空氣炮在水泥工業中的運用分析

摘要：空氣炮作為當前處理管道、儲存庫、料庫、喂料室以及旋風筒還有豎煙道等位置處的物料堵塞、結皮粘附的重要工具，已經被越來越多的應用水泥工業中來。其特點是作業時以超音速進行瞬時沖擊，所產生沖擊力均被直接應用于物料之上，進而使得靜態下的物料塌落、散開，確保生產恢復正常。文章結合空氣炮原理，對其水泥工業中有效運用進行詳細分析和探討。

關鍵詞：水泥；物料堵塞；空氣炮；結皮粘附；溫度效應

近些年，隨著我國交通、水利等基礎設施力度的加大，對水泥等工業原料的需求日益加大，極大促進了水泥行業的發展，而在當前水泥生產作業過程中，時常在各管道、儲存庫、料倉、窯尾喂料室、旋風筒錐體還有下料管等位置處發生物料粘附以及結皮堵塞等情況。給物料正常移動產生一定干擾，同時使得壓差增大，生產過程遭到破壞，降低了生產能力，并對水泥質量造成影響。此外還生產作業時增大了生產能耗以及耐火襯消耗，不僅使得清堵勞動量加重，同時還對作業人員人身安全帶來影響。

一、概論

以往國內水泥廠使用的均為壓縮空氣噴吹，使用電磁式敲打器來開展人工清堵。尤其是當窯尾預熱器發生堵塞時，都是進行停窯降溫，進行人工清堵。七十年代處，西方發達國家研制出一種物料清堵助流裝置，即空氣炮，得到了廣泛應用和推廣，上世紀八十年代被引進到中國。由于空氣炮同以往機械式以及電磁式還有氣動式振動器相比有著諸多優點，因此被在國內被廣泛應用。其特點是作業時以超音速進行瞬時沖擊，所產生沖擊力均被直接應用于物料之上，進而使得靜態下的物料塌落、散開，確保生產恢復正常。

二、工作原理

作業中，當壓縮空氣經過相應二位三通閥V而流入到炮體貯氣罐時，內部活塞在外推壓下移動，并對噴爆口T造成阻擋。而當空氣炮內部與外部壓縮空氣均為相等時，外界壓縮空氣無法進入炮體內部，此時內部滿載壓縮空氣的壓縮炮即可以進行隨時放炮。放炮過程中利用人工控制將三通閥換向，使得氣缸活塞在炮內壓縮空氣下產生移動，當打開噴爆口T時，原本炮體內部的空氣瞬時噴射而出，從而實現對物料的沖擊助流作用。

當容器壁之上存有較厚堆積粉體以及粘附層時，噴射而出的空氣將無法快速通過附著物孔隙，一旦物料中形成高壓，則器壁上的附著層就會漲落下來。而在噴爆口周圍所漲落的物料面積等同于附著層厚度，所以在選擇噴爆口出口時，可以選擇在炮內邊角上或者粘附最厚處。

如果只是單純的利用空氣所產生的噴爆效果，則空氣噴射應同被清除物料表面平行。此時需使用空氣炮自身動能，利用特定扁形噴嘴以及較大噴射角度將粘附料清除。而對于那些壁上面積相對較大的粘附物，則需要在其變硬之前就進行清除作業。

三、應用范圍與溫度效應

在水泥生產作業中，空氣炮不僅可應用于常見冷態設備之上，比如溜槽、卸料坑以及各種料倉，同時也可用于常用熱態設備之上，像豎煙道以及窯后喂料室。空氣炮使用效果同使用物料的水分、密度、溫度、以及粘性還有內襯質量與粒度組成相關，因此各地水泥廠應依據自身實際情況，對空氣炮進行合理設置。

所使用的各種料倉，其常見的堵塞故障主要有架橋以及漏斗形粘附、鼠洞還有結拱等。處理結拱故障時相對容易，但對鼠洞粘附進行處理時需特別注意。當排料機械同相應的料倉結構搭配不夠合理時，放炮很可能產生負作用，使得塌落的物料密實集中在出口料上方，并使得容積密度迅速增大，從而導致料口被堵，無法進行排料。這時需要我們從空氣炮設置位置以及實際放炮操作方面采取相關措施，其中非常重要的一點就是在出料口上方安設相應的減壓裝置。

對于鼠洞流物料，大都為水分較大、流動性較差的粘性細粉物料，像砂巖粘土以及生料水泥等等。在對這些物料進行處理時，應注意操作方法。

在熱態設備上應用空氣炮時，會因炮體內部活塞圈與相應氣罐膨脹系數的差異而形成“漏氣”，此外應用的電磁閥在溫度較高時，可能會出現失靈現象。所以在使用空氣炮時，應將環境溫度控制55C。左右，不然就需要采取其他隔熱措施，當然也可以選擇換用其他類型控制閥。

從上圖中，我們可以看出器壁內部的相應熱輻射a流入到空氣炮體內噴管中，在觸碰到管壁時轉換成為輻射熱 排出。當管子連接處存在相應斷熱措施時，其噴管溫度不會很高。而高溫之下所形成的熱 ，在流入管內之后也轉換成為輻射熱 排出。所以噴爆空氣在發生膨脹之后形成相應負壓，而產生含塵熱氣流，對空氣罐本身密封系統造成一定損壞。而通過使用合理安裝形式，可以將該危險降到最低，此外還可以對炮體內部結構進行有效改進。安裝空氣炮時，應盡量遠離離熱器壁，當然也可以安裝在空氣流通處，確保其溫度不會超過50C。。

四、射流沖力

空氣炮所產生的射流沖力要同噴管自身長度以及彎頭數存在很大關聯。在對空氣炮進行安裝時，需要注意既要使空氣炮遠離相應的發熱設備，同時又要噴管長度不會過長、彎頭數不會過多。圖為空氣炮II型、III型在不同壓力下，所產生的射流沖力同其管長之間的關系。II型炮自身變化趨勢相對明顯。在4kgf/cm2的情況之下，其噴管長度已從最初1.2m延伸到的13.1m，沖力也減少57%。但相對于III型炮來說，其變化趨勢卻相對較為緩和，在4kgf/cm2的情況之下，其自身管長已經從1m逐漸延伸到10m，其沖力下降了約4%。

此外彎管數目對所產生的射流沖擊力也有較大影響。經過實驗證明，有無彎管情況下其形成的射流沖擊力也不相同。彎管不存在和存在一個90c°彎管相對比，II型炮所產生的沖擊力要比先前下降13%，而III形炮則要下降11%。在相同8kgf/cm2情況之下，彎管不存在同存在4個90c°彎管相對比時，發現不論是II型炮，還是III型炮，其產生的沖擊力都要下降40%左右。

五、控制

ZJ-019系列空氣炮使用12’’管路充氣，且其管路上設有相應的二位三通控制閥。經過我們相關實驗可以得出空氣炮內部主閥同其控氣閥之間所形成的距離不能過長，但其長度應確保可以將幾臺空氣炮內部的控制閥集中安裝，以方便日后的檢測與維修。圖中所示即電磁閥空氣炮的相應管線圖。

通過使用周期作用的相應電控系統，可以同時產生幾個，甚至十幾個連續脈沖，它們之間的間隔可以依據相關要求在既定0.4-60秒范圍內隨意變化。與此同時，其每個信號可以對幾個控制閥進行同時操控，且其周期變化時間控制在2小時以內。比如使用的旋風預熱器其實際放炮間隔可以控制在15-20分鐘以內，II炮額定充氣時間可以控制在30秒左右。

由于空氣炮進行一次噴爆時所產生的氣體量并不大，像容量為50的II型空氣炮，在15毫秒內所排出的空氣量不會超過0.4m3，所以本身對系統的影響不會太大。

總結：

本文通過結合空氣炮自身特點及其工作原理，對其在水泥工業中的運用進行了有效分析和研究，為日后促進空氣炮的應用和推廣提供了相應的理論支持。

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