制粉车间气力输送风网特性参数测定与分析

林 乾，吴建章，朱龙权，唐凌锋，赖世椿，刘 旺，黄金源

1.广州岭南穗粮谷物股份有限公司 （广州 510800）

2.河南工业大学 （郑州 450001）

气力输送是散状物料的输送方式之一，因为其输送物料的同时还可对物料以及供料的研磨设备如磨粉机起到除湿、降温作用，且输送管道布置灵活、占用空间小、全封闭输送无抛洒等优点［1－2］，已经成为小麦制粉车间在制品输送普遍选用的输送方式。近年来，随着小麦加工厂加工规模的越来越大，在制品品种越分越细、越分越多以及楼层数量、楼层高度的增加，使得气力输送系统的设计、阻力计算和设备选型等方面面临诸多问题。本文作者对已经建成并正常运行的某日处理小麦1 200 t面粉厂制粉车间的气力输送风网进行现场测试和分析，以期为日益增大规模的面粉厂制粉车间气力输送的设计计算、设备选型和实际操作有所帮助。

该面粉厂制粉车间总计8 层楼，1 层用于辅助设备、下脚整理、备品备件及配电室用房等；磨粉机位于3层，气力输送的卸料器位于8层楼，高方筛位于7层楼。分为A、B两条生产线，单条生产线的设计规模为600 t／d。每条生产线有3组气力输送风网，在此命名为A 线A1、A2和A3，B 线B1、B2和B3。由于篇幅所限，本文仅以气力输送A 线为例（重点A1线）进行分析和研究。

1 材料与方法

1.1 测试仪器

毕托管，U 型压力计，秒表、电子计量秤等。

1.2 测试内容和方法

测试的内容主要为气力输送各输料管的输送风速、输送产量；风机的全压、风量及其电动机运行电流；脉冲除尘器的阻力、处理风量等。可通过使用测试仪器测出管道的动压、全压以及卸料器下所接的物料质量和接料时间，由下式计算得到。

（1）输送风速的测定和计算

式中：ua为输送风速，m／s；Hdmax为管道中心线上的动压，Pa。

（2）管道风量的计算

管道风量通过输送风速计算得到。

式中：Q 为管道风量，m3／h；D 为管道直径，m。

（3）风机的全压测定和计算

式中：H风机为风机的全压，Pa；Hoj为风机的进口全压，Pa；Hoc为风机的出口全压，Pa。

（4）除尘器阻力测定和计算

ΔH除＝Hoc－Hoj

式中：ΔH除为除尘器阻力，Pa；Hoj为除尘器的进口全压，Pa；Hoc为除尘器的出口全压，Pa。

（5）输料管输送产量测定和计算

式中：Ms为输料管输送产量，t／h；Δt为接料时间，s；ΔM 为接料时间Δt内料桶内收集的物料质量，kg。

（6）输送浓度计算

式中：μ 为输送浓度，kg／kg；Ma为输料管内的空气质量流量，kg／h；ρa 为空气的密度，kg／m3。

（7）风机电动机电流测定

气力输送风网测定时，气力输送风机的运行电流在总控室监测读出。每10 min读数1次，最后计算平均值得到风机电动机电流。总控室同时监测A线1B的流量。

1.3 测定准备

（1）气力输送系统的维护。测试之前，对气力输送系统进行全面维护，做到管网不漏气、管道不存料、不堵塞等，风机、脉冲除尘器等设备正常运行。

（2）打测试孔：用9 mm 钻头在管道上打测试孔。

（3）生产原料的准备。准备1个测定周期内（即一个班组）所用的原料。如测定A 线时，保证A 线气力输送系统参数全部测定完的小麦用量，且保证1B产量稳定、均匀。

2 结果与讨论

2.1 气力输送A1线的1B流量

气力输送风网A1线各输料管输送产量见表1。各输料管输送产量尤以1B 最为重要，1B 输送产量既是制粉车间加工能力的关键指标，也是气力输送风网运行最基本的参数。

系统／根数 1B／5 2B／5 1MC／2 1S2／1 D1／2 D2／2输送产量（t／h）4.389 5.135 5.257 4.574 4.796 4.042 3.792 3.574 3.395 3.417 1.625 1.917 0.839 0.68 0.796 2.37 0.847合计（t／h）输料管平均（t／h）24.151 4.830 18.22 3.644 3.542 1.771 0.839 0.839 1.476 0.738 3.217 1.609

气力输送风网A1 总计17 根输料管，其中1B有5根，实测产量合计24.151 t／h，即日处理小麦579.6 t／d，而生产线的设计能力是600 t／d，实际产量达到了设计产量的96.6%。总控室通过电子流量秤监测的1B流量是24.31 t／h，与实际测定结果基本相等，表明输送产量实测结果真实、可靠。

1B输料管的平均产量为4.830 t／h，最低4.389 t／h，最高5.257 t／h，方差为0.134 1，标准差为0.366 2。方差的大小表明与中心数值的偏离程度，方差越小，表明数值越稳定、波动小。表明1B的5根输料管输送产量基本均衡、稳定；2B 有5根输料管，平均产量3.644 t／h，最低3.395 t／h，最高4.042 t／h，方差为0.074 7，标准差为0.273 3。表明2B的5根输料管输送产量也是均匀、稳定的；D1的2根输料管、1Mc的2根输料管及1S2的1根输料管产量正常；D2有2根输料管，输送产量分别是2.370t／h，0.847t／h。二者相差较大、不均衡，需要调整。

2.2 气力输送A 线各输料管输送风速

气力输送A 线各输料管的输送风速测定结果如图1所示。

图1 A线气力输送风网各输料管输送风速

由图1可知，A1线气力输送风网17根输料管的输送风速分布在18.00～38.54 m／s，平均输送风速27.5m／s；A2线气力输送风网22根输料管的输送风速分布在23.8m／s～42.1m／s，平均输送风速为32.4 m／s；A3线气力输送系统23根输料管的输送风速分布在21.74～46.48 m／s，平均风速31.56 m／s。

考虑到实际生产线规模大、系统多、产量存在的正常波动、脉冲除尘器清灰效果的波动以及工作环境空气温度、湿度变化等因素的影响，以及无论何种因素波动都希望气力输送不掉料、不堵塞、输送产量满足生产要求且稳定等诸多要求，结合以往文献资料［3－5］，气力输送输料管的输送风速在23～28 m／s之间认为较为合理、经济和安全，此输送风速也即安全输送风速。

对于制粉车间的A1线气力输送风网，最关键的、决定整条生产线加工产量的1B的5根输料管，有4根输送风速偏低：18 m／s、20.46 m／s、20.13 m／s、21.43 m／s。而2B的5根输料管，有3根输送风速偏高：32.87 m／s、32.87 m／s、33.88 m／s。其他如D1的2根输料管输送风速偏高：38.54 m／s、36.74 m／s。D2的2根输料管有1根输送风速偏高：38.54 m／s。1S2输料管输送风速偏低：18.37 m／s。

输料管的输送风速偏高，建议首先调节输料管输送产量，使得同系统输料管的输送产量均衡；其次调节卸料器出风口上的阀门，微量、多次、逐渐关小阀门，使输送风速落在23～28 m／s之间。输料管的输送风速偏低，将输送风速较高的输料管卸料器排气管段上的阀门关小之后，空气自然向低风速管道流动，即低输送风速管道的风速会有所提高。其次，逐渐打开该输料管卸料器排气管道上的阀门，使输送风速提高。

由图1b可知，A2气力输送系统输料管的输送风速高于28 m／s以上的输料管高达17根之多，风速普遍较高。这么高的输送风速与本系统的物料性质有关，但是总的来讲，输送风速有下调的余地。尤其那些输送物料量少、输送浓度偏低的管道。

由图1c可知，A3气力输送系统的输料管有18根高于安全输送风速28m／s之上，输送风速也普遍较高。其中，3B 的一根输料管输送风速高达46.48m／s。

根据输送风速、输送产量，可计算得到各输料管的输送浓度。A1气力输送系统17根输料管的输送浓度数值在0.81～4.16 kg／kg 之间，平均值2.34 kg／kg。其中1B输送浓度均值为3.47 kg／kg，2B输送浓度均值为2.08 kg／kg，基本正常。异常的是系统D2，一根输料管的输送浓度4.16 kg／kg偏高，另一根0.9 kg／kg偏低。

A2气力输送系统22根输料管的输送浓度分布在0.02～1.83 kg／kg之间。系统为两根输料管的，产量基本均衡。异常的系统有：D5、JHF，输料管物料量偏少。系统3M2＼D4＼4M1＼5M＼XF2＼DF2＼2T等输送浓度偏低（小于0.6）。

A3气力输送系统输料管的输送浓度分布在0.07～1.55 kg／kg之间。其中3B的一根输料管和DF1的输送浓度分别是0.25 kg／kg、0.07 kg／kg，偏低。意味着输送产量低、输送风速过高。

2.3 气力输送风网输送物料压损H1和卸料器的闭风器气密性

图2所示为气力输送系统A 线各输料管的输送物料压损H1大小和分布。

图2 A线气力输送风网输送物料压损H1大小和分布

输送物料压损H1是指气力输送用于输送物料部分的能量损失，在卸料器的排风管段上测出。

在一个多输料管的气力输送系统中，各输料管的H1是应该相等的，这既是伯努利方程的理论要求［1］，也是气力输送风网设计计算的理论依据。而实际生产中，由于卸料器排出的空气中还含有很多细颗粒物料（即吸风粉），也即汇集风管中必须有一定的风速要求，且还较高，所以，汇集风管上靠近风机一端的输料管H1会高一些，汇集风管末端的输料管H1会低一些。

气力输送风网A1中，1B、2B输料管靠近风机，因而H1值略高些，尤其1B 输料管中有3根的H1最高，而汇集风管远端的D2、1S2 等输料管的H1略低些。17根输料管的H1最高值10 100 Pa，最低值8 510 Pa，均值为9 018 Pa。

在卸料器排风管道上测定风速，可以计算得到输料管卸料器的排风管风量。17根输料管的卸料器排风管风量之和QP＝16 027 m3／h。而卸料器之前的17 根输料管风量之和是QS＝18 003 m3／h。理论上讲，气力吸运输送系统中，卸料器排风管风量之和应大于输料管风量之和，因为卸料器的闭风器卸料时客观存在向内漏风的情况。

本测定结果是卸料器排风管风量之和小于输料管风量之和，原因之一是测定管道内的空气含有大量粉料，极易堵塞毕托管；其次，输料管的输送物料产量的波动；第三是17根输料管的风量累计误差较大。

本测定中二者数值相差1 976，可以认为在误差范围内，二者基本相等。因此可以确认，卸料器的闭风器气密性高，漏风量可忽略不计。

对于气力输送风网A2，22根输料管的输送物料压损H1最高值为7 920 Pa，最低值为7 410 Pa，平均值为7 621 Pa。22根输料管输送风量之和是19 214 m3／h，输料管卸料器排风管风量之和是17 705 m3／h。二者数值相差1 509，排除测量波动误差，卸料器进出口风量基本一致，表明卸料器的闭风器气密性良好。

对于气力输送风网A3，22根输料管输送物料压损H1的最低值7 550 Pa，最高值8 250 Pa，平均值为7 683 Pa。23根输料管的卸料器排风管风量之和20 450 m3／h。而卸料器之前的23根输料管风量之和是Qg＝20 945 m3／h。二者数值相差495，可以认为二者基本相等，也表明卸料器的闭风器气密性良好，闭风器运转正常。

2.4 高压离心通风机和脉冲除尘器

气力输送A 线风机的主要性能测定结果见表2。气力输送A 线的风机选型均为TY 系列，但铭牌上没有标注，所以具体型号用X 代表。对于A1线气力输送风网，实测风机工况点：全压11 100 Pa、风量20 479 m3／h、电动机运行电流132 A，系统的空载电流是166 A。

表3所示为某风机制造厂TY№8.4－2A 型号风机的性能参数。表3中当风机的工况点选取电流132 A 时，全压11 383 Pa、风量20 955 m3／h，与实测风机工况点参数最吻合。

空车运行时，气力输送系统的阻力最小、风量最大，因而风机的电动机电流最高。随着供料量的增加，系统阻力上升、风量下降，电动机电流降到合适水平。

由TY№8.4－2A 风机性能参数可知，如果要进一步提高产量，将会出现气力输送系统的阻力进一步上升，即风机的全压上升，风量下降的情况。但是，风量不能无限制下降，因为风量下降，管道的风速将下降，风速降到某个值，将出现掉落、堵塞、产量自动下降的结果。

项 目 气力输送风网A1 气力输送风网A2 气力输送风网A3风机风量Q／（m3／h）20 479 21 691 20 127风机全压H／Pa 11 100 10 020 9 950平均运行电流／A 132 116 131风机、电动机参数风机型号：TY－X1电动机功率：90 kW额定电流：166 A风机型号：TY－X2电动机功率：75 kW额定电流：139 A风机型号：TY－X3电动机功率：75 kW额定电流：139A

型号 转速／（r／min） 工况点 全压／Pa 风量／（m3／h） 电流／A 配用电机／kW TY№8.4－2A 2 970 1234567891 0 12 740 12 660 12 560 12 360 11 910 11 570 11 270 10 910 10 690 10 110 12 782 14 090 15 146 16 656 18 581 19 802 21 646 22 417 23369 24767 98 104 109 115 122 127 135 139 142 148 90或75

如果，将各输料管的输送风速都调整到安全风速范围23～28 m／s之内的25 m／s，则17根输送管的总风量考虑20%余量后风机的风量是Q＝19 000 m3／h。由表3可知，此时的风机全压为11 800 Pa，电动机电流124 A。和现在的工况点（全压11 100 Pa、风量20 479 m3／h、电流132 A）相比，提高产量有一定的余量。如果输料管的输送风速取24 m／s，则输送产量提升空间更大。

表4为气力输送A 线脉冲除尘器的性能参数。A1风网中，脉冲除尘器的实测阻力为1 970 Pa，而脉冲除尘器的正常阻力在800～1 500 Pa左右，表明脉冲的阻力较高，滤袋清灰效果偏差。该脉冲除尘器过滤面积108 m2，计算得到过滤风速3.16 m／min，脉冲过滤风速略高，一般建议3 m／min以下。

项 目 气力输送风网A1 气力输送风网A2 气力输送风网A3型号、规格 TBLM－130／2.2 TBLM－104／2.2 TBLM－130／2.2测定阻力／Pa 1 970 1 950 1 650过滤风速／（m／min） 3.16 4.19 3.89

由表5可知，气力输送A2 风网、A3 风网的脉冲除尘器阻力、过滤风速均偏高。

3 结语

通过实际测定发现，随着制粉车间加工规模的增大、物料品种的增多以及气力输送输料管输送高度、输送长度的增高、增长，气力输送系统的关键参数如输送风速、输送浓度的选取基本是可行的，选取的风机、脉冲除尘器均能够适应和满足生产对气力输送系统的要求。但也存在一些问题，为了追求生产的连续性、可靠性和适应性，气力输送风网的输送风速普遍较高，尤其后路；同时，脉冲除尘器的配置略有不足，过滤面积偏小；再次，粉路前路提粉过多，造成后路物料过少，也是后路输送风速过高的原因，同时也增加了风网能耗。为提高整条生产线的综合经济性能、充分利用各设备资源，所测气力输送风网均具有提升输送能力的空间。