氣力輸灰系統(tǒng)節(jié)能潛力及優(yōu)化策略研究

［摘 要］文章分析了當(dāng)前氣力輸灰系統(tǒng)面臨的主要問題，并針對(duì)這些問題提出了優(yōu)化策略。實(shí)驗(yàn)證明，這些優(yōu)化策略頗具有效性，為氣力輸灰行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供了有力支持。

［關(guān)鍵詞］氣力輸灰系統(tǒng)；節(jié)能潛力；優(yōu)化策略；能耗分析；效率提升

［中圖分類號(hào)］TM62 ［文獻(xiàn)標(biāo)志碼］A ［文章編號(hào)］2095–6487（2024）04–0102–03

1 概述

氣力輸灰系統(tǒng)是一種廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域的物料輸送系統(tǒng)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。然而，隨著能源價(jià)格的上漲和環(huán)保要求的提高，氣力輸灰系統(tǒng)的能耗和效率問題越來越受到關(guān)注。因此，開展氣力輸灰系統(tǒng)節(jié)能潛力及優(yōu)化策略研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1.1 研究現(xiàn)狀與問題

目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)氣力輸灰系統(tǒng)進(jìn)行了廣泛的研究，主要集中在輸送原理、設(shè)備設(shè)計(jì)、系統(tǒng)控制等方面。然而，現(xiàn)有研究大多關(guān)注氣力輸灰系統(tǒng)的基本原理和設(shè)備設(shè)計(jì)，對(duì)系統(tǒng)節(jié)能潛力和優(yōu)化策略的研究相對(duì)較少。因此，本研究旨在深入探討氣力輸灰系統(tǒng)的節(jié)能潛力和優(yōu)化策略，為實(shí)際應(yīng)用提供理論支持和實(shí)踐指導(dǎo)。

1.2 研究?jī)?nèi)容與方法

本研究將采用實(shí)驗(yàn)研究與理論分析相結(jié)合的方法，對(duì)氣力輸灰系統(tǒng)的能耗組成和影響因素進(jìn)行分析，并探討針對(duì)性的優(yōu)化策略。具體研究?jī)?nèi)容如下。①氣力輸灰系統(tǒng)能耗分析。通過對(duì)氣力輸灰系統(tǒng)的能耗組成和影響因素進(jìn)行分析，確定主要影響因素和節(jié)能潛力。②優(yōu)化策略研究。針對(duì)氣力輸灰系統(tǒng)存在的問題，提出優(yōu)化策略，包括優(yōu)化輸送速度、改善物料性質(zhì)、降低管道阻力、選用高效設(shè)備、控制系統(tǒng)優(yōu)化等。③實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證與結(jié)果分析。通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證優(yōu)化策略的可行性和效果，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析和討論。

2 氣力輸灰系統(tǒng)能耗分析

氣力輸灰系統(tǒng)的能耗主要包括電能和壓縮空氣能。其中，電能主要用于驅(qū)動(dòng)輸送風(fēng)機(jī)等設(shè)備運(yùn)行，而壓縮空氣能則主要用于推動(dòng)物料前進(jìn)。通過對(duì)氣力輸灰系統(tǒng)的能耗組成進(jìn)行分析，可以將其分解為以下幾部分。

（1）輸送風(fēng)機(jī)能耗。輸送風(fēng)機(jī)是氣力輸灰系統(tǒng)的核心設(shè)備之一，其作用是為系統(tǒng)提供動(dòng)力，以推動(dòng)物料前進(jìn)。根據(jù)輸送風(fēng)機(jī)的功率和使用時(shí)間，可以計(jì)算出其能耗。

（2）壓縮空氣能耗。壓縮空氣能主要用于推動(dòng)物料前進(jìn)，其能耗與壓縮空氣的流量和壓力有關(guān)。

2.1 能耗影響因素

（1）設(shè)備參數(shù)。設(shè)備參數(shù)包括輸送風(fēng)機(jī)的功率、轉(zhuǎn)速等。這些參數(shù)的設(shè)置直接影響設(shè)備的能耗和使用效果。

（2）物料性質(zhì)。物料性質(zhì)包括密度、粒度、濕度等。不同性質(zhì)的物料對(duì)于氣力輸灰系統(tǒng)的能耗和使用效果有著重要影響。

（3）輸送距離和高度。輸送距離和高度是氣力輸灰系統(tǒng)的重要參數(shù)，直接影響系統(tǒng)的能耗和使用效果。

（4）管道阻力。管道阻力包括彎頭、閥門、變徑等阻力，這些阻力會(huì)對(duì)輸送風(fēng)機(jī)的能耗和使用效果產(chǎn)生影響。

（5）控制方式?？刂品绞桨ㄊ謩?dòng)、半自動(dòng)及全自動(dòng)控制方式，不同的控制方式對(duì)于氣力輸灰系統(tǒng)的能耗和使用效果有著重要影響。

2.2 節(jié)能潛力

（1）優(yōu)化設(shè)備參數(shù)。通過對(duì)設(shè)備參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，可以降低設(shè)備的能耗和使用成本。例如，調(diào)整輸送風(fēng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)速，改變輸送方式，提高輸送效率。

（2）優(yōu)化輸送距離和高度。通過對(duì)輸送距離和高度進(jìn)行優(yōu)化，可以降低系統(tǒng)的能耗和使用成本。例如，通過縮短輸送距離或降低輸送高度，可以減少輸送所需的風(fēng)量和壓力。

（3）降低管道阻力。通過降低管道阻力，可以提高系統(tǒng)的輸送效率和降低能耗。例如，減少?gòu)濐^、閥門、變徑等阻力元件的數(shù)量和長(zhǎng)度，可以降低管道阻力并提高輸送效率。

3 優(yōu)化策略

（1）優(yōu)化輸送速度。根據(jù)實(shí)際需求和工況條件，選擇合適的輸送速度，以降低能耗和提高效率。本次將懸浮流輸灰系統(tǒng)與先導(dǎo)栓塞式輸灰系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比，先導(dǎo)栓塞式輸灰系統(tǒng)在氣源配置上，取消流化氣、二次氣，并且降低輸送氣源壓力至0.35 MPa 以下，將輸灰系統(tǒng)管道流速控制在5.2 m/s 以內(nèi)，有效控制了輸送速度。

（2）降低管道阻力。合理設(shè)計(jì)管道布局和減少管道轉(zhuǎn)彎次數(shù)，降低輸送過程中的阻力損失。本研究發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)懸浮流系統(tǒng)通過源頭加壓的方式進(jìn)行輸送，受管道物料、速度限制條件眾多，管道阻力巨大。先導(dǎo)栓塞式輸送系統(tǒng)在管道上每隔一段距離安裝1 條先導(dǎo)閥組，當(dāng)管道阻力增大，先導(dǎo)閥自動(dòng)切入工作，將管道阻力分割若干小份，由此將管道阻力控制在最小。

（3）選用高效設(shè)備。選用高效的氣力輸送設(shè)備，以提高設(shè)備性能并延長(zhǎng)其壽命。本次研究發(fā)現(xiàn)從系統(tǒng)能耗、輸送效率、管道流速來看，先導(dǎo)栓塞式輸灰系統(tǒng)較傳統(tǒng)懸浮流輸送系統(tǒng)而言，更為高效。

（4）控制系統(tǒng)優(yōu)化。采用先進(jìn)的控制系統(tǒng)及先進(jìn)的控制策略，可以有效提高效率和降低能耗。傳統(tǒng)懸浮流輸灰系統(tǒng)控制程序?yàn)? 步循環(huán)輸送方式及異常加壓補(bǔ)氣程序，程序更為復(fù)雜，且在輸送結(jié)束后仍然需要對(duì)管道進(jìn)行吹掃。而先導(dǎo)栓塞式輸灰系統(tǒng)控制程序僅為2 步循環(huán)方式，異常系統(tǒng)自處理，無(wú)需程序干預(yù)，更為簡(jiǎn)單，且輸送結(jié)束無(wú)需吹掃，故障率更低。

4 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證與結(jié)果分析4.1 系統(tǒng)氣耗對(duì)比

對(duì)兩種不同氣力輸灰系統(tǒng)進(jìn)行氣耗統(tǒng)計(jì)，通過一段時(shí)間統(tǒng)計(jì)，常規(guī)懸浮流輸灰系統(tǒng)單位氣耗為33.59 m3/min（噸灰耗氣量），先導(dǎo)栓塞式輸灰系統(tǒng)單位氣耗為14.54 m3/min，整體氣耗更低（表1）。

由表1 可知， 懸浮流輸灰系統(tǒng)平均耗氣量為33.59×103 m3/d，先導(dǎo)栓塞式輸灰系統(tǒng)平均耗氣量為14.54×103 m3/d，先導(dǎo)栓塞式輸灰系統(tǒng)較懸浮流輸灰系統(tǒng)降低56.71%。

4.2 系統(tǒng)效率對(duì)比

對(duì)兩種不同氣力輸灰系統(tǒng)進(jìn)行效率進(jìn)行對(duì)比，在同一負(fù)荷情況下，常規(guī)懸浮流輸灰系統(tǒng)每小時(shí)需輸送22 次（圖1），先導(dǎo)栓塞式輸灰系統(tǒng)每小時(shí)需輸送6 次（圖2），系統(tǒng)整體效率更高。

實(shí)驗(yàn)倉(cāng)泵容積為2.5 m3，倉(cāng)泵數(shù)量為4 臺(tái)，輸灰?guī)缀尉嚯x為320 m，氣力輸灰系統(tǒng)計(jì)算出力取灰密度為0.85 kg/m3。

先進(jìn)行懸浮流輸灰系統(tǒng)輸灰系統(tǒng)出力實(shí)驗(yàn)，系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，落料為倉(cāng)泵的1/4，當(dāng)加大落料時(shí)間并連續(xù)3個(gè)循環(huán)后，輸灰系統(tǒng)出現(xiàn)延時(shí)、曲線不規(guī)律現(xiàn)象，處理完成后將落料調(diào)回，每小時(shí)輸送22 次，單次輸送2.13 t，每小時(shí)可輸送46.86 t。先導(dǎo)栓塞式輸灰系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，控制系統(tǒng)倉(cāng)泵高料為信號(hào)觸發(fā)，敲擊倉(cāng)泵落料為3/4，單次輸送8.5 t，每小時(shí)最少輸送12 次，單管每小時(shí)輸送為102 t。

通過同一負(fù)荷下輸送次數(shù)變化及輸灰系統(tǒng)管道出力實(shí)驗(yàn)可知，先導(dǎo)栓塞式輸灰系統(tǒng)出力更大，單次輸灰量更高，空壓機(jī)擁有足夠的加載時(shí)間，氣源更穩(wěn)定。

4.3 輸送流速

對(duì)兩種不同氣力輸灰系統(tǒng)進(jìn)行輸送流速計(jì)算，依據(jù)計(jì)算結(jié)果，常規(guī)懸浮流輸灰系統(tǒng)輸送流速約為10.6 m/s，先導(dǎo)栓塞式輸灰系統(tǒng)輸送流速約為5.2 m/s，系統(tǒng)整體流速更低，且在降低輸灰系統(tǒng)流速的情況下，系統(tǒng)出力增加，且系統(tǒng)管道阻力更小。

5 實(shí)驗(yàn)評(píng)估

在氣力輸灰系統(tǒng)優(yōu)化策略實(shí)施后，進(jìn)行效果評(píng)估，即根據(jù)實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)分析，評(píng)估優(yōu)化策略的實(shí)施效果，并根據(jù)評(píng)估結(jié)果進(jìn)行持續(xù)優(yōu)化。

6 結(jié)束語(yǔ)

通過對(duì)氣力輸灰系統(tǒng)的設(shè)備參數(shù)優(yōu)化、物料性質(zhì)改善、輸送距離和高度優(yōu)化、管道阻力降低及智能控制策略應(yīng)用等方面的優(yōu)化策略研究，取得了顯著的優(yōu)化效果，降低了能耗，提高了輸送效率，延長(zhǎng)了設(shè)備壽命，為企業(yè)的節(jié)能減排和可持續(xù)發(fā)展提供了有力支持。未來，將繼續(xù)關(guān)注行業(yè)發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步，不斷探索新的優(yōu)化策略，為氣力輸灰系統(tǒng)的持續(xù)優(yōu)化和提高作出更多貢獻(xiàn)。

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