空气炮的原理与应用

2018-07-30 21:37:43 58

众所周知,在水泥生产等散体物料处理作业中,常发生结拱、结皮、堵塞等故障,不但干扰了正常生产,而且造成很大经济损失,甚至发生严重的安全事故。


由于粉粒体物料本身具有的特性,虽然在工艺与 设备设计中已作了较完备的考虑,但不能完全解决上述 问题。多年来人们进行了大量散体物料流动性研究, 开发了一些清堵的好方法,例如自动敲击振打器、采用压缩空气喷吹和高压水枪冲击等。20世纪70年代,随着新型干法水泥制造技术的兴起,国外出现了一种称之为 "空气炮〃Air Cannon)的清堵助流装置,这种装置是借助储罐内压缩空气的突然喷出,形同一种喷爆的作用而进行清堵,很快在水泥工业得到采用并在许多部门得到推广,如电厂、煤矿、混凝土加工厂、铸造厂、钢铁厂、矿山、码头等,都取得了很好效果。初期空气炮在 水泥行业主要用于熟料烧成系统的悬浮预热器以及料仓 锥体部分的结拱,后来逐步扩展了应用范围。著名的空气炮国外厂家有:曰本EXEN和清新企业、法国标准工业公司、德国Agrichema和VSR、美国Martin等。


我国自上世纪80年代开始,也对空气炮进行了研究和开发,江西水泥设计研究院有限公司对空气炮 的喷爆理论、结构性能、应用范围以及操作控制等进行了研发与推广工作,使国内空气炮技术水平逐步提高。


空气炮工作原理是,当充满压缩容器罐内的压缩空气,由于二位三通电磁阀的换向作用瞬间以超音速的速度喷出,形同一次爆炸,冲击力直接作用于静止不动的物料,使其散开或塌落,由于重力或气力的作用重新流动而恢复正常生产。空气炮是防止和消除各种料仓、料斗、管道的物料起拱、结皮堵塞等现象的一种有效清堵装置,具有结构简单、安装方便、容易维修、节能安全和成本低廉的特点。


使用空气炮清堵时,把空气炮的喷爆口直接对准物料堵塞的部位,然后放炮,这种突然释放的膨胀冲击波克服了物料静摩擦,使粉体物料恢复流动。空气炮也可以利用压缩空气涨落法,对结皮物料进行清理,此外还可以利用空气炮的巨大推力移动散体物料的位置。


空气炮的工作介质为空气,可在瞬间将空气压力能转变成空气射流动力能,出口喷速在300m/s以 上。空气炮是一种压力容器,使用压缩空气的压力为 0.4MPa~0.8MPa:单体元件包括:空气炮本体、喷气管 路、喷咀、二位三通电磁阀、空气炮控制器等部分,操作可以是间歇式人工控制或自动控制,当采用定时器或接人计算机控制系统时可进行连续式控制。


电磁阀是控制空气炮动作的主要元件,电磁阀的反应灵敏性与可靠性,是决定空气炮系统喷爆力和可靠性的主要元件,使用不同控制原理的电磁阀,可以配套产生几种形式的空气炮,以便在某些条件下改变操作方法或提高喷爆效率。标准型空气炮使用的是二位三通电磁 阀,新开发的几种电磁阀及空气炮有:二位二通电磁阀空气炮,平衡室增压活塞快速复位型空气炮等。


当空气炮在高温环境下使用时,空气炮喷爆后形成的负压,造成含尘热气流的回流,有可能破坏空气炮的密封系统,为此,空气炮的内部结构经过了几次改进, 逐步解决了这一问题。例如气缸中的密封橡胶碗由铝质和铸铁材料代替;内部加装单向阀,或用脉冲阀代替二位三通电磁阀等。


此外,空气炮外壳、喷爆管、喷咀等用镀铬钢制作代替原来的涂漆钢壳,使之更为美观和大方。空气炮的喷咀设计有扁嘴型、弯头型等,以适应不同用户的需要。空气炮的规格也由最早的一两种而不断向两头延伸,例如50L以下的空气炮有1L、10L、14升等,50L以上的有75L、100L、150L、300L、500L及500L以上的特大型空气炮,规格还可根据用户要求而确定,以便用于不同场合。空气炮的外形可以是立式、卧式或直角式。


空气炮应用领域的扩展

       空气炮虽然是一种清堵助流装置,但根据它的扩展功能,也可以用在其它目的上,例如可以用空气炮的喷爆振动力对对袋式收尘器的布袋进行清灰,恢复过滤布袋的气体透过率的效果非常好,下面还可举出其它使用实例。

(1) 空气炮在发电锅炉清灰中的应用

—般发电锅炉中都有许多水平布置的水管,而燃烧热气体中的煤屑粉尘逐渐沉积在水管上,影响了锅炉的热交换,以往常采用长柄扫帚式清灰器,用人工定时拉出伸入清扫,这就要在锅炉的一侧预留很大一块空间。但用空气炮清灰时,可以把空气炮装设在锅炉器壁上,把喷爆口的延长管插入欲清灰的位置,这样可以很方便地进行清灰,而不必在车间内预留空地,还可实现自动化,这种方法已在水泥厂余热发电锅炉的清灰上得到应用。

(2) 移动物料

—般在工业生产中的地坑卸料口周围,常有堆放的散体物料,少量时用人工可以清理,当料堆较大,且物料难于铲动时,可以用空气炮进行料堆移位或疏松,通过控制压缩空气压力的大小,可以很方便地使料堆移动或改变料 堆变形的大小,这是空气炮扩展应用的又一个方面。

(3) 气力输送管路堵塞故障的修复

在气力输送粉体物料时,由于气体压力的变化或粉体物料水分的变化,偶尔会出现管路的堵塞故障,在人工敲 击等简单处置后仍无法解决,往往要拆卸管路,严重影响生产。为此,预先在确知易发生故障的一段管路上,并列安装若干个小型空气炮,并采用定时喷爆清堵的方法,即可解决问题。

(4) 其它

      在水泥厂的物料联合贮库等大型堆存散体物料设施 中,各种分料小仓或取料用的小仓中也常有料堆死角或结皮,当这种粘结物料严重时必然影响生产操作又减少了料仓的容积,而清理这些物料有时因为位置高而难于处理,这时把空气炮装设在可移动的高支架上,便可灵活地把空气炮移到要清理的位置上进行放炮,即减少了人工清理的危险,又大大提高了工作效率。

结语

⑴因为粉粒体物料的固有特性,在粉体工程的大 部分单元操作中都存在着物料流动性问题,如在水泥生产中输送、储存生料、水泥和煤粉等设备,都极易发生堵塞故障,对于新型干法水泥生产来说,硫、钾、钠、 氯是引起预热器、分解炉结皮堵塞的重要因素之一,当用工艺措施不能解决问题时,最好使用空气炮清堵器。

(2) 近年来,空气炮清堵器的技术进步取得了很大成绩,根据空气动力学原理、采用计算流体力学的方法和计算机仿真技术,对增强空气炮的喷爆能量进行了研究,取得了优化设计关键点,提高了喷爆冲击力。

(3) 空气炮的应用范围在不断扩大,如袋式收尘器的布袋清灰、锅炉水管清灰、堆存物料的移动等。空气炮的型式和结构也在不断变化,如具有两台空气炮作用的双头 空气炮清堵器,除具有“2和1”的特点外,还能解决狭小空间的群仓多点清堵问题。除水泥厂外,空气炮可广泛应用于发电厂、煤矿、煤仓、混凝土加工厂、铸造厂、化肥 厂、焦化厂、化工厂、铝厂、钢铁厂、矿山、码头、食品 加工厂、粮食仓库、饲料加工厂、制药厂等所有粉粒体的 处理领域,根据使用者的灵活处理,空气炮的应用范围还可继续扩大。

(4) 空气炮是以直接冲击的气流作用于静止的物料层,故清堵作用明显,但在物料堵塞故障出现之前而 定期"放炮"进行疏通,更为合理。此外,根据实际物 料特性,事先采取工艺措施并与防堵涂料、压缩空气喷 吹等联合使用,可能效果更好。

(5) 空气炮清堵器是一种压力容器,喷爆能量随规格的增大而增大,喷爆速度可达几马赫,一定要注意安全,因此空气炮的设计或制造必须由具有压力容器设计制造资质的人员和单位来承担。







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