密相氣力輸送系統(tǒng)常見問題及影響因素①

(格律克粉體工程(上海)有限公司，上海 201108)

氣力輸送是借助空氣或氣體的流動來帶動干燥的散狀固體粒子或顆粒物料的流動，從而實現(xiàn)將物料從一個位置移送到另一位置的設備或裝置中[1]。當氣流中顆粒體積比(料/氣)不超過0.05，固氣混合系統(tǒng)的空隙率ε>0.95時，稱為疏相輸送；當氣流中顆粒體積比(料/氣)超過0.2，固氣混合系統(tǒng)的空隙率ε<0.8時，稱為密相輸送[2-3]。密相輸送通常以倉泵為發(fā)送罐，輸送壓力100～600 kPa，氣速2～8 m/s，固氣比大于15，氣速低，磨損小，輸送效率高。密相輸送屬間歇輸送，輸送穩(wěn)定且輸送距離遠，輸送管管徑小，安裝方便[4-7]。密相輸送系統(tǒng)在化工、食品、制藥、建材、采礦、冶金及電力等行業(yè)的塑料顆粒、奶粉、藥劑、水泥、型砂、煤灰等散裝物料的裝卸輸送中應用廣泛。文中針對密相氣力輸送系統(tǒng)中常見的問題，分析其產(chǎn)生原因及影響因素。

1 密相氣力輸送系統(tǒng)工作原理及特點

1.1 工藝流程

密相輸送系統(tǒng)通常包括料倉、喂料器、壓縮機、倉泵、輸送管、換向閥、除塵器和收料罐等。倉泵是密相輸送系統(tǒng)的發(fā)送裝置，其出料分為下出料和上出料2種方式，不同出料方式的倉泵特性與被輸送物料的特性密切相關[8-9]。倉泵輸送有單泵模式，也有雙泵或多泵模式，雙泵系統(tǒng)可增大固氣比，降低能耗，滿足系統(tǒng)出力要求，提高輸送效率[10]。單泵密相氣力輸送系統(tǒng)工藝流程簡圖見圖1。

圖1 單泵輸送密相氣力輸送工藝流程簡圖

1.2 工作原理

倉泵工作采用間歇式輸送，倉泵每進、出一次物料為一個工作循環(huán)，工作循環(huán)過程可分為進料、流化、輸送和吹掃4個階段(圖2)。①進料階段。倉泵投運后進料閥打開，物料落入泵內(nèi)。當料位計發(fā)出滿料信號或達到設定時間時，進料閥自動關閉。②流化階段。進氣閥打開，壓縮空氣從泵體底部的氣化室進入，擴散后穿過流化床，在物料被充分流化的同時，泵內(nèi)的壓力也逐漸上升。③輸送階段。當泵內(nèi)壓力達到一定值時，壓力傳感器發(fā)出信號，出料閥開啟，流化床上的物料流化加強，輸送開始，泵內(nèi)物料逐漸減少。此過程中流化床上的物料始終處于邊流化邊輸送的狀態(tài)。④吹掃階段。當泵內(nèi)的物料輸送完畢，壓力下降到等于或接近于管道阻力時，加壓閥和吹堵閥關閉。出料閥在延時一定時間后關閉，整個過程結束，完成一次工作循環(huán)。

1.輸送管 2.吹掃閥 3.出料閥 4.進氣閥 5.泵體 6.進料閥圖2 倉泵工作循環(huán)過程

倉泵進行輸送時，泵內(nèi)的壓力是不斷變化的。正常工作時倉泵內(nèi)壓力情況變化見圖3。加壓階段，泵內(nèi)壓力直線上升。輸送階段，泵內(nèi)壓力基本不變或變動很小。當泵內(nèi)或管道內(nèi)物料剩余不多時，壓力快速下降。當壓力降至一定值，并維持在一定范圍內(nèi)時進入吹掃階段。吹掃階段后期，壓力已降至最低值，表明管內(nèi)物料已被吹掃干凈，輸送結束。吹掃階段完畢，泵內(nèi)壓力基本不變，此時泵內(nèi)壓力是在該供氣狀況下管道所具有的阻力。

圖3 工作狀態(tài)下倉泵壓力變化曲線

受限于當前的測試方法，對倉泵內(nèi)物料流動情況及機理認識尚有不足。氣力輸送過程中，氣固兩相流動有復雜性和不穩(wěn)定性特點，隨著輸送時間的推進，在整個過程中固相體積分布較為混亂且有明顯物料沉積現(xiàn)象[11-13]。不同密相輸送方式下，輸送管內(nèi)物料可能出現(xiàn)多種流動形態(tài)。工作狀態(tài)下水平管中物料的流動狀態(tài)見圖4，圖中H1表示整個管道充滿物料的滑動流(也稱滿管流)，H2表示料栓間有沉積層的栓流，H3表示無沉積層的栓流，H4表示帶沉積層的懸浮流，H5表示沙丘狀流，H6表示帶料束的流動。

圖4 工作狀態(tài)下水平管道內(nèi)物料流動狀態(tài)

2 密相氣力輸送系統(tǒng)常見問題

(1)堵塞 管道堵塞是密相氣力輸送系統(tǒng)最常見和最不易處理的故障之一，約占氣力輸送系統(tǒng)故障率的40%以上[14]。尤其在輸送管道水平段與垂直段連接處，堵塞更為嚴重。由于輸送管線較長且架空，因此檢修難度很大。

(2)部件磨損 常見的部件磨損，如倉泵出口管道閥門磨損破壞嚴重，維護工作量大。緩沖倉下旋轉給料閥磨損破壞較快、漏粉嚴重。

(3)下料不暢 密相氣力輸送系統(tǒng)出料時間長，粉體貯倉運行中出現(xiàn)堵粉現(xiàn)象，造成下料困難。

(4)出力不足 密相氣力輸送系統(tǒng)出力偏小或不足，難以適應大型裝置，如火力發(fā)電廠等裝置的氣力除灰要求。

3 密相氣力輸送系統(tǒng)常見問題產(chǎn)生原因及影響因素

3.1 系統(tǒng)設計及選型

密相氣力輸送是氣固兩相流的復雜運動過程。目前密相倉泵氣力輸送系統(tǒng)參數(shù)的確定仍基于懸浮型稀相正壓氣力輸送計算方法，重要參數(shù)仍依賴經(jīng)驗選取，計算結果誤差較大，使工程設計和運行管理具有不確定性[15]。影響密相氣力輸送的關鍵因素是能耗和穩(wěn)定性[16-17]，在參數(shù)設計、設備選型期間就需考慮。

3.1.1系統(tǒng)壓力損失

系統(tǒng)壓力損失包括供料裝置壓力損失、物料加速和提升壓力損失、管路沿程壓力損失(水平直管、垂直直管、彎管、斜管、管件、閥件等)及分離器壓力損失等。通常采用經(jīng)驗公式，以輸送氣體的壓力損失為基礎，用壓損因子來考慮輸送物料的壓力損失。設計計算時應對易引起壓力下降或流阻較大的地方多加考慮，選擇合理的材料和設計方案。如在彎管接頭處盡量設計大的曲率半徑，盡可能減少壓力損失，降低流阻。此外還要考慮合理安裝，如在管道焊接時，直管與直管、彎管、三通連接采用焊接，而與設備連接處采用法蘭連接。將管道彎頭更換為內(nèi)襯陶瓷的整體彎頭可減少磨損，但彎頭是拼焊而成，內(nèi)襯陶瓷焊接處也存在縫隙，輸送粉體時，顆粒便透過陶瓷縫隙對焊縫產(chǎn)生磨損。

3.1.2固氣比

對于一定粒度的物料，固氣比有一個最佳值，此值既能保證物料的輸送，又要保證用氣量最少。若固氣比高于最佳值，物料雖被輸送出去，但用氣量大，物料在輸送管道內(nèi)的流速高，物料對管道的磨損就變大。固氣比對氣力輸送系統(tǒng)能耗有很大影響，隨著固氣比的提高，系統(tǒng)能耗顯著降低。管徑對系統(tǒng)能耗的影響也很大，固氣比相同，即輸送流量相同時，管徑大，流速小，能耗低。因此，還應計算固氣比與管徑、輸送速度的關系。

3.1.3倉泵壓力下限/上限值設定

倉泵壓力下限值的設定較為重要，若該值設定過大，泵內(nèi)或管道內(nèi)的物料未輸送完畢，會影響第二次輸送。若該值設定過小，泵內(nèi)或管內(nèi)的物料早已輸送完畢，會造成壓縮空氣浪費，延長輸送時間，降低輸送效率。一般將倉泵壓力下限值設定為倉泵輸送壓力加上0.01～0.03 MPa。

倉泵壓力上限值設定為倉泵實際輸送過程中的壓力加上0.02～0.04 MPa。若此值設定過高，出料閥打開瞬間初速過高，阻力增大，易造成堵管[18-19]。

3.1.4系統(tǒng)選型與布置

倉泵型式不同，系統(tǒng)出力、輸送壓力和固氣比等參數(shù)亦不同，選型不當就會產(chǎn)生出力不足或能耗過大等問題。大部分電廠的氣力除灰不暢均表現(xiàn)為輸送能力不足，其原因主要是設計選型偏小及煤種變化[20]。密相氣力輸送系統(tǒng)目前主要有正壓單倉泵系統(tǒng)、正壓多倉泵系統(tǒng)及低正壓系統(tǒng)，其系統(tǒng)參數(shù)應用范圍見表1。

表1 密相氣力輸送系統(tǒng)參數(shù)應用范圍

應根據(jù)工況合理進行密相氣力輸送系統(tǒng)設計及選型。對于易吸潮物料，其輸送系統(tǒng)設備及構筑物應具有良好的防潮、防雨水滲漏和去濕措施。顆粒不均或大顆粒進入倉泵易造成堵管或下料不暢，在流程設計時可考慮在進料前進行篩分或加篩網(wǎng)。

3.2 輸送介質(zhì)

3.2.1壓縮氣源品質(zhì)

壓縮氣源的品質(zhì)是指壓縮氣源的壓力和凈化程度。氣力輸送需要的輸送壓縮空氣最低壓力為0.55 MPa。倉泵輸送物料過程中，若壓力低于0.55 MPa，則輸送管道容易堵塞，倉泵送不出物料，或輸送時間變長。

壓縮氣源的凈化程度對氣力輸送影響較大。若壓縮氣源凈化不完全，壓縮氣源中會含有大量的水和油，油、水與粉體物料接觸時，會粘結在倉泵氣化盤上，影響倉泵內(nèi)部的流型和物料流化，降低倉泵輸送效率，進而影響系統(tǒng)的順利輸送。

3.2.2物料品質(zhì)

(1)物料粒度 物料粒度越小，其流動性越強。對于單位質(zhì)量的粉體物料，粒度越小，比表面積越大，吸附的氣體也越多，粉體的體積越大，密度就越小，空氣容易托起粉粒，易于輸送。反之，粉體的粒度越大，其流動性就越差，會難以輸送而造成堵塞。

(2)物料含水 有些物料，如粉煤灰表面有很多孔隙和裂縫，孔隙率最大60%～70%[21]。這種結構在干燥狀態(tài)下的流化性能很強，但對水的吸附作用也很強。若設備密封不良造成內(nèi)部滲水，灰分遇水就會結塊，造成系統(tǒng)堵塞。另外，環(huán)境溫度低可導致灰分溫度降低，此時粘附在灰分表面的水蒸氣容易結露，使灰的黏性增加、流動性變差、流動阻力增大，造成系統(tǒng)堵塞。

(3)物料中雜物多 若輸送系統(tǒng)內(nèi)部沒有清理干凈，雜物進入料斗，會造成倉泵和輸送管路堵塞。因此在系統(tǒng)安裝和機組大修過程中要確保系統(tǒng)內(nèi)部雜物清理干凈，發(fā)現(xiàn)倉泵出力降低或不能正常投運，應優(yōu)先解體清理倉泵內(nèi)部雜物，日常維護中要定期打開倉泵檢查窗查看倉泵內(nèi)部情況。

3.3 間歇操作

倉泵輸送物料是間歇操作，在交替輸送過程中，會使物料逐漸沉積于輸送管道底部或拐彎處造成堵塞。在打開出料閥開始輸送的瞬間，對出料閥閥芯的磨損較大，并對管道彎頭產(chǎn)生沖擊磨損。而在向倉內(nèi)裝料過程中，會使倉底物料較長時間受壓而粘合在一起，不易分散、流化，在輸送出口處的水平管道部位造成堵塞。實際操作中，在某些工況下，可調(diào)整倉泵出料程序，采取邊氣化邊輸送的方式運行，極大減輕對出料閥和管道彎頭的磨損。

3.4 元器件故障

3.4.1氣動閥漏氣

氣力輸送系統(tǒng)中使用的進料閥、排氣閥、出料閥、輸送閥及吹堵閥等均為氣動閥，當閥體內(nèi)橡膠密封圈老化變形、密封不嚴時，干顆粒氣流會先磨穿橡膠密封圈，進而磨損門板及閥體。在流化階段，若出料閥或進料閥漏氣，會導致泵內(nèi)壓力無法達到流化的設定壓力而退出運行。在輸送階段，進料閥漏氣、出料閥泄漏、吹堵裝置損壞很容易使各泄漏處迅速擴大，從而使輸送管內(nèi)氣壓降低而造成堵管。

3.4.2料位計故障

氣力輸送系統(tǒng)中使用的料位計準確性較高，對料位計的調(diào)整較為重要。如靈敏度調(diào)整得過于靈敏，會造成倉泵進料量過少。如靈敏度調(diào)整得不夠，則造成倉泵進料過多，使倉泵內(nèi)流化空間減小，物料濃度較大，容易發(fā)生堵管。

3.4.3壓力變送器故障

倉泵泵內(nèi)壓力在整個運行控制過程中起到十分關鍵的作用，直接影響系統(tǒng)的運行和對故障的判斷。壓力變送器常見故障：①引壓管泄漏，造成流化過程中無法達到設定壓力，倉泵因加壓超時而退出運行。②未到倉泵壓力下限，輸送過程結束，造成管道內(nèi)積灰，影響同一輸送管道其它倉泵的輸送。③接點電壓為24 V，接點易受環(huán)境影響而產(chǎn)生干擾。④接點起弧碳化，接觸不良。⑤引壓管堵塞，使得變送器壓力數(shù)值始終不變或變化很小，造成誤堵管。

4 結語

介紹了密相氣力輸送的工作原理，針對密相氣力輸送系統(tǒng)中常見的堵塞、部件磨損、下料不暢、出力偏小和不足等問題，從系統(tǒng)設計及選型、輸送介質(zhì)、操作、設備故障等方面進行了分析，可為密相氣力輸送系統(tǒng)工藝設備選型及運行故障處理提供參考。