气力输送技术的应用及发展浅析

高 杰，刘志超，李 忱

（1.国家能源集团河曲发电厂，山西 忻州 036500；2.北京中电永昌技术研究院，北京 100000；3.国网辽宁营销服务中心，辽宁 沈阳 110168）

气力物料输送是利用密闭的有压管道，将粉末（粒）状物质通过气流输送的技术，具有输送效率高，设备结构简单，长距离输送不受外界环境变化影响等特点，而且在远距离输送过程中可以实现汇合、分流、混合、分级、粉碎等工艺操作。随着气力输送技术在输送能力及输送距离方面的不断提高，实现了输送系统从稀相逐步过渡到浓相的过程。

1 国外气力除灰技术

气力物料输送系统是按输送时料气比的大小和管道内气固两相流动的压力分类的，可分为稀相、浓相、负压、微正压、正压等系统，但工业上通常分为两类，即负压气力输送和正压气力输送。负压输送方式的发展较早，由于密闭管道内的压力低于外部大气压力，所以输送过程中不存在“跑灰”和“冒灰”现象，系统漏风对周边环境不会造成污染。供料的受灰器安装在系统起始端，真空度低，故对供料设备的气密性要求较低。灰气分离装置处于系统末端，与气源设备接近，设备结构复杂，其气密性要求高。由于抽真空系统设计在最末端，对吸入空气的质量要求较高，故一级收尘器难以满足要求，需安装二级和三级高效收尘器。由于真空度极限问题，系统输送出力不大，料气比为5～15 kg/kg，气固输送速度高，无法实现远距离输送，管道内处于稀相输送状态，磨损严重。

为了满足高效率、远距离输送的要求，针对正压式气力物料输送系统开展研究。正压式气力物料输送系统可分为低浓度气力输送和高浓度（浓相）气力输送。正压低浓度输送方式是在输送过程中利用气流动力使物料分散悬浮，具有压缩空气耗能高、输送介质流速高和管道阀门磨损高（与管道内介质流速的3 次方成正比）等缺点，导致其在使用过程中受到限制。与低浓度输送系统相比，高浓度气力输送系统具有管道输送效率高，流速相对低，磨损相对小，输送管道可用普通碳钢管或合金管，投资和维护费用低等优点。正压高浓度气力输送系统现已成为我国燃煤电厂输送粉煤灰、化工石膏粉和钢铁炉渣的主导技术。

2 国内气力输送系统的现状

我国火电除灰行业应用气力输送系统的时间相对较晚。在80 年代初期，我国的燃煤电站引进了美国U.C.C 公司研发的低正压气锁阀稀相系统和美国艾伦公司的负压稀相输送系统，1988 年引进了瑞典菲达公司的DEPAC正压浓相流态化小仓泵系统，1994 年引进入德国穆勒公司的双套管正压浓相系统。在“八五”和“九五”期间，我国科技管理部门组织研发力量，推动了气力物料输送技术的科技攻关，并相继开发出负压稀相输送系统和正压浓相流态化小仓泵系统。我国比较典型的正压浓相气力输送系统有小仓泵系统、紊流双套管系统、脉冲栓流系统、多泵制正压系统、助推式高浓度气力输送系统等。

3 正压浓相式气力输送系统的技术类型

近30 年来，新型低速、高浓度输送装置的出现，把气力输送技术推向了一个崭新的阶段，例如西德葛泰公司的内重管式气力输送装置、瑞士穆勒公司的外重管式气力输送装置、英国瓦伦一斯普林实验的脉冲气力式气力输送装置、日本日曹公司的成栓器脉冲式、小松制造公司的球式装置。

3.1 德国MULLER双套管系统

双套管密相气力输送技术是一种正压浓相气力输送技术，该技术在输送管道上部装设有1 个直径较小的辅助内管，内管每间隔一段距离设有1 个特制的开口，可以降低粉状物料的输送速度并保证管道不堵塞。

3.1.1 结构和工作原理

双套管气力输灰管道的输送原理如图1所示。

图1 双套管气力输灰管道的输送原理

在输送管内上方增设1 根辅助空气管，辅助空气管上每隔一定距离设置1 个开口，开口中设置喷嘴。空气和物料在输送气压的作用下以较低的速度进入双套管，在管内缓慢向前运动。当管内物料因流速过低出现沉积和栓堵时，空气从辅助空气管内流过，并在喷口处以较高的流速喷出，扰动沉积的物料，使物料继续向前输送。不断的挠动可以实现密相、低速地输送物料而不堵管，确保了系统的安全运行。由于该系统在输送物料时会出现瞬间栓塞，所以有局部栓流输送的成分，这种输送特点决定了双套管输送是低速、高灰气比的方式。

3.1.2 技术特点（理论效果）

1）输送介质的灰气比比其他系统高30%；

2）输送速度低，起始速度为2～5 m/s；

3）管道磨损小，普通碳钢输灰管道的使用寿命可达10年；

4）在同等工况下，双套管系统的输送出力比其他系统大；

5）输送距离长，可达2 000 m以上；

6）双套管系统为低正压密相类栓流输送方式，输送效率高；

7）物料适应性强，可输送颗粒较大、比重较大的物料。

3.1.3 存在的问题

1）套管易脱落且易磨损，无法准确找到脱落点，不易检修。在主管里脱落的套管与原有的套管重叠，使管道通径变小，在输灰管道通径内形成节流，大大降低了输灰效率，如图2所示。

图2 磨损脱落内部套管

2）当气源系统含水或输送管路进水时，内套管容易板结，无法进行处理或维修，只能进行更换，如图3所示。

图3 板结堵塞内部套管

3）双套管紊流输送系统具有较大的局限性，对物料的流动指数、比重、悬浮速度有严格的要求。如果超出其可承受的范围，输送效果远不如常规浓相输送技术，且由于套管的存在，会产生较大的用气量和磨损等后果，输送距离达到800 m 时，会频繁出现堵管。

3.2 英国CLYDE系统和芬兰PNEUPLAN系统

这2 个系统都属于浓相气力输送系统，但是在输送距离不太长（300 m 以内）的条件下，灰在局部管道中呈柱塞状，输送浓度较高，输送速度较低。若输送距离再加长，只能采用中转站加仓泵接力的二级输送系统。所以，这2 个系统不属于严格的浓相系统。对比传统稀相输送系统，这2 个系统具有能耗少和磨损低等优点，输送浓度有所提高，耗气量减少，输送物料的速度较低，减少了运行空压机的数量。

双套管系统、芬兰PNEUPLAN 系统、英国CLYDE 系统以及德国FAT 公司的系统都属于正压浓相式气力输送系统的先进技术代表，引领着气力输送系统的主流发展方向。但经过生产实践证明，这些系统仍然存在诸多技术缺陷。近几年，由于燃煤价格剧烈波动，各电厂为了降低发电成本，大幅度进行煤质掺烧，煤质成分偏离设计值，灰分增大，导致气力输送系统频繁出现堵管、耗气量大、管道磨损严重等问题。在持续满负荷情况下，灰斗料位居高不下，只能采取少量多次的输送方式，高频次输灰加剧了输灰管阀的磨损，甚至发生了灰斗坍塌的恶性事件。

4 先导式气力物料输送系统

北京中电永昌气力输送设备研究院加大研发力度，借鉴上述4 种系统的技术特点，根据静压栓流差压输送原理开发出了先导式气力物料输送系统，该系统具有输送效率高（单管DN200 的出力为120 t/h）、耗气量小、低压输送、磨损小等特点，增强了锅炉掺烧高灰分煤的能力，提升了机组的安全稳定性。

4.1 栓柱流形成原理

当介质密度较大，压缩空气无法利用摩擦力带走输送介质时，物料会充满一段管路，形成栓状流。栓状流的输送是靠料栓前后的压差，属于静压输送。物料在输送管中被切割成一段段料栓，料栓在其前后气流静压差的推动下向前行进。

图4 栓柱原理

4.2 原理及工艺标准

先导技术是一种新型低压栓塞输送技术，由先导阀判断满介质和精准供气，阀与阀之间为精准连锁自动控制单元。先导阀安装在输灰管道上，同时沿输灰管道安装1 条气管，给先导阀供气。当介质在密闭输送管道内达到局部满管栓塞状态时，此单元管道上的先导阀会自动检测输灰管内的压力变化。当压力达到先导阀开启的压力定值（220 kPa）时，阀门自动开启，向管道内补充助推气源，使介质自动向前流动，消除此单元的栓塞现象。当压力降低后，阀门自动关闭，下一个先导阀做出同样动作，使管道内的介质继续向前推动。

4.3 性能及特点

4.3.1 较高的灰气比

该系统可以满管输送，灰气比可达40 kg/kg，空气消耗量约为其他系统的一半。由于压缩空气耗量减少，可带来一系列优点：

1）空压站选型不必采用高压电机设备，可采用性能可靠的低压螺杆式空压机，降低空压站供气系统的投资；

2）进入贮灰库的气量较小，降低了贮灰库上的布袋除尘器的排气负荷，有利于提高设备的使用周期；

3）在高浓度输送满足出力的前提下，输送管道的口径可以减小，常用DN125 和DN200 等口径管道，初期投资要比常规系统低。

4.3.2 较低的输送流速

灰在管中的流速相对均匀，平均流速在7～10 m/s，而起始段的流速为3～6 m/s，为常规系统的1/3 左右，降低了对输灰管道的磨损，提高了管道及阀门的使用寿命。

4.3.3 节约压缩空气损耗（工作压力低）

减压阀后的输送气源压力不高于0.35 MPa，可实现低压满管输送，与传统技术相比，其节气率超过50%，可停止空压机，节约电能，减少空压机及冷干机的维护费用。

4.3.4 远距离输送

该系统采用单元制设计，适合远距离输送，目前实施的长度已超过2 000 m，输送单元能自动判断管道内的灰是否处于满管状态，无需人为干预和电信号，减轻了设备的维护工作。

4.3.5 较好工作适应性

该系统可适用于细渣（5 mm以下的物料，细颗粒占30%以上）、重灰、重粉、小粒粮食和化肥等物料，只要含水量低、不易成团、不易膨料的，均可以输送。

5 结语

对比传统浓相式气力输送技术，先导式气力物料输送系统采用了先进的输送技术原理，无需人为干预，自动化程度高，操作简单。系统的动态显示、故障报警和处理功能齐全，优越的技术参数已被认可，解决电厂输灰管道的堵灰问题，降低了管道及阀门的磨损并延长了使用寿命，节气量均在50%以上，不仅降低了空压机的数量和耗气量，同时提高了管道的输送能力，对于电厂锅炉掺烧更加有利，可适用于火电厂各类型输灰系统的改造。