外旁通密相输送在白炭黑装置中的应用

陶鑫

作者简介：陶鑫（1985.12---），男，汉族，学历本科，职称：中级，现就职于科倍隆机械设备系统(上海)有限公司，研究方向为：气力输送。

摘要：本文介绍了气力输送的分类以及外旁通密相气力输送的技术原理、参数分析，并对其在白炭黑输送上的应用做了介绍。

关键词：外旁通、密相输送、白炭黑装置

正文：气力输送是在一定条件下，利用气体作为载体，将粉状或颗粒状物料从一个地方搬运到另一个地方的专门技术。根据输送物料的速度，气力输送可以分为稀相输送和密相输送两种类型。由于造粒后的白炭黑粒径变大，粒径分布范围宽，输送过程极易破损，针对白炭黑的输送进行了更为低速的研究和试验。

一 、外旁通密相输送技术的简述

1.1密相和稀相输送的定义

国际上气力输送的划分依据是被输送固体的速度，通常来说固体流速最快在10m/s以内称为密相输送，超过10m/s则称为稀相输送。对于洗衣粉、白碳黑等这种易碎的物料来说，通常采用密相低速输送来避免粒子破损。输送管道内气体的流速是气力输送中一个重要的参数，因为气体流速的选择关系到输送系统的类型和操作的经济性。气体流速太低，输送压力降增大，而且管道容易堵塞；反之，气体流速太快，物料破碎率增加，输送管道磨损也增大。对于不同的物料，理论上有一个最合适的气体流速，一方面能长期稳定的输送，另一方面也是输送能耗最小，磨损最小，这个速度我们称为最佳操作速度。最佳操作速度与物料性质，具体管道的走向，输送距离都有关系。

为了降低密相输送过程中料栓的长度，在物料输送过程中以外旁通的方式注入输送气体，使料栓有效、均匀的分裂开，从而达到稳定、慢速的输送。

1.2 外旁通密相输送原理

在输送管道上每隔一定距离设置一个补气点，每个补气点设置一个气体喷注器，喷注器主要有一个可调节的喷嘴，和一个橡胶单向阀组成。另外在外旁通管道上设置一个减压阀，通过此减压阀和喷注器上的可调喷嘴，对白炭黑料栓、输送速度的控制，达到一个稳定的输送。

1.3密相输送相关参数的分析

根据经验影响物料破损主要参数有输送压力、料栓的长度、输送气量。输送压力过高，导致压损过大，破损率也会随之升高；料栓的长度过长会导致压力波动过大，破损率也会增大，在输送过程中也容易堵管；输送气量太大，能耗增加，同时破损率也会提高。因此，我们需要综合考虑物料的特性(如真实密度、堆积密度、粒径大小及分布、物料湿含量、休止角、粘附性、流动性、物料摩擦角、腐蚀性、研磨性等物性参数)，具体管道的走向，喷注器设置的间距和数量。

二、 外旁通密相输送系统设计

发送罐每个输送循环可分为四个阶段：补料阶段，冲压阶段，输送阶段和吹扫阶段。

2.1补料阶段

打开排气阀门，待发送罐内压力达到低低报警值，打开进料阀，进气阀和出料阀关闭，白炭黑靠重力自由落入发送罐，当达到设定重量时，称重仪发出信号，系统自动关闭进料阀及排气阀，完成补料阶段。

2.1.1孔板孔径计算：

为了更好的匹配离心风机和袋滤器，通常我们在排气管道上设计一个限流孔板，根据经验公式，孔板孔径与流量,压力关系如下：

(1)

式中d₀——孔板孔径 m；Q——气体流量 m³/s；P——孔板前压力 bar.a；M——气体分子量； ——孔板前后压差 pa；T——气体温度 K；

2.2冲压阶段

进料阀、排气阀及出料阀关闭，进气阀开启，压缩气体通过发送罐顶部快速冲压，当发送罐内压力升至设定点时，停止冲压。

2.2.1发送罐冲压时间计算：

(2)

式中t_p——冲压时间 s； ——发送罐需要的冲压压力 bar.g；V_G——发送罐总容积 m³； ——物料的堆积密度 Kg/m3； ——物料的真实密度 Kg/m3；V_N——充气流量 Nm³/s；P_N——气源压力 bar.g；

2.3输送阶段

冲压结束，打开出料阀，气固混合物重力流入输送管道。在输送过程中，发送罐内压力保持平稳输送，当发送罐内物料输送结束，发送罐内压力下降，当称重仪重量降至设定值时，结束输送阶段。

2.3.1输送压力计算：

系统压力损失主要包括：水平输送管；弯管；垂直输送管；物料启动压力损失和包装料仓(带袋滤器)压力损失。

水平输送管： (3)

其中

式中K——两相流阻力系数； ——阻力系数；D——输送管管径mm； ——气体流速，m/s； ——气体密度kg/m3； ——固气比；L——水平输送管距离m

弯管：

(4)

式中 ——弯头纯空气阻力系数； ——两相流弯头阻力系数；

垂直输送管： (5)

其中

式中h——垂直输送管距离m； ——气体流速 m/s， ——物料流速m/s，

物料启动压损： (6)

式中h—— ；

2.3.2喷注器间距计算：

喷注器顶部有一个六角头螺栓，可以根据输送压力调节喷嘴的进气量，为了防止输送管道内物料倒流入补气管道中，喷注器内含有一个止回阀。旁通管的设置能有效的使料栓的长度减小，喷注器设置的间距必须小于吹通料栓的极限长度。

图 2 喷注器原理图

料栓间最小压差： (7)

式中K——粉体与管壁间的侧压系数；D——输送管管径mm； ——颗粒与管道间的摩擦系数； ——栓柱的堆积密度 Kg/m3； ——喷注器间距m m；

2.4吹扫阶段

关闭进料阀，打开进气阀和出料阀，压缩空气吹扫发送罐和输送管道内残余的物料。吹扫过程结束后，关闭出料阀及进气阀，打开进料阀及排气阀，完成一个输送循环。

三、 外旁通密相输送在白炭黑装置中应用

无锡某公司生产的白炭黑采用外旁通密相气力输送，输送距离93m，其中垂直高度38m，弯头9个，输送能力7t/h，输送管径为DN125(ID130mm),输送流程示意见图1所示，输送后要求破损率不超过5%。

图 1 输送流程示意图

3.1 现场开车数据

序号	加料量	输送压力	输送时间	输送能力	破损率
	kg	bar.g	S (注1)	t/h (注2)	%
1	853	65	189	16.2	4.0
2	866	55	206	15.1	3.2
3	886	53	208	15.3	2.9
4	833	63	186	16.1	3.9
5	847	51	196	15.5	2.5
6	859	57	200	15.4	3.6
7	870	56	198	15.8	2.9
8	861	54	203	15.2	3.4
9	873	52	208	15.1	2.7
10	883	53	210	15.1	3.3

注1：此输送时间仅为发送罐送料时间；

注2：上表中的输送能力为实际管线输送能力，由于本项目为单发送罐，需要考虑加料时间，冲压时间，输送时间等，设计时实际管线输送能力约为单罐输送能力的2倍，即管线输送能力为14t/h。

注3：本项目在实际现场调试中，为了降低物料的破损率，连续输送时不进行吹扫，只有最后一次停止输送时进行一次吹扫。

3.2 现场数据分析

从现场开车调试情况来看，发送罐的容积和气力输送设计计算是确实可靠的，发送罐平均输送压力在0.5~0.7 bar.g，由于目的料仓不同的原因，输送距离有近有远，所以输送压力也所不同。按上表所示，系统每批物料的平均输送时间为180~210左右(输送时间包含冲压时间)。因为本项目是单发送罐输送，下料时间需要记入输送循环时间，计算所得实际输送能力约为单罐输送能力的2倍以上，完全满足设计要求。通过业主对输送前后的物料取样分析，输送前D10平均粒径范围为105~140微米，输送后D10平均粒径范围为102~135微米；输送前D50平均粒径范围为240~260微米, 输送后D50平均粒径范围为233~250微米；D90平均粒径范围为410~450微米, D90平均粒径范围为400~442微米，满足业主小于5%破损率要求。

三、 结语

无锡某公司白炭黑气力输送系统已于2019年10月正式开车并稳定运行至今。外旁通密相输送作为气力输送中的新型技术，相对单纯利用静压输送的脉冲气力输送技术而言，它没有脉动的冲击，输送时更为稳定，破损率更低。根据现场白炭黑输送结果，外旁通密相输送可以有效的降低物料的破损率。

参考文献:

[1] 周俊虎, 宋国良. 高浓度粉体气力输送特性试验研究. 浙江大学, 2005.

[2] 刘小国, 谭可荣. 粉体密相气力输送中管道压降预测. 计算机与应用化学, 2008.

[3] 陈宏勋 管道物料输送与工程应用 北京 化学工业出版社 2003