軒紅鐘，盛趙寶，張長樂

關(guān)于海拔高度與設(shè)備選型的技術(shù)計算

軒紅鐘，盛趙寶，張長樂

隨著海拔高度的增加，大氣壓力和空氣密度較平原地區(qū)均發(fā)生顯著衰減。本文以特定案例分析了水泥熟料生產(chǎn)項目在保持回轉(zhuǎn)窯、預(yù)熱器、分解爐等主機(jī)設(shè)備規(guī)格不變的情況下，高海拔對系統(tǒng)生產(chǎn)能力產(chǎn)生的影響以及風(fēng)機(jī)選型的調(diào)整。

海拔選型計算

1 概述

中西部地區(qū)的高海拔特性，特別是大氣壓力和空氣密度與平原地區(qū)的顯著差異，對水泥熟料生產(chǎn)線熱工設(shè)備的選型將產(chǎn)生較大的影響，本文以海螺水泥某海拔高度1450m水泥項目為例，探討在保持窯、預(yù)熱器、分解爐等主機(jī)設(shè)備規(guī)格不變的情況下，風(fēng)機(jī)設(shè)備的選型與平原地區(qū)的差異。

2 海拔高度對大氣壓力的影響

由于受地球重力作用，大氣的分子密度隨海拔高度而變化，高度愈高，空氣密度愈低，大氣壓力就愈小。海拔高度與大氣壓力之間存在著固定不變的關(guān)系，但由于受大氣濕度等影響，測量會產(chǎn)生波動，很難準(zhǔn)確地通過計算方法確定大氣壓力與高度的關(guān)系，只能采取近似的計算方法。前蘇聯(lián)A.C.伊里伊契夫在他的著作中推薦了下列公式：

式中：

PH——海拔高度為H處的大氣壓力，mmHg

P0——海平面的大氣壓力，760mmHg

H——海拔高度，km

通過式（1）可計算出，在海拔高度為1000m時，大氣壓力為674mmHg，降 幅 為 11.3% ；而 在3000m時，大氣壓力為526mmHg，降幅為30.8%。大氣壓力的降低，對水泥工廠熱工設(shè)備的選型將產(chǎn)生影響。

3 海拔高度對窯系統(tǒng)能力的影響

3.1 對回轉(zhuǎn)窯及分解爐生產(chǎn)能力的影響

據(jù)資料介紹，高溫條件下煤粒的燃燒速度基本與大氣壓力無關(guān)，但就窯、爐的單位容積來講，隨著大氣壓力的降低，內(nèi)部氧濃度及容含燃料量亦按比例降低了，單位容積的發(fā)熱能力與大氣壓力間的關(guān)系為：QvH=（PH/P0）×Qvo，即容積發(fā)熱能力隨著大氣壓力的降低而成比例降低（注：QvH、Qvo分別是海拔為H和海平面時的容積發(fā)熱量）。

對于窯系統(tǒng)來講，在標(biāo)況下生產(chǎn)每公斤熟料所生成的廢氣量一般來說是一定的，但是由于高海拔處的大氣壓力降低，生產(chǎn)每公斤熟料需要的工況空氣體積和生成的工況廢氣體積都隨大氣壓力的降低而增加。對于一定規(guī)格的回轉(zhuǎn)窯，其燒成帶有一合理風(fēng)速，不適宜偏離目標(biāo)值太大。

對于回轉(zhuǎn)窯及分解爐，其容積發(fā)熱能力隨大氣壓力降低而降低，因原煤的完全燃燒需要標(biāo)況下的風(fēng)量，且窯爐受其截面風(fēng)速及傳熱的限制，在原設(shè)計尺寸不變的情況下，其產(chǎn)量基本按（PH/P0）×G0的關(guān)系降低。例如：本案例項目的海拔高度為1450m，其當(dāng)?shù)卮髿鈮航?jīng)上述公式計算為638mmHg，在保持回轉(zhuǎn)窯、分解爐規(guī)格不變的情況下，其產(chǎn)量將降至平原地區(qū)產(chǎn)量的PH/P0=638/760=83.95%，降幅約16%，此降幅可理解為與原設(shè)計在平原地區(qū)最大產(chǎn)量相比的降幅。

風(fēng)機(jī)生料粉磨 窯磨廢氣處理旋風(fēng)收塵器循環(huán)風(fēng)機(jī)窯尾高溫風(fēng)機(jī)窯尾廢棄風(fēng)機(jī)冷卻機(jī)冷卻機(jī)系統(tǒng) 煤粉制備窯頭余風(fēng)風(fēng)機(jī)主排風(fēng)機(jī)直徑，mm處理風(fēng)量，m3/h風(fēng)量，m3/h風(fēng)壓，Pa電機(jī)功率，kW型號風(fēng)量，m3/h風(fēng)壓，Pa電機(jī)功率，kW工作溫度，℃型號風(fēng)量，m3/h風(fēng)壓，Pa電機(jī)功率，kW介質(zhì)溫度，℃型號規(guī)格，m篦床面積，m2型號風(fēng)量，m3/h風(fēng)壓，Pa電機(jī)功率，kW介質(zhì)溫度，℃型號風(fēng)量，m3/h風(fēng)壓，Pa電機(jī)功率，kW平原地區(qū)（海拔＜500m）4-?5600 750000～780000 900000 10500 3800-828000 7500（工況）2500 320（Max.450）-900000 2000 810 100～250 LBTF5500-136.62（有效：133.06）-620000 2000 560 200～250（Max.400）-90000 7500 355案例項目（海拔1450m）4-?5600 900000 900000 11000 4300雙吸口式1000000 7200（工況）2800 320（Max.450）Y4-2×73No28F 1000000 2000 710 90～150 LBTF5500-136.62（有效：133.06）Y5-2×48No30.5F 760000 2000 630 200～250（Max.400）-105000 7500 355

表1 海螺水泥某公司5000t/d熟料生產(chǎn)線大型風(fēng)機(jī)選型參數(shù)對比

3.2 對預(yù)熱器規(guī)格的影響

設(shè)計預(yù)熱器時，其規(guī)格尺寸按處理風(fēng)量和所選參數(shù)（斷面風(fēng)速和停留時間）確定。對一臺已選定的預(yù)熱器，其工作風(fēng)量不宜偏離額定值太大。

通過預(yù)熱器的標(biāo)況風(fēng)量，由原料燃燒產(chǎn)生的廢氣量、生料分解產(chǎn)生的廢氣量、結(jié)晶水及物理水以及過?？諝饬?含漏風(fēng)量)組成，由于大氣壓力的降低，通過風(fēng)量將基本按P0/PH的關(guān)系增加。在保持設(shè)計預(yù)熱器規(guī)格尺寸不變的情況下，因受斷面風(fēng)速的限制，系統(tǒng)風(fēng)量將受限制，客觀上降低了系統(tǒng)的產(chǎn)量。

3.3 對篦冷機(jī)冷卻能力的影響

在篦冷機(jī)內(nèi)，雖然存在著熱熟料向篦板的熱傳導(dǎo)以及向料層上部空間的輻射傳熱方式，但篦冷機(jī)的主要傳熱方式是穿過料層的冷卻空氣與熟料顆粒間的對流傳熱。

篦冷機(jī)的對流傳熱系數(shù)（α）隨著大氣壓力的變化按αH/α0=（PH/P0）1.6的規(guī)律降低。在高海拔地區(qū)，為了改善熟料的冷卻效果，設(shè)計者一般把鼓風(fēng)機(jī)的風(fēng)量按大氣壓力反比增加，即保持鼓入的標(biāo)準(zhǔn)狀況風(fēng)量不變，在這種情況下，透過料層的風(fēng)速將按VH/V0=P0/PH增加，其綜合效果是對流傳熱能力仍按αH/α0=PH/P0比例降低，也就是說，篦冷機(jī)的冷卻能力也按大氣壓力的比例降低。

因此，即使鼓入相同的標(biāo)況風(fēng)量，其對流冷卻效果仍隨大氣壓力的一次方關(guān)系下降。

3.4 對高溫風(fēng)機(jī)、廢氣風(fēng)機(jī)選型的影響

用作燃燒系統(tǒng)鼓風(fēng)（或引風(fēng)）機(jī)的，如窯尾高溫風(fēng)機(jī)、系統(tǒng)后排風(fēng)機(jī)以及窯的一次風(fēng)機(jī)等，要按平原地區(qū)有相同標(biāo)況風(fēng)量來選型風(fēng)機(jī)，但其備用系數(shù)可取低值；因為廢氣密度的降低，系統(tǒng)阻力將降低，因此，選擇風(fēng)機(jī)的工況全壓可低一些。

4 結(jié)語

上述觀點只是針對高海拔地區(qū)設(shè)備選型的一些定性討論，具體的影響程度及設(shè)備選型應(yīng)結(jié)合高原地區(qū)的實際生產(chǎn)運(yùn)行經(jīng)驗進(jìn)行優(yōu)化選取。

Technology Calculation of Altitude and Equipment Selection

XUAN Hong-zhong,SHENG Zhao-bao,ZHANG Chang-le
(Anhui Conch Design&Research Institute of Building Materials,Wuhu 241070,Anhui)

With the increase of altitude,the air pressure and air density sig?nificantly attenuate compared with plain area.With the unchanged specifica?tions of main equipments including rotary kiln,preheater and precalciner and so on in a cement clinker production project,the effect of high-altitude on the production capacity and the selection adjustment of air fan were analyzed for this specific case in this paper.

Altitude;Equipment Selection;Calculation

TQ172.611.9

A

1001-6171（2011）05-0045-02

通訊地址：安徽海螺建材設(shè)計研究院 安徽蕪湖 241070；

2011-05-16；

趙 蓮