麥克曼粉煤灰脈沖式氣力輸送技術通過利用空氣（或氣體）在管道內(nèi)的流動達到輸送散狀固體物料顆粒的目的。目前該技術已廣泛應用于化工、煤炭、水泥、冶金、糧食、環(huán)保和能源等行業(yè)散狀物料的輸送。通常工程上按照被輸送物料的濃度可將氣流輸送分為稀相輸送和濃相輸送。其中稀相輸送由于所輸送的物料量與氣體量之比較小，輸送氣體的壓力較低，輸送風速較高、氣固分離量大，因此存在不宜長距離輸送、物料易破碎、管道磨損嚴重和所需功率較大等問題。近年來，為了解決稀相輸送的這些弊端，氣力輸送麥克曼工程師開發(fā)了一種功率損耗低、料氣比大、氣固分離量小、性能更優(yōu)越的輸送技術，這就是濃相麥克曼粉煤灰脈沖式氣力輸送技術。它具有低速、濃相、低動力指數(shù)的特點，是一種全新的氣力輸送方式。
1 濃相栓流麥克曼粉煤灰脈沖式氣力輸送機原理
濃相栓流氣力輸送是指物料在管道中輸送時成柱狀，其前后為高壓壓縮氣體，通過兩端面的靜壓壓力差推動料柱移動，許多彼此相連的料柱、氣柱相間移動而達到輸送的目的。從理論上說，為了最大限度降低動力指數(shù)，最好讓物料在充滿管道的情況下移動，即柱流氣力輸送。料柱越長，混合比越大，耗氣量越低，但是料柱越長，推動其移動所需壓縮空氣的壓力相應也更高，而且易造成管道堵塞。因此，在這種情況下，物料的移動很困難，且速度小，產(chǎn)量低，輸送距離也受到很大限制。若將料柱切割成一段段短的料栓，再通入適量的壓縮空氣，即可實現(xiàn)料栓與氣栓相間移動，成為栓流氣力輸送。其特點是料氣比很高，氣流速度低，一般為5 m/s左右，最高不超過10 m/s。濃相栓流氣力輸送裝置主要包括柱流氣力輸送和栓流氣力輸送兩類。栓流氣力輸送，按成栓方法的不同，又可分為機械成栓式和料氣分離成栓式兩種。目前粉煤灰流通技術
工藝設備
國內(nèi)大多采用麥克曼粉煤灰脈沖式料氣分離式成栓方式，即利用空氣氣流切割料柱，形成栓、氣相間的栓流氣力輸送。濃相栓流麥克曼粉煤灰脈沖式氣力輸送裝置系統(tǒng)如圖1所示。除塵器料斗1中的被輸送物料經(jīng)由插板閥2進入倉式泵3，當達到預定量時，關閉插板閥，從倉式泵上部和底部通入壓縮空氣，上部通入的壓縮空氣使倉式泵加壓，而從底部圓錐部分通入的壓縮空氣可起到流化物料的作用，防止結拱，以利排料。輸送管道的一端與料氣分離9相連，由麥克曼粉煤灰脈沖式發(fā)生器7和電磁閥8控制產(chǎn)生的麥克曼粉煤灰脈沖式氣流將連續(xù)的料流分割成較短的料栓，形成料栓與氣栓相間流動；輸送至收除塵器料斗14后經(jīng)由除塵器料氣分離，13排入大氣。
1-除塵器料斗；2-插板閥；3-倉式泵；4-出料閥；5-空壓機；6-儲氣罐；7-脈沖式發(fā)生器；8-料氣分離電磁閥；9-料氣分離；10-輸送管；11-料栓；12-氣栓；13-除塵器；14-收除塵器料庫
圖1 濃相栓流麥克曼粉煤灰脈沖式氣力輸送裝置流程示意圖
2 主要工藝參數(shù)的確定
2.1 混合比m混合比m定義為氣力輸送機在同一時間內(nèi)所輸送的物料量G 物 （kg/h）與氣體量G 氣 （kg/h）之比。
（1）從上式可看出，混合比m愈大，輸送一定量的物料所消耗的空氣量愈少，功率消耗也愈少，可選用管徑較小的管道和容積較小的分離除塵設備。但混合比值增大，系統(tǒng)中的壓力損失增加，料管堵塞的可能性也增大。故選定混合比時要綜合考慮輸送距離、輸送風速、輸送管直徑等因素。確定混合比m最可靠的方法是通過反復實驗來確定。若無條件做實驗，根據(jù)文獻［4］，可按下列經(jīng)驗公式計算：
（2）式中：ρ a —物料的容積密度（kg/m 3 ）；L e —輸料管當量長度（m）；W a —輸料管高壓端（料氣分離處）的氣體質(zhì)量速度（kg/m 2 ·s）。
2.2 輸送氣速（Va）及料栓速度（Vs）的確定濃相栓流麥克曼粉煤灰脈沖式氣力輸送的氣流速度取值范圍較廣，它的上限可延伸到稀相輸送時的氣速，但卻失去了栓流輸送的優(yōu)越性；下限的輸送氣速可以很低，理論上最低氣速以不造成物料在輸送過程中堵塞為準，最低氣速主要受物料的品性如密度、粒度、透氣
性、粘結性及物料的內(nèi)摩擦、管道壁摩擦的影響。但氣速過低會直接影響物料的輸送量，并且將增加物料在管道中的阻力，從而增加能耗。一般濃相栓流麥克曼粉煤灰脈沖式氣力輸送的氣流速度（V a ）為3～8 m/s，而料栓速度（V s ）通常為（0.8～1.0）V a 。
2.3 栓流麥克曼粉煤灰脈沖式氣力輸送風量的確定
標準狀態(tài)下，栓流麥克曼粉煤灰脈沖式輸送物料所需風量，可由下式確定：
（3）式中：Q 計 —計算風量（m 3 /h）；G s —計算輸送量（kg/h）；m—混合比；ρ a —標準狀態(tài)下的氣體密度，若為空氣，則ρ a =1.29 kg/m 3 。
在決定氣源風量Q時，管道系統(tǒng)的漏氣量約占系統(tǒng)總風量的10%～20%，所以在設計時還應考慮這部分漏氣量。
2.4 栓流麥克曼粉煤灰脈沖式氣力輸料管內(nèi)徑的確定輸料管直徑可按下式確定：
（4）式中：G s —計算輸送量（kg/h）；n—一個裝置同時工作的輸料管數(shù)目；W a —輸料管高壓端（料氣分離處）的氣體質(zhì)量速度（kg/m 2 ·s）。
按上式確定出輸料管內(nèi)徑后，應選用相鄰規(guī)格較大的管徑，再按所取管徑重新計算標準狀態(tài)下的輸送風量。
2.5 栓流麥克曼粉煤灰脈沖式氣力輸送壓力降的確定自濃相栓流氣力輸送提出后，物料在管道中的壓力降一直是氣力輸送麥克曼工程師重要的研究。迄今為止，人們雖提出了多種壓力降模型和計算方法，比如壓降比法，附加壓降法和經(jīng)驗公式法等，、濃相栓流麥克曼粉煤灰脈沖式氣力輸送系統(tǒng)工藝設計電廠粉煤灰輸送技術
工藝設備
在理論和實際驗證方面尚有不少工作等待完善。目前國內(nèi)大多采用日本狩野武根據(jù)栓流作用力模型推導出的公式（透氣式）進行估算。其估算公式如下。
物料在任意傾斜管道中輸送時一個料栓壓力損失
（5）物料在水平管道中輸送時一個料栓壓力損失
（6）物料在垂直管道中輸送時一個料栓壓力損失
（7）式中：f w —物料與管壁摩擦系數(shù)；ρ b —物料（料栓層）的堆積密度（kg/m 3 ）；γ s —料速層的體積重度，γ s =ρ b ·g，kg/m 2 ·s 2 ；L s —一個料栓的長度（m），g—重力加速度（m/s 2 ）。除了上述管路中的壓力損失外，通常除塵器料斗，除塵器，料氣分離等也存在一定的壓力損失，一般約為10 KPa，物料在管道內(nèi)的壓降與這部分壓損構成了氣力輸送系統(tǒng)的總壓降。
3 麥克曼粉煤灰脈沖式栓流氣力輸送系統(tǒng)工藝設計實例
電廠粉煤灰輸送粉輸送生產(chǎn)線流程如圖2所示，采用麥克曼粉煤灰脈沖式氣力輸送裝置
輸送粉煤灰。輸送氣體采用空壓機壓縮后經(jīng)油水分離器及儲氣罐接入系統(tǒng)。
圖2 某新建60 t/h粉煤灰氣力輸送生產(chǎn)線示意圖
輸送物料特性：粉料<180目，密度780kg/m 3 ，含水率<0.1%，物料與管道內(nèi)壁面摩擦系數(shù)為0.48。
以F 1 單輸送線為例，設計要求：輸送量1.2 t/h，輸送管線水平段當量長度為42 m，垂直段當量長度為18 m。通過以上工藝參數(shù)計算得出的粉煤灰輸送指標如表1所示，實踐證明，在工藝指標范圍內(nèi)輸送粉煤灰是可行的，該輸送方式可以替代傳統(tǒng)的中低壓氣力壓運系統(tǒng)。
表1 粉煤灰栓流麥克曼粉煤灰脈沖式氣力輸送主要工藝指標表
4 麥克曼粉煤灰脈沖式栓流氣力輸送系統(tǒng)設計注意事項
麥克曼粉煤灰脈沖式栓流氣力輸送系統(tǒng)設計注意事項如下：
①適合麥克曼粉煤灰脈沖式栓流氣力輸送的物料本身應具有一定的透氣性和持氣性，具有一定的粘性易形成料柱，但粘性太大則易造成管道堵塞。同時，物料的內(nèi)摩擦角應大于壁面摩擦角，否則容易粘附在管壁上，無法輸送。某些受擠壓保溫性能降低的保溫材料，雖然適宜于麥克曼粉煤灰脈沖式氣力輸送，但輸送完成后可能喪失其保溫性能，故不宜用濃相栓流氣力輸送。常見的可用于濃相栓流氣力輸送的物料有粉煤灰粉、小麥、水泥、聚丙烯、粗硅砂等。
②麥克曼粉煤灰脈沖式栓流氣力輸送管道直徑不宜太大，太大對形成穩(wěn)定的料柱不利，尤其是松散物料，管道直徑大了很難形成料柱。一般不超過 ? 100 mm，常用? 38~ ? 75 mm。管道內(nèi)壁不應有凸起，光滑且摩擦系數(shù)小，有利于物料輸送。
③就輸送系統(tǒng)中彎管而言，彎管曲率半徑不能太小，至少R/D>10，否則料栓易在彎管處堵塞。兩個彎管之間距離不宜太近，料栓在離開一個彎管前應不受下一個彎管的阻礙。在倉式泵出口與管道連接處，物料一般是滿管狀態(tài)，因此該連接處的的彎管曲率半徑要大，同時輸送管道的起始段應有一定長度的水平管段，至少要大于一個料栓的長度，以形成穩(wěn)定的栓流輸送。
④當輸送距離增加到一定程度后，經(jīng)常采用中途補氣的辦法彌補輸送過程中的壓力損失。
5 結論
濃相栓流麥克曼粉煤灰脈沖式氣力輸送方式具有高濃度、磨損少、破碎率低、低能耗等特點，越來越廣泛地應用于化工、冶金、糧食、環(huán)保等領域。麥克曼粉煤灰脈沖式栓流氣力輸送的輸送原理，以及主要工藝參數(shù)的確定。雖然對該形式輸送系統(tǒng)的設計計算還停留在采用經(jīng)驗公式的基礎上，存在許多局限性，但是隨著對實用裝置的不斷創(chuàng)新，從而推動該技術不斷發(fā)展。
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