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三次风管及其耐火材料的优化设计
发布于:admin 更新时间:2018-08-17 08:35 点击量:482

    如今的大型预分解窑, 入炉三次风温一般达到880~950℃。 为了降低热源损耗、简化工艺流程,三次风管已很少有收尘装置,使气流中携带有很多温度在1 300℃左右的细颗粒熟料, 进一步提高了三次风温,风管衬体承受着高温热膨应力、硫碱侵蚀和细颗粒熟料的磨蚀,另外,风管壳体热胀冷缩变形也会对衬体产生挤压、剪切等应力损坏。 国内不少生产线曾出现过三次风管断裂、膨胀节失效、风管壳体高温膨胀变形、内衬挤炸脱落和风管局部脱落等恶性事故,直接造成生产线不能正常运转或被迫停窑检修。 为避免出现以上问题,同时提高三次风温度,我公司于 2011 年对三次风管的设计进行了优化。

 

    1 三次风管设计使用中需重点关注的问题

 

    1.1 降低散热损失

 

    较高的三次风温是分解炉内煤粉燃烧、生料分解以及系统提产的重要条件,因此要减少三次风管的散热损失。 目前国内多数生产线二、三次风温相差接近200℃甚至更高,说明三次风管的散热较大,设计使用时应尽量将此温差控制到 100℃以内, 甚至达到50℃。

 

    1.2 减少风管底部积灰

 

    三次风中携带的熟料细颗粒极易在三次风管底部沉积,增大通风阻力,还会增加风管重量。 因此,设计使用时要控制好管内风速,尽量减少管底积灰。

 

    1.3 延长风管内耐火材料使用寿命

 

    窑系统每次大修的主要工作都是耐火材料检修,由于三次风管具有悬空、 密闭及通道单一狭窄等特点,废旧材料难以清理,更换材料吊运困难重重,内衬施工效率较低,往往会拖延检修时间。 因此,三次风管内耐火材料的规范施工、 合理选材和配套设计很关键,宁可增加一次性投资,也应尽量减少检修次数。

 

    1.4 正确安装施工

 

    未按规范正确安装施工也是三次风管出现问题的主要原因之一:一是风管支撑装置的安装不符合规范,该焊接固定的支撑点没有焊接或焊不牢,需保证风管正常滑动的支撑点却盲目焊死,造成风管未按正常方向膨胀; 二是对各个膨胀节的保护措施不到位,甚至有安装方向错误、固定螺栓未松开的现象;三是内衬施工不合理,膨胀节被人为浇筑成一体,失去膨胀功能;四是膨胀预留位置及尺寸不合理,造成膨胀节快速烧损或开裂。 因此,必须严格按照规范要求施工,避免出现以上问题,影响三次风管的使用。

 

    2 优化技术方案

 

    2.1 耐火材料配置及施工优化

 

    1)耐火材料优化

 

    三次风管内早期配套使用的高强耐碱砖或抗剥落砖已不能满足生产要求,目前三次风管普遍使用硅莫系列耐火砖,其耐高温、抗侵蚀和抗磨损性能好,性价比适中,能够较好的满足生产需要。

 

    浇注料通常使用在膨胀节、拐弯变径处、分解炉进风口和闸阀等耐火砖难以砌筑的部位,随着三次风的温度及其中粉尘浓度的提高,浇注料经常会成为风管内衬使用寿命的软肋。 因此,一方面提倡多用耐火砖,少用浇注料,另一方面,必须寻求性能优良的耐高温高耐磨浇注料来抵抗高温冲刷磨蚀。

 

    2)施工优化

 

    工作层和隔热层总衬厚由通常的 200mm 左右优化为 300mm;根据所用耐火材料膨胀特性设置轴向膨胀量,砖环锁紧;强化硅酸钙板施工质量,减少硅酸钙板间空隙率,特别是拐弯变径等异型区域,保证工作层与风管壳体隔离;膨胀节位置耐火材料全部改砌耐火砖或预制块,以提高抗挤压及耐磨性能,避免膨胀节烧损。

 

    2.2 三次风管设计优化

 

    1)管内风速及管径设计优化

 

    根据预分解窑通风特性,为了保证粉尘携带能力和管底不积灰,管内风速应在 25m/s 以上。 由于三次风管边壁风速明显低于中心部位,为保证风管底部不积灰,管内风速需要达到 30m/s 左右,以此作为理论设计风速相对更合理。 事实上众多按 18~25m/s 设计的 1000~5000t/d 生产线, 三次风管底部积灰厚度达300~800mm,工况下管道截面积会明显变小 ,实际通过的风速还是接近 30m/s 左右。

 

    管径不一定非要参照设计院或其他厂家的尺寸,根据所需风量和所确定的三次风风速 30m/s, 再考虑既定的内衬厚度,便可确定风管直径。

 

    2)三次风阀结构及安装位置优化

 

    很多生产线出现过因三次风阀故障影响窑系统运行的情况,多数都是由于阀板材质、设计结构缺陷和焊接口脱焊造成的阀板膨胀变形或大块浇注料拉裂脱落。 三次风阀材质不但要考虑耐高温性能,还要有一定的耐高温磨蚀性,宜选用 ZG40Gr25Ni20Si2 或Gr25Ni20Si2 材料,阀体结构应整体浇筑成型,尽量减少焊接部位。 阀体尺寸应追求小巧轻便,减少伸入高温热气流中的阀板面积,合理设计利用耐火材料砌体作为“固定阀板”部分。

 

  目前国内很多生产线都将三次风阀板安装在靠近分解炉的预热器框架内,可以避开高温且设计简洁省事。 该布置方法存在以下缺陷:三次风在入炉前不但因弯头改变风向, 还要受阀板影响而强制改变风速,使靠近分解炉部分的三次风管内耐火材料磨损严重,并对分解炉内三维流场产生一定的影响,严重时还会造成分解炉堵塞。 为此,建议把三次风阀板布置在靠近窑头罩的区域,能够减轻高温含尘气流对管壁的压力,减轻风管内衬损坏,保证分解炉内流场,同时也便于检修维护和操作调整。


      来源:中国窑炉网。