水泥廠余熱電站熱風管道設計1

1、水泥廠余熱電站熱風管道設計大連易世達新能源發(fā)展股份有限公司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)生產成本，實現(xiàn)能源綜合利用，已成為水泥生產發(fā)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擔各種作用，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使用溫

2、度在300370C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，及在管道內表面加設耐磨層等措施，對于彎頭部份的耐磨防護更要注意。壁厚取值2=235D/500f式中a一熱風管道壁厚D一熱風管道外徑f一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Q345Q390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狀態(tài)下的剛度，并保證

3、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，原則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。在設計圖上固定支座處應標注與管道現(xiàn)場焊接的符號，活動

4、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的夾角宜大于55°,當氣流向下

5、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=1.2X0.785X兀XDXaG-風管自重KN1.2-考慮風管加強圈等附件重量。0.7851n2厚度為1mm勺鋼板重KN/m2D-風管直徑ma-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5mnB風管重量計算。G2=5X0.785X兀XD、管內積灰重G管內積灰與管道與水平的夾角。相關，與管內風速相關，由于水泥生產線工況變化，所以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30%

6、只灰計。G=（兀XF2）X30矛丫XCOS9式中丫-積灰容重丫=90KN/n3、風管上連接的設備重GG4=1.2X（閥門等設備自重）、風管所受風荷載G5=3XD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=丫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

7、作用下強度折減系數(shù)f-鋼材及焊縫在小于100C溫度作用下強度設計值本文中采用煙囪設計規(guī)范(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100C150C200C250C300C350C400C丫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，按下列荷載效應基本組合中最不利值確定：丫gSgk+丫qiSqik+Wci(丫q2Sqik+丫Q2&22K+)<R(*)3-1丫GSgK+Wci(丫Q2Sq1k+丫Q2Sq2k+)VR(*)3-2式中：丫G-永久荷載分項系數(shù)3-1式中取為1.2,3-2

8、式中取為1.35丫G1-第一個可變荷載分項系數(shù)取為1.4pci-可變荷載組合系數(shù)取為0.7Sgk-永久荷載標準值SQ1K-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ft<3M/W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：如下圖示，已知一熱風簡支管道外徑D=3叩管壁材質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。解：1、壁厚計算a=235D/500f=235X3000/500X235=6mm

9、2、求風管均布載荷G=1.2X0.785X兀XDXa=1.2X0.785X兀X3X6=53.2KN/mG=5X0.785X兀XD=5X0.785X兀X3=37.0KN/mG=(兀XR2)X30漏丫XCO期=(兀X1.52)X30%9XCOS45=13.5KN/mG"XD=75X3.4=25.5KN/m3、荷載組合：q=1.2(G1+G2)+1.4G3+1.4X0.7XG5/COS450=1.35(53.2+37)+1.4X0.7(13.5+25.5)/0.707=226.3KN/m4、風管截面模量叫=兀R4(Ra)4/4xrxcoSo=Tt1504-(1500.6)4/4X150XC

10、O&53=84298cm5、簡支風管最大支撐間距l(xiāng)maE(8WnX0.7Xb/q)=(8XX0.7X154/226.3).=17.9m相應管道斜長L=lma)/COS45D=25.3m6、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:.、0.5lmaQ(2WnX0.7Xft/q)=(2XX0.7X154/226.3)0.5=8.96m相應管道斜長L=lma)/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8=235D/500f=235X4000/500X235=8mm2、求風管均布載荷G=1.2X0.785X兀XDXa=1.2X0.785X兀X4X8=94.65KN/mG=5X0.785X兀XD=5X0.785X兀X4=49.2KN/mG=(兀XR2)X30漏丫XCO期=(兀X2.02)X30%9XCOS45=23.98KN/mG"XD=75X4.4=33.0KN/m3、荷載組合：q=1.35(Gi+G2)+1.4X0.7(G3+G)/COS450=1.35(94.65+49.2)+1.4X0.7(23.98+33)/0.707=353.7KN/m4、風管截面模量W1=%R4(Ra)4/4XRXC