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如何设计散装化肥气力输送系统?

聚星 产品设备 2020-01-15 455 0

  从颗粒状复合肥原料及产品的物理特性分析入手,应用气力输送基本理论,结合专业设计经验对散装化肥气力输送系统进行了科学分析和运算。

  复合肥原料由多种固态散装化肥组成,主要有硫酸铵、磷酸一铵、尿素、普钙、氯化钾、碳酸氢铵等,这些固态化肥一般都为无色或白色结晶性粉末或颗粒,粒径大小不一、密度不同。

  复合肥是农资物流的主要产品,主要通过机械混合、重新造粒等方法将多种化肥原料按一定比例制成含作物营养元素氮、磷、钾中任何两种或三种的化肥。复合肥颗粒强度在15N以上,颗粒大小2.5-4.2mm,堆密度为1.54t/m3左右。

  固气混合比。固气混合比是输送过程中单位时间内流过管道的固体物料质量与气体质量之比,简称混合比,也称输送浓度或质量浓度,是划分浓相输送与稀相输送方式的主要参数。

  在非压缩气体输送情况下,空气的密度保持常态不变,混合比的大小主要与输送量和物料的密度有关,单位时间内输送量越大或者物料密度越高则混合比越大,反之混合比越小;混合比越大则输送系统压损越大,功率消耗也越大,反之压损越小功率消耗越小。可见,要根据输送量多少和物料密度的大小合理选择混合比。通过对颗粒状复合肥物理特性的研究,复合肥气力输送系统可采用低压稀相压送方式。

  输送速度。输送速度大小直接关系到管网系统的顺畅性、管道压损和风机功率消耗,也关系到物料输送过程中的撞击以及颗粒的破碎程度,是采用稀相输送的关键参数。因为阻力的大小与输送速度的平方成正比,风机功率的大小与风量和阻力的乘积成正比。

  选择输送速度的主要依据就是颗粒状物料的悬浮速度和沉降速度,而悬浮速度与物料的形态、密度直接相关。当物体处在大于其悬浮速度的气流中时,则物体将被气流带动,通常对颗粒度均匀的物料,其输送风速可取其为悬浮速度的1.5-2倍;对于粒度不均匀的物料,取其比按粒度分布比例占最多的颗粒所测定的悬浮速度大一倍;对于粉料,为避免残留附着于管壁和发生黏结成团的现象,往往须采用比悬浮速度大5-10倍的输送风速。输送速度与悬浮速度有一定的倍数关系,而且管道的布置方向对输送速度也有一定影响。据研究颗粒状复合肥悬浮速度10-15m/s,考虑到有弯头、有倾斜、密度大等特点,应按悬浮速度2-3倍选择输送风速。通过对物料输送速度分析,初步确定颗粒状复合肥的输送速度应该在25-30m/s之间比较适宜。

  输送风量。确定了输送量、混合比,就可以求出风量,暂可不考虑输送物料量和需要的风量的储备系数。根据用户提供的输送量,将公式变形后即可求出风量。

  管道直径。根据确定的风速和计算得到的风量就可以算出管道直径。风量等于截面积与风速的乘积。计算出的管道直径为理论值,在实际设计过程中选用的管道应优选国家标准系列,这一过程成为“圆整过程”,圆整后对设计风速要进行微调,否则影响风量和混合比。圆整并不意味着简单的取整,而是要查阅低压流体输送用焊接钢管标准规格,选择外径244.5mm,壁厚4mm,则内径236.5mm,风速微调为31.5m/s。

  管道阻力计算是气力输送系统设计的核心内容,如果不进行科学的计算而仅凭经验设计,往往会出现能源浪费或管道堵塞等问题。管道阻力由沿程阻力和局部阻力构成,同时还要注意清洁空气输送时的阻力与带料运行时的区别,并计算带料时的阻力。

  管道阻力构成。当固体边界的形状和大小沿程不变,流体在长直流段中流动的速度分布基本不变,流动时只有因黏性引起的内摩擦力作用而产生的阻力称为沿程阻力;当固体边界的形状、大小或者两者之一沿流程急剧变化,流体的流动速度分布发生了变化,流动阻力大大增加,形成比较集中的能量损失,这种阻力称为局部阻力。

  沿程阻力系数。计算管道阻力必须先确定阻力系数。沿程阻力系数用公式法,要按照流态来决定具体选用哪个公式更适用。确定流态首先要计算雷诺数,雷诺数是界定层流和紊流的依据,不同的流态要用不同的公式计算沿程阻力系数。

  局部阻力系数。局部阻力系数大多采用查表法。局部阻力主要是流体经过弯头、三通、收缩(扩散)管、变径管、卸料器及除尘器等异形管道,由于截面形状、运动方向和速度的突变所产生的阻力,局部阻力系数一般均采用查表法。

  前面介绍的都是指输送纯空气时的管道阻力计算方法,实际上当空气中含有一定量的物料时就形成了两相流,由于物料的自重和与管道内壁还会产生摩擦,物料彼此之间也会产生碰撞和摩擦。因此会产生较大的附加阻力,而决定附加阻力的关键参数就是混合比和附加系数,对于卸料器和除尘器可以不考虑附加阻力,但管道、弯头及三通等必须考虑。附加系数与物料性状和管道走向有关。

  选择电动机功率的原则是选大不选小,应配电动机不小于22kw,同时还要考虑风机最大升压和流量并选择系列型号。

  综上所述,阻力计算结果可能与实测数值仍有一定差距,计算结果仅作为系统设计的理论依据。气力输送系统设计参数的确定和阻力计算需要科学的分析和复杂的运算,为减轻手工运算工作量,应制成Excel电子表格模板,实现快速精确计算。

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