空氣炮在水泥工業(yè)中的運(yùn)用分析

摘要：空氣炮作為當(dāng)前處理管道、儲(chǔ)存庫(kù)、料庫(kù)、喂料室以及旋風(fēng)筒還有豎煙道等位置處的物料堵塞、結(jié)皮粘附的重要工具，已經(jīng)被越來(lái)越多的應(yīng)用水泥工業(yè)中來(lái)。其特點(diǎn)是作業(yè)時(shí)以超音速進(jìn)行瞬時(shí)沖擊，所產(chǎn)生沖擊力均被直接應(yīng)用于物料之上，進(jìn)而使得靜態(tài)下的物料塌落、散開(kāi)，確保生產(chǎn)恢復(fù)正常。文章結(jié)合空氣炮原理，對(duì)其水泥工業(yè)中有效運(yùn)用進(jìn)行詳細(xì)分析和探討。

關(guān)鍵詞：水泥；物料堵塞；空氣炮；結(jié)皮粘附；溫度效應(yīng)

近些年，隨著我國(guó)交通、水利等基礎(chǔ)設(shè)施力度的加大，對(duì)水泥等工業(yè)原料的需求日益加大，極大促進(jìn)了水泥行業(yè)的發(fā)展，而在當(dāng)前水泥生產(chǎn)作業(yè)過(guò)程中，時(shí)常在各管道、儲(chǔ)存庫(kù)、料倉(cāng)、窯尾喂料室、旋風(fēng)筒錐體還有下料管等位置處發(fā)生物料粘附以及結(jié)皮堵塞等情況。給物料正常移動(dòng)產(chǎn)生一定干擾，同時(shí)使得壓差增大，生產(chǎn)過(guò)程遭到破壞，降低了生產(chǎn)能力，并對(duì)水泥質(zhì)量造成影響。此外還生產(chǎn)作業(yè)時(shí)增大了生產(chǎn)能耗以及耐火襯消耗，不僅使得清堵勞動(dòng)量加重，同時(shí)還對(duì)作業(yè)人員人身安全帶來(lái)影響。

一、概論

以往國(guó)內(nèi)水泥廠使用的均為壓縮空氣噴吹，使用電磁式敲打器來(lái)開(kāi)展人工清堵。尤其是當(dāng)窯尾預(yù)熱器發(fā)生堵塞時(shí)，都是進(jìn)行停窯降溫，進(jìn)行人工清堵。七十年代處，西方發(fā)達(dá)國(guó)家研制出一種物料清堵助流裝置，即空氣炮，得到了廣泛應(yīng)用和推廣，上世紀(jì)八十年代被引進(jìn)到中國(guó)。由于空氣炮同以往機(jī)械式以及電磁式還有氣動(dòng)式振動(dòng)器相比有著諸多優(yōu)點(diǎn)，因此被在國(guó)內(nèi)被廣泛應(yīng)用。其特點(diǎn)是作業(yè)時(shí)以超音速進(jìn)行瞬時(shí)沖擊，所產(chǎn)生沖擊力均被直接應(yīng)用于物料之上，進(jìn)而使得靜態(tài)下的物料塌落、散開(kāi)，確保生產(chǎn)恢復(fù)正常。

二、工作原理

作業(yè)中，當(dāng)壓縮空氣經(jīng)過(guò)相應(yīng)二位三通閥V而流入到炮體貯氣罐時(shí)，內(nèi)部活塞在外推壓下移動(dòng)，并對(duì)噴爆口T造成阻擋。而當(dāng)空氣炮內(nèi)部與外部壓縮空氣均為相等時(shí)，外界壓縮空氣無(wú)法進(jìn)入炮體內(nèi)部，此時(shí)內(nèi)部滿載壓縮空氣的壓縮炮即可以進(jìn)行隨時(shí)放炮。放炮過(guò)程中利用人工控制將三通閥換向，使得氣缸活塞在炮內(nèi)壓縮空氣下產(chǎn)生移動(dòng)，當(dāng)打開(kāi)噴爆口T時(shí)，原本炮體內(nèi)部的空氣瞬時(shí)噴射而出，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)物料的沖擊助流作用。

當(dāng)容器壁之上存有較厚堆積粉體以及粘附層時(shí)，噴射而出的空氣將無(wú)法快速通過(guò)附著物孔隙，一旦物料中形成高壓，則器壁上的附著層就會(huì)漲落下來(lái)。而在噴爆口周圍所漲落的物料面積等同于附著層厚度，所以在選擇噴爆口出口時(shí)，可以選擇在炮內(nèi)邊角上或者粘附最厚處。

如果只是單純的利用空氣所產(chǎn)生的噴爆效果，則空氣噴射應(yīng)同被清除物料表面平行。此時(shí)需使用空氣炮自身動(dòng)能，利用特定扁形噴嘴以及較大噴射角度將粘附料清除。而對(duì)于那些壁上面積相對(duì)較大的粘附物，則需要在其變硬之前就進(jìn)行清除作業(yè)。

三、應(yīng)用范圍與溫度效應(yīng)

在水泥生產(chǎn)作業(yè)中，空氣炮不僅可應(yīng)用于常見(jiàn)冷態(tài)設(shè)備之上，比如溜槽、卸料坑以及各種料倉(cāng)，同時(shí)也可用于常用熱態(tài)設(shè)備之上，像豎煙道以及窯后喂料室。空氣炮使用效果同使用物料的水分、密度、溫度、以及粘性還有內(nèi)襯質(zhì)量與粒度組成相關(guān)，因此各地水泥廠應(yīng)依據(jù)自身實(shí)際情況，對(duì)空氣炮進(jìn)行合理設(shè)置。

所使用的各種料倉(cāng)，其常見(jiàn)的堵塞故障主要有架橋以及漏斗形粘附、鼠洞還有結(jié)拱等。處理結(jié)拱故障時(shí)相對(duì)容易，但對(duì)鼠洞粘附進(jìn)行處理時(shí)需特別注意。當(dāng)排料機(jī)械同相應(yīng)的料倉(cāng)結(jié)構(gòu)搭配不夠合理時(shí)，放炮很可能產(chǎn)生負(fù)作用，使得塌落的物料密實(shí)集中在出口料上方，并使得容積密度迅速增大，從而導(dǎo)致料口被堵，無(wú)法進(jìn)行排料。這時(shí)需要我們從空氣炮設(shè)置位置以及實(shí)際放炮操作方面采取相關(guān)措施，其中非常重要的一點(diǎn)就是在出料口上方安設(shè)相應(yīng)的減壓裝置。

對(duì)于鼠洞流物料，大都為水分較大、流動(dòng)性較差的粘性細(xì)粉物料，像砂巖粘土以及生料水泥等等。在對(duì)這些物料進(jìn)行處理時(shí)，應(yīng)注意操作方法。

在熱態(tài)設(shè)備上應(yīng)用空氣炮時(shí)，會(huì)因炮體內(nèi)部活塞圈與相應(yīng)氣罐膨脹系數(shù)的差異而形成“漏氣”，此外應(yīng)用的電磁閥在溫度較高時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)失靈現(xiàn)象。所以在使用空氣炮時(shí)，應(yīng)將環(huán)境溫度控制55C。左右，不然就需要采取其他隔熱措施，當(dāng)然也可以選擇換用其他類型控制閥。

從上圖中，我們可以看出器壁內(nèi)部的相應(yīng)熱輻射a流入到空氣炮體內(nèi)噴管中，在觸碰到管壁時(shí)轉(zhuǎn)換成為輻射熱 排出。當(dāng)管子連接處存在相應(yīng)斷熱措施時(shí)，其噴管溫度不會(huì)很高。而高溫之下所形成的熱 ，在流入管內(nèi)之后也轉(zhuǎn)換成為輻射熱 排出。所以噴爆空氣在發(fā)生膨脹之后形成相應(yīng)負(fù)壓，而產(chǎn)生含塵熱氣流，對(duì)空氣罐本身密封系統(tǒng)造成一定損壞。而通過(guò)使用合理安裝形式，可以將該危險(xiǎn)降到最低，此外還可以對(duì)炮體內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效改進(jìn)。安裝空氣炮時(shí)，應(yīng)盡量遠(yuǎn)離離熱器壁，當(dāng)然也可以安裝在空氣流通處，確保其溫度不會(huì)超過(guò)50C。。

四、射流沖力

空氣炮所產(chǎn)生的射流沖力要同噴管自身長(zhǎng)度以及彎頭數(shù)存在很大關(guān)聯(lián)。在對(duì)空氣炮進(jìn)行安裝時(shí)，需要注意既要使空氣炮遠(yuǎn)離相應(yīng)的發(fā)熱設(shè)備，同時(shí)又要噴管長(zhǎng)度不會(huì)過(guò)長(zhǎng)、彎頭數(shù)不會(huì)過(guò)多。圖為空氣炮II型、III型在不同壓力下，所產(chǎn)生的射流沖力同其管長(zhǎng)之間的關(guān)系。II型炮自身變化趨勢(shì)相對(duì)明顯。在4kgf/cm2的情況之下，其噴管長(zhǎng)度已從最初1.2m延伸到的13.1m，沖力也減少57%。但相對(duì)于III型炮來(lái)說(shuō)，其變化趨勢(shì)卻相對(duì)較為緩和，在4kgf/cm2的情況之下，其自身管長(zhǎng)已經(jīng)從1m逐漸延伸到10m，其沖力下降了約4%。

此外彎管數(shù)目對(duì)所產(chǎn)生的射流沖擊力也有較大影響。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)證明，有無(wú)彎管情況下其形成的射流沖擊力也不相同。彎管不存在和存在一個(gè)90c°彎管相對(duì)比，II型炮所產(chǎn)生的沖擊力要比先前下降13%，而III形炮則要下降11%。在相同8kgf/cm2情況之下，彎管不存在同存在4個(gè)90c°彎管相對(duì)比時(shí)，發(fā)現(xiàn)不論是II型炮，還是III型炮，其產(chǎn)生的沖擊力都要下降40%左右。

五、控制

ZJ-019系列空氣炮使用12’’管路充氣，且其管路上設(shè)有相應(yīng)的二位三通控制閥。經(jīng)過(guò)我們相關(guān)實(shí)驗(yàn)可以得出空氣炮內(nèi)部主閥同其控氣閥之間所形成的距離不能過(guò)長(zhǎng)，但其長(zhǎng)度應(yīng)確保可以將幾臺(tái)空氣炮內(nèi)部的控制閥集中安裝，以方便日后的檢測(cè)與維修。圖中所示即電磁閥空氣炮的相應(yīng)管線圖。

通過(guò)使用周期作用的相應(yīng)電控系統(tǒng)，可以同時(shí)產(chǎn)生幾個(gè)，甚至十幾個(gè)連續(xù)脈沖，它們之間的間隔可以依據(jù)相關(guān)要求在既定0.4-60秒范圍內(nèi)隨意變化。與此同時(shí)，其每個(gè)信號(hào)可以對(duì)幾個(gè)控制閥進(jìn)行同時(shí)操控，且其周期變化時(shí)間控制在2小時(shí)以內(nèi)。比如使用的旋風(fēng)預(yù)熱器其實(shí)際放炮間隔可以控制在15-20分鐘以內(nèi)，II炮額定充氣時(shí)間可以控制在30秒左右。

由于空氣炮進(jìn)行一次噴爆時(shí)所產(chǎn)生的氣體量并不大，像容量為50的II型空氣炮，在15毫秒內(nèi)所排出的空氣量不會(huì)超過(guò)0.4m3，所以本身對(duì)系統(tǒng)的影響不會(huì)太大。

總結(jié)：

本文通過(guò)結(jié)合空氣炮自身特點(diǎn)及其工作原理，對(duì)其在水泥工業(yè)中的運(yùn)用進(jìn)行了有效分析和研究，為日后促進(jìn)空氣炮的應(yīng)用和推廣提供了相應(yīng)的理論支持。

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