在工業生產中，粉體材料的制備和加工是必不可少的關鍵工序，早期的粉體投料主要以人工投料為主，會產生安全、環保及職業衛生等方面的問題。隨著技術的不斷發展，以及工業自動化、機械化水平越來越高，人工投料的方式逐步被淘汰，采用粉體輸送設備投料成為化工行業發展的必然趨勢。
粉體輸送系統示意圖
粉體輸送設備分類
1.機械輸送設備
機械輸送設備主要分為帶式輸送機、斗式提升機、螺旋輸送機、埋刮板輸送機、板式輸送機、振動輸送機、刮板輸送機和管鏈輸送機等種類，主要優、缺點對比如下表。
不同類型粉體機械輸送設備優缺點對比
2.氣力輸送設備
根據輸送氣體的壓力正負值，氣力輸送可以劃分為正壓輸送和負壓輸送；根據輸送時粉粒體的狀態和能力，氣力輸送一般又劃分為稀相輸送和密相輸送。根據這2個劃分原則，氣力輸送設備可以劃分為正壓密相、正壓稀相、負壓密相和負壓稀相這4類輸送設備。
氣力輸送系統示意圖
在化工粉粒體投料設備的氣力輸送設備中，負壓輸送設備因存在以下缺點而無法得到廣泛使用：①負壓壓力低（最高-0.1 MPa），輸送能力比較差，難以實現密相輸送；②氣相、固相不可能被100%分離， 真空機組往往因吸入粉粒體而發生損壞，而正壓輸送則不存在此類問題；③負壓輸送的輸送距離有限， 而正壓輸送則可以實現數百米距離的輸送。
在工程領域中，稀相氣力輸送相對成熟一些，但是其輸送能力不如密相輸送；正壓輸送過程中主要采用正壓密相輸送，在正壓密相輸送難以實現的情況下才選擇正壓稀相輸送。
3.液力輸送設備
液力輸送設備一般是指水力輸送設備，其使用限制為物料能與水接觸并且容易分離，或者工藝上需要水作為溶劑等特定情況，液力輸送設備通常使用條件特殊，應用較少。
液力輸送最大的優點在于粉粒體可以像流體一樣通過管道輸送，輸送能力強；缺點是在使用之前往往需要分離物料，且輸送過程中管道物料殘留處或者流速較慢時會出現沉淀或析出現象，容易造成管道阻塞，限制了其使用。
工業常用粉粒體輸送設備
化工行業中的粉體產品種類多，粉體產品的粒子特性（如粒徑、密度、形狀、硬度和脆性），以及散料特性（如堆積密度、粒徑分布、空隙率、流動性、透氣性、存氣性/去氣性、休止角、內摩擦角、壁摩擦角、滑動角、可壓縮性、黏性、吸潮性、含水率、溫度、靜電特性、熱敏感性和自然分解等）各不相同，化工特性又涉及可燃性、 爆炸性、腐蝕性和毒性等，這些限制了部分粉體輸送設備在化工行業的推廣應用。
數十年來，隨著安全、環保、職業衛生、噪聲、防火、防爆、防塵及防靜電等方面的標準要求提升，以及實現多點進料或者多點出料等功能的需求，粉體投料設備的結構、性能等得到不斷改進。
以下是工業中幾種常用粉體輸送設備特點及其應用發展。
1.螺旋輸送機
螺旋輸送機的物料一般緩存于投料緩存倉中，當目標設備需要物料時，通過螺旋輸送機和切斷閥將物料輸送至不同的帶除塵裝置和計量裝置的緩存倉，在計量準確后再通過下料閥投料至目標設備中。
螺旋輸送機結構示意圖
螺旋輸送機的設備優缺點
設備 | 優點 | 缺點 |
螺旋輸送機 | ①螺旋輸送完全在管道內實現，不會出現漏氣、漏粉等問題，能夠滿足生產上安全環保的要求； ②結構簡單，維修操作方便，制造成本低； ③標準和產品制造成熟，極具工程推廣應用優勢； ④對物料顆粒度要求不高，一些塊狀物料也可以輸送，物料體積流量比較容易控制； ⑤目前較成熟產品尺寸一般可以達到DN1250mm，能夠滿足大多數粉體輸送要求。 | ①靠螺旋推動力推進輸送物料，摩擦劇烈，葉片和殼體摩擦嚴重； ②由于存在螺旋軸，一般采用兩端支撐或者懸臂支撐來固定和防止撓曲變形，單根輸送距離一般比較短； ③一般只能水平輸送，即便有傾角，原則上也不得超過15°； ④螺旋輸送不可避免會有夾帶，造成物料輸送至螺旋輸送機末端，故容易出現堵塞、卡死等現象。 |
螺旋輸送機目前在短距離大流量輸送物料上以及移動式輸送系統中得到大量應用，研究方向主要集中在螺旋輸送機的設計和選型、無軸螺旋輸送機的研究、驅動方式的創新等方向上，在未來的發展過程中，大型化、智能化、節能化以及提升其使用壽命都是螺旋輸送機研究的熱點方向。
2.管鏈輸送機
管鏈輸送機是在密閉的管道內借助鏈條牽引，使固定于其上的刮板推動物料，以非間斷方式輸送物料的連續輸送設備。近年來，根據輸送鏈條的區別，管鏈輸送機又劃分為環鏈式管鏈輸送機和板鏈式管鏈輸送機。
管鏈輸送機結構示意圖
設備 | 優點 | 缺點 |
環鏈式管鏈輸送機 | ①所有物料均在密閉的管道內進行輸送， 避免了物料與外界的雙向污染問題； ②可以實現水平或垂直路徑上的裝料和卸料，極大提高了環鏈式管鏈輸送機的適用性； ③占地面積小，空間利用率高；④采用管道化設計，檢、維修相對比較方便； ⑤適用性強，使用范圍廣， 一般的粉體以及一些小的塊狀物基本都可以輸送，物料輸送過程中死區較少； ⑥相比其他粉體輸送方式， 環鏈式管鏈輸送機的輸送能力強，單位能耗低； ⑦容易實現自動化、智能化控 制，滿足現代企業的要求。 | ①因采用鏈條輸送，柔性較大，如果鏈條設計過長，則鏈條中間部分會下墜使摩擦加劇，因此鏈條長度一般不會超過50m； ②輸送過程主要依靠摩擦力，噪聲問題難以解決，摩擦過程中有可能產生靜電，靜電消除也是亟待研究的方向； ③實際生產過程中鏈盤磨損嚴重，檢、維修費用較高； ④對管鏈輸送機至今沒有統一的標準和計算方法，工程推廣難度較大； ⑤管道內部不得有毛刺等現象，管道安裝精度要求較高；⑥主要向單一方向輸送，如果存在空間轉向，一般以串接為主； ⑦隨著使用時間的延長，鏈條往往會伸長，有可能會發生鏈輪脫鏈等現象，需定期進行檢、維修； ⑧為降低磨損，同時考慮物料兼容性，輸送盤主要是由工程塑料制作而成，其強度限制了輸送盤盤片的直徑一般不超過400mm，使最大輸送能力受限。 |
板鏈式管鏈輸送機 | 各方面的性能基本與環鏈式管鏈輸送機相同，但其鏈條采用板鏈，鏈條的抗拉力更強、承載力更大，一定程度上克服了管鏈長時間使用時的拉伸問題。 | 基本只能采用轉角鏈輪進行轉向，無法像管鏈一樣采用大弧度彎進行轉向，使其空間布局受到限制。 |
近年來管鏈輸送機在PTA等行業應用比較成熟，目前在類似的流量小、流動性好的粉粒體輸送中應用較多，因內部設置有鏈條、 輸送盤及轉角鏈輪等機構，近年來涌現出不少針對輸送盤、鏈條、張緊裝置等的研究成果，解決了管鏈輸送機制造和使用中的部分問題，有利于管鏈輸送機的推廣使用。
3.正壓氣力輸送設備
正壓氣力輸送主要是應用氣體的動壓和靜壓，使粉體隨著氣體流動而在管道中輸送至目標點。壓縮空氣的流動帶動倉泵中的物料經分路閥流向不同的帶除塵裝置和計量裝置的緩沖倉，經過準確計量后物料通過下料閥投送至目標設備。
正壓氣力輸送設備結構示意圖
設備 | 優點 | 缺點 |
正壓氣力輸送設備 | ①可以實現長距離輸送，輸送能力強。例如管鏈輸送機輸送長度原則上不超過50m，但氣力輸送長度可以達數百米； ②在所有粉體輸送設備中，氣力輸送設備布局最容易，因物料基本以流動狀態存在，幾乎可以像管道一樣實現三維布局； ③適用于向多個投料口卸料，更適合工業化應用； ④空間布局所需占地面積最小，結構簡單，操作方便，易于實現自動化控制； ⑤所有物料均在管道內運行，整個流程全部密閉化，比較容易達到安全環保要求； ⑥有關正壓氣力輸送設備的標準和規范雖然不完善，但是已經具備了一定的參考價值。 | ①因使用壓縮空氣輸送，故耗能較大，長期運行成本較高； ②輸送物料流動速度快，管道尤其是轉角位置的磨損異常嚴重，難徹底解決磨損問 題； ③輸送對含氧量敏感的物料時往往需要使用惰性氣體進行輸送，輸送成本高； ④產生的廢氣量大，對環保設施的處理能力要求也相應提高； ⑤隨著對氣固分離能力要求的提高，進一步增加成本； ⑥相比于其他粉體輸送機械，正壓氣力輸送設備整體密封性要求更高，原則上不能出現泄漏； ⑦化工行業粉體物料種類 繁多，特性各異，目前尚沒有形成成熟的正壓氣力輸送理論體系和設計方法，影響其推廣應用。 |
正壓氣力輸送設備以前在電廠輸灰裝置中應用較多，其密閉輸送、易于布局等特點以及近年來國家對環保的要求促使其在化工行業逐步得到推廣應用。不過粉體儲存和氣力輸送過程中產生的靜電及其消除問題仍舊沒有完善的理論體系，尚需進一步的研究。
總結
目前國內用于化工行業粉體輸送的設備主要有螺旋輸送機、管鏈輸送機和正壓氣力輸送設備。各種粉體輸送設備各具優、缺點，在能耗、輸送能力、設備布局及適用類型等方面存在較大差異，選取粉體輸送設備時需兼顧各方面性能，既要綜合考慮物料的理化特性，還要滿足實際生產的輸送能力和指標要求。
參考來源：
1.化工行業粉粒體輸送設備應用及發展，李紅偉、章勇鋒、齊武軍、楊芳（石油化工設備）；
2.粉體機械輸送設備與氣力輸送設備應用比較，杜文青（世界有色金屬）。
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作者：小吉
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