气力输送系统经济性分析

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Abstract：For given material conveying capacity and conveying distance of pneumatic conveying system，there are avariety of selections regarding pipe diameter specifcation，conveying patterns，and supply pressure.Overal eonsiderationof plant construction cost and operating cost is required for selection of pipeline with the most economical pipe diameter andsupply pressure. the operating cost is mainly caused by energy consumption.Through comparison.it(：an be seen that thehigh-pressure dense-phase conveying system is of low speed and low consumption，resuhing in low operating cost comparedwith low-pressure dilute-phase conveying system；dense-phase conveying is provided with smaller pipe diameter and smalerdedusting equipment，while its feeding devices(blow tanks)is rather expensive compared to the rotating valve used in low-pressure conveying system。

Keywords：pneumatic conveying；pipe diameter specification；supply pressure；economical；dense-phase conveying；dilute-phase conveying对于输送物料来说，气力输送形式有多种选择 ，工程上常见的气力输送形式为稀相输送和密相输送，熟知稀相和密相输送的适用诚和能耗大小是合理选择输送形式、降低输送成本的前提。

而对于现存的工厂来说，物料的输送距离和输送能力-般都是-定的，因此，需要选择合适的管道直径和气源机械 (供气压力和气量)来满足要求。为了能够确定管道直径和气源机械，就必须先知道物料的输送性能，然后根据物料的输送性能按比例换算成各种规格的管道直径。至于选择哪种规格最经济需要综合考虑。

1 管道的换算以水泥为例，对物料在不同输送形式下进行分析。图 1为水泥在输送管径为 4，81 mil、输送距离为 95 m时输送能力与空气质量流量的关系。

1.1 空管压降压降与管径的关系为 2△尸： × (1)d《起重运输机械》 2012 (12)图 1 水泥的输送性能式中：AP为压力损失，N/m ；f为摩擦因数 ，- 般取 0.004 5；d为管道直径，m；，J为管道长度，m；P为气体平均密度，kg/m ； 为气体平均速度，m/s。

由于气体的可压缩性，气体的密度和速度都- l- 与压力有关，上述方程求解不太方便，因此将此方程进行转换，过程如下P I- (2)式中：R为空气的气体常数，取 R287 N·m·(kg·K)～； 为气体的绝对温度，-般取T288 K。

P ：3ef C RTdP (4) P 。 (4)JP -P；：6-4f LG]RT (5)- P；- - (5)△尸。P -P (P；64f LGd 2.RT] -P (6)式中：P，为标准状况下的大气压力，取 1O1300 Pa。

由式 (6)可知，对于相同的输送距离，管径增大，空管压降减校图 2 为根据式 (6)绘出的水泥在输送距离为95 m时不同管径的压降，可以明显看出，管径为 200 mm的压降比管径为 4)81mm的熊 多，进行换算时应考虑空管压 降的变化。

图2 输送距离为 95 m时不同管径的空管压降1.2 换算原理对于给定的物料进行换算时，输送速度在两种情况下应该保持-致。对于管径的按 比例换算公式如下d 鲁dc ㈩ - -因而G ：G ×(了d2 1 (8)、T/1.3 换算过程首先确定输送特性曲线的等价操作点，然后确定需要的压力和流量，最后将各个点逐-换算最终形成所需要的特性曲线。

以图 1为例，将管径为 ，/，81 mm、输送距离为95 Il的水泥输送特性曲线换算成管径为1oo mm、输送距离为 95 m的输送曲线。假定图 1操作点 A的压力降为O.22 MPa，水泥输送能力为 26 t/h，则空气流量为0.084 k#s。

1)水泥输送能力的换算G 26×( ) 40 t/h2)空气质量流量的换算G . ×( . kg/s3)压力降的换算由式 (6)得管径为4，100 mm、输送距离为95in的水泥空管压降△Pa2f 101 300 、64×0.004 5×95×0.128 ×287×288×0.1101 3001.8 kN/m管径为 ，/，81 mm、输送距离为 95 m的水泥空管压降，AP 1l l01 300 64×0.004 5×95×0.084 ×287×288、。

----- ---～J -101 3002.3 kN/m从计 算结 果可 知两 者空 管压 降相 差仅 为0.5 kN/m ，占总压降比例很小，因此输送水泥的压降也相差很小，进行换算时可以忽略不计，最终换算后压力约为0.22 MPa。

最终换算后的点 B (P2：0.22 MPa，G0.128 k#s，G ：：40 t/h)，同理图1的其他操作点都可换算为相应的点，最终将换算后的点绘成图3所示输送曲线 。

同理可将管径为 4，81 mm分别换算成管径为6125 mm、4，200 mm的输送特性曲线。

《起重运输机械》 2012(12) 48- 444O：I

以管径 81 mm为例 ，通过图 1可知压力降为O.3 MPa，空气质量流量为0.102 kg/s。

1)料气比G /G (9)式中：G 为物料质量流量，t/h；G 为空气质量流量，k(s。

代入已知数据可得 1092)输料管起始速度料气比 与最低输送速度的关系如图4所示 ∩知当料气比肛109时， 3.5 m/s。

3)输料管末端速度连续性方程P1U1Ap2 2A (10)由此可得 1)2： ×2： -P2- RT (11 1p p2由此可得《起重运输机械》 2012(12)。

星簿图4 水泥最低输送速度与料气比的关系'02 ：PI： ×42：16.8m/s 1 - - ·4)能量消耗N165G ln( ) (12)式中：Ⅳ为能量消耗，kW；P 为标准状态下的大气压力，-般取 101.3 kPa；P 为工况压力或压缩机输出压力，kPa；G 为标准状态下的空气质量流量，kg/s。

代人已知数据可得Ⅳ165×0I l02×ln( )23.2 kw其他管径的参数也可根据上述过程计算得出，最终结果如表 1所示，其中不考虑泄漏造成的能量损失。另外在实际生产 中，压力降大 于0.1 MPa- 般 选 择 压 缩 机 供 气，压 力 降 小 于0.1 MPa-般选择罗茨风机供气，而两种机械能耗计算是不-样的，压缩机能耗公式为式 (12)，而罗茨风机能耗计算公式为Ⅳ 表 1 输送距离为95 m、输送能力为 40 t/h的水泥理论输送参数输送速度/管径 压力降 质量流量 料气比 能耗 (m·S )/mm /MPa /(kg·s ) /kW入 口 出 口81 O.30 0.102 109 4.2 l6.8 23.2loo 0.22 0.128 87 4.3 13.5 24.4125 0.16 0.207 54 5.4 14.0 32.320o 0.O7 0.785 14 12.0 20.7 64.I- 3 - 式中：Ⅳ为能量消耗，kW；P，为标准状态下的大气压力，-般取 101.3 kPa；P 为输出压力，kPa；p为标准状态下的空气体积流量，m /min；A X叩 为罗茨风机总效率，-般取70%。

考虑到在实际生产中，压缩空气的泄漏不可避免，通过大量测试对压缩空气耗气量所占比例的统计分析结果表明 J：泄漏量经常占到系统产气量的20% ～30%；同时，压缩机输出的压缩气体必须要进行干燥处理，这部分-般消耗总气量的 10%。而低压输送时，供料器-般采用旋转阀进行供料，旋转阀供料时有空气泄漏，泄漏量将达到总气量的 15% ～20%，阀门规格越大，泄漏量越大，造成 了能量损失。因此，考虑泄漏量因素，综合各种实际情况，以81 mm管径为例，流量和能耗的参数变如下。

空气流量 G ：假设泄漏量为 20%，再加上干燥消耗 10%，总消耗气量为 30%，因此，压缩机实际输出气量 G 0.102/0.70.146 kg/s。

能量消耗：将 G 代入式 (12)得l65×0.146×In( )3.2 kW其他管径的参数也可计算得到，最终各个管径的实际流量与能耗参数变如表2所示。

表2 输送距离为95 m、输送能力为、40 t/h的水泥的输送参数 。

能耗/kW管径 压力降 质量流量 料气比考虑 不考虑 /mm /MPa /(kg·s )泄漏 泄漏8l 0.30 0.146 109 33.2 23.2lo0 0.22 0.183 87 34.6 24.4125 O.16 0.296 54 46.3 32.3200 0.07 0.981 14 80.1 64.1对于表2来说，压力降大于0.1 MPa的输送采用高压压缩机设定的输出压力值 (-般在 0.2～0.4 MPa)来进行供压。然而考虑到气控阀门仪表等用气压力高，需要单独配置压缩机，这样势必造成成本的增加，所以目前国内很少有厂家运用。

由于中压压缩机价格也 比较昂贵，目前国内还没- - L --有使用中压压缩机供压，大部分用户都选择供气压力为0.7 MPa(表压)的高压压缩机，然后通过减压阀减到各点所需压力 (-般在0.2～0.4 MPa)进行输送，这样势必造成不必要的能量消耗，如表3所示。

表3 输送距离为 95 m、输送能力为40 t/h的水泥输送实际能耗参数气源机械 考虑降 不考虑 降压和压力降 压和泄 降压和 泄漏引 管径供气 质量流量 漏的 泄漏的 起的额/mm 压力 /MPa/MPa/(kg·s ) 能耗 能耗 外能耗/kW /kW /kW8l 0.7 0.146 0.30 49.8 23.2 26.6- - 1OO 0.7 0.183 0.22 62.4 24.4 38.Ol25 0.7 0.296 0.16 101.0 32.3 68.7200 0.0784 O.98l O.07 89.7 64.1 25.6由表 1可知，对于给定的物料输送能力和输送距离，空气供应压力和管道直径有多种选择。

管径为4，81 mm和 4，1oo mm的料气比比较大，属于密相输送，而随着管径的增加，料气比逐渐下降，管径为4，200 mm的料气比降为 14，输送形式也由密相输送逐渐变成了稀相输送。至于选择哪种输送形式和哪种规格管径最经济，需要考虑很多因素。因为管径规格和压力降不同，气源机械的选择也不同，同时供料器的选择和除尘设备规格也不同。

由表3可知，管径为4，81 mm和4，1oo ifnm (密相静压输送)比管径为 4，200 mm (稀相输送)能耗低很多，比较节能经济 (管径为 4，125 mm能耗大的原因是由于空压机供气压力过大，通过减压阀降压造成很大的能量浪费)，而气源机械能耗在整个气力输送系统能耗 中占很大的比例，因此，密相静压输送系统操作费用 比较低。另外，密相静压输送的管径仅为稀相气力输送的 l/2～1/3，因此，管道设备费用也比较低。同时密相输送速度比较低，管道出口速度较低 ，所选的除尘过滤设备也较小，有利于降低工程投资。但密相输送所选的供料器如发送罐相对于稀相输送所用的旋《起重运输机械》 2012(12)转阀等较昂贵，而若采用往复式压缩机供压时需要额外配备储气罐，也增加了设备投资。因此，工厂建设费甩需要综合考虑。由此可见，选择哪种输送形式 比较经济需要同时考虑工厂建设费用和操作费用。

从表 3也可以发现，由于空气泄漏和降压造成的能量损失 占总能耗的比例很大。选择合适的气源机械和气动元件，提高管道的安装质量和加强设备管理，减少管道泄漏，对于降低运行成本仪常重要，否则采用密相输送来降低能耗将失去意义。

如果采用管径分别为 掷1 mil和 125 inm的输送管道进行水泥输送，输送能力为 40 t/h，均采用 0.7 MPa空压机进行供气 ，后者 比前者多耗能51.2 kW，按每年 300 d、每天工作 20 h、电费 0.7(kW ·h)计 算，运 行费 用后 者 比前 者 高51.2×20×300×0.721.5万元/a。

如果采用管径分别为6125 mm和q200 mm的输送管道进行水泥输送，输送能力为40 t/h，前者采用 0.7 MPa空压机进行供气，后者采用罗茨风机稀相输送，前者比后者多耗能 1 1.3 kW，按每年300 d、每天工作20 h、电费0.7元/(kW ·h)计算，运行费用前者 比后者高 1 1.3 x 20×300×0.74.75万元/a。