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大型热风管道设计在余热发电项目上的实践

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大型 热风 管道 设计 余热 发电 项目 实践
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大型热风管道设计在余热发电工程中的实践宁国水泥厂 5000t/d 熟料生 产线余热发电项目,已于 7 月 29 日上午 10 时 26 分顺利地投入运行,一次性成功并网发电,目前,发电机出力稳定在 9100上,这标志着海螺设计院自主设计的5000t/d 熟料生产线配套的余 热发电系统获 得了圆满成功。下面就海螺设计院工艺专业在此次设计中承担的设计任务和设计中取得的一些经验进行简要的概述。由于宁国三线余热发电项目是我院首次承担设计,时间紧,任务重,设计上无 现成可参考图纸,于是我们只有在现场多次考察宁国一线余热发电,并与宁国厂有关技术人员进行交流的基础上,大胆设计,合理创新, 优化布置,在工艺设计上取得了一定突破。一、优化工艺流程,增加调控手段,使原有生产线与余热发电操作相互影响降至最小1、炉工艺流程炉取风采用在 现有煤磨取风口对面的篦冷机 侧墙上新开2 个 2000取风口,360℃热风经 沉降室预处理后, 进 炉出口约 84℃的废气,经窑头电 收尘处理后,由窑头排风机排入大气。与宁国一线相比,由于煤磨是从窑头取风,为最大限度的利用篦冷机的余热用于发电,就需要煤磨尽量的少抽取篦冷机的中温风,为解决煤磨的烘干用风问题,将原煤磨热风管道上的热风挡板移至窑头煤磨沉降室之前的管道上,在篦冷机余风至电收尘的管道上,新增的电动百叶阀(13191)之下部位新设一根风管至窑头煤磨沉降室,并设百叶阀(13196)调节风量,这样,其余部分近 150℃的篦冷机尾风抽取去烘干原煤;只有在雨季及原煤特别潮湿的情况下,才需要从篦冷机煤磨取风口抽取一定比例的中温风。通过 炉热风管道上的百叶阀(13190篦冷机余风管道上新增的百叶 阀(13191)、煤粉制备热源之间增设一挡板(13196)和原煤磨热风挡板,一同调节 粉制备用风与窑、分解炉用风的平衡。考虑到窑头篦冷机废气温度受窑工况波动影响较大,为防止炉超温运行,我 们在去沉降室的热风 管道上设计了 φ1250 的冷风阀,这样 避免了在系统超温时通知现场人员强行打开沉降室上的人孔门进行降温的危险及调节上的滞后性(宁国一线设计上未考虑冷风阀)。设计上增大了 炉入口直段风管长度,以使入炉 废气分配均匀,减轻锅 炉受热面的不均匀磨损。同时在出 炉出口的废气管道上,我们设计了手动截止阀,这样在回转窑继续运行的情况下,可以完全甩开 统,截断窑头热气流, 检修人员可以进入锅炉内进行检查和维护(宁国一线未设计此阀门)。从现场使用情况看,拉链机比螺旋输送机维护工作量小,故障率低,由于熟料粉尘磨蚀性大,粉尘温度高,故回灰输送设备选用拉链机,同时提高材质耐磨等级与耐温等级。2、炉工艺流程从预热器一级筒出口废气管道上取风至 炉,炉出口废气走向有两路,一路回增湿塔顶部,一路回增湿塔底部。与宁国一线相比,由于增湿塔布置在高温风机之前(宁国一线增湿塔布置在高温风机之后),设计上为降低系统阻力,采用 炉与增湿塔并联,同时增设旁路。即在原料磨正常运行时,炉出气直接回增湿塔底部,入高温风机;当原料磨停时,炉出气回增湿塔顶部,再入高温风机。因为原料磨不运行时,此时出锅炉废气温度为200℃,此时为满足收尘效果,需对废气进行调质处理,因此设计上考虑 炉出气回增湿塔入口,利用增湿塔原有喷水系统进行废气调质降温,再 经高温风机入电收尘器。原料磨运行时,基本不需要喷水降温调质即能满足收尘要求,因此设计上增设旁路,从出锅炉风管引至增湿塔底部开口接入,一般窑磨同步运转达 90%以上,即大部分运行时间废气由旁路入高温风机,系统压力低,机能力的核算增加余热锅炉后,风机能力是否满足要求将直接影响系统的稳定运行,因此在项目前期,我院结合现场的实际运行工况,通过锅炉系统的阻力计算和对风机性能曲线的认真分析,使得我们对风机的能力有了超前的认识,做到了心中有数。尤其是对 3538 风机的理论分析及计算,即增加 炉后,系统阻力将增加 1409到 2409 538 风 机入口温度降为 120℃,挡板开度约为 45%,风量为450000m3/h(已考虑漏 风),此时风机的轴功率 为 488虑到此时 富余系数,则该电机需要 明该风机能力较为紧张,特别 是当产量进一步提高后。这与目前实际运行情况基本相吻合。二、结合现有场地,合理进行锅炉布置:由于宁国三线设计时未考虑预留余热发电用地,这给锅炉布置带来一定的困难,本着对原系统影响最少、工艺管道连接顺畅,运行阻力小,锅炉布置不占用维修空间的原则,同时兼顾工厂总体形象,对所有 炉布置进行现场测绘,炉布置于预热器北面,炉在篦冷机北面。三、克服困难,工 艺专业在余热发电项目上首次取得大型热风管道设计上的成功大型热风管道设计,在大院都是设备专业进行设计的,而我院由工艺专业设计,更是缺乏经验,我们在钻研相关技术资料的基础上,大胆设计,勇于承担责任,在大型热风管道设计上取得了阶段性的突破。篦冷机取风开孔共有三种形式,顶部开孔,侧面开孔,半顶半侧式开孔。篦冷机顶部开孔取风受层高及燃烧器小车轨道梁的限制无法实现;篦冷机半顶半侧式开孔取风,考虑到这种开孔方式将破坏篦冷机顶部横梁,对篦冷机的结构安全构成严重威胁,且原篦冷机供货厂家南京院也不同意此种开孔方式,经权衡利弊,决定从篦冷机侧面开孔。在现 煤磨取风口对面篦冷机侧墙新开两个 2风口(取风口截面积:12m 2,计算取风口工况风速:11m/s ),两路取风汇合后入沉降室预处理后进 炉。此方案不改变 原有煤磨取风管路,同时对篦冷机的改造量较小,仅需对篦冷机开孔部位进行局部加固。2、风管直径的确定炉系统管道设计 工况风速 υ=18m/s,根据工况风量计算确定入 炉前热风 管直径为 Φ3700 炉风管直径为 Φ2800管厚 δ= 质选用 板。炉沉降室、篦冷机至 炉热风管道、沉降室至 炉热风管道的防磨处理参照宁国一线采用内部捣打料。炉系统 管道设计工况风速 υ=18m/s,根据工况风量计算确定入 炉前热风管直径为 Φ=3800 炉风管直径为Φ=3400管厚 δ=质选用 板。3、风管布置风管要优先倾斜布置,使在风管底部存积的粉尘,在重力作用下自动向下滑动,使管内不存灰,减轻了风管的荷载,节省风管及土建的设计费用。 倾斜角过大,又增加了风管的高度和长度,使基建费用增加。因此设计中应选取合理的倾斜角度。炉气流向上的风管倾斜角度宜为 55°,气流向下走的管道倾斜角度为 35°。管因为其粉尘是煅烧后的熟料细粒为球形,比重大,颗粒比较粗,不易滞留于管道内,其上升气流管与水平夹角宜为 45°,向下顺流风管与水平夹角宜为 30°。风管布置时要考虑管道的空间交叉,过楼板、梁、柱时注意防撞,由于是改造项目,在核对土建施工蓝图的基础上,还需到现场进行测量。4、风管支座的设置支座是为支承风管用的。因为支承支座的土建基础有可能沉降不均匀,为在支座沉降不均时,各支座的载荷变化不大,热风管道应合理分段,原则上每段都为简支梁。为了避免基础不均匀下沉等因素的影响,我们 常将长管道用膨胀节分割成几段简支梁,这种简支梁的两个支点中一个为固定支座,另一个为滑动支座。为减少摩擦力的影响,原则上受力小的支座确定为滑动支座,固定支座因为受力大,尽量设置在较低和便于牢固固定的位置。管道支座设计时充分考虑受力合理,并充分利用原有结构进行改造支撑。在保证安全可靠的前提下,尽量简化支座设计,以降低造价。5、铰链式膨胀节的开发在安装或生产线停止运行时,热风管道内没有热空气作用,它与周围设备、支座之间没有因温差、膨胀量不同而引起的应力。但热风管道工作时,由于管内热风的影响,受热后管道会膨胀,而与它相联接的设备、 风管的支座、大多固定在土建基础上。土建基础由于外界空气的作用,温度比管内热风低得多,这种温差导致管道相对设备和支座而言发生伸长的热膨胀,如果没有吸收这些膨胀量的措施,往往将热膨胀产生的巨大力量传递到设备和支座上,轻则导致设备动作不灵活,支座变形,重 则 将设备和基础损坏。解决问题的方法之一是在热风管道的适当位置安装膨胀节,将热膨胀量吸收。由于余热发电属于在原有设计基础上进行改造项目,受原有厂房和设备布置限制,造成锅炉进出口等热风管道的受热膨胀量大,且要求膨胀节的径向膨胀量大。同时考虑锅炉管道由于高度高,如果膨胀节在使用过程中损坏维修会相当不方便。综合以上两点本次我们将膨胀节作为重点开发产品,在美国膨胀节制造商协会标准和池州 8000发了带铰链的金属膨胀节。此种膨 胀节一般由两个带有铰链金属膨胀节和膨胀节中间一段风管组成。通 过两个膨胀节围绕铰链产生的角位移,吸收热风管道的径向膨胀(如下图所示)。而热风管道的轴向膨胀则由其中一个带有长圆孔的铰链膨胀节利用铰链的销轴在长圆孔中的滑动来吸收。膨胀节的铰链用于承受作用于膨胀节上的全部压力推力。在取风口考虑到空间有限,同时考虑到要吸收径向膨胀,因此在两个取风口分别设置一个织物膨胀节;6、阀门的设置统共设计三台 电动百叶阀,一台手动 截止阀。在原篦冷机余风入窑头电收尘管道上方 面处增设一道电动百叶阀(13191)以截断并调节气流;在入沉降室热风管道上,面处安装一道电动百叶阀(13190正常生产中主要由 这两道阀门来控制统的投运和脱开。一道冷 风阀用于保 护 统安全,防止超温运行。一道手动截止阀用于 炉在回 转窑运行时的检查和维修。炉系统 共设四道电动百叶阀。一道设置在入 炉管道取风口,一道 设置在入原有增湿塔管道入口,通过这两道阀门调节实现 炉运行关断;入 炉管道阀门采用 椭圆百叶阀(24190,倾斜安装,主要是考虑此阀在关闭状态不至于造成管道积灰以至阀门不能灵活动作。在出 炉风管上设置另外两路电动百叶阀,实现废气入增湿塔或入旁路的调节控制。由于是工艺专业首次为余热发电配套设计,设计上存在一些问题也在所难免,如沉降室回灰输送至篦冷机风室内,对小拉链机的能力核算不够,篦冷机取风口弯头处积灰等的认识还不够深刻,局部布置不够合理等。在后续的余热发电项目中,工艺设计人员将进一步深入现场, 结合 现场情况进行设计,并认真分析研讨宁国水泥厂项目中的经验和教训,争取做到设计方案最优、操作简单可靠。
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