關于海拔高度與設備選型的技術計算

軒紅鐘，盛趙寶，張長樂

關于海拔高度與設備選型的技術計算

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均發生顯著衰減。本文以特定案例分析了水泥熟料生產項目在保持回轉窯、預熱器、分解爐等主機設備規格不變的情況下，高海拔對系統生產能力產生的影響以及風機選型的調整。

海拔選型計算

1 概述

中西部地區的高海拔特性，特別是大氣壓力和空氣密度與平原地區的顯著差異，對水泥熟料生產線熱工設備的選型將產生較大的影響，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、預熱器、分解爐等主機設備規格不變的情況下，風機設備的選型與平原地區的差異。

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系，但由于受大氣濕度等影響，測量會產生波動，很難準確地通過計算方法確定大氣壓力與高度的關系，只能采取近似的計算方法。前蘇聯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，對水泥工廠熱工設備的選型將產生影響。

3 海拔高度對窯系統能力的影響

3.1 對回轉窯及分解爐生產能力的影響

據資料介紹，高溫條件下煤粒的燃燒速度基本與大氣壓力無關，但就窯、爐的單位容積來講，隨著大氣壓力的降低，內部氧濃度及容含燃料量亦按比例降低了，單位容積的發熱能力與大氣壓力間的關系為：QvH=（PH/P0）×Qvo，即容積發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熱量）。

對于窯系統來講，在標況下生產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。對于一定規格的回轉窯，其燒成帶有一合理風速，不適宜偏離目標值太大。

對于回轉窯及分解爐，其容積發熱能力隨大氣壓力降低而降低，因原煤的完全燃燒需要標況下的風量，且窯爐受其截面風速及傳熱的限制，在原設計尺寸不變的情況下，其產量基本按（PH/P0）×G0的關系降低。例如：本案例項目的海拔高度為1450m，其當地大氣壓經上述公式計算為638mmHg，在保持回轉窯、分解爐規格不變的情況下，其產量將降至平原地區產量的PH/P0=638/760=83.95%，降幅約16%，此降幅可理解為與原設計在平原地區最大產量相比的降幅。

風機生料粉磨 窯磨廢氣處理旋風收塵器循環風機窯尾高溫風機窯尾廢棄風機冷卻機冷卻機系統 煤粉制備窯頭余風風機主排風機直徑，mm處理風量，m3/h風量，m3/h風壓，Pa電機功率，kW型號風量，m3/h風壓，Pa電機功率，kW工作溫度，℃型號風量，m3/h風壓，Pa電機功率，kW介質溫度，℃型號規格，m篦床面積，m2型號風量，m3/h風壓，Pa電機功率，kW介質溫度，℃型號風量，m3/h風壓，Pa電機功率，kW平原地區（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熟料生產線大型風機選型參數對比

3.2 對預熱器規格的影響

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

通過預熱器的標況風量，由原料燃燒產生的廢氣量、生料分解產生的廢氣量、結晶水及物理水以及過剩空氣量(含漏風量)組成，由于大氣壓力的降低，通過風量將基本按P0/PH的關系增加。在保持設計預熱器規格尺寸不變的情況下，因受斷面風速的限制，系統風量將受限制，客觀上降低了系統的產量。

3.3 對篦冷機冷卻能力的影響

在篦冷機內，雖然存在著熱熟料向篦板的熱傳導以及向料層上部空間的輻射傳熱方式，但篦冷機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。

篦冷機的對流傳熱系數（α）隨著大氣壓力的變化按αH/α0=（PH/P0）1.6的規律降低。在高海拔地區，為了改善熟料的冷卻效果，設計者一般把鼓風機的風量按大氣壓力反比增加，即保持鼓入的標準狀況風量不變，在這種情況下，透過料層的風速將按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，即使鼓入相同的標況風量，其對流冷卻效果仍隨大氣壓力的一次方關系下降。

3.4 對高溫風機、廢氣風機選型的影響

用作燃燒系統鼓風（或引風）機的，如窯尾高溫風機、系統后排風機以及窯的一次風機等，要按平原地區有相同標況風量來選型風機，但其備用系數可取低值；因為廢氣密度的降低，系統阻力將降低，因此，選擇風機的工況全壓可低一些。

4 結語

上述觀點只是針對高海拔地區設備選型的一些定性討論，具體的影響程度及設備選型應結合高原地區的實際生產運行經驗進行優化選取。

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：安徽海螺建材設計研究院 安徽蕪湖 241070；

2011-05-16；

趙 蓮