壓差進行推移輸送，并且物料的流動是栓狀流，因此栓流的輸送速度可大大降低，耗氣量也隨之降低許多，系統(tǒng)及設備簡單。由于速度低，故所引起的摩擦和沖刷磨損大大降低。栓流泵系統(tǒng)具有低能耗、低磨損、高灰氣比和高輸送效率的特點。
??? 但是脈沖栓流的輸送機理決定了對物料有嚴格要求，輸送距離受限(＜300m)，輸送量小(＜30t／h＝，顯然不能滿足當前市場急需的長距離大輸送量的氣力輸送需求。
??? 1.2.3? 雙套管紊流濃相氣力輸送
??? 此技術為德國MÖLLER公司專利，我國在電廠粉煤灰的長距離大輸送量氣力輸送系統(tǒng)中引進多臺(套)。
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???????????????????? 輸送原理：以倉式泵為發(fā)送器，與常規(guī)倉式氣力輸送主要不同點是該系統(tǒng)采用特殊結構的輸送管道，即在輸料管內增設另一小管道，小管道布置在大管道上部，小管道下部每隔一定距離開有扇形缺口，正常輸送時大管走料，小管主要走氣。壓縮空氣通過小管缺口流出產(chǎn)生紊流效應，不斷擾動物料進行低速輸送，工作原理示意見圖1。
??? 圖1? 雙套管紊流濃相氣力輸送系統(tǒng)工作原理
??? 當輸料管道內出現(xiàn)被輸送物料局部聚積時，流通截面減少，此時輸料管道內壓力高于輸氣管內壓力，存在一個壓力差，因此需對輸氣管內加壓。當輸氣管內壓力高于開口處的輸料管道內壓力時，則輸氣管內壓縮空氣輸入輸料管道內，對聚積物料進行分割吹散后輸送。當輸料管道內壓力與輸氣管內壓力平衡時，兩者之間氣流不交流，故輸料管道能保持平穩(wěn)輸送。
??? 據(jù)資料介紹其優(yōu)點為：① 系統(tǒng)適應性強，可靠性高。②
??? 低流速、低磨損，初速為2～6m／s，末速約15m／s，平均流速10m／s左右。③ 電耗低：常規(guī)輸送電耗7～10kWh／(t·
??? km)，而該系統(tǒng)為4～6kWh／(t·km)。④ 輸送距離遠：達1000m以上。
??? 1.2.4? 助推式高濃度氣力輸送
??? 美國空氣動力公司研制的助推式高濃度氣力輸送系統(tǒng)，以倉式泵為發(fā)送器，在輸料管道上按一定間隔距離安裝若干只助推器，輸送用氣并不全部加入倉泵，加入倉泵的空氣只是起到將物料推進料管的作用，另外的空氣通過助推器直接加入管道，被輸送的物料在管道中呈集團流或栓流，運動速度低、混合比高、耗氣量小。
??? 1.2.5? DB倉式氣力輸送泵
??? 它是我院研發(fā)的多功能型濃相流態(tài)化氣力輸送設備，其特點：
??? （1）倉泵容積大(＞18m3)輸送量大(單泵輸送水泥＞120t／h)，工作次數(shù)少，因而故障率更低。
??? (2) 管式低阻型內部流態(tài)化裝置使流態(tài)化區(qū)域大且穩(wěn)定，輸送混合比高。
??? (3)管道的變徑設計，保證了輸送氣流速度低(初速5m／s左右，末速為10～16m／s)，磨損小，電耗低(輸送距離＜1500m
??? 條件下，3.6kWh／(t·km)＝。
??? (4)當輸送距離＞1000m
??? 時，在輸料管道上按一定間隔距離安裝若干只助推器，可減少泵體的充氣量，并避免管道發(fā)生堵塞。
??? 2? DB倉式泵的主要研究內容
??? 2.1? 內配管及流態(tài)化裝置的設計

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??? DB倉式泵的內部結構設計是否合理，對泵的輸送性能影響很大。經(jīng)多年探索及應用實踐，對高存氣性和低透氣性粉料(如水泥、生料和粉煤灰等)充分流態(tài)化的必要條件進行了總結。根據(jù)物料性質、泵容量大小和輸送距離，制定內部配管的直徑及流態(tài)化充氣管的面積。流態(tài)化管外部的透氣材料為低阻、憎水性強、高強度和致密的合成纖維材料，為保持良好的工作狀態(tài)，需要定期檢查及更換。對高存氣性物料只需少量氣體即可取得良好效果，流態(tài)化后的物料其摩擦角一般小于與管壁的摩擦角。經(jīng)多臺泵運行實踐的觀察及計算，管道平均氣流速度可降至10m／s左右，與常規(guī)懸浮式氣力輸送相比，由于輸送氣流速度(V)的降低，而混合比（μ）提升，總風量(Q)下降，輸送中摩擦阻力(F)下降，則空壓機功率（N）消耗下降。
??? N ∝K·Q·F??????????????????????????? (1)
??? 由于氣流速度降低，管道磨損(Δ)大幅度減小。
??? Δ∝V3～4???????????????????????????????????????????????? (2)
??? 2.2? 變徑輸料管道的設計及應用
??? 在中長距離氣力輸送時，隨著輸送距離的延長，管道內氣體膨脹。當輸料管道初端、尾端管徑相同時，管道初端壓力高，氣體密度大，輸送到尾端壓力降低，氣體密度減小，管道的輸送風速則越來越大。管道內壓力與速度的變化見圖2。
??? 圖2? 管道內壓力與速度的關系
??? 圖3? 氣流速度與壓力損失的關系
??? 由于管道磨損量與風速的3～4次方成正比，因此風速的增加勢必帶來管道磨損量的急劇增加。
??? 穩(wěn)定輸送段壓力損失為最小時氣流速度的確定是管徑選擇的基礎數(shù)據(jù)，圖3表示氣流速度與壓力損失的關系。普遍規(guī)律為在穩(wěn)定輸送段有壓力損失為最小時的氣流速度Vmin
??? ，當選擇的氣流速度大于Vmin時，壓力損失隨之增高，管道磨損加重，且電耗增加；反之，若低于Vmin時，則壓力急劇增高，物料沉積直至堵管。經(jīng)多年實踐的總結，對高存氣性和低透氣性的粉料，在流態(tài)化濃相輸送中，為減少管道磨損，采用分段變徑輸送管，變徑后的風速降低幅度與管徑幾何比的平方成正比，因此擴大管徑是一種行之有效的管道降速方法。
??? 對不同粉料和不同的輸送距離，管道如何變徑以及變徑點的選擇是關鍵問題。它涉及到最低輸送風速的選擇，對不同的輸送方式，最低風速又有不同要求。由于氣固兩相流在管道內流動狀態(tài)相當復雜，至今沒有一套完整的計算式供設計直接使用。DB倉式泵根據(jù)輸送距離的不同、物料性質的變化及輸送量的不同，所采用的Vmin較常規(guī)方式大約可降低30％～40％。Vmin值乘以適當?shù)男拚禂?shù)，即為實際選擇最佳氣流速度的基準，可作為變徑管道末速選擇的依據(jù)。