水泥廠余熱電站熱風管道設計初探

1、水泥廠余熱電站熱風管道設計大連易世達新能源開展股份 何榮貴隨著世界能源日趨緊張，國家節(jié)能減排政策的不斷加強，對于水泥企業(yè)來講，利用干法預 分解窯余熱進行發(fā)電，降低企業(yè)生產本錢，實現(xiàn)能源綜合利用，已成為水泥生產開展的必然出 路。水泥廠余熱發(fā)電是將水泥生產線窯尾懸浮預熱器和窯頭篦冷機排出的高溫廢氣，利用熱風 管道輸送至余熱鍋爐中制取一定壓力的蒸汽，供汽輪機做功發(fā)電，換熱后的低溫廢氣再利用風 管送入水泥生產系統(tǒng)的除塵器中。因此，熱風管道設計是否合理，是否具有足夠的強度承當各 種作用，在余熱電站中就顯得十分重要。本文就熱風管道強度計算及管壁厚度選取等一些經驗，進行分析探討，本文中所指熱風管 道是指長期

2、使用溫度在 300370 C之間輸送含塵的熱空氣園管道。1. 熱風管道的在構造上的要求1.1 熱風管道厚選取管道應有合理的厚度，管壁過薄剛度差，難以保證管道應有的圓形斷面，在負壓狀態(tài)下極 易變形造成破壞。管道過厚即增加了管道自重，又增加了投資。對于窯頭余熱鍋爐取風管道應 適當加厚，及在管道內外表加設耐磨層等措施，對于彎頭部份的耐磨防護更要注意。壁厚取值S =235D/500f式中S 熱風管道壁厚D熱風管道外徑f 熱風管道所用鋼材牌號考慮到熱風管道的耐久性等因素，熱風管道壁厚不應小于5mm對于大直徑管道，鋼材宜取Q345 Q390等牌號。1.2 熱風管道加強圈的選取熱風管道加強圈可保證管道在工作

3、狀態(tài)下的剛度， 并保證強度實現(xiàn)起著極其重要的作用。熱風管道加強圈的選取要綜合考慮管壁厚度、材質、管道直徑、工作溫度等幾方面情況， 一般加強圈寬6090mm板厚610mm加強圈間距15003000mm加強圈應與管道交錯斷續(xù) 焊接，在荷載較大的支座兩側應設置加強圈以保證管道的剛度，活動支座附近的加強圈不應妨 礙管道的軸向膨脹。1.3 熱風管道支座的選取 支座是為支承風管用的，因為支承支座的結構可能存在不均勻沉降，為保證在支座沉降時支座荷載變化不大，熱風管應利用膨脹節(jié)進行分段，原那么上每段成為簡支梁或單段懸臂梁。以膨脹節(jié)隔斷的每一個管段上只允許設一個固定支座，其余支座均為活動支座。在設計圖 上固定支

4、座處應標注與管道現(xiàn)場焊接的符號，活動支座的活動面應注明“此處不得焊接，以免現(xiàn)場施工錯誤造成事故。因為在高溫作用下，普通碳素鋼的磨擦系數(shù)將大幅度增大，為減小活動支座的水平荷載， 可將活動支座的磨擦面設置在保溫層外側，或在支座和管道接觸面設置耐熱鋼板。1.4 風管傾斜角度與水平選擇 因窯尾及窯頭廢氣中含粉塵量較大，為防止粉塵在管道中沉降堆集，風管要傾斜布置，使粉塵在重力作用下滑，以減小風管荷載，節(jié)省管道支架費用。根據(jù)水泥生產線的設計經驗，窯頭熱風管道，當氣流向上時風管與水平面的夾角宜大于 45°，當氣流向下時風管與水平面的夾角宜大于30°；窯尾熱風管道，當氣流向上時風管與水平面

5、的夾角宜大于 55°，當氣流向下時風管與水平面的夾角宜大于35°。2. 熱風管道的強度計算2.1 管道設計荷載、風管自重GG=1.2 X 0.785 X n X DX SG - 風管自重 KN1.2 - 考慮風管加強圈等附件重量。20.785 1m厚度為1mm的鋼板重 KN/ mD - 風管直徑 mS -風管鋼板厚度 mm、保溫層重G包括保溫層及固定保溫所用的小角鋼、鐵絲等附材重，及保護層的鍍鋅鋼板等重量，為簡化計算，其重統(tǒng)一按折算為5mm厚風管重量計算。G 2 =5X 0.785 XnX D、管內積灰重 G管內積灰與管道與水平的夾角0相關，與管內風速相關，由于水泥生產線工

6、況變化，所以30%積風管的截面風速是變化的，在風速降低是時風管內易產生積灰，此荷載按風管內截面積 灰計。G= (nX R')X 30%X y X COS9式中丫 - 積灰容重丫 =90KN/m3、風管上連接的設備重 GG 4=1.2 X (閥門等設備自重 )、風管所受風荷載G 5=3 X D式中3 - 風荷載設計值、膨脹節(jié)反力當管道上設置金屬膨脹節(jié)時，在熱、冷變化時膨脹節(jié)將對管道產生反力，此反力通常與管 道軸向一致，僅對管道支架產生作用，對管不產生作用，故膨脹節(jié)反力不參加管道設計的荷載 組合。2.2 設計許用應力通常，碳素鋼超過 350C，就會產生蠕變行為，煙風管道內廢氣溫度一般均在此

7、溫度上下,所以煙風管道強度設計應采用蠕變設計方法，對鋼材的設計強度需要進行折減。ft= y Sfft -鋼材及焊縫在溫度作用下強度設計值丫 S-鋼材及焊縫在溫度作用下強度折減系數(shù)f-鋼材及焊縫在小于100 c溫度作用下強度設計值本文中采用?煙囪設計標準?(GB50051-2002)鋼材及焊縫在溫度作用下強度折減系數(shù)如下表示:溫度100C150C200 C250 C300 C350C400CY S10.920.880.830.780.720.652.3荷載的組合煙道承載能力極限狀態(tài)設計應為活荷載控制的組合，按以下荷載效應根本組合中最不利值 確定：丫 gSgk+ 丫 qiSqik+ 書 ci (

8、丫 q2Sqik+ 丫 q2Sq2k+)W R(*)3-1Y gSgK + Ip ci ( Y q2Sq1K+ Y Q2Sq2K+ )W R(*)3-2式中：Y G -永久荷載分項系數(shù)3-1式中取為1.2 , 3-2式中取為1.35Y G1 -第一個可變荷載分項系數(shù)取為1.4p ci -可變荷載組合系數(shù)取為0.7Sgk-永久荷載標準值Sqik -第一個可變荷載標準值R(*)-由設計計算公式確定構件的抗力函數(shù)2.4風管允許應力計算式中：ft-高溫下風管的設計許用應力W-風管的抗彎截面模量3 -風管的剛度折減系數(shù) 取0.73. 熱風管道強度計算舉例例一：設計條件：如以下圖示，一熱風簡支管道外徑D=

9、3m管壁材質 Q235,保溫采用巖棉200厚，保護層為0.6厚鍍鋅鋼板，風管與地面成 45°，使用溫度為 350 °,計算允許最大 跨度。I = I解:1、 壁厚計算S =235D/500f=235 X 3000/500 X 235=6mm2、求風管均布載荷G=1.2 X 0.785 X n X DX S =1.2 X 0.785 X n X 3X 6=53.2KN/mGe =5X 0.785 X n X D=5X 0.785 X n X 3=37.0 KN/mG= ( n X R2)X 30%< y X COS9 = ( n X 1.5 2)X 30%X 9X CO

10、S45=13.5 KN/mG=3 X D=75X 3.4=25.5 KN/m3、荷載組合q=1.2(G 1+ G 2 )+1.4 G 3+1.4 X 0.7 X G/ COS45=1.35(53.2+ 37)+1.4X 0.7 (13.5+25.5)/0.707=226.3 KN/m 4、風管截面模量W!= n R4( R3) 4/4 X RX COSB=n 150 4 ( 150 0.6 ) 4/4 X 150X COS453=84298cm0.55、簡支風管最大支撐間距l(xiāng) ma)= (8Wn X 0.7 X ff / q)=(8X 84298000 X 0.7 X 154/226.3)0.

11、5=17.9m相應管道斜長 L= l ma)/COS45D=25.3m0.56、如上述條件改為懸臂形式，其它條件不變相應管道最大懸挑長度為:l maX= (2WnX 0.7 X ft / q)0 5=(2 X 84298000 X 0.7 X 154/226.3) . =8.96m相應管道斜長 L= l ma>/COS45)=12.6m例二：設計條件：同上例僅管徑變?yōu)?m,計算允許最大懸臂長度。解：1、 壁厚計算s =235D/500f=235 X 4000/500 X 235=8mm2、求風管均布載荷G=1.2 X 0.785 XnX DX s =1.2 X 0.785 X nX 4X

12、 8=94.65KN/mG =5X 0.785 XnX D=5X 0.785 XnX 4=49.2 KN/mG= (nX R2)X 30%< y X COS9 = (nX 2.0 2)X 30%X 9X COS45=23.98 KN/mG=®X D=75X 4.4=33.0 KN/m 3、荷載組合 :q=1.35(G 計 G 2)+1.4 X 0.7( G 3+G)/ COS45 0=1.35(94.65+ 49.2)+1.4 X 0.7 (23.98+33)/0.707 =353.7 KN/m4 、風管截面模量WA= n R4( RS) 4/4 X RX COSb=n 200 4 ( 200 0.8 ) 4/4 X 200 X