关于海拔高度与设备选型的技术计算

轩红钟，盛赵宝，张长乐

关于海拔高度与设备选型的技术计算

轩红钟，盛赵宝，张长乐

随着海拔高度的增加，大气压力和空气密度较平原地区均发生显著衰减。本文以特定案例分析了水泥熟料生产项目在保持回转窑、预热器、分解炉等主机设备规格不变的情况下，高海拔对系统生产能力产生的影响以及风机选型的调整。

海拔选型计算

1 概述

中西部地区的高海拔特性，特别是大气压力和空气密度与平原地区的显著差异，对水泥熟料生产线热工设备的选型将产生较大的影响，本文以海螺水泥某海拔高度1450m水泥项目为例，探讨在保持窑、预热器、分解炉等主机设备规格不变的情况下，风机设备的选型与平原地区的差异。

2 海拔高度对大气压力的影响

由于受地球重力作用，大气的分子密度随海拔高度而变化，高度愈高，空气密度愈低，大气压力就愈小。海拔高度与大气压力之间存在着固定不变的关系，但由于受大气湿度等影响，测量会产生波动，很难准确地通过计算方法确定大气压力与高度的关系，只能采取近似的计算方法。前苏联A.C.伊里伊契夫在他的著作中推荐了下列公式：

式中：

PH——海拔高度为H处的大气压力，mmHg

P0——海平面的大气压力，760mmHg

H——海拔高度，km

通过式（1）可计算出，在海拔高度为1000m时，大气压力为674mmHg，降 幅 为 11.3% ；而 在3000m时，大气压力为526mmHg，降幅为30.8%。大气压力的降低，对水泥工厂热工设备的选型将产生影响。

3 海拔高度对窑系统能力的影响

3.1 对回转窑及分解炉生产能力的影响

据资料介绍，高温条件下煤粒的燃烧速度基本与大气压力无关，但就窑、炉的单位容积来讲，随着大气压力的降低，内部氧浓度及容含燃料量亦按比例降低了，单位容积的发热能力与大气压力间的关系为：QvH=（PH/P0）×Qvo，即容积发热能力随着大气压力的降低而成比例降低（注：QvH、Qvo分别是海拔为H和海平面时的容积发热量）。

对于窑系统来讲，在标况下生产每公斤熟料所生成的废气量一般来说是一定的，但是由于高海拔处的大气压力降低，生产每公斤熟料需要的工况空气体积和生成的工况废气体积都随大气压力的降低而增加。对于一定规格的回转窑，其烧成带有一合理风速，不适宜偏离目标值太大。

对于回转窑及分解炉，其容积发热能力随大气压力降低而降低，因原煤的完全燃烧需要标况下的风量，且窑炉受其截面风速及传热的限制，在原设计尺寸不变的情况下，其产量基本按（PH/P0）×G0的关系降低。例如：本案例项目的海拔高度为1450m，其当地大气压经上述公式计算为638mmHg，在保持回转窑、分解炉规格不变的情况下，其产量将降至平原地区产量的PH/P0=638/760=83.95%，降幅约16%，此降幅可理解为与原设计在平原地区最大产量相比的降幅。

风机生料粉磨 窑磨废气处理旋风收尘器循环风机窑尾高温风机窑尾废弃风机冷却机冷却机系统 煤粉制备窑头余风风机主排风机直径，mm处理风量，m3/h风量，m3/h风压，Pa电机功率，kW型号风量，m3/h风压，Pa电机功率，kW工作温度，℃型号风量，m3/h风压，Pa电机功率，kW介质温度，℃型号规格，m篦床面积，m2型号风量，m3/h风压，Pa电机功率，kW介质温度，℃型号风量，m3/h风压，Pa电机功率，kW平原地区（海拔＜500m）4-ϕ5600 750000～780000 900000 10500 3800-828000 7500（工况）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案例项目（海拔1450m）4-ϕ5600 900000 900000 11000 4300双吸口式1000000 7200（工况）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熟料生产线大型风机选型参数对比

3.2 对预热器规格的影响

设计预热器时，其规格尺寸按处理风量和所选参数（断面风速和停留时间）确定。对一台已选定的预热器，其工作风量不宜偏离额定值太大。

通过预热器的标况风量，由原料燃烧产生的废气量、生料分解产生的废气量、结晶水及物理水以及过剩空气量(含漏风量)组成，由于大气压力的降低，通过风量将基本按P0/PH的关系增加。在保持设计预热器规格尺寸不变的情况下，因受断面风速的限制，系统风量将受限制，客观上降低了系统的产量。

3.3 对篦冷机冷却能力的影响

在篦冷机内，虽然存在着热熟料向篦板的热传导以及向料层上部空间的辐射传热方式，但篦冷机的主要传热方式是穿过料层的冷却空气与熟料颗粒间的对流传热。

篦冷机的对流传热系数（α）随着大气压力的变化按αH/α0=（PH/P0）1.6的规律降低。在高海拔地区，为了改善熟料的冷却效果，设计者一般把鼓风机的风量按大气压力反比增加，即保持鼓入的标准状况风量不变，在这种情况下，透过料层的风速将按VH/V0=P0/PH增加，其综合效果是对流传热能力仍按αH/α0=PH/P0比例降低，也就是说，篦冷机的冷却能力也按大气压力的比例降低。

因此，即使鼓入相同的标况风量，其对流冷却效果仍随大气压力的一次方关系下降。

3.4 对高温风机、废气风机选型的影响

用作燃烧系统鼓风（或引风）机的，如窑尾高温风机、系统后排风机以及窑的一次风机等，要按平原地区有相同标况风量来选型风机，但其备用系数可取低值；因为废气密度的降低，系统阻力将降低，因此，选择风机的工况全压可低一些。

4 结语

上述观点只是针对高海拔地区设备选型的一些定性讨论，具体的影响程度及设备选型应结合高原地区的实际生产运行经验进行优化选取。

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

通讯地址：安徽海螺建材设计研究院 安徽芜湖 241070；

2011-05-16；

赵 莲