技术 | 三次风管热损分析与对措

前言

三次风管是将窑头罩或篦冷机高温端1100℃-1200℃热风经管道送入分解炉用于炉煤燃烧、生料分解的热气流专用管道。其管道由内至外敷设高铝砖或硅莫砖（厚114-220mm）及硅钙板或硅酸铝毡毯（厚65-115mm）外筒体钢板（厚12mm）。究其管道外表（钢板）平均温度约90-110℃，10米处最高达200℃。现我公司三次风管筒体3.5-4%的倾斜悬裸露天，问及者少，在热工设备虽属低温，但表面积大，且热耗较高，若将表面散热控制在接近环境温度，最大限度的作用于炉内，利于炉煤燃烧及碳酸盐分解，对熟料节能降耗意义重大。

2017年2月更换0-25.5米浇注料（GM-65约43吨）。三次风管内部25米段耐火砖整体爆裂严重，局部耐火砖有不同程度下沉，膨胀节处浇注料脱落，筒体变形略成椭圆形状。此次对上半顶部支模浇筑浇注料。2018年3月更换25.5-54米段上半顶部浇注料（GM-65约45吨）大面积耐火砖爆裂，耐火砖环向、轴向存在错位现象，局部耐火砖脱落，风管内积料严重，彻底清理。2019年2月更换膨胀节2个。膨胀节前后筒体变形严重，安装过程接口存在错位现象。2020年三次风管入炉位置浇注料整体浇注。

2021年2月更换1道膨胀节，膨胀节烧损严重。风管约35米变形突出，耐火砖不宜砌筑，中部位置浇注料多处脱落修补，耐火砖爆裂严重。

一是以风速的为主，与窑相适应设计理念。管道内部飞砂堆积量的多少会伴随内部风速变化达到动态平衡的过程，经模拟实验得出管道内风速低于30m/s，易堆积。二是缩口喷腾风速与三次风管直径关系是系统设计的关键。缩口喷腾风速应具有25m/s以上保证向上的托力防止风料短路。因此，管径、倾斜角度只要与之相适应、配合缩口截面喷腾风速即可。

公司2014年12月热工标定缩口1.9米时喷腾风速22m/s（标定数据），三次风管径2.6米风速为18-22m/s（标定数据），运行中管道截面有25%-40%面积沉积飞砂；预燃室内旋流风强于喷腾向上托力，导致系统频繁出现串料、塌料现象。2015年缩口技改尺寸1.75米增加缩口喷腾风速25m/s，三次风闸板开度28-45cm（管道开度17%以内），三次风速与喷腾风速相匹配，窑况才得以稳定。三次风管耐火材料经过12年飞砂料冲刷、高温烧蚀内衬早已满面疮痍。2017-2018年由于管道上部高铝砖仅剩4cm，数处垮落（飞砂下部正常8-17cm左右）对上部环向120度进行115mm(保温层)+114mm耐火砖更换G-16K200mm厚浇注料。两侧腰部（120度-180度之间）60度由于系统风速的改变飞砂堆积厚度减少，腰部残余高铝砖出现凹槽，随着风扫内衬逐渐变薄，侧撑力衰减钢板受辐射、传递高温蠕变管道成偏平型，管道截面积的减少，管道风速改变更助推了腰部的风蚀，且成愈演愈烈之势（附表一）。

表1

表2

（备注：衰减率根据同方向前一个温度减去后一个温度之差与前一个温度的比值；三次风管测点长度统一按57.3m计算。）

1.从表2能够看出二三次风温温差逐渐有扩大趋势，2019-2020温差有轻微缩减，主要原因将一、二、三档烧蚀的管道膨胀节进行了更换，消除了膨胀节漏风点，但衰减温差仍然偏大。

2.管道衰减温度逐年上升（由2.97℃-4.5℃/米），2017-2018年更换环向120度浇注料时未增加隔热层，G-16K导热系数稳定在2.0，表面温度在110℃左右，热损大。伴随管道高温蠕变，腰部侧撑力减弱及截面积的改变，管道内积料厚度会减少，腰部耐火砖裸露面积增大。在高风速、高风温的温度场所环境下会逐渐加剧管道的热损。

3.三次风闸板前后属于异常温差，6月27日三次风温1008.5℃（挡板前） 、922.9℃（挡板后），温差高达85.1℃两侧点位置偏差3.2米；经过现场排查此处有三道法兰、一个闸板（两道法兰）、两个孔门、历年来磨通修补点多达11次，存在多处漏风所致。

4.工艺管理不足，三次风膨胀节因管道呈椭圆形管道下沉，机械应力变化导致二档处膨胀节法兰环向开裂（2.2m），且7处浇注孔裸露（浇注后未封堵）温度通过浇注料缝隙掺入冷风。

表3

若取三次风管胴体外表温度为110 ℃，表面积506.2㎡，三次风管φ2.6*62m，设外界空气环境温度为25℃，测量温差85℃，钢板黑度为￡=0.8求其外表热损。

热对流损失计算：

①三次风管外表面为自然冷却，查表对流换热系数范围在5-25W/m2·℃

②二档以后三次风管周边气温接近大气温度，一档至二档位置气体温度由170℃逐步降低至大气温度，计算时对流面积取（25%+50%）*506㎡。

③以最小对流换热系数计算：

对流换热功率=（25%+50%）*506㎡*5W/㎡.*55℃=1.42*105J/s,

④标煤热值以29307kJ计算，折算标煤19.8kg/h，每日节约标煤19.8*24=475.2kg

⑤以最大对流换热系数计算：每日节约标煤=475.2*25/5=2376kg。

⑥热对流系数的确定

对流换热系数=K（查表取2.5至3.6）*温差（85℃）0.25

=7.6-10.93；

每日节约标煤475.2*（7.6至10.93）/5=722.3kg至1038.78kg

热辐射损失计算

以标煤热值以29307kJ计算节约标煤6.52kg/h,每日节约煤156.5kg

理论计算每日节约煤耗878.8kg-1195.3kg之间

三次风管因散热导致每年（以330天计）损耗煤量290-394.4吨

第一步：消除外漏，将风管法兰、浇注孔全部满焊。

第二步：当下利用现有资源将内部衬料厚度修复，腰部耐火砖变薄、粉化处用废旧耐火砖交错砌磊、浇注料填缝；长远考虑，采用节能配套方案，耐火层选用 114mm 低导热莫来石砖 TD-M45 搭配 。80mm（40+40）纳米隔热板组合保温层设计，总厚度为 194mm；配置和原 设计 200mm 数值差较小，可视为基本一致。经热导计算壳体温度约在 75℃，由此节能方案可使三次风管外壳体温度降低 55℃左右。（附两套方案）

第三步：筒体外部保温。选硅酸盐保温涂料（厚度5mm）+硅酸铝毡毯+白铁皮，效果更好。

由于个人认识有限，想此三步法意解此忧，不足之处请见谅。

作者：卓宪成

来源：《昆明海螺水泥有限公司》

微信公众号：备件网（关注查询更多资讯）

（本文来源网络，若涉及版权问题，请作者来电或来函联系！）