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摘要：正压浓相气力输送因其结构简单，输送效率高，易于自动化控制且利于环保等一系列优点被广泛推广应用，但在实际应用中仍普遍存在管道堵塞、磨损严重及深度节能未达到等问题。本文结合输灰管路内部的实际运行状况及外部的可能影响因素进行分析，提出有针对的处理建议。为气力输送系统的管路化设计提供依据。
关键词：气力输送 气力输灰 正压浓相 设计 优化
一 引言
气力输送是利用气体在管道内流动并携带粉状物料延指定路线完成输送的过程。系统结构简单，输送效率高，易于自动化控制且利于环保。被广泛应用于各行各业粉状物料的输送中。火电行业气力输灰技术在经过早期的负压输送到现在的正压浓相输送，从未间断改造与优化，但受各种原因影响，系统在实际应用中仍存在一定的挖掘潜能，如输灰堵管、管道磨损及动力消耗等问题一直仍是被关注重点。
现通过对输灰管路内、外可能的状态及影响因素进行分析，凸显矛盾重点，有针对性的实施相应优化改造，最终可达到事半功倍的目的。
二 定义概述
气力输送系统中浓相与稀相输送的界线划分至今尚未形成统一的看法，其中最为常用的区分方法有以固气比的大小来划分，以及以物体与气体所占体积比来划分等几种主流方法。
气力输送以内部物料输送过程中气固（气体与固体）状态的不同可分为悬浮流、分层流、沙丘流、气固间歇流、低速流。依据固体形式又可将悬浮流定义为稀相输送，分层流、沙丘流定义为浓相非栓塞式输送，气固间歇流、低速流定义为浓相栓塞式输送。
稀相输送气体与固体混合均匀，流动过程中无明显分层。非栓塞式输送过程中管道内物料呈不均匀局部密集分布，管道未被物料堵塞，靠空气动能来输送，固气比一般为10～50kg/kg。栓塞式气流输送一般是指利用有压力气体的静压为主要推送物料的密相静压输送系统，速度低，一般仅适用于30米以的短距离输送。
以仓式泵为输送装置的气力输送系统，输送压力通常为0.5MPa，固气比一般为10～30 kg/kg之间（输灰系统一般称灰气比），可实现单仓泵间歇性输送或同管路多仓泵共同输送等多种灵活组合方式。工作中主要以沙丘流或分层流方式完成物料输送。
三 问题提出
1 火电行业中电厂煤燃烧后产生的煤灰通过气力输灰系统输至灰库，在输灰中管路极易发生因磨损所至的漏灰现象，影响现场环境整治。管路磨损所带来的相应检修工作又影响到了系统的正常投用。同时设备运行期间因各种原因影响，频繁出现堵管现象，输灰系统无法保证有效运行，直接影响除尘的不达标。威胁到机组的正常运行。
2 气力输灰系统在系统出力已定的情况下，灰气比是影响最终耗气量的唯一变量参数，提高灰气比即为提高系统的经济性。而灰气比又直接与固定不变的系统布置、管径、长度等有关，也与可变的温度、压力、时间及煤灰特性等有关。因此如何合理优化系统布置及合理控制相关参数都将直接影响到系统运行的经济性。
3 气力输灰系统受气体膨胀影响，煤灰在管路中的输送呈加速状。依据煤灰的堆积与流场动态，一般可将管路划分为起始段、过渡段及充分发展段。各管段中所呈现的缺陷与其特性息息相关。起始段因为煤灰浓度高，流动稳定性差极易发生堵管，同时起始段前端为输灰气源、发送器、输送管路、控制阀组等汇集区域，流场扰动性大，各部位接口处也会发生轻微磨损。过渡段承接起始段与充分发展段，受前部影响，是堵管缺陷扩大时的主要堵塞区域，该区域磨损可基本忽略。充分发展段管内流速为最高，流场稳定，故管内一般不易发生堵塞，但因磨损与管内流速的三次方成正比，因此该段管路磨损极为严重，特别是管路未端及弯头区域。
四 应对分析
输灰过程中，输送距离越长，系统需克服的阻力越大，为保证灰气混合物在输送过程中保持较优的混合分布状态，灰气比的取计需随输送距离的增加而降低。为提高输灰效率的同时减少磨损，需依据输送距离的长短合理设计灰气比。且管路设计中需充分考虑各项因素可能的影响：
1 磨损分析
（1） 速度分析
因输灰管道的磨损成与管内流速的三次方成正立，即降低流速将有效控制磨损。但输灰过程则又必须达到足够的流速以克服煤灰颗料沉降速度才能达到有效输送的目的。因此合理控制流速成为必须。建议可将长距离（＞550m）的输灰管道划分为2-3段，分别采用不同管径沿输送管线逐渐增大，以保证每段管路在不发生堵管的同时将磨损降至最低。变径点的选择是可参考管路压力坡降经验公式进行设计。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆公式如下：
i=K×ux×μy×10^-3
i－压力坡降 K－管径系数 u－管道内气流平均速度m/s
x－速度系数 μ－质量混合比 y－混合比系数
当管道末速已定时，可计算推建最低允许的初速及相应管径。根据国内实践研究经验，各管段的输送速度推荐如下：管道起始段末端的速度10～12m／s；过渡段管道末端的速度取15-20m／s；充分发展段管道末端的速度控制于15～25 m／s之间。
（2） 弯管设计
为保证输送的流畅性，管路设计中应尽量减少弯管的数量。当弯头弯曲半径为管径的10～15倍时可减少局部压损和磨损，又有效避免弯头部位因流场扰动引起局部堵塞问题。依据经验，输灰直角弯的压损一般等于在管道长度的基础上增加了30～40倍DN的直管长度。
改变管路布置，缩减等效输送长度，可有效减少输灰时间，提升灰气比。同时可适当降低最终流速，减轻磨损。
2 堵管分析
（1）流场扰动
输灰管路起始段受各种原因影响流场极不稳定，煤灰呈现高浓度不均匀沙丘流状，且极易转变为栓塞流，如无法及时冲破栓塞则易扩大发展为管道堵管。
该管段进口压力过低时，易因为管内流速过低无法有效携带煤灰造成堵管。而管段进口压力过高时，易使管内煤粉由沙丘流变为栓塞流，进而引发堵管。因而合理布置流化风布风结构，并合理控制该管路速度方可有效避免堵管问题的出现（详细可参考“速度分析”）。并建议该段中的初始水平直管长度应尽量≥5m，以减少扰动。
（2）煤灰提升
输灰管路在输送煤灰的过程中不可避免会出现由水平输送转变为垂直输送（或由垂直变为水平输送）。受输送气体流速及煤灰特性等影响，一般输灰系统煤灰在水平输送时大约是气体速度的85%左右，垂直向上输送时是气体速度的75%左右，垂直向下输送时可无限接近气体速度。在该种输送状态改变时，势必引起煤灰以某一转折点为分界线发生滞留性堆积。严重的也将引发堵管。该问题在长距离垂直管表现尤为明显（短距离则忽略）。
针对垂直向上输送管路，可适当保持高速来避免缺陷发生。而垂直向下输送管道则建议减缓输送坡度或在坡底增设补气装置。
（3）低温影响
煤灰表面布满孔隙和裂缝，使其具有极强的粘附性与吸湿性。温度在高于露点时,煤灰的流动犹如液体,而在低于露点时（30-90℃），其表面吸附水分子，造成流动性下降且易粘连甚至板结，造成堵管（灰中含硫则情况更甚）。虽然各输灰系统均设计有加热及气化系统，但受各种原因影响实际灰温仍可能会低于露点，特别在冬季低温气候期间，堵管缺陷将明显上升。
通过增大空气量可有效吹动煤灰，但当速度偏离最佳值时又会带来其它一系列问题（详细可参考“流场扰动”）。因此减少管内含水量及防止结露才是最佳处理手段。如减少压缩空气带水量，合理调节控制加热及气化系统，对仓泵本体及起始段管道增设保温均可有效缓减冬季堵管缺陷（过渡段及充分发展段因管内流速较高可不考虑）。
3 泄漏分析
管道泄漏，造成泄漏点后管道压力及流速下降，煤灰沉降造成堵管。特此需加强输灰管路的巡查工作，及时处理漏点，以保证管路内压力可控。
五 结束语
如何提高灰气比是输灰系统节能研究的最终目标，通过减少输灰管道的延程阻力损失，减少管路泄漏量，提高煤粉流动性等手段均可达到减少能耗，提升效率的目的。
合理优化管路，控制各管段内部流速，可有效避免堵管及磨损缺陷的发生，减少设备运行、维护费用及工作量，更重要的是保证输灰、电除尘系统的正常运行，有利于环保。
参考文献：
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作者简介：
作者：张剑飞（1979-），男，工程师，从事火力发电厂锅炉生产管理，电话：18599366634，电邮：cxzjf@163.com，单位：华能轮台热电分公司，地址：新疆巴州轮台县华能轮台电厂生产管理部，邮编：841600。
论文作者:张剑飞,陈阳,李红亮,沈东生
论文发表刊物:《电力设备》2017年第14期
论文发表时间:2017/9/4
标签：管路论文; 煤灰论文; 气力论文; 磨损论文; 流速论文; 管道论文; 系统论文; 《电力设备》2017年第14期论文;