在現代工廠中，有一種看不見的“搬運工"正日夜不停地工作——它就是氣力輸送系統。想象一下，粉末或顆粒狀物料像坐上了“空氣快遞車"，在密閉管道中快速、高效地抵達目的地，整個過程幾乎無人值守，這就是氣力輸送技術。粉末或顆粒狀物料被統稱為散狀物料，所以氣力輸送的專業解釋是借助具有一定能量的氣體在管道內輸送散狀物料的技術。

1、氣力輸送的基本原理

氣力輸送的基本原理并不復雜：利用氣體作為載體，通過管道輸送物料。就像通過吸管喝水一樣，氣力輸送通過創造氣壓差，使物料隨著氣流在管道中運動。也就是說，氣力輸送的動力源于管道內的沿程氣壓差。當輸送氣速足夠高時，物料顆粒會在升力和曳力的作用下懸浮，并且隨著氣流方向運動。根據氣流速度和物料濃度的不同，氣力輸送呈現出不同的流動狀態（流型），主要分為稀相輸送和密相輸送兩大類。稀相與密相的邊界可以根據固氣比（在同一時間內所輸送散狀物料質量與氣體質量之比，又稱混合比）進行劃分。固氣比大于15kg/kg的氣力輸送過程可認定為密相輸送，否則為稀相輸送。

隨著輸送氣速的降低，水平管中可能出現的流型如圖1所示。當輸送氣速較高時，物料懸浮在氣流中，被氣流裹挾著輸送。此時的流型被稱為懸浮流，特征表現為高空隙率與相對較均勻的濃度場，顆粒運動受流體湍流主導，碰撞效應較弱。隨著輸送氣速的降低，氣固動量傳遞效率下降，顆粒沉降傾向增強，管道底部形成靜止或移動的顆粒沉積層。顆粒群以分層流進行輸送，特點是空隙率顯著降低，管道底部的顆粒濃度相比上部高得多。隨著輸送氣速的進一步降低，沉積層局部區域形成非對稱的沙丘狀料栓。顆粒群以沙丘流進行輸送，特點是存在明顯高于沉積層的沙丘狀結構并伴隨脈動輸送。如果繼續降低輸送氣速，沙丘狀料栓演變為橫貫管道的柱狀料栓，流型演變為段塞流。料栓頭部因氣流加速產生顆粒卷吸效應，尾部則因速度衰減發生顆粒沉積，形成料栓長度動態平衡。在此階段，輸送氣速越低料栓長度就越長，直至發生段塞流向柱塞流的轉變。當輸送氣速降低至臨界堵塞氣速，料栓頭部卷吸速率持續高于尾部沉積速率，引起料栓長度快速增加，最終導致管道堵塞。

圖1 水平管中不同輸送氣速下的流型

當然，并非所有粉粒體物料都會出現上述流型，原因是氣力輸送流型除了與輸送氣速相關外，還與物料的物性參數（粒徑及分布、密度、透氣性、存氣能力等）以及管道參數等存在密切聯系。

2、氣力輸送的主要類型

氣力輸送根據工作原理主要可分為負壓式、正壓式和混合式三種基本類型。負壓式輸送也被稱為真空輸送，就像家用吸塵器一樣，物料被吸入管道并輸送至目的地。負壓式輸送如圖2所示，一般將真空泵安裝在系統的末端，由真空泵引起的負壓將空氣與物料吸入管道，輸送至分離器進行分離，空氣由上部排出送入除塵器凈化，而物料則由分離器底部卸出。負壓輸送具有操作簡單、成本低、物料泄漏風險低、適用于集中輸送等優點。缺點是輸送距離相對較短，固氣比相對較低，難以實現密相輸送。

圖2 負壓式輸送

正壓式輸送如圖3所示，在輸送系統的前端借助壓縮機或鼓風機產生壓縮空氣，進而形成管道起點與終點間的壓差，壓差推動物料輸送至分離器進行分離。正壓輸送系統的優點是輸送距離較長，維護簡單，適用于分散輸送。缺點是具有物料泄漏風險、成本相對較高。

圖3 正壓式輸送

混合式輸送結合了負壓式和正壓式的優點，部分管道處于負壓狀態，部分處于正壓狀態。這種系統適合復雜的工藝要求，可以滿足特殊行業的輸送需求。

3、氣力輸送系統的組成部分

氣力輸送系統通常包括以下組成部分：氣源（正壓輸送為鼓風機或壓縮機，負壓輸送為真空泵），作為氣力輸送的動力源；給料裝置（帶壓發料罐或旋轉閥），用于控制物料進入輸送管道的速率；輸送管道（水平管、豎直管以及彎管），作為氣固流動的通道；接料與分離裝置（接料罐、除塵器）；控制系統（PLC、DCS），用于實現氣力輸送系統的自動化控制與故障監測，確保系統穩定高效運行。

4、為何選擇氣力輸送？

與其他機械輸送方式（螺旋輸送機、皮帶輸送機、斗式輸送機等）相比，氣力輸送具有以下顯著優勢，這也是它在各個行業得到廣泛應用的原因：

①密閉環保：物料在全密閉的管道中輸送，正常運行時無粉塵外泄，從根本上改善了工作環境，滿足了現代工業對環保的嚴格要求。

②布局靈活：輸送管道可以根據廠房結構靈活布置，可水平、垂直或傾斜安裝，輸送距離長（可超過1000m），能夠適應各種復雜地形和工藝布局。

③自動化程度高：氣力輸送系統易于實現自動化控制，大大降低了人工成本和勞動強度。

此外，氣力輸送還具有占地面積小、在輸送過程中可同時進行多種工藝操作（如混合、干燥、冷卻等）以及維護成本低等優勢。

5、氣力輸送的應用場景

氣力輸送技術應用廣泛，幾乎覆蓋了所有涉及粉粒體物料處理的行業。在氣化行業，粉粒體氣化原料（煤粉、生物質等）普遍通過氣力輸送運輸至氣化爐；在電力行業，氣力輸送廣泛用于輸送煤粉和粉煤灰；在食品行業，面粉、糖、奶粉等食品原料的輸送都依賴氣力輸送系統；化工行業則用它來輸送樹脂、PVC粉等化工原料。建材行業中，水泥、石灰粉的輸送大量采用氣力輸送技術；在制藥行業，藥粉的輸送對衛生條件要求高，氣力輸送的密閉特性正好滿足這一需求。在糧油行業，重要的吸附劑（白土、凹凸棒土）及助濾劑（硅藻土）等憑借出色的流化密相輸送能力，均可實現高固氣比、高濃度的密相輸送。近年來，氣力輸送甚至在鋰離子電池材料、高分子材料等新興高科技領域得到了廣泛應用，展現了其強大的適應性和先進性。未來氣力輸送的市場需求將進一步持續擴大。

6、面臨的挑戰與未來發展趨勢

盡管氣力輸送有諸多優勢，但也面臨一些挑戰，如能耗相對較高、對黏性強的物料輸送困難等。

未來，氣力輸送技術正朝著多個方向發展：

①智能化，通過傳感器和先進控制算法實現系統自優化，不斷提高自動化運行水平。

②低能耗，基于粉粒體的物性和輸送環境，針對性地改進輸送方式，提高低磨損、低耗氣量、高固氣比、高輸送量的密相輸送水平。

③標準化，制定統一標準促進行業規范發展。例如2024年，我國啟動了《輸送機械 氣力輸送系統通用要求》國家標準的制定工作，這將為氣力輸送行業的健康發展提供重要支撐。

隨著工業技術不斷發展，氣力輸送系統的智能化程度將越來越高。未來的系統將融合大數據和物聯網技術，實現自我控制、自我診斷分析，最終實現全的無人化運行。管道布局可能會像搭積木一樣靈活，核心部件如供料裝置、輸送管道和控制系統將實現模塊化設計，根據不同的物料特性和輸送需求自由組合。