密相气力输送水泥粉体流动特性研究

黄长明，吴永强

(苏州中材建设有限公司，江苏 苏州 215300)

气力输送是指利用具有一定势能或动能的气体来输送固体颗粒的一种方法[1]。近年来，随着国内环保要求的提高，具有较好密闭性的气力输送技术受到了极大重视。目前已广泛应用于固体粉粒状颗粒的输送之中[2]。

水泥行业是粉粒状物料生产及输运大户。而目前不管是在生料粉还是水泥粉，仍以短距离的空气输送斜槽或负压吸送为主[3]，这种输送方式不能实现长距离及大输送量输送[4-5]。本文为解决水泥粉体的输送量大、密闭性的需求，建设了1∶1的正压旋转供料器气力输送系统，以两种不同水泥粉料为输送对象，采用密相气力输送的方式(固气质量比高于25)，研究了当管道内气流速度发生变化时管道内固体输送能力、固气质量比、固体速度及单位长度压力损失等参数的变化规律，本文的结论可为该类型气力输送方式在水泥行业中的应用提供依据。

1 实验

本文采用两种水泥粉体为实验输送物料，其物性参数如表1所示。

表1 固体物料物性参数

1.气体动力源;2.气体管道;3.背压气管;4.背压气流量计;5.背压气管控制电磁阀;6.输送气流量计;7.输送气管控制电磁阀;8.旋转阀下料器;9.推料气流量计;10、11.输送气管;12.推料气管控制电磁阀;13.气力输送仓泵;14.进料口;15.输送母管;16.压差传感器;17.静压传感器;18.压差传感器;19.数据采集/控制卡;20.电子计算机;21.收料仓;22.称重传感器

图1 正压旋转供料器气力输送系统

本文建立了正压旋转供料器气力输送仓泵系统，如图1所示。其中，输送母管路为水力等效长度120 m、管径80 mm的无缝钢管。水泥粉体通过进料口阀门14进入气力输送仓泵13，当到达一定料位时停止进料，关闭进料口阀门14。空气动力源1产生的压缩空气经过冷干机后进入储气罐，经过适配器后分为三个气路。打开输送气管电磁阀7，气体进入输送管内，固体颗粒在重力和旋转供料器的作用下进入输送母管15，管道内的出现固体颗粒，固体颗粒在管道内到达收料仓21。在输送过程中采用差压传感器16，18测定的平均值得出单位长度上的压力损失，采用称重传感器22监控管道内固体的输送能力。随着输送仓泵内的固体质量的减少，管道内的固体浓度降低，输送能力降低。此时，启动固体流量调控系统，打开或改变气路阀门(包括背压气管控制电磁阀、推料气管控制电磁阀、输送气管控制电磁阀等)开度，实时监控固体输送能力、气体流量、固气质量比、固体平均速度等参数。

2 实验结论

2.1 固体输送能力的变化

固体的输送能力是指单位时间通过管道某一断面上固体颗粒的质量，单位为kg/s，本文通过计量单位时间进入收料仓内的固体质量来表征。

图2 输送能力随气体速度的变化规律

图2给出的是在输送母管内压力为0.28 MPa时固体输送能力随气体的变化。由图可以看出，对于正压旋转供料器式气力输送系统来说，随着气体速度的增加，固体输送能力呈增大趋势，这主要是由于当固体物料通过旋转供料器下入管道后，气体速度越大，所能够携带固体的质量越大，单位截面积上的固体颗粒浓度越大，固体输送能力也就越大。由图同时可以看出，输送不同的水泥粉体所形成的变化趋势线基本平行，这与旋转供料器供料能力有关，颗粒粒径越小，在相同的旋转速度下被送入输送母管的固体颗粒就越多，在相同的气体速度的情况下其输送能力越大。

2.2 固气质量比的变化

图3 固气质量比随气体速度的变化

固气质量比是指单位时间通过某一截面积固体质量与气体质量的比值，单位为kg固体/kg气体。其大小反应了固体在管道内的输送浓度的大小。本文采用输送的固体总质量与所需的气体质量流量的比值来衡量。

图3给出的是当输送母管内的静压力保持在0.28 MPa时固气质量比随气体速度的变化。由图可以看出，当输送压力不变时，随着气体速度增加，两种水泥粉体的固气质量比均下降，这主要是由于气体流速增加加大了气体对固体的拖曳作用，单位体积内固体的浓度大大减小，固气质量比减小，而流动形态由原来的沙丘流动变为分层流动进而变为均匀悬浮流动。对比两种水泥粉体发现，密度较小水泥颗粒在相同的输送气速下的固气质量比越小，这说明密度较小的颗粒更容易悬浮，更容易发生流动型态的转变。

2.3 固体平均速度的变化

固体平均速度是指固体在气体的带动下在管道内流动的速度平均值。在本文中采用输送距离与固体到达收料仓的时间比值来表征。

图4 固体平均速度随气体速度的变化

图4给出的是当输送母管内的静压力保持在0.28 MPa时固体平均速度随气体速度的变化规律。由图可以看出，当输送压力不变时，随着气体速度的增加，两种水泥粉体的固体速度均呈增加趋势，这主要是由于固体的加速度正比于气体速度的平方，气体速度越大，对固体颗粒的拖曳能力越强，加速度越大，在相同的时间固体速度增大越快。对比不同水泥粉的输送曲线，得出在同一气体速度下，颗粒的密度越小，粒径越大固体速度增速越大。

2.4 单位长度压力损失的变化

本文采用在不同位置1 m的压力损失值的平均值(见图1)作为管路平均单位长度压力损失。

图5 单位长度压力损失随气体速度的变化

图5给出的是输送母管内的静压力保持在0.28 MPa时单位长度压力损失随气体速度的变化规律。由该图可以看出，随着气体速度的增加，单位长度压力损失呈近线性增加。根据上述研究结论发现，随着气体速度的增加虽然固气质量比减小会导致单位长度压力损失降低，但固体速度与输送能力的增加会导致单位长度压力损失增加，综合以上各个因素，单位长度的压力损失会随着气体速度的增加而增大，但增大的速率较低。

3 结论

本文建立了工业尺度的正压旋转供料器气力输送系统，选用两种水泥粉体为输送物料，在保证旋转供料器转速及输送母管内压力保持基本不变的情况下得出了固体输送能力、平均固气质量比、固体平均速度及单位长度压力损失等参数的变化规律。研究发现，随着气体速度的增加，固体输送能力、固体平均速度及单位长度压力损失增加，而平均固气质量比减小。