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压缩机在气力输送系统中的使用探究

  【压缩机网一.气力输送定义

  气力输送又称气流输送,利用气流的能量,在密闭管道内沿气流方向输送颗粒状物料,是流态化技术的一种具体应用。气力输送装置的结构简单,操作方便,可做水平、垂直或倾斜方向的输送,在输送过程中还可同时进行物料的加热、冷却、干燥和气流分级等物理操作或某些化学操作。气力输送是以压缩气源为输送动力,将粉状物料在密闭容器中从一端输送到另外一端的过程。气力输送所应用的行业非常广泛,如电厂的煤粉、粉煤灰和炉底渣,化工行业的化工原料,建筑行业的水泥和石灰,食品医药卫生等行业的各种粉料或颗粒物料等。

  在水平管道中进行稀相输送时,气速应较高,使颗粒分散悬浮于气流中。气速减小到某一临界值时,颗粒将开始在管壁下部沉积,此临界气速称为沉积速度。这是稀相水平输送时气速的下限,操作气速低于此值时,管内出现沉积层,流道截面减少,在沉积层上方气流仍按沉积速度运行。

  在垂直管道中作向上气力输送,气速较高时颗粒分散悬浮于气流中。在颗粒输送量恒定时,降低气速,管道中固体含量随之增高。当气速降低到某一临界值时,气流已不能使密集的颗粒均匀分散,颗粒汇合成柱塞状,出现腾涌现象,压力降急剧升高。此临界速度称噎塞速度,这是稀相垂直向上输送时气速的下限。对于粒径均匀的颗粒,沉积速度与噎塞速度大致相等。

  气力输送设备由四大部分组成:1:气源部分 2:料封 3:落灰斗及落灰管 4:输灰管道。其中料封及落灰斗生产厂负责,其余部分由用户自配。料封泵由进气部分、扩散混合室、出料部分组成。进气部分由进气调节、活动风管、调整机构、喷嘴等组成。扩散混合室由泵体、气化装置、上部落灰斗组成,出料部分由扩压器(渐缩管、渐扩管)出灰短节组成。

  气力输送设备工作原理:由气源来的低压空气,经调节(或减压阀)蝶式止回阀、活动风管、喷嘴进入泵体扩散室内,当粉状或颗粒状物料由落料斗落下进入喷嘴与扩压器之间的高速气流区时,即被吹散。加之底部气化装置的气化作用,使物料气化而成悬浮状态,随后即被高速气流送入扩压器的渐缩管内,流经喉部扩散管,进入输送管路,送至所要求的卸料点,即完成送料过程。

  气力输送与机械输送相比,此法能量消耗较大,颗粒易受破损,设备也易受磨蚀。含水量多、有粘附性或在高速运动时易产生静电的物料,不宜于进行气力输送。气力输送的主要特点是输送量大,输送距离长,输送速度较高;能在一处装料,然后在多处卸料。根据颗粒在输送管道中的密集程度,气力输送分为:①稀相输送:固体含量低于1-10kg/m3,操作气速较高(约18~30m/s),输送距离基本上在300m以内。现成熟设备料封泵来说,输送操作简单无机械转动部件,输送压力低,无维修、免维护。②密相输送:固体含量10-30kg/m3或固气比大于25的输送过程。操作气速较低,用较高的气压压送。现成熟设备仓泵,输送距离达到500m以上,适合较远距离输送,但此设备阀门较多,气动、电动设备多。输送压力高,所有管道需用耐磨材料。间歇充气罐式密相输送是将颗粒分批加入压力罐,然后通气吹松,待罐内达一定压力后,打开放料阀,将颗粒物料吹入输送管中输送。脉冲式输送是将一股压缩空气通入下罐,将物料吹松;另一股频率为20~40min-1脉冲压缩空气流吹入输料管入口,在管道内形成交替排列的小段料柱和小段气柱,借空气压力推动前进。③负压输送:管道内压力低于大气压,自吸进料,但须在负压下卸料,能够输送的距离较短;优点:设备投资、负荷较小。缺点:运行流速高,管道磨损严重,磨损出现漏洞无法察觉。

  二.气力输送方式

  气力输送按工作原理大致可分为吸送式与压送式两种类型。吸送式气力输送,是将大气与物料一起吸入管道内,用低气压力的气流进行输送,因而又称为负压或真空吸送。压送式气力输送,是用高于大气压力的压缩空气推动物料进行输送的。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。

  (一)吸送式气力输送

  吸送式气力输送是气力输送输送方式的一种,通常选用水环式真空泵和罗茨真空泵作为气源机械,气力输送上料机采用的是负压将粉体或颗粒状的产品原料吸附过来,相对正压气力输送技术而言,负压可以有效减少生产过程中扬起的粉尘,多运用于食品、制药以及一些化工行业。相对于螺旋提升上料机而言,在同样输送量的情况下,负压吸送式气力输送上料机可降低能耗20%-30%左右,完全符合当下高效节能的生产要求。

  吸送式气力输送设备,易清洗、占地少、 节约生产成本。气力输送设备结构简单,在清洗方面相对其它一些需要将机械结构全部拆开清洗而言,气力输送设备仅需要清洗软管式的输送管道以及料斗的内壁即可,这就使得在设备清洗方面节约了很大成本,并且气力输送设备占地较小,这也符合食品生产企业要求设备占地小的要求,有效节约厂房面积。另外,不需要人工全程操作的特性也使得吸送式气力输送设备具有节约人工成本的优势,在人工成本上涨的当下这点受到众多生产厂商的欢迎。

  吸送式气力输送特点:

  1、适用于从多处向一处集中输送。供料点可以是一个或几个,料管可以装一根或多根支管。不但可以将多处供料点的物料依次输送卸料点,而且也可以同时将多处供料点的物料输送至卸料点。

  2、在负压作用下,物料很容易被吸入,因此喉管处的供料简单。料斗可以敞开,能连续地供料和输送。

  3、物料在负压下输送,水分易于蒸发,因此对水分较高的物料,比压送式易于输送;对加热状态下供给的物料 ,经输送可起到冷却作用。

  4、部件要保持密封,因而分离器、除尘器、锁风器等部件的构造比较复杂。

  5、风机设在系统末端,要求空气净化程度高。

  (二)压送式气力输送

  压送式气力输送装置(正压的),在管道中由于压缩空气的作用,使物料在管道中进行运动;在压送式气力输送系统中,气源机械主要选用空气压缩机和罗茨鼓风机两种,由于是用排气进行输送,故对压气机械本身不会产生特殊的维修保养问题。可根据各制造厂的产品说明书按照对通用机械的要求进行维修与保养即可。

  压送式气力输送特点:

  1、适用于从一处向几处进行分散输送。即供料点是一个,而卸料点可以是一个也可以是几个。

  2、与吸送式相比,浓度与输送距离可大为增加。

  3、在正压情况下,物料易从排料口卸出,因而分离器、除尘器的构造简单,一般不需要锁风器。

  4、鼓风机或空气压缩机在系统首端,对空气净化程度要求低。

  5、在正压作用下,物料不易进入输送管,因此供料装置构造比较复杂。

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  三.气力输送系统气源设备选择

  气力输送系统由气源机械、供料装置,输送管道和分离过滤设备四大部分组成。气源机械是一切气力输送系统的心脏。在气力输送系统设计中,正确选择气源机械是最重要的决定之一,而且气源机械又常常是最大的单元基建投资项目。在选择时,主要考虑的是气源的额定输出能力。额定输出能力以同要求供气压力相等的排气压力和气体体积流量来表示,而后者在大多数情况下是以“自由空气状态”来表达的。

  气力输送系统所用的气源机械,其范围从通风机、鼓风机到压缩机,包括负压的液环真空泵等。压缩机主要为容积式,通常有往复式压缩机、螺杆压缩机,滑片式压缩机等,至于多级离心式压缩机,则应用较少。

  气源机械选择原则:气力输送的目的是将规定质量流量的物料按输送要求的距离送到目的地。物料质量流量等于物料气与空气质量流量的乘积,而空气质量流量则与输送气速和管径成比例关系,这三项参数对气源机械的额定输出能力有影响。将气源机械额定输出能力与物料质量流量联结起来的各参数之间的关系,输送气速影响到供气压力和气体体积流量,因而是气力输送中最重要的变数之一,故对其要精确控制。各类型气源机械的使用范围有相当大的重叠,特别是往复式压缩机可以在很宽的范围内使用,其机型几乎满足任何运转条件,而透平压缩机适用于大风量,故在气力输送中很少使用。

  选择气源机械时,要注意以下几点:

  1.并非所有的气源机械都适用于气力输送系统;对于短距离稀相气力输送系统,选用通风机或鼓风机足以满足要求,但对于密相输送或稀相长距离输送,选用往复式或螺杆式压缩机。

  2.并非所有的气源机械都产生同样的效果;排气压力和空气体积流量是两项影响气源机械所需动力的主要因素;有的用做抽气机比压缩机好,反之亦然,因而对真空和正压输送必须做出正确的选择。

  3.必须考虑附加的冷却和过滤装置。

  4.利用工厂的总气源供气作气力输送系统用,当然可以降低基建投资费用,但还要仔细考虑系统的正常运转费用,主要是能耗费用。

  (一)空气动力式气源机械

  这类气源机械主要指的是透平压缩机类型,包括轴流通风机,离心风机,单级离心鼓风机。这类风机主要用于稀相短距离气力输送系统,正压气力输送系统中各类空压机(风机)的压力适用范围对低压系统(约10kPa),轴流式或离心式风机都是适宜的,具体选择取决于系统负荷和需要的操作压力特性。作为文丘里式和旋转叶片供料器的供气源,系统中使用薄壁管道。 因其能在低压力下提供较大的空气体积流量,既可用于正压,也可用于负压以及吸——压组合系统。对于轻的或蓬松的非磨削性物料,可以通过风机本身来输送物料,而对容积式气源机械来说,则是不可能的。当以负压输送废料和纤维状料,如稻草、纸、塑料薄膜等的切边时,会将风机叶轮的叶片磨出刃边,将通过风机的物料切碎而输送。这类风机的空气体积流量与输送管道的压降极其有关,例如通风机在高运转压力下,压降上升,流量下降,会使物料粒子从悬浮流中沉降下来,导致管道出现堵塞。

  多级整体齿轮传动离心式压缩机或者高速单级齿轮增速压缩机因能提供很大的空气体积流量和高排气压力,在气力输送系统中很少得到应用,目前只有两级离心压缩机用于粉煤灰的稀相长距离输送。这种压缩机的特征是整体齿轮传动,主轴装有一个大齿轮,驱动1-4个小齿轮。每一根小齿轮带动两个独立叶轮,每级之后的内冷却能带来较高的、已接近往复压缩机的效率。

  (二)容积式气源机械

  容积式压缩机陡峭的等速运转特性为大负荷气力输送系统提供了坚实的基础。在大多数容积式压缩机中,旋转件之间保持着很小的运转间隙,不像离心式通风机那样通过物料,甚至连粉尘的进入也必须防止,更要防止磨削性物料进入。

  1.罗茨式鼓风机

  当排气压力小于100kPa时,广泛使用罗茨鼓风机。该类型具有宽广的体积流量范围并能提供无油空气。此外,它有恒定的速度曲线,当传递压力增加时,体积流量仅轻微减少,从而保证了物料在一定压力下的悬浮流动状态。

  罗茨式鼓风机广泛用于气力输送系统,其排气压力不超过100kPa,最大排气量达到近600m3/min。它是稀相气力输送系统最常用的气源机械,与常规岛低压旋转阀组成配合,在气力输送系统中使用。

  这种鼓风机有双转子的,也有三叶转子的,装在一个壳体内做相对旋转,转子转动时空气被吸到转子与壳壁之间的空间内,被封闭并且无压缩地移到排气口,当排气管中有压力的空气倒流与它相遇后才产生压缩。由于这种冲击压缩使它的热效率相对低,仅用于低压系统。这种气源机械可用作真空泵或抽气机。

  当罗茨鼓风机无油运转时,最大压缩比通常为2:1,这就意味着如用于压气,最大排气压力约103kPa(表压)。用于抽气,最大真空度约为48kPa,如同时做吸--压两用,这些压力要低得多。

  由于齿轮控制转子的相对位置并保持很小但固定的间隙,故设备无需润滑运转。虽然润滑可以提高罗茨鼓风机的性能,但气力输送通常要求无油空气作为输送介质,为保证压缩空气无油,因而采用通气气隙来密封双轴。由于罗茨鼓风机的空气压缩是绝热过程,当干运转时,高的排气温度决定了压缩比的极限。

  2.滑片式压缩机

  滑片式压缩机特别适用于中压和高压气力输送系统,与罗茨鼓风机相比,这种机械可以在较高压力下产生较平稳的气流。当用于真空输送时,作为抽气机同样运转良好。

  滑片式压缩机运转原理,其转子在气缸中偏心位置设置,压缩发生在气缸内部,故空气没有明显的脉动而排出。由于滑片通过转子转动与缸体接触,空气被压缩,导致气缸内温度升高,故必须加以冷却,要通过冷却油喷入气缸来冷却。

  滑片式压缩机在最大表压约400kPa下,排气量可达85m3/min。

  3.螺杆式压缩机

  螺杆式压缩机是目前市场上的主流,也是气力输送系统气源机械的主要设备,其工作原理这里不在多做介绍。

  螺杆压缩机应用在气力输送系统上比较典型的案例是使用在水泥分配站吸--压输送装置中与真空泵合用,可达85%的真空度,如此高的真空度仅需较少的空气来输送水泥,因而可节能并使过滤器减小。作为压缩机使用,可以使用热空气直接输送水泥,因而也能节能。当螺杆压缩机全负荷运转时可获得最大能量效率,当然在空转时仍需要消耗一定的能量。

  4.液环真空泵

  采用罗茨式压缩机作为抽气机使用,压力一般能连续稳定在-53kPa,如需要较高的真空度,则通常采用液环真空泵。其排气能力为2-140m3/min。液环真空泵的转子与壳体偏心。当叶片旋转,液体向外抛出成为与壳体同心的液环,转子叶片与液环之间的空间大小在改变,于是吸进该空间的空气被压缩再经出口排出。液环还用于冷却和冲掉空气中的尘埃。

  在气力输送系统中,以往较多采用液环真空泵作为气力吸送粉料的气源机械。随着现在对环保要求日益严格,液环真空泵排出的含尘废水必须要经过水处理设施加以净化处理,会增加相关费用,使其使用范围受限。

  5.往复式压缩机

  往复式压缩机广泛用于气力输送系统提供压缩空气。在所有气源机械中,它可能具有最好的热效率,适用于从中压到高压范围内几乎任何的气力输送系统。介绍文章较多,对其结构和原理这里不多做介绍。

  当在气力输送系统中要求输送的物料不得被油污染时,可采用碳填充聚四氟乙烯制造的活塞环,取消润滑油和附加的油分离装置。

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来源:本站原创

标签: 气力压缩机系统  

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