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吸排罐车吸入管系统的设计拓展

解海波

(北京首钢国际工程技术有限公司 邮编 100043)

摘 要：冶金行业现在多用吸排罐车运送除尘灰。本文利用流体力学原理，对影响吸排罐车除尘灰吸入管设计的几个关键影响因素进行了分析，通过吸入性能的计算，得出吸排罐车输灰中吸入管的配选设计方法。

关 键 词：额定真空度；罗茨真空泵；吸入管直径；吸取深度；弯头数量

1 前言

长期以来，烧结电除尘器下的粉尘多采用叶轮给料机+埋刮板机形式，或螺旋输送机+加湿机+皮带机模式进行输送，这种输灰方式对环境的二次污染较为严重。目前，国内新建烧结厂大都采用吸排罐车技术进行除尘灰的输送。以前，吸排罐车多用于水泥行业，用于输送成品粉末状水泥，后逐渐移植入冶金行业。初期，多应用于生石灰粉、焦粉等轻密度粉粒物料的输送，现在逐步拓宽用途，运用于除尘灰的输送。目前，在该领域，国外生产的吸排罐车性能是比较好的，但是价格普遍比较昂贵。在我国专用车领域，对国外车优点特性进行了研究，不断开发出新技术应用于国产车上。与国外车相比，国产车性能更强大，价格却相对便宜不少。因此这种输灰方式逐渐被各冶炼厂采用。

烧结、球团电除尘器下的除尘灰，具有黏度大，颗粒小的特点。把这类除尘灰从各灰斗通过管路汇集，留几个总管接点，集中抽走，是最经济、最实用的解决办法。吸排罐车只需在电除尘器下，找这几个灰尘集中点，车载软管与总管通过快速接头对接，抽吸、运走就可以了。我们把这种汇集各灰斗除尘灰的管路系统，叫吸入管系统。这种除尘灰处理方案，有效避免了二次扬尘，提高了经济效益。

以前，吸入管路系统的设计多委托吸排罐车生产方设计、供货。吸入管路系统具有多样性、复杂性、不可复制等特点。若作为设备件来供货，费用较高。近期我司为某国外EPC工程自行设计了一套吸入管路系统。在保证使用功能的前提下，节省了大笔投资。下面通过分析吸排罐车构造和工作原理，通过吸入管路系统的影响因素分析，探讨吸入管系统的设计方法。

2 吸排罐车构造和工作原理

普通的粉粒物料车都是利用空压机作为气压源，给整个系统提供源源不断的压缩空气，通过气体流过流化床时产生的流化效果带入粉粒物料，是一种典型的利用流体力学进行工作的机械系统。气路系统如下图所示。

罐内设料位计，达到装载料位报警，停止吸入操作。卸载时，利用空压机向罐体下部输入压缩空气，通过导流板使罐内粉料流态化。罐内达到规定压力时，打开卸料蝶阀，使除尘灰和空气的混合物通过压送软管压送入密闭料仓。卸载过程中，液压操纵杆举升罐体，辅助卸载作业。

目前，国内用于细粒粉尘物料（石灰粉、焦粉、除尘灰）的装载、运输和卸载的吸引压送式粉罐车（即吸排罐车），车体总质量都在25-30t，装载质量约10t左右。可以在水平距离5m和垂直高度4m的情况下以抽吸方式进行装载作业，装载能力15-30t/h；也可以在水平距离5m和垂直高度19m的情况下以压送的方式卸载，卸载能力20-40t/h。由于采用密封的罐体结构，大大降低了粉尘对环境的污染。

3 吸入管系统工艺配置及设计比选步骤

我们预想的吸排罐车吸入管系统采用电除尘器下+叶轮给料机+90°弯头组+水平直管+快速接头的配置。这个系统操作简便，设备维护量小，阻损小，吸力强。在电除尘器下可以串联2个灰斗或多个灰斗，组成一套管路系统，或者多套管路系统，依抽吸能力计算而定。

电除尘器下灰斗很多，若组成多套吸入管路系统，可以先吸一个系统的除尘灰，其它系统闭合，再依次抽吸其它系统的除尘灰，系统间互不干扰。也可以同时开启多个吸点，多台吸排罐车同时工作。抽吸总效率达到99.4%。吸入性能的设计比选步骤框图如下。

4 吸入管比选计算

首先我们从流体力学的角度来考虑吸入管性能，以该EPC工程为例，对吸入管路性能进行试算。

4.1 吸入管内介质流速

V=4Vo / (лTd2)

预吸入时间T取90s；罐体额定装载体积Vo按14.39m3；吸入管直径d试选150mm（即0.15m）。则V值为9m/s。

4.2 雷诺数计算

Re=106Vd/Υ。判断，Re≥1600，紊流；Re<1600，层流。介质粘度Υ取0.139m2/s，则Re值为9.7122302×106，属强紊流状态。

4.3 阻力系数计算

（1）沿程阻力系数

105<Re=9.7122302×106<107，内壁相对粗糙度Δ/d=2.67×10-1≤105，根据半经验公式，λ=0.0032+0.22 Re-0.237=8.1×10-3。

（2）局部阻力系数

由于吸入管路系统的结构型式不同，阻力发生的部位及阻损的大小也不同。

在该设想中，是灰斗垂直卸灰，吸入管系统呈水平布置，快速接头设于吸入管头端。吸排车车载软管与快速接头即时联结，叶轮给料机开始工作下料，罐车开始抽吸作业；当除尘灰高度降低到灰斗低料位时，叶轮给料机停止下料，软管与快速接头断开。在吸入管路系统的尾端，设置进气网罩，以补充管路漏入空气的不足，加强气固紊化的效果。

为了减少局部阻损，对接口短管、90°弯头及水平管我们都采用同一种管径。这样，对抽吸能力来说，仅需考虑90°弯头的个数n的影响，其它局部阻损不用考虑。为减少绝对粗糙度和考虑管路使用寿命，我们选用耐磨、耐蚀的不锈钢无缝钢管作为吸入管路的材质。

D/r=1， 查表ξ取0.291；

4.4 能量损失

ΔP=ΔP1+ΔP2

沿程阻力损失ΔP1=λLrV2/（2dg）；由于8m/s<V=9m/s<15m/s，除尘灰在吸入管中属密相动压气力输送状态，介质重度r取值1.62N/m3。则ΔP1=3.54×10-1L  N/m2。

局部阻力损失ΔP2=nξrV2/（2g）=1.91n N/m2。

则ΔP=3.54×10-1L+1.91n。L为吸入深度，也即水平管有效长度（单位：m）。

4.5 额定吸入真空度

对真空吸入系统，计算额定真空度下多大流速头、位置压头及阻损，才能把除尘灰从灰斗吸入罐体内。

Z1+P1/r+0.5α1V12/g = Z2+P2/r+0.5α2V22/g+ΔP/r

位置头Z1、Z2分别取0和4m；P1为1标准大气压，P2取-78400Pa；动能修正系数α1、α2都取1；速度头V1为0，则V2为9m/s。则：

1.10933×105=2.2×10-1L+1.179n

4.6真空泵理论功率

W=V0ΥH/T+ΔPQ，T取180s，H取4m，Q为吸入管内介质的流量（Q为0.16m3/s）；则W=5.18×10-1+5.664×10-2L+3.1×10-1n（单位：w）。按照2个灰斗串联，组成一套系统来算。则W≈28.7kW。

4.7 真空泵功率选择

吸排车动力有个效率问题，总效率一般在70%～80%之间。如在考虑效率的情况下动力源的功率不能满足要求。则重新选择吸入管直径并计算吸入深度，直到满意为止。

总效率若取70%，则真空泵选择功率值为41 kW<191kW(一般国产吸排罐车铭牌功率)。说明铭牌功率是留有极大的游裕空间的。实际选用动力功率比计算值要大几级，这也是一般设计工作的原则。这里可见吸入管内径及深度选择是完全能满足烧结球团除尘灰抽吸要求的。

4.8 结果分析

从流体力学的角度考虑，在整个吸排车系统中必须综合考虑空压机选型、进气温度、进气管路、气室内保温、多孔板表面设计、吸灰喇叭口截面设计与安装高度、二次吹风系统等关键因素，以提高卸料速度。

温度、多孔板、吸灰喇叭口截面及安装高度、二次吹风等因素是吸排车的系统内部元素，我们在设计外部吸入管路系统时都应该考虑。但对目前国内各种规格的吸排车来说，这些元素都大同小异，我们可以认为这些元素对各型号吸排车来说，数学数值上是相等的。这对我们吸入管系统的设计来说，是一个统一的平台。在此基础上，从上述计算结果来看，在一般吸排车发动机动力下，常见型号吸排车结构下，吸入管的路由深度、弯头数量等的设计从性能、功能上完全能满足一般烧结球团除尘灰抽吸要求。这里吸入深度和弯头数量之间存在特定的制约关系。弯头数量越多，吸入深度越短。反之，亦反。

5 结束语

通过计算结果与实践证明，上面提出的设计方法在工程上是可行的，在理论上是站得住脚的。虽然还有需要继续加以探索的地方，但是，总的来说吸排罐车吸入管路系统这样设计是成功的。由此，我们可以看到吸排罐车吸入管路设计和推广应用的未来。

参 考 文 献

[1]  蒋庆富，《吸引压送式粉罐车的构造及其工作原理》专用汽车1997年第2期；17-19页。

[2]   施祖荫，《工程流体力学》西北工业大学出版社；1979年。

[3]   王易，《影响粉粒物料运输车吹卸性能的因素分析》专用汽车设计·研究；2006年4月。

[4]   徐达，陆锦荣，《专用汽车工作装置原理与设计计算（修订本）》北京北京理工大学出版社，2002年9月。

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