气力输送设备制造行业基本概述

第一节 气力输送设备制造行业界定及基本属性

一、行业界定

气力输送设备是利用强压气力输送，其基本原理是通过压力发送器(仓式泵)把压缩空气的能量(静压能和动能)传递给被输送物料，克服各类阻力将物料送往另一端。

气力输送设备一般由受料器(如喉管、吸嘴、发送器等)、输送管、风管、分离器(常用的有容积式和旋风式两种)、锁气器(常用的有翻板式和回转式两种，既可作为喂料器，又可作为卸料器)、除尘器和风机(如离心式风机、罗茨鼓风机、水环真空泵、空压机等)等设备和部件组成。

二、行业基本属性

气力输送装置属于密相中压气力输送，适用于不易破碎颗粒、粉料物料的输送。广泛应用于铸造、化工、医药、粮食的行业。

气力输送和其它设备相比具有一系列的优点：生产率高、设备的构造简单、管理方便、自动化程度高、节省劳动力、易装载、防潮、防污染。特别是在车进内部应用时，可将输送过程和工艺过程相结合，简化工艺过程和设备。如水泥有袋装改为散装，是用气力输送罐车后，可提高劳动生产效率20倍；改善劳顿条件，减少水泥粉尘外卸，防止污染环境。

第二节 气力输送设备制造行业主要产品及应用情况

一、行业产品类别及主要产品

气力输送设备根据工作压力不同，可以分为吸送式和压送式两大类。

吸送式根据系统的真空度，可分为低真空(真空度小于9．8kPa)和高真空(真空度为40～60kPa)两种。压送式根据系统作用压力，可分为高压压力为(1～7)×105Pa和低压(压力在0．5×105Pa以下)两种。
此外还有在系统中既有吸送又有压送的混合系统、封闭循环系统(空气作闭路循环，物料可全部回收)和脉冲气力输送系统。

二、主要产品应用情况

气力输送及相关技术广泛应用于建材、化工、粮食、冶金、采矿、环保、轻工、能源等部门，并且往往成为设备的经济安全稳定运行、开发新的工艺流程、发展新型气固输送的关键技术。在工厂车间内部和建筑、公路、铁路、传播的运输作业中，对各种份末状、颗粒状。纤维状、和叶片状的物料，如水泥，石灰，面粉、谷物、煤粉、炸药、化肥、化工原料、型砂、棉花、羊毛、烟丝、茶叶、炭黑、木屑等，越来越广泛地采用散料的存贮和气力输送的方式。

一、气力输送在铸造行业的应用

1、造型材料气力输送的特点：

造型材料的种类很多，在铸造行业中，几乎所有原材料都可以采用气力输送，包括粉状物料(粘土粉、煤粉、焦炭粉、赤泥等)；粒状物料(石英砂、铸造再生砂、铁丸、钢丸等)粘性物料(型砂、旧砂等)。

实现多种工艺要求，在气力输送过程中可实现多种工艺要求，从而提高铸造用砂的质量，如气力输送中可达到物料的混合、冷却、烘干、分级、除尘等作用，达到铸造旧砂再生效果，喷丸、抛丸清理铸件后的铁丸和钢丸破碎率较高，采用气力输送可达到分级、除尘多种效果。

输送量大，一条现代化的高效静压造型生产线所需的造型材料每小时的周转量达200t(其中煤粉、粘土粉的用量为8—10t，新砂的用量为15—20t)。

输送距离较远，铸造厂内运输，车间工部之间的物料输送从10多米至数百米。

良好的除尘效果，铸造行业粉尘浓度高、温度高、劳动强度高。采用气力输送可以解决某些其他机械化输送设备带来的环境污染，改善铸造业的生产环境。

2、多种形式气力输送系统

目前铸造行业气力输送形式分稀相和浓相，吸送和压送。根据被输送物料的特性和工艺要求来选用气力输送类型，以下介绍几种典型的气力输送形式。 1 J- j5 z+ U" r

1）粉状物料的气力输送

由于铸造行业所用的煤粉和粘土粉常为袋装，一般采用人工拆包，通过倒料机将物料装入发送罐内送至料斗，也用散装车直接压送至料斗。粉料气力输送一般采用上引式或下引式流态化发送罐间断输送.该系统是由倒料机、倒料除尘器、流态化发送罐、增压器、耐磨弯管、三通岔道、卸料器、排气过滤除尘器等组成。

粉料气力输送主要为机械化造型线相配套的砂处理混砂机提供各种新砂、旧砂、煤粉、粘土粉，经电子称量，按重量配比后放人混砂机内，一般砂处理工部由多台混砂机组成，卸料点为2—10个，输送距离一般为20—100m，输送生产率为6—l0t／h。

2）粒状物料的气力输送

铸造行业粒料有干、湿石英砂，树脂再生砂，水玻璃再生砂，实型铸造及V法铸造砂(铬铁砂、橄榄石砂等)以及铁丸、钢丸等，均可采用正压浓相气力输送。用单台发送罐间歇输送；也可用双罐并联组合，一台输送，一台装料交替进行，基本实现连续输送。根据进气的方式及物料与压缩空气混合状态不同，发送罐形式可分为涡流、推压式、推送式、喷射式、流态化式等都属浓相气力输送。铸造行业粒料气力输送装置的典型布置由气源、发送罐、球形弯头、球形增压器、球形圆盘卸料器、卸料除尘器、电气和气动控制系统等组成。该系统具有以下特点：

物料输送速度较低，物料的平均输送速度t／=5-l0m／s，输料管的磨损量较小，使用寿命长，物料的破碎率低。

可实现大容量、长距离输送，其装置输送生产率可达30t／h，输送距离可达500m，能满足铸造车间输送距离要求。

能耗低，每吨物料输送在标准状态下的耗气量为15—20m3，料气混合浓度比在40以上。

输料管的材质可根据物性合理选用普通钢管、陶瓷复合管及双套管；弯管选用球形弯头和背包式耐磨弯头和特殊结构的耐磨弯管。物料输送方向可任意改变，安装方便，占地面积小。

采用PLC程序控制，可进行手动／自动操作，并实现人机界面。

3、真空吸送系统

真空吸送是以高压离心风机或水环式真空泵为气源动力，物料经喉管(或吸嘴)吸人，经输料管提升至旋风(或容积)卸料器卸料，含尘空气经除尘器净化后排出。真空吸送系统在铸造行业主要用于旧砂吸送，开箱落砂后的热砂经输料管吸至卸料斗，在气力输送中能起旧砂的再生、冷却、分级、除尘的作用。

如果在喉管处(受料器)接人热风炉，便可实现热气流烘砂。热风炉的燃烧源可为煤气、柴油、焦炭、煤等，可提供300-500~C的热空气，含水量为5％／u 9％的湿砂，经热气流烘砂装置后可以烘干，含水量控制在0.3％以下，并可除去新砂中的杂物和灰粉，提高造型用砂的质量。

真空吸送自身存在一些问题，如管道磨损、生产率不高，风机的噪声较大等，在铸造行业曾普遍推广使用，但至今仍有不少工厂坚持使用，因为它除能起输送提升作用外，还具有旧砂良好的再生效果、良好的冷却效果和去灰作用，有益于减少粘结剂及水分的加入量，提高铸件的质量。

二、气力输送在煤粉输送领域应用

干煤粉加压密相输送是干煤粉气流床加压气化的关键技术之一。在干煤粉气流床加压气化装置中，煤粉被高压惰性气体送入气化炉内，入炉的惰性气体最终混合在产出的煤气中。供煤系统的固气比越大， 在相同输煤量下需要的输送气体越少，不仅节省输送介质，而且可减少煤气产物中的惰性气体，提高煤气品质。因此一般干煤粉气流床加压气化装置均采用密相输送的供煤系统。

国外各类干煤粉加压气化装置（包括Shell、Prenflo和GSP）的供煤系统，首先都采用锁斗系统将煤粉由常压煤粉仓经由变压仓送到高压煤粉仓中，然后从高压煤粉仓通过密相输送的供煤系统将煤粉送到气化炉的喷嘴。目前干煤粉加压密相输送的供煤系统主要有两种方式。一种是Shell和Prenflo方式，另一种是GSP方式。在气力输送技术上，两种方式均为发送罐输送。

Shell和Prenflo供煤系统的结构相近，采用的是下出料发送罐供料器和管道密相输送供煤系统。每个发送罐可同时向气化炉的两个喷嘴供煤。一般通过调整发送罐的压力及输送气体流量调整供煤速率及固气比。输送气体可以是氮气、CO2或合成气。输送固气比约为480 kg/m3。

GSP气化炉在其顶部加煤，与Shell炉不同的是它采用上出料发送罐供料及管道密相输送供煤，在其发送罐的底部及锥斗部分供给输送气体，密相输送的固气比是500 kg/m3。

工业中一般的粉体密相输送主要用于水泥厂物料输送、电厂粉煤灰输送、钢铁厂高炉煤粉喷吹系统等。这些系统的工作压力远低于干粉煤加压气化炉的输煤系统。目前由于技术发展水平限制，再加上由于物料种类繁多而物料特性对输送的影响又较大，且输送形态复杂等原因，密相输送机理的研究尚不深入、设计计算方法还不成熟。特别对干煤粉密相加压输送系统这样一个与一般常用的密相输送系统在工作要求和条件都有很大差别的系统里，可借鉴的资料及经验很少。当前密相气力输送正朝大容量、长距离和更节能的方向发展。同时输送要做到精确控制、高质量、多用途和更可靠，要求最大的管道核料能力、低流速，空气消耗量最少，降低能耗等，这些是目前以致未来气力输送用于煤粉输送的主要发展方向。

三、气力输送在粮食行业的应用

随着我国改革开放的逐步深入，国民经济得到了迅速发展．电力供应状况日渐好转．有些地区甚至出现富余，制约气力输送机发展的重要因素—“能耗较高”问题逐步消除，气力输送机在粮食行业中的先进性也渐渐显露．而多级离心风机的研制成功又极大的促进了气力输送机的发展．使它在粮食行业逐渐被推广开来：

1、在粮食加工厂中的应用

粮食加工厂一般采用吸送式气力输送机来完成物料提升，除完成输送任务外，还可在输送中对物料进行清理、冷却、去湿、分级和除尘。

2、码头卸船

码头卸船多采用吸送式输送机，粮食山吸嘴从船舱内吸人管道，经卸料器卸出后，装汽车或进入后道输送设备。吸嘴取料位置的调整通过吸粮机水平移动，吸嘴支承臂的俯仰和旋转来实现。余粮多采用人工清舱或将移动式吸压混合式吸粮机吊至船上进行清舱。

3、房式仓出仓

随着粮食流通体制改革的深入，我国已建成相当数量的大跨度房式仓，原有的房式仓出仓设备存在许多弊端。例如，扒谷机在清仓作业时，操作不便，需经常移动设备，效率低下且粉尘不能控制，需要人工清仓，劳动强度大，特别是大部分房式仓安装有地上笼，给扒谷机的工作增加了更大的难度。与扒谷机相比，吸粮机操作方便，粉尘污染较小，能够进行清仓作业，并且地上笼对其工作影响不大，所以在房式仓出仓和清仓设备中，吸粮机适合推广使用。

气力输送装置作为一种先进的散粮输送设备，提高了散粮输送效率。尤其在港口和码头卸船方面得到了广泛的应用。

四、气力输送在卷烟行业中的应用

在近几十年来，气力输送技术在许多领域得到了广泛的应用。气力输送方面的研究目前大多是有关粉粒状物料的，针对于纤维状、叶片状物料的烟丝和烟叶的气力输送的研究，目前尚未见有。卷烟厂的气力输送有其自己的特点：气力输送不仅仅是用作输送烟叶、烟梗、烟丝的工具，还能实现松散、去杂、分叶、干燥、冷却、除尘等工艺目的，奠定了卷烟厂实现生产连续化、自动化的技术基础，现已逐渐成为卷烟厂的专业设备。随着气力输送装置的不断改进和卷烟生产连续化的迫切要求，气力输送装置在卷烟厂的应用越来越广，在卷烟生产设备中占有的地位越来越重要。

五、气力输送在食品行业中的应用

气力输送用于食品方面主要有：味精厂用于输送颗粒状的味精、鸡精，蘑菇精等；啤酒厂用来输送大米、、大麦麦芽等。总之气力输送在许多领域都有成功的应用实例，主要用于输送颗粒状的、粉状的物料。

第三节 气力输送设备制造行业发展历程

1、国外的发展

气力输送技术已有一百多年的发展历史。早在1810年Uedhu-rst就提出了邮件气力输送方案，1824年Vallanse最先建立了气力输送实验装置。1853年欧洲出现第一个气力输送装置，但由于当时科学技术和工艺水平的限制，气力输送技术在较长的时间内没能得到广泛的应用。只局限于某些大码头上的装卸。1924年Gasterstaedt研究过气固悬浮体管内流动。但是许多经验和研究成果分布在各个部门，交流不多。有意识的总结归纳所遇到的各种现象，用气固两相流的统一观点系统地分析和研究，则是1940年后才开始。两相流（two-phase flow）的名词在1949年才见诸文献。五十年代以后论文数量显著增加，内容包括两项流边界层、流态化技术、激波在两相流混合介质中的传播、空化理论、喷管理论等。1956年Ingebo研究了颗粒群阻力系数试验公式。1961年Streeter主编的流体力学手册有专门的一节介绍两相流。六十年代后，越来越多的学者探索描述两相流运动的基本方程。早期的工作有Marble、Murray、Panton等。

20世纪60年代，英国Bradford大学的Dr.Williams建立了粉粒技术研究院；并创刊了Powder Technology杂志。Cambridge大学的J.F. Davidson和D.Harrison1971年出版了Fluidization. Klinzing在粉体的物性以及气力输送进行了较深入地研究，Tsuji，Y在气力输送气固两相流动的数值计算方面作了大量的工作。Zenz就气-固流动特性进行了广泛的研究，提出了单颗粒在水平管线上的沉积速度的关联式，前苏联学者克列因、高尔得什琴、李克洛夫斯基等对谷物、水泥等材料以弹性力学理论和实验结果为基础，进行了散粒体结构力学的基本问题研究，包括散粒体的性质及其应力状态等问题的研究。井尹固赫、俊腾获得了在水平输送线上固体和气体的速度分布，Wen对水平中曳力和压降进行了实验研究，提出了气固存在滑动。

1970年，日本学者久保辉一郎、水渡英二，对粉体的力学特性和运动理论进行了研究。1985年，近尺正敏、金槔孝文针对颗粒间作用力进行了深入地研究。上潼具贞用流体力学和固体摩擦理论的方法，建立管道颗粒流动的运动模型，试图得到一种解析解，建立了许多不合理的假设，分析了可利用的理论速度，但与实际情况相差很大，其方法不适用于非均匀悬浮流管流。

研究流场中单颗粒或有着相互作用的多颗粒运动，以及考察含有颗粒的流场本身可用来推测流场中有关的流动信息，如探讨作用在颗粒上的合力和通过对流场平均得到的流变性质等，关于这方面的研究成果，有1965年Einstein的有效粘性理论，1975年Tchen提出的关于小颗粒在均匀紊流中运动受力和扩散的理论。颗粒流的研究得到了迅速的发展，这方面Savage、Lun等都做出了相应的论述。

Von Karman学院的Lourenco等人所进行的气固两相紊流运动模型的研究有独特的地方。将固相与稀薄气体分子运动相比拟，用方程描述，而气相用连续介质模型描述。对稀相管道紊动两相流，所应用的运动模型的数值计算结果与实验能够很好符合。两相流的运动模型和连续介质模型分别从微观和宏观描述两相流动。

2、国内的发展

我国的散料及气力输送技术的研究起步较晚，80年代，在中科院化冶所郭慕孙院士的倡议下，我国成立了“中国颗粒学会”。中科院化冶所、清华大学、西安交通大学、浙江大学、大连理工大学、同济大学、上海海运学院、山东建材学院等单位在散料颗粒学及气力输送技术方面作了一些有益的工作。

1978年，中国科学院化工冶金研究说的李洪钟，就垂直气力输送压强降计算方法进行了深入地研究。1980年，华东化工学院的杨伦对脉冲气刀式栓流密相气力输送进行了研究。1987年，樊建人，岑可法等在单元内颗粒源模型的基础上，提出了脉动频谱随机轨道模型，该模型采用湍流双方称模型求解气相湍流速度场，并用随机的傅立叶级数来模拟气流的脉动速度，但该模型需要给出三维空间中颗粒场的详细信息。1988年陈越南、杨晓清对SIMPLE方法作了推广，提出了一种求解二维湍流稀相气固两相流动的数值方法。

1992年，陆厚根和马魁用两个形状指数，来表征粉煤灰颗粒形貌。1990年上海海运学院的余达银等对气力输送进行的优化设计，1992年，余洲生又对长距离水平输送进行了有益的探讨。

1996年，清华大学的魏飞、陈卫、金涌、俞芷青就气固并行系统中弥散颗粒混合行为进行了系统的研究。应用磷光颗粒示踪技术，研究了气固并行系统中弥散颗粒的轴、径向混合行为，给出了在实验条件下气固并流上并行系统弥散颗粒的轴、径向Peclet数的关联式。

1996年，北京科技大学的洪江、沈颐生等就低气速高混合比水平气力输送临界速度进行了较深入地研究。1998年，陈利东、沈颐生、仓大强又对浓相气力输送的流型及稳定性判定进行了实验研究，提出了一种检测流型稳定性的方法。

1999年，西北工大的魏进家等，利用两相湍流KET模型对900弯管内气固两相湍流流动进行了数值模拟，得到了弯管内两相流动的一些规律。

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