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1、水泥工厂热风管道设计2003.12在全世界，干法预分解窑系统的水泥厂，已得到迅速发展。它的主要优点是节约能源，吨投资费用低，占地面积小，单机产量大，利于提高生产率，目前随着我国经济的发展，正在大量兴建预分解窑系统的水泥生产线。这种水泥厂节约能源的重要方法之一是余热利用，因为经窑尾悬浮预热器和窑头篦式冷却机出来的废气温度较高，其余热可以用于生料制备系统、煤粉制备系统、烘干车间、烘干原材料；将窑头热风送入窑尾分解炉，降低热耗；也可以进行余热发电，节省大量的热能。这些热气体是通过热风管道输送的，出来的废气还要用管道通往收尘器，经烟囱排出。因此热风管道设计，在采用干法预分解窑水泥工厂设计中就显得十分重
2、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介绍。1 热风管道管径的确定1.1 计算直径热风管道直径首先可用下式计算：D= （1）式中：D管径，mQt工况风量，m3/hV工况风速，m/s1.2 确定工况风量由工艺计算得知风管的标况风量Qo（Nm3/h）即O，标准大气压下的体积流量。1.2.1 一般地区正常工况下的风量Qt= （2）式中：Qt工况风量，m3/hQ0标况风量，Nm3/ht该风管中气体的工况温度，1.2.2 高海拨地区工况风量在高海拨地区，风量还要进行海拨高
3、度修正，据公式：H=（18.4+0.067tg）lg(B/B) （3）式中：H水泥厂厂区海拨高度，km tg海平面与该地区之间的空气平均温度，B海平面上的气压，PaB水泥厂厂区的气压Pa海平面上的大气压力一般为9.61041.067104Pa之间，平均约等于1.013105Pa，这一压力通常称为标准大气压，将它代入公式(3)可求出厂区大气压B。根据气态方程（克拉珀龙定律） Qtg=BQt/B （4）式中：Qtg高海拨地区工况风量，m3/h在设计高海拨地区水泥厂时，风管直径为：D=18.8 （5）式中:D高海拨地区管径，mmQtg高海拨地区工况风量，m3/hV工况风速，m/s1.3 管内风速确定
4、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，致使能耗增加，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25m/s，管道中阻力大，压降大，不经济。18m/s，易于输送粉尘，管道内壁清洁，能把灰带走。15m/s，不是悬浮吹走，管风灰是波浪式移动。15m/s，有粉尘沉降。5m/s，大部份灰尘沉降。倾斜管道，因灰尘在重力作用下，向下滑动
5、，不易沉积，一般风速宜选用18m/s，煤粉制备系统的含煤尘气体，风速应适当高些，宜2022m/s。垂直管道因灰尘垂直下落，与管道方向方同，低速也不会堵塞管道，为减小阻力，风速可取15m/s，或再低一些。设计中应尽量避免水平管道，当无法避免时，风速应取得比较高。温度高时，压力降小一些，300时，阻力比常温减少约10%，因此输送气体温度较高时，风管内内速可适当增加。负压大时，实际风速比计算风速高一些，因为我们计算风量过程中没有考虑系统内负压对气体体积的影响。例如负压为7000Pa时，气体体积会增大7%，管内风速也会提高7%，为使风速不提高，应适当增大管径。在风机选型中也应充分重视这一问题，例如窑尾
6、高温风机工作点负压比较高，选型时要充分考虑负压对工况风量增大的影响，风机风量应适当加大。1.4 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选数列。优选数系是由公比、，且项值中含有10的整数幂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，规格来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
7、门、膨胀节、弯头和支座设计的标准化。42表1 风管标准直径及推荐的法兰尺寸风管直径螺栓孔所在圆直 径法兰扁钢联接螺孔风管直径螺栓孔所在圆法兰扁钢联接螺孔风管直径螺栓孔所在圆法兰扁钢联接螺孔宽厚数量直径宽厚数量直径宽厚数量直径DKendDKendDKendmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmMm100145406414.515001570651036244250432065128424200245406814.5160016706510402445004570651292242503055081218.5170017706510402447504820651296243153
8、705081218.51800187065104424500050706512100243554105081218.51900197065104424530053706512108244004555081618.52000207065104824560056706512112244505055081618.5212021906510482460005005555082018.5224023106512482456061550102018.5236024306512482463068550102018.5250025706512522471076550102418.526502720651256
9、2480087065102424280028706512602490097065102424300030706512602410001070652824315032206512642411201190651028243350342065126824125013206510322435503620651272241320139065103224375038206512762414001470651036244000407065128024表2 热风管道及收尘风管壁厚管径Dmm1006307101000112017001800265028005600最小壁厚mm345681.5 管道钢板厚度及法兰
10、的确定1.5.1 管道钢板厚度见表2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的重量,增加了投资。表2所列为一般情况下风管钢板厚度。当熟料和矿渣粉尘的气体，风速大于15m/s时和粉尘浓度高的废气，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。1.5.2 风管上的附属件1.5.2.1 法兰：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，当园形风管之间用法兰联接时，风管法兰尺寸见表1。1.5.2.2 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。1.5.2.3 由于施工的误差，实际需要风管的长度与理论计算
11、有误差，为便于安装，每条风管制造时长度应留有余量，余留长度可参考表3。表3 单位：mm管 长10001500150025002500余留长度+50+100+1501.5.2.4 为保证风管园形断面的刚度，外表面上应断续焊接加固圈，一般加固圈用宽5070mm，厚58mm的扁钢制成，加固圈间距约3000mm，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妨碍风管的轴向膨胀。1.5.2.5 热风管道体积大，重量轻，为节省运费，宜在现场制造，若在机械厂制造，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
12、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。在管道同一断面上，气体的全压Tp，为静压Sp与动压Vp之和，即Tp=Sp+Vp。在风管不同断面，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。由于管道断面改变，支管汇合，气体温度、压力、化学成份及含尘浓度的变化，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，使各点的全压也不同，管道中的全压沿气体流动方向，由前至后逐渐减小。为正确选择风机来提高系统中的压力，使工艺过程顺利进行，应对管道阻力进行计算。2.1 例1：有一台风机从管径1m，垂直长20m的钢制风管端部，由大气中吸入空气，管中风速18m/s，中间有一个90弯头，再经水平长40m的风管和一个90弯头进入风机，流程如图1所示，求风机所需风压。风管入口处的全压Tp，除动压Vp外，进口还要增加一些压力损失，按
