氣力輸送專利技術綜述

丁旭權

1.前言

氣力輸送系統對電力、化工、食品處理、鋼鐵、冶金、建筑材料、機械制造、醫藥、飼料等行業部門的發展有直接的影響，分析和了解現狀對其技術的提升意義重大。

2.氣力輸送概述

2.1氣力輸送的發展

管道氣力技術屬氣固兩相流，已有百余年歷史。曾在相當長的一段時間里，研究和應用停留在對懸浮稀相管道氣力輸送的基礎研究和組成系統的主要裝置部件構造改進上，以期解決耗能大、物料的破碎、管道等部件的磨損以及管道的堵塞等系統在實際使用中出現的問題。20世紀后期20余年中，低速密相氣力輸送技術的研究開發成功使氣力輸送技術從機理、應用上均有一個新的質的突破。由于計算機技術的飛速發展，使以往感到棘手的氣力輸送過程管道中的復雜流態可以通過流動機構模型的建立用數值統計計算法使研究不斷深化和定量化；同時，由于制造技術、材料工程的飛躍發展、控制技術和傳感技術的長足進步及引用使低速密相氣力輸送技術在眾多的產業領域成功地應用，從而解決了以往物料破碎、管道磨損、高耗能等問題，并提高了系統的可靠性和工程的經濟性。

2.2 氣力輸送的類型

由于氣力輸送系統適應面廣，輸送物的物性相異懸殊，不同的物料必須有不同的特性的裝置來適應，故氣力輸送裝置的品種十分繁多、復雜，代表裝置概括氣力可分為筒式氣力輸送系統、稀相氣力輸送系統、濃相動壓氣力輸送系統、濃相靜壓栓流氣力輸送系統4大類。其發展歷程經歷了稀相、半稀相、濃相（也稱密相）幾個階段，發展到今天的濃相動壓、濃相靜壓栓流輸送技術。

本文主要以濃相氣力輸送為對象進行專利分析

3.濃相氣力輸送在中國專利申請統計分析

濃相氣力輸送是目前應用較多的氣力輸送系統。是我國在“八五”期間組織的氣力輸送技術和產品的科技攻關技術之一。截至2014年底我國與濃相氣力輸送相關專利申請總量為632件，其年度分布如圖 1所示。從圖中可以看出，在1998年之前我國濃相氣力輸送相關專利申請較少，而在2007年開始，申請量快速增長，體現了濃相氣力輸送技術在國內發展逐漸成熟。

圖 4示出了中國申請人的地區分布情況。從圖中可以看出，北京位居申請量的第一位，申請量為83件，占全國申請總量的19.4%；第二位是江蘇，申請量為43件，占總量的10.1%；第三位是上海，申請量為36件，占總量的8.4%；隨后是南京、浙江、湖南、西安、河北、濟南和天津，以上是排名前十位的省市。排名前十位的省市的申請量之和占全國申請總量的67.2%，其余申請和地區的申請總量占全國申請總量的32.8%，而僅前四位的省市的申請量之和已經占到了全國申請總量的46.1%，這說明我國各省市申請量差距比較大，主要集中在背景和江浙一帶。這些省市經濟比較發達，對科技創新比較重視。

圖 5示出了中國申請人的類型分布情況，從圖中可以看出，中國申請人中單位申請了309件，占總量的49%；高校申請了248件，占總量的39%；個人申請了40件，僅占6%；研究所申請了35件，僅占6%。通過該圖可以發現如下特點；國內申請人以單位與高校申請為主，說明了國內對于濃相氣力輸送方面，不是僅停留在研發階段，產業化程度已比較高。

4.典型技術分析

（1）氣力卸船設備

作為設置在沿海臨江河建造的庫點要配置用于配合清艙或作為主要用于卸船需求的氣力卸船設備。該設備對前者要求卸船能力250～500t/h，對于內河中小機型為80～150t/h。與該領域相關的專利申請大多關于能耗低、效率高、噪音低的氣力卸船機和多功能、小型、靈巧的氣力轉料設備。

合肥水泥研究設計院申請的CN102070026A提供一種負壓卸船清倉裝置，在無需增加其他輔助設備的情況下，通過充分利用負壓氣力輸送系統的設備進行清倉工作；以最節省投資的方式設計的該裝置安裝拆卸簡便，操作輕松簡單；可以提高清倉效率50%以上，且勞動強度較其他清倉方式有大幅度降低。

（2）能源部門

在能源部門中氣力輸送技術，目前主要用于干式輸灰技術。在我國現有的干式輸灰設備中有負壓、正壓、微正壓、密相紊流正壓內旁通管式等，其不少為引進設備。由于煤電部門所用的煤炭種類不同，其產生的灰分物性也不同，因此，該部門的技術為：長距離輸灰氣力輸送技術及其可靠性、耐磨性氣力輸送設備部件、煤粉氣力噴吹技術。

杭州華源電力環境工程有限公司申請的CN2835172Y提供一種流態化下引式倉式泵輸送裝置，其結合了上引式出料形式的倉式泵和下出料形式的倉式泵兩者的優點，實現近、中、遠距離的高濃度輸送，使正壓濃相氣力除灰系統更適合各種情況的大機組除灰系統；使用氣化室結構，能使灰氣充分流化混合，出料均勻，又是下出料形式，使系統出力比一般的正壓濃相氣力除灰系統高；使用可拆卸式雙層套管，便于更換，無需打開倉泵維護。

（3）建材部門

建材部門中大量的水泥等泥料在世界上一些先進工作國家已90%以上的散裝化。然而，在我國散裝率尚不是最高。此外，在大量的水泥廠中其現存的輸送環節使用環衛條件差的機械式輸送設備，這也有需要用密閉的管道氣力輸送技術去改造和完善，如流態化倉泵輸送技術。

中南勘測設計研究院南方機電技術研究所申請的CN2355137Y提供一種全自動氣壓力旋流輸送泵，以螺旋均化管產生旋轉渦流，旋流噴射器產生旋流噴射氣流，從而使均化物料輸送到指定位置，廣泛應用于電力、建材、冶金、化工及交通等部門。

（4）輕工業部門

我國的洗滌劑廠家設計大量的粉體料，例如洗滌劑原料中常用的存堿、五納和芒硝是3種堆積密度相差很多的物料，化裝品制造業中也涉及大量的粉料處理，釀酒業涉及輔料的輸送，而在輕工業領域，分選、輸送是主要流程之一，因此，氣力輸送技術的應用在該領域也有發展。

南省侯秋香申請的CN202006164U提供一種物料自動分選系統，通過氣力輸送系統中的鼓風裝置將氣體經單向閥與物料實現混合，在合適的氣料比下經輸送管道輸送至合適位置，實現分選后的合適物料的最終中轉。

（5）化工橡膠業

炭黑和填充劑、添加劑是橡膠產品部門中涉及量最大的粉料，由于炭黑的特性，一般在輸料管中易粘附和產生堵塞。相應專利類型一般為加振式密相氣力輸送裝置或是特殊構造型（如內、外旁通管型）密相氣力輸送。

湖南省沈斌申請的CN2900436Y提供一種內旁通密相輸送管道，在輸灰管道內部的上方增設一根輔助空氣管，即內旁通管。當灰在輸 灰管內受阻而造成區域堆積或堵塞時，此處的壓降增大，這時大部分氣灰混 合物就進入內旁通管，并在后級開口處使氣流速度聚增，紊流擾動增強，逐 漸吹掃堆積飛灰，使之疏松并直至吹通，從而保障了飛灰在管道內呈紊流狀態下的正常輸送。

5.結語

目前我國氣力輸送相關專利技術正處于快速發展階段，相關專利申請的數量和申請人的數量都在不斷上升，特別是在2010年之后，相關專利呈飛躍式增長，可見氣力輸送技術已受多方關注，行業發展十分迅速。但相關專利申請主要集中在北京和江浙地區，中西部地區相對落后，今后中西部地區應積極加強與經濟發達地區的合作，增強相關科研能力，同時還可以適當采取地區鼓勵和扶持政策，支持專利技術的全面發展。我國氣力輸送相關專利中PCT專利申請較少，應當鼓勵申請人將優秀的專利技術進行PCT發明專利申請，以便在世界范圍內進行專利布局，獲取更多的專利保護，得到更大的專利利益。