7-气力输送给料机的选择和运转

63气力输送给料机的选择和运转P．W．Wypych摘要两种最常见的气力输送给料机是充气罐和旋转阀。尽管它们得到广泛使用并具有普遍性，这类给料机能产生相对独特的问题。本文深入到充气罐和旋转阀一些重要特性，还就可靠性，给/排料量和耗气等，提出能够或应该如何做以扩大它们的性能。重点放在设计特点，运转方法（如，充气/加压，排气等）和三种输送形式：流态化密相；低速栓流；单栓密相输送上[1]。1．充气罐装入充气罐的物料经常并不流畅排出或甚至根本排不出。这就导致出现许多问题，如输送能力下降或不稳定，物料不能完全排空，粉料交叉污染，产品破损和卫生差。根本问题是由于充气罐的“静止”本性和没有运动机件，它本质上是个简单器具。许多设计和操作人员常常并不懂得能影响充气罐性能，也就是给料和运转效率的一些因素。1．1充气罐设计充气罐也称为压力容器或充气锅，由于它的“静止”本性，本质上是简单的给料器具。主要按其受高压能力来选择（如，高达4000kpa，但一般600kpa），有时也因它在高温及/或磨削性应用中没有运动机件，操作压力可以100kpa（甚至50kpa）。多年来，由于各种原因已开发了许多不同型式的充气罐。工业中较常见的设计以及它们的主要特性和功能，描述汇总如下：底排料，物料由罐底排出。单一或批量充气罐给料机不必定需要排料阀，见图1所示。这种给料机能处理各种各样细的、粘的和粗的物料。还应济意到许多气力式铁路或道路槽车，事实上是多出口底排料充气罐，见图2。顶排料，物料由罐顶排出，见图3，为保证全部排空物料，这种充气罐一般限用于细的且流动性好的粉料，始聚合物粉、煤粉，飞灰和矾土等。侧排料，物料由罐侧面排出。这种充气罐给料机能在移动式卸船机和有些气力式道路槽车上看到，一般也限用于细的和流动性好的粉料。PeterWypych教授：澳大利Wollongong大学工程学院教授、博士生导师，澳大利亚工程师协会高级会员。1981年起从事气力输送及粉尘控制技术的研究及应用，到目前为止在该领域已发表了230多篇文章，编写了280多篇工业项目咨询报告，为400多项工程项目提供了设计、咨询、研究、审计、问题解决等服务。64单栓底排料，每一循坏以10到15m长度的移动料栓形式输送限定的一批物料。这种型式装置可用于运送粗的/磨削性的物料，如碾碎的煤、砂、谷物、金刚石矿料、石油焦、食品和骨炭等。通过相对短的距离，一般达100m。这种给料机正常以分批形式操作并无需排料阀，见图4。水平充气罐，应用于净空低的场所，内装多孔板促使物料流向出口。这种装置一般限用于细的和流动性好的粉料。见图5。螺旋给料充气罐，见图6，集中充气罐和螺旋给料机的优点，用于要求精确控制料流的特殊需要，如喷粉技术。微形罐，见图7，是小型和低成本装置（如，由管段和现有法兰构成），供并非很重要和低磨损的应用。一般无需排料阀，但当同一管道上连接几个微形罐时则需要。这种型式给料机可以有底部，顶部和侧面出料布置。图1底排料充气罐无排料阀图2气力式道路槽车图3顶排料充气罐带排料阀图4单栓底排料充罐无排料阀图5水平充气罐图6螺旋给料充气罐651．2充气罐布置充气罐可以有多种不同形式布置，这取决于物料和应用的需要。例如：单充气罐批量运转形式。由于每次循环中有额外操作，如充气罐装料，初始加压，循环终了的清扫/排气和阀门驱动等，平均充气罐排料量可能需要比要求的每批总输送量大50%至100%。并联（平行）充气罐[2]，对管道几乎连续给料。这种给料装置可以是底部或顶部排料（图8），几乎广泛用于长距离及/或大容量输送，运转时必须保持管道“充满”物料。串联（背包）充气罐[2]，对管道真正连续给料，顶罐（闭锁料斗）让物料在重力下（和压力平衡）落入主罐内。当用于净空不够高场合时，闭锁料斗也可安放在主罐旁边，见图9。1．3充气罐的优缺点由于充气罐无运动机件和多用性，故能以多种不同流动模式[1]如：稀相（悬浮流），流态化密相（细粉），低速栓流（颗粒料），低速栓流（粘性粉料），单栓输送（粗的/磨削性物料），旁通输送（快速去气粉料）和挤压流动（湿的/粘的物料）等供给各种类型物料。其他典型优点汇总如下：给/排料时无漏气（旋转阀给料机会产生）。运转费用很低（将物料喂入管道内）——与螺旋泵和旋转阀给料机相比。适合高温（高达900℃），高压（高达5000kpa）及/或磨蚀性应用——由于无运动机件。相对低的维护要求。对某些物料和应用，无需排料阀。能应付宽范围的过程波动（如，能力、压力），也就是工厂可能的将来增产。对磨蚀性极强的物料（如，金钢石矿料）可以安装能调换的耐磨内衬。图7微形罐带排料阀图8并联顶排料充气罐66图9特殊连续充气罐给料装置当然，也必须注意到一些重要的缺点：投资成本一般相对要高。需要更多的净空——比方说与旋转阀给料机相比。充气罐的排气通常导致空气或气体流失入大气中。许多在充气罐装置上碰到问题的人员，可能很快提出其他缺点。但是这类问题通常是由于设计不正确及/或操作程序造成。以下综述对充气罐给料装置造成的许多常见错误。1．4问题与解决方法1．4．1部件的选择操作人员共有的抱怨同某一阀门或密封件频繁或过早失效有关。遗憾的是由于这类问题，往往使整个充气罐及/或输送系统受到全面非难。问题的根本原因经常是个别部件的选择、安装或操作不对。部件的性能或技术规格要与物料特性和应用要求匹配是最为重要。现今已有许多不同型式的阀门和部件可资利用，而且经常能做到匹配良好使运转可靠。举例来说，快动作全通径阀门，如金属对金属旋转双盘阀（图10），可供磨蚀性及/或高压力/温度的应用。这类阀门不采用橡胶密封件、O形圈或阀座，因而无需附加冷却保护。图10高温金属对金属旋转双盘阀（450℃）1．4．2充气罐型式和布置如前所述，充气罐的型式和布置必须同给定的物料和应用相匹配。举例来讲，在顶排料充气罐中，粘性粉料或粗粒料能导致罐内部形成“死角区”，因而不能完全排空余料。671．4．3进气方式已对四种常见的流动模式：稀相、流态化密相、单栓输送和低速栓流等，研究过不同进气方式的影响。发现在每种情况下，进气方式对装置可靠和高效运转是极其紧要的。例如，对各种粉料（如，细的和粗的飞灰、煤粉、水泥）进行稀相和流态化密相输送，将图11中充气罐1（BT1）所示传统的“单点”充气方式，直接同充气罐2（BT2）所示最新的流态化排料锥体（FDC）作比较。由这项研究得到的关键结果汇总如下：a)较细的较粘的粉料（如，中位粒径d50≤15µm）用BT1出现各种问题（如，鼠洞、未完全排空、排料量降低）。b)较粗的粉料（如，15µm＜d50≤40µm）成功地从BT1排出。然而，当留在充气罐内部物料量达到最初量的约40%时，罐内排料量开始由其稳定状态下的值一直减少。需要相当长的增加时间来排出最后约20%的料，这就指明是受到了罐内漏斗流的影响。c)所有粉料都能匀称而始终稳定的从BT2中排出。整个循环中稳定状态排料量不变。d)在最初加压循环时，发觉不论项部进气多少均能压紧充气罐的粉料。这势必会加重上述的鼠洞和流动问题。表1给出以上（b）和（c）的示例，表中sm——稳定状态输送量；fm——输送空气质量流量；*m——料气负荷比=1sfmm；tP——稳定状态下总的管道压降；sm——平均充气罐排料量=排料质量除以排料时间。结果显示，即使两种充气罐有相同的6.7th-1初始稳定状态输送量，BT2的每批排料量也即输送效率，提高20%。而且BT2将同样的料量送到目的地要少耗气20%。这种相差对长时间连续运转的工厂就特别重要，因为一年下来的节省很可观。表1飞灰输送参数一览，D=69mm和L=300m充气罐1()smth1()fmkgs*()m()tPkpa排料时间（S）1()smthBT16.70.257.42423605.3BT26.70.257.42402886.4进气方式对图12所示单栓输送的重要性示例可参见表2（表中btM——装入充气罐内的物料质量；T——顶部进气，R——环形进气，S——补充进气；fM——总用气质量；sM——输送物料质量；btP——充气罐压力；ct——输送时间）以及图13和14。68图11不同进气式充气罐比较图12单栓充气罐表2碾碎的巴斯石单栓输送参数一览（0.1133m充气罐，D=105mm和L=161m）试验编号btM()kg进气方式(//)TRSfM最大(/)kgsfM()kgsM()kgbtP最大()kpagct()ssm1()th10100T0.308.6955103111.211100T0.318.11045502913.012100T0.318.6994803011.913100T0.318.71046003211.914100T+R+S0.3111.89466408.715100T+R+S0.3111.79371408.316106T+R+S0.3112.510175428.769图13碾碎巴斯石输送参数图14碾碎巴斯石输送参数（试验编号108-12）（试验编号108-16）这些试验及其结果显示：(a)单纯顶部进气产生强烈料栓，很高的背压（如，kpaPbt600~500）且管道严重振动。(b)将顶部进气，环形进气和补充进气三者组合（即使总的fm相同），见图12，能阻止形成强烈的料栓和导致压力大为降低（如，100btPkpa），以及平缓得多的输送模式（如，砂丘）。但每批输送量下降约25%。注意：试验编号10-13与编号14-16之间惟一差别是进气方式，发觉它对物料喂入管道和沿管道输送的途径具有重大影响。下面描述另一证实进气重要性的示例，这次是对低速栓流。最近对聚合物切片所作低速栓流试验的方案如图15所示，采取两种充气罐充气安排。第一种是顶部空气/锥体空气；第二种是顶部空气/输送空气。注意这些试验未采用料斗空气。对第一种充气罐充气情况，由100%顶部空气和100%锥体空气作试验，得出两条截然不同的数据线，而sm随fm减少，对70于用80%、60%、40%和20%顶部空气作试验，在所用的fm范围内（即，tP约60kpa），管道中产生的压力相差相对小。这些影响和趋势可以在图16的气力输送特性图中看到，它包含了等124smkgs到的曲线。对第二种充气罐充气情况，由100%顶部空气和100%输送空气作试验，得出与上述类似的两条截然不同的数据线，而sm再次随fm减少。然而，对于用80%、60%、40%和10%顶部空气作试验，由图17可见管道压力有显而易见的差异，它包含了等126smkgs到的曲线。与图16相比，这些结果表示顶部空气/输送空气的进气方式，达到好得多的运转控制以及更高的输送能力（即，与顶部空气/锥体空气相比）。图15低速栓流充气罐图16聚合物切片PCC，98.4mm内径×10m长不锈钢管（顶部空气/锥体空气充气罐）71图17聚合物切片PCC，98.4mm内径×40m长不锈钢管（顶部空气/输送空气充气罐）2．旋转阀旋转阀是气力输送系统最常用的给料机。尽管其用途广泛并流行，旋转阀能产生相对独特的问题。认识这种型式给料机的特性和潜在的问题，大大有助于旋转阀给料气力输送系统的设计、选择、操作和消除故障。旋转阀的尺寸确定和选择取决于（除了其他要求之外）是否将阀用作系统给料量的控制器。例如：(a)若旋转阀直接连接“装满”物料的料斗，则阀被称为“满流——给料”，给料/输送量可以靠改变转子速度来变化——这样，旋转阀就是给料量控制器。(b)若旋转阀直接安装在其他给料设备（如，螺旋给料机）或其他给料量控制器（如，锤式粉碎机）的下游，则旋转阀用作其他目的（如，压力密封或锁气，爆炸止回阀）。2．1给料量能力理论上，满流——给料旋阀转子的每个格腔均完全装满由料仓供给的物料。然而由于各种原因（如，粒子之间的摩擦，漏气阻碍物料流进转子格腔等等），不同的物料和应用，转子充填“效率”可以变化很大。例如，物料质量流量可由下式估算：sbmN（1）式中，——物料充填系数，可从图18[3]中查出；b——格腔中物料堆积密度（3kgm）；——