水泥工厂热风管道设计.docx

水泥工厂热风管道设计干法预分解窑系统的主要优点是节能降耗，优质高产、高效环保 和生产率高，目前我国正在大量兴建预分解窑水泥生产线。预分解窑节约能源的重要方法之一是余热利用，如将窑尾悬浮预 热器和窑头篦式冷却机出来的废气用于生料制备、煤粉制备、烘干原 燃料；将窑头热风送入窑尾分解炉，可降低熟料烧成热耗；也可利用 窑头、窑尾废气进行余热发电。这些热气体都是通过热风管道输送的, 出来的废气还要用管道通往除尘器，除尘后经烟囱排出。因此热风管 道设计得是否合理，在预分解窑水泥生产线设计中就显得十分重要。本文就管径确定、风管阻力计算、热损失计算、管道布置及与管道 相关的吸尘罩、弯头、风管的汇合、膨胀节、阀门、风管与风机的关 系、风管的支座、风管的允许最大跨度及烟囱等问题进行分析探讨。 i热风管道管径确实定1.1风管直径的计算一般地区的热风管道直径可用下式计算：D=Ov(1)式中：D 一管径，m；Qi工况风量，m3/h；V 一工况风速，m / SoL2确定工况风量由工艺计算得知，风管的标况风量为Q。(83/11)即0,标准大气 压下的体积流量。10一般地区正常工况下的风量用下式计算:Qt =(273 + /)Q。273式中：Qo-标况风量，m3 / h；t 一该风管中气体的工况温度，1.3海拨高度修正高海拨地区工况风量还要进行海拔高度修正，据公式:H=(18. 4+0. 067tg)lg(B/B,)(3)式中：H一水泥厂厂区海拔高度，km；t-海平面与该地区之间的空气平均温度，；B一海平面上的气压，Pa；13'-水泥厂厂区的气压Pa。海平面上的大气压力一般为9. 6x104. 067X105Pa之间，平均 约1.013xl0SPa,这一压力通常称为标准大气压，将它代人公式 可求出厂区大气压曰根据气态方程(克拉珀龙定律)：Q)g=BXQt/BJ (4)式中：Qr高海拨地区工况风量，m3 / ho在设计高海拨地区水泥厂时，风管直径应为：D=18.8yT(5)式中：D一高海拨地区管径，mm；Qtg-高海拨地区工况风量，m3/h；V 一工况风速，m / SoL4管内风速确定在确定各管段直径时，要考虑到管道内的最低流速。所谓最低流 速，就是防止粉尘在管道内沉积堵塞所必需的最低气流速度。这一流 速主要取决于粉尘的性质和管道倾斜情况。管道中流速也不是越高越好。流速过高，虽然管道断面可以减小, 管道重量减轻，但会增加管网的压力损失，增加能耗，还会增加对管 道的磨损。因此设计管网时要综合几方面的因素来选择管道中的流 速。管道风速与积灰情况大致如下：风速V>25 m/s,管道中阻力大，压降大，不经济；V>18 m/s, 易于输送粉尘，管道内壁清洁，能把灰带走；V=15m/s,不是悬浮吹 走，管内灰以波浪式移动；V<15 m/s,有粉尘沉降；V<5 m/s,大 局部灰尘沉降。倾斜管道，因灰尘在重力作用下向下滑动，不易沉积，一般风速 宜选用18 m/s；煤粉制备系统的含煤尘气体，风速应适当高些，宜 在2022m/s之间；垂直管道因灰尘垂直下落，与管道方向相同，低 速也不会堵塞管道，为减小阻力，风速可取15 m/s或再低一些。设 计中应尽量防止水平管道，当无法防止时，风速应取得比拟高。另外, 气体温度升高时，气压降低，阻力减小，因此输送气体温度较高时或 气压低时，风管内风速可适当增加。L5确定管道直径由公式（1）计算出来的管道直径还应标准化，应圆整到表1的数值。因为表1给出的管径符合国家规定的优先数系。优先数系是由公比加，师,2正,顺，必M且项值中含有io的整数 塞的理论等比数列导出的一组近似的等比数列。优先数系是一种科学 的、国际统一的数值制度，按优先数系形成系列，可使风管直径走上 系列化、标准化轨道。用优先表1风管标准直径及推荐的法兰尺寸风管鱼梗D螺松孔所在圜皮径K法兰扁钢联排爆孔XT宜桎D爆检孔所在圜友径K法兰届仅K接螺扎风管D螺检孔所在IB JL经K法兰葛例我接螺孔t e厚 6数量 n£« dt e46数量 njta dte46数量 nxa d100145406414.51 1201 190651028242 6502 72065125624200245406814.51 2501 320651032242 8002 870651260242503055081218.51 3201 390651032243 0003 070651260243153705081218.51 4001 470651036243 1503 220651264243554105081218.51 5001 570651036243 3503 420651268244004555081618.51 6001 670651040243 5503 620651272244505055081618.51 7001 770651040243 7503 820651276245005555082018.51 8001 870651044244 0004 0706512802456061550102018.519001 970651044244 2504 3206512842463068550102018.52 0002 070651048244 5004 5706512922471076550102418.52 1202 190651048244 7504 82065129624800870651024242 2402 310651248245 0005 070651210024900970651024242 3602 430651248245 3005 3706512108241 0001 0706528242 5002 570651252245 6005 670651211224除数量外，其它冬数单位均为mm。数系进行系列设计，便于分析参数间的关系，减少设计计算工作量。可用较少的品种、规格满足较宽范围的需要，便于协调各部门、各专 业之间的配合。对于热风管道而言，这样既便于与国际接轨，又便于 与管道有关的阀门、膨胀节、弯头和支座设计的标准化。1. 6管道钢板厚度及法兰确实定L6. 1管道钢板厚度管壁应有合理的厚度，管壁过薄刚度差，难以保持管道应有的园 形断面，管壁太厚又增加了管道重量，增加了投资。表2所列为一般 情况下风管钢板厚度。对含熟料和矿渣粉尘的气体，当风速15m/s 时或粉尘浓度高时，含尘废气对管道磨蚀性大，风管壁厚应适当增大, 还要充分考虑弯头更易磨损的问题。1. 6. 2风管法兰确实定及其它需注意的事项(1)风管两端的法兰应与相邻设备的法兰螺栓孔直径、数量一致, 当圆形风管之间用法兰联接时，风管法兰尺寸见表1。(2)风管端部的法兰应活套，以便于安装。在安装现场与设备法 兰联接后再焊接。表2热风管道及除尘风管最小壁厚 mm管按 0100630 7101 000 1 1201 700 1 8002 650 2 8005 600最小曳厚634568-3风管余留长度mm管长 1 000-<1 5001 500-2 500>2 500余留长度+50+100-150(3)由于施工的误差，实际需要风管的长度与理论计算有误差， 为便于安装，每根风管制造时长度应留有余量，余留长度可参考表3。(4)为保证风管园形断面的刚度，外外表上应断续焊接加固圈， 一般加固圈用宽50 70 mm,厚58 mm的扁钢制成，加固圈间距 约3 000 mm,在荷载较大的支座两侧，也应焊加固圈。活动支座附 近的加固圈不应阻碍风管的轴向膨胀。(5)热风管道体积大，重量轻，为节省运费，宜在现场制造，假设 在机械厂制造，应考虑便于运输，长管道要适当分成几段。2风管阻力计算根据风量、风速和不同的工况条件确定了管径，并在工艺布置图 上布置了管道后，为了实现工艺目的，要合理选择风机。风机是增压 设备，设置在管网中，它的压头用以克服各种阻力，同时也是气体在 管道中流动的动力。在管道某一断面上，气体的全压为：Tp=Sp+Vp式中：Tp 气体的全压，Pa；Sp一气体静压，Pa；%-气体动压，Pao热风在风管内流动，由于气流与管壁之间的摩擦，造成压力损失 （摩擦阻力），气流通过设备、管道弯头、三通等局部构件，形成压力 损失（局部阻力），所以静压是变化的；又由于管道断面改变、支管汇 合或分流，气体温度、压力、化学成分及含尘浓度的变化，使其流速 和密度变化，所以动压也是变化的。由于动压和静压的改变，所以风 管内各截面的全压也不同。管道中的全压沿气体流动方向，由前至后 逐渐减小。为正确选择风机，提高系统中的压力，使工艺过程顺利进行，应 对管道阻力进行计算。【例1】有一台风机从管径1 m,垂直长20 m的钢制风管端部 的大气中吸人空气，管中风速18m/s,中间有一个9（T弯头，再经 水平长40 nl的风管和一个90°弯头进入风机，流程见图1,求风机所 需风压。风管人口处的全压瓦，除动压y,外，进口还要增加一些压力损 失，压力损失按进口形状不同而不同，如喇叭口的阻力系数考 1二0.15（查表所得）。7>=T1 15M.28+0.27M.56)匕7>-(】血15蚀28+0.27)匕 7>-(1蚀15+0.28)匕01 m7；产-(1+0.15)%L2=40 m7>T +0.15+0.28旬.27旬.56+0.27)匕图1管道系统阻力图故截面1的全压为:TP1=-(1+O. 15)Vp o截面2的阻力为截面1阻力加么管段长度乘风管的阻力系数。阻力 系数可查有关图表得到。这里再介绍一个由公式计算阻力系数的方 法。管道摩擦系数，可按Colebvock公式计算,即：1 K 2.51vF=-2lg 而万 VTF式中：入一摩擦系数；D一当量管径，圆管时即为直径，m；.K 一管道内壁的绝对粗糙度；Re风管中气体的雷诺数。摩擦系数入为稳定函数，必须反复试算才能求解，在工程中应用 不便，对于钢制热风管道我们可以用一个形式简单、结果很接近的公 式计算：=0.0175D-1.21V-0.075(6)式中：g阻力系数；D一管径，m；V一管内风速，rrdsc用公式算出本系统风管的阻力系数： =0. 0175D-1. 21XV-0. 075=0. 014那么截面2的全压为：Tp2="(l+0. 15+L.X )Vp=-(l+0. 15+20x0.014) Vp=-(1+0. 15+0. 28) Vp截面3的全压(查表90。弯头阻力系数考=0.27)为:Tp3="(l+0. 15+0. 28+0. 27) Vp截面4的全压为：Tp4=-(l+0. 5+0. 28+0. 27+L2X I) Vp=-(1+0. 5+0. 28+0. 27+40X0. 014) Vp=-(1+0. 5+0. 28+0. 27+0. 56) Vp截面5(风机进口)在截面4基础上增加一个90。弯头阻力，其全压为：Tp5=(1+0. 15+0. 28+0. 27+0. 56+0. 27)Vp=-2. 53Vp气体动压：丫尸邛式中：Vp气体密度，kg / m3；丫 一气体流速，m / So本系统中，气体密度为丫=1.2 kg/m3； V=18 m/somil 1.2x18x18那么： Vp = 194.4( Pa)风机风压不小于如，即：T5= Tp5 X Vp=2. 53 X 194. 4=492 Pa 故风机风压不应小于492 Pao