電解鋁生產用氧化鋁的氣力輸送系統(tǒng)

王尚元，劉總兵，史博川

（東北大學設計研究院（有限公司），遼寧 沈陽 110166）

1 氣力輸送概述

氣力輸送裝置是利用氣體沿管路輸送散粒物料的裝置，主要有吸送式、壓送式和2種形式。其工作原理是利用氣流的動能使散粒物料呈懸浮狀態(tài)隨氣流沿管道輸送[1]。

（1）吸送式。引風機啟動后，整個系統(tǒng)呈一定的真空度，在壓差作用下氣體使物料進入吸嘴，并沿輸料管送至卸料處的分離器內，物料從氣體中分離后由分離器底卸出,氣體經除塵器凈化處理后排空。吸送式的優(yōu)點是供料簡單，能從數(shù)處同時吸取物料；缺點是輸送距離有限，生產效率低，對系統(tǒng)的密封性要求較高。

（2）壓送式。鼓風機將氣體送至輸送管，物料從供料器供入，氣體和物料的混合物沿輸料管被壓送至卸料處，物料經分離器處理后卸出，氣體經除塵器凈化處理后排空。

壓送式的特點與吸送式相反，壓送式可同時為幾個輸送點輸送物料，可以遠距離輸送物料，設備生產率較高，但是存在著結構復雜的缺點。 氣力輸送與機械式輸送裝置相比，其優(yōu)點是：物料在輸送過程中完全密閉，受氣象和環(huán)境的影響較小，設備簡單，結構緊湊，布置靈活，設備投資費用低，易于集中控制，可實現(xiàn)自動化，提高輸送能力。除易碎、粘附性強的物料需要特殊處理外，一般松散物料均可輸送。氣力輸送的缺點是：能耗較大，對物料的粒度、粘性和濕度有限制要求，輸送硬度大的物料時，管道易磨損。根據國內外氧化鋁輸送技術的發(fā)展趨勢來看：先進的氣力輸送技術將會逐步取代小車供料、天車供料及人工料箱加料等落后的技術。氣力輸送具有配置靈活、密閉性好、輸送效率高、運行及維護費用低、不干擾其它工藝正常作業(yè)等優(yōu)點。氣力輸送技術主要包括稀相輸送、濃相輸送和超濃相輸送。

2 稀相輸送

2.1 稀相輸送簡介

當流化介質速度較大時，固體顆粒開始帶出。隨著流化介質速度增大，空隙率增大，壓降下降。固體顆粒在流體中形成懸浮狀態(tài)的稀相，并與流體從流化床中一起夾帶出去，這一個階段叫做稀相輸送。稀相輸送是我國電解鋁企業(yè)氧化鋁輸送料的傳統(tǒng)方法，目前，在部分電解鋁企業(yè)尤其是小型電解鋁廠還是采用這種方式輸送氧化鋁。

2.2 稀相輸送的特點

壓縮空氣直接作用于氧化鋁顆粒上，即壓縮空氣的動能傳遞給被輸送的物料，使物料以懸浮狀態(tài)向前流動，在垂直輸送管和水平輸送管中，物料流動分別呈現(xiàn)下列特征：

（1）在垂直輸送管內，氣流阻力與物料顆粒的重力處于同一直線上，兩者只在輸送流方向上對物料發(fā)生作用。但實際垂直輸送管中顆粒群運動較為復雜，還會受到垂直方向力的作用。

（2）在水平輸送管內，一般輸送氣流的速度越大，物料的分布就越均勻。但是，輸送氣流不足時流動狀態(tài)會發(fā)生明顯變化。在輸送管的起始段是按管底流大致均勻地輸送，越到后段越接近疏密流。最終形成脈動流或停滯流，水平管越長，該現(xiàn)象越明顯。

2.3 稀相輸送的特點

稀相輸送技術屬于氣力輸送中的動壓輸送技術，。由于是靠動能轉換傳遞能量和懸浮態(tài)輸送，要求風速較高(物料在輸送管中流速在35m/s左右)，因此在能量傳遞過程中也會損失部分能量；因此能耗高，固氣比低(質量比一般為7～l0)，管路磨損嚴重，被輸送的氧化鋁破損嚴重。因此稀相輸送正逐漸被濃相輸送取代。

2.4 稀相-氣力提升機簡介

氣力提升機是稀相輸送系統(tǒng)的具體應用。氣力提升機利用氣體動力學中的射流原理。當氣體流速增加時，氣體內部壓強變小，外部的氣體就會向壓強小的內部流入。氣力提升機由羅茨風機提供氣源，進入的氣流通過噴射口高速射出，在噴射口附近的壓強變小，周圍的空氣立刻向壓強小的地方流動，進入的空氣將粉狀物料帶入噴射口中,由氣流將粉狀物料提升至高處。詳見圖1。

圖1 氣力提升機工作示意圖

將要提升的物料由溜槽注入提升機2中，物料輸出管道3接到料倉或貯倉5中，將供氣管連接到羅茨風機1出口，送入壓縮空氣，調節(jié)氣閥，使合適的壓縮空氣進入氣室，將沸騰床上部的粉狀物料流態(tài)化，經噴射口被氣流帶走，由物料輸出管送至料倉完成物料提升作業(yè)。

（1）氣力提升系統(tǒng)的構成。氣力提升系統(tǒng)由羅茨風機、輸送管道及配件、供料裝置、分離器、除塵器、卸料裝置、消聲器、控制系統(tǒng)等組成。

（2）使用方法。將要提升的物料由加料口加入到氣力提升機中，物料輸出管連接到料倉或貯倉中。羅茨風機將壓縮空氣輸送至氣力提升機內，通過調節(jié)氣閥，將沸騰床上部的粉狀物料流態(tài)化，經噴射口將噴出，由出料管送至料倉完成物料輸送任務。

圖2 氣力提升機工作結構圖

3 濃相輸送

濃相輸送是輸送氧化鋁等粉狀物料的重要裝置。該裝置具有結構簡單，運行可靠，節(jié)省能耗等特點，已廣泛應用于國內外電解鋁廠的氧化鋁輸送系統(tǒng)。

3.1 濃相輸送特點

（1）濃相輸送與稀相輸送比較具有以下優(yōu)點：由于采用靜壓輸送，壓縮空氣用量可減少2/3以上；

（2）管道內物料輸送速度控制在1～2m/s，可以減少對管道的磨損。

（3）濃相輸送系統(tǒng)垂直輸送高度達40m，水平輸送距離可達1000m，系統(tǒng)最大輸送能力為50t/h；

（4）易于實現(xiàn)全自動控制，操作人員少.

3.2 濃相輸送的原理

濃相輸送技術是套管式氣力壓送式輸送，與稀相輸送比較，固氣比高，氣流速度小，輸送壓力低。因此，可以減少壓縮空氣用量，降低了運行能耗以及物料破損率。

濃相管道采用內套管氣力輸送技術。內套管技術是解決高磨損、高輸送能力、遠距離輸送的理想方案。系統(tǒng)通過輸送管道的自調節(jié)內套管實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)輸送，并避免了堵管的發(fā)生。

濃相管采用內套管氣力輸送技術，在粉狀物料輸送過程中，壓縮空氣進入壓力罐排料管內，在湍流狀態(tài)下將物料流態(tài)化，使物料同時通過主輸送管和內套管，內套管上特別設計的開口在主輸送管上形成紊流，在紊流狀態(tài)下，物料積聚并分割成料段。

3.3 濃相輸送的特點

濃相輸送技術屬氣力輸送中的靜壓輸送技術，濃相輸送在輸送過程中不同于稀相輸送，它是直接利用壓縮空氣的靜壓能來推動物料，且物料是以非懸浮態(tài)栓狀流動，因此要求的風速低，不存在能量傳遞和顆粒間的摩擦損失，故能耗、管壁磨損和氧化鋁破損比稀相低。

3.4 濃相發(fā)送器輸送系統(tǒng)概述

濃相輸送系統(tǒng)主要由濃相發(fā)送罐、壓縮空氣氣源、控制系統(tǒng)、輸送管、氧化鋁料倉等五大部分組成。