5000t/d水泥厂煤粉气力输送系统
在水泥生产过程中，喂煤系统的可靠、连续、准确、稳定是稳定窑的热工制度、降低煤耗、提高产品质量和保证设备安全运转的关键因素。煤粉输送管道系统装备的选型和参数配置是否合理，关系到喂煤系统能否正常运转，故应慎重对待。由于气力输送管道占地面积小、系统密闭、输送量距离长和无回程等特点，所以煤粉输送常采用压送式正压气力输送。粉状物料气力输送可分高压、低压和负压输送三种。高压输送设备有仓式泵、螺旋泵等，所需的压力一般在2～5个大气压范围内。低压输送如气力提升泵，所需空气压力在0.5个大气以下。负压输送属于低压输送的一种，输送能力较低，距离较近，水泥厂用得较少。在实际生产中煤粉输送常采用螺旋泵高压输送的方式。当煤粉采用气力管道输送时，在输送管道中消耗大部分动力。这对气力输送设备的煤粉输送量、动力消耗和输送可靠性影响很大。罗茨风机工艺参数的选型直接保障煤粉输送的畅通;输送管道管径、气流速度和管线布置的设计直接影响输送能耗的损失。
罗茨风机的选型主要取决于已知的空气需要量和系统管道操作压力，以及空气损失和所需的储备系数及安全系数。罗茨风机的压力主要用于克服输送管道中的摩擦阻力、局部阻力和加速物料所需动压。主要与输送距离和物料性质有关。系统管道的压力损失由气流速度和管径决定。煤粉输送气流速度一般由经验来确定。当设计输送流速为25—30m/s时，才能保障煤粉与输送空气风量在输送管中处于全紊流状态，否则输送管内会出现噎堵现象，输送受阻。粉料输送量和空气消耗量的比又可用料气比来表示，料气比值主要取决于输送物料的特性、操作参数和气固喷射器的几何参数。它是个经验数据，对于螺旋输送泵输送煤粉，料气比的设计值一般取<3kg/m³。并且它的值是随着输送高度的增加而降低。物料的流化风速对料气比的影响很大。料气比的选择应保证喷嘴周围至垂直输送管道入口处的粉料流化均匀程度，这一点尤其重要，以保证粉料有较好的流动性。
用于输送煤粉的管道一般常用无缝钢管等。煤粉输送管道的管径可根据煤粉输送量、气流速度和料气比决定。输送煤粉管壁厚度可根据承受的压力和被输送物料的对管壁的冲蚀性来确定，对于煤粉物料壁厚可取8mm。设计中应尽量减少输送弯管的数量，弯头半径应为输送管径的10~15倍，既可减少压力损失和管壁磨损，又可以减少弯管堵塞引起的输送故障。煤粉出锁风的输送管线水平直管长度应尽量大于5m，避免弯管堵塞。对于长距离(>550m)气力输送，可考虑采用变径管道系统，这样既可减少动力消耗和管道磨损，又防止堵塞。一般可将管道分为两段或三段，分别采用不同管径，管径自进料端至出料端逐渐增大。气力输送系统总压损是由输送管道总压力损失、管道出口阻力、喷煤管阻力和气力输送设备阻力组成。输送管道总压力损失又由水平管摩擦阻力、垂直管摩擦阻力和垂直管提升阻力组成。工程上为了便于计算，常将弯管的局部压力损失折算成水平管道的沿程压力损失。一般对于均匀粒状物料，当弯管R/D=6时，其当量长度取8~10m;弯管R/D=10时，其当量长度取10~16m;弯管R/D=20时，其当量长度取12~20m。合理的输送管道设计可降低工艺能耗，减少管道维护检修。下以5000t/d水泥厂煤粉输送管道设计作为计算示例。
熟料热耗—2967.8kJ/kg;
煤的发热量—22990kJ/kg;
V—管道内风速，为25m/s;
μ—料气比，为3kg/m³;
H—工厂海拔高度，为0.421km;
T1—气体温度，为50℃;
L1—窑头水平管道输送长度，为50m;
H1—窑头垂直管道输送长度，为21m;
L2—窑尾水平管道输送长度，为180m;
H2—窑尾垂直管道输送长度，为55m;
N1—窑头输送管道上弯头数量，为5个;
N2—窑尾输送管道上弯头数量，为9个;
M1—窑头输送管道上阀门数量，为2个;
M2—窑尾输送管道上阀门数量，为4个。
全厂总用煤量(t/h)=(5000t熟料/d×2967.8kJ/kg熟料)/(22990kJ/kg煤×24h/d)=26.89;
因窑头用煤量：窑尾用煤量=4：6，故窑头用煤量为10.76t/h，窑尾用煤量为16.13t/h;
窑头最大用煤量(t/h)=10.76×1.2=12.91;
窑尾最大用煤量(t/h)=16.13×1.2=19.36。
风量校正系数=(T0+T1)×P0/T0×Ph
式中：T0—标况气体温度，℃;
T1—该风量中气体的工况温度，℃;
P0—海平面上的气压，Pa;
Ph—水泥厂厂区的气压，Pa;
H—水泥厂厂区海拔高度，km;
Q1=窑头最大用煤量(t/h)×1000/(μ×60)×风量校正系数
Q1=12.91×1000/(3×60)×1.24=88.95m³/min
Q1=π×(D1/2)²V=88.95m³/min
式中：Q1—窑头空气最大需要量，m³/min;
D1—窑头有效管径，m;
v—窑头管径中的风速，m/s。
Q2=窑尾最大用煤量(t/h)×1000/(μ×60)×风量校正系数
Q2=19.36×1000/(3×60)×1.24=133.37m3/min
Q2=π×(D2/2)²V=133.37m³/min
式中：Q2—窑尾空气最大需要量，m³/min;
D2—窑尾有效管径，m;
v—窑尾管径中的风速，m/s。
当管壁取4~8mm时，查无缝钢管的规格表，窑头煤粉输送管道的外径可取DN299，窑尾输送管道外径可取DN351。
窑头总压损=输送管道总压力损失+管道出口阻力+喷煤管阻力+气力输送设备阻力。输送管道总压力损失=水平管摩擦阻力+垂直管摩擦阻力+垂直管提升阻力。
设弯管R/D=6时，其当量长度取10m;阀门当量长度取20m。水平管道当量长度Lp=L1+N1×10+M1×20=50+5×10+2×20=140m。
按柏列斯公式：阻力系数r=0.0125+0.0011/D1=0.01646
计算输送管道出口阻力：管道出口阻力(Pa)=50Pa。
计算输送管道喷煤管阻力：喷煤管阻力(Pa)=6000Pa。
计算输送管道气力输送设备阻力：气力输送设备阻力(Pa)=10000Pa。
输送管道总压力损失=水平管摩擦阻力+垂直管摩擦阻力+垂直管提升阻力+物料加速引起的压力损失=5323.5+831.13+988.85=7143.48
窑头总压损=输送管道总压力损失+管道出口阻力+喷煤管阻力+气力输送设备阻力=6763.23+50+6000+10000=23193.48Pa=23.193kPa
设备选型的压力=Kp×输送管道总压力损失式中：Kp—考虑漏气和计算误差等原因的压力备用系数，一般选用Kp=1.1~1.2
故：设备选型的压力=1.2×23.193=27.83kPa。
窑尾总压损=输送管道总压力损失+管道出口阻力+喷煤管阻力+气力输送设备阻力
输送管道总压力损失=水平管摩擦阻力+垂直管摩擦阻力+垂直管提升阻力
设弯管R/D=6时，其当量长度取10m;阀门当量长度取20m。水平管道当量长度(M)=L2+N2×10+M2×20=180+9×10+4×20=350
计算输送管道出口阻力：管道出口阻力(Pa)=50Pa。
计算输送管道喷煤管阻力：喷煤管阻力(Pa)=6000Pa。
计算输送管道气力输送设备阻力：气力输送设备阻力(Pa)=10000Pa。
输送管道总压力损失=水平管摩擦阻力+垂直管摩擦阻力+垂直管提升阻力+物料加速引起的压力损失=10373.19+1696.63+2589.84=14659.66Pa。
窑尾总压损=输送管道总压力损失+管道出口阻力+喷煤管阻力+气力输送设备阻力=14659.66+50+6000+10000=30709.66Pa=30.7kPa。
设备选型的压力=Kp×输送管道总压力损失
式中：Kp—考虑漏气和计算误差等原因的压力备用系数，一般选用Kp=1.1~1.2
故设备选型的压力=1.2×30.7=36.85kPa
在煤粉输送设计中，合理设计煤粉输送管道是喂煤输送系统正常运行的保障。重视输送管道的设计，可保障煤粉的输送，也能降低输送能耗，是非常必要的。