電解鋁生產用氧化鋁的氣力輸送系統

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隨氣流沿管道輸送[1]。

（1）吸送式。引風機啟動后，整個系統呈一定的真空度，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。吸送式的優點是供料簡單，能從數處同時吸取物料；缺點是輸送距離有限，生產效率低，對系統的密封性要求較高。

（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，其優點是：物料在輸送過程中完全密閉，受氣象和環境的影響較小，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等優點。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氧化鋁輸送料的傳統方法，目前，在部分電解鋁企業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會發生明顯變化。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。

（1）氣力提升系統的構成。氣力提升系統由羅茨風機、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，通過調節氣閥，將沸騰床上部的粉狀物料流態化，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。

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

（4）易于實現全自動控制，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。系統通過輸送管道的自調節內套管實現穩態輸送，并避免了堵管的發生。

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，在湍流狀態下將物料流態化，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 濃相發送器輸送系統概述

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