正压气力输送水泥给料稳定性研究

摘要

气力输送是利用具有动压能的气体在密封管道中输送粉体颗粒的技术。由于该技术具有设备简单、运行稳定、操作方便易于自动化控制、管道布置灵活等优点，被广泛应用于建材、电力、化工、食品、冶金等行业。气力输送系统根据工作过程中的压力情况可划分为正压压送式、负压吸送式以及两者结合的混合式，其中正压式气力输送由于稳定性优良、可控性好、输送距离长等优点应用较广，较多适用于粉体颗粒物料的输送中。正压开放式气力输送是正压气力输送的重要组成部分，由于其管网布置方便、能耗低等优点广泛应用于水泥粉体的气力输送中。但在实际运行中存在着当物料料位低于某一高度值时，管内的气体压力明显高于料仓内固体粉料产生的静压力，会出现料仓内固体颗粒层被击穿形成腾涌，大大降低管道内的固体浓度与输送能力，而能耗也出现大幅度增高。
　　本论文以日照海汇集团直径为20m，高度为22m的钢板仓内水泥粉体气力输送为研究对象，针对其开放式气力输送装置运行中存在的上述问题，分别在发料仓设计、新型下料装置研发、输送过程自动控制等三个方面开展研究，以期可为本类型气力输送系统的固体给料稳定性提供指导。
　　论文首先根据相似理论和气固两相流动机理设计了仓式泵。在设计过程中研究了粒径、形状、摩擦角以及密度、含水率等物料特性对气力输送的影响。详细研究了气力输送中水泥粉体的物理性能参数。根据两相流理论，在研究气力输送常用的一些参数的基础上，如输送能力、固气比、压力损失等，根据相似理论与日照海汇集团水泥钢板储仓的实际工况设计了新型密闭料仓，所设计的仓式泵能够实现水泥粉体的稳定给料。
　　其次，针对目前海汇集团下料装置所存在的吸力不足的特点，设计开发了文丘里供料器。根据文丘里供料器的工作原理、结构组成和装置特点，在理论上利用质量守恒与能量守恒原理对喷嘴的结构公式、气速和气体质量流量进行推导和研究;在此基础上对文丘里供料器的结构参数进行了研究和分析，对横截面尺寸以及文丘里各组成部件尺寸等结构参数进行了分析和优化设计计算，进而得到具有最优结构的文丘里供料器。
　　最后，论文基于PLC和组态软件设计了一套适用于本类型的气力输送自动控制系统。该自动控制系统采用PLC和上位机组态软件的方式进行设计控制系统。论文PLC的工作方式采用顺序扫描、不断循环的工作方式。根据气力输送工艺流程以及设计整体方案利用STEP7-Micro/WIN V4.0编程软件编写出PLC程序梯形图并进行仿真运行，并利用基于MCGS的组态控制系统进行了设计，在运行策略中编辑脚本程序，在MCGS运行环境中完成系统的运行调试，模拟仿真发现，该控制系统可以满足开放式气力输送系统的设计要求和实际工程需要。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景、目的与意义

1．2 文献综述

1．2．1 气力输送系统的简介

1．2．2 气力输送的工程应用研究

1．2．3 仓式泵的研究与应用

1．2．4 文丘里供料器的研究与应用

1．2．5 PLC和组态软件MCGS在气力输送中的应用

1．3 本文研究内容

第二章 气力输送的基础理论

2．1 影响气力输送的物料特性

2．1．1 物料粒度

2．1．2 颗粒形状

2．1．3 颗粒密度

2．1．4 摩擦角

2．1．5 含水率与空隙率

2．1．6 颗粒硬度与粘性

2．2 气力输送中的基本参数

2．2．1 输送能力

2．2．2 固气质量比

2．2．3 管道气流速度

2．2．4 粉体颗粒速度

2．2．5 滑移速度

2．2．6 气固两相流浓度

2．2．7 气固两相流粘度

2．2．8 管道参数以及管网布置

2．2．9 输送管道压力损失计算

2．3 本章小结

第三章 气力输送仓式泵的设计

3．1 确定基本参数

3．1．1 水泥物性参数

3．1．2 输送参数要求

3．2 仓式泵的设计计算

3．2．1 仓式泵容积计算

3．2．2 仓式泵结构尺寸计算

3．2．3 输送管径计算

3．2．4 仓式泵背压计算

3．3 本章小结

第四章 气力输送文丘里供料器的基本理论与设计

4．1 文丘里供料器

4．1．1 文丘里供料器的工作原理

4．1．2 文丘里供料器的结构和特点

4．2 文丘里供料器的理论研究

4．2．1 文丘里供料器喷嘴的理论研究

4．2．2 文丘里供料器临界流理论

4．3 文丘里供料器参数计算

4．3．1 文丘里供料器结构尺寸设计计算

4．4 文丘里供料器设计

4．4．1 设计要求

4．4．2 输送参数计算

4．4．3 文丘里供料器结构尺寸计算

4．5 本章小结

第五章 基于PLC与组态软件的气力输送自动控制系统

5．1 正压气力输送系统工艺流程简介

5．2 气力输送自动控制系统整体设计方案

5．3 PLC控制系统设计

5．3．1 西门子S7-200PLC

5．3．2 PLC工作原理

5．3．3 PLC的特点与应用

5．3．4 PID算法

5．3．5 PLC程序

5．4 组态控制系统设计

5．4．1 MCGS组态软件

5．4．2 MCGS组态软件构成

5．4．3 MCGS工作方式

5．4．4 组态控制系统的软件设计

5．5 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

附录

在读期间发表的论文和参加的项目