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利用水泥窯消納城市垃圾是當前乃至今后較長時期處理垃圾的一種方向性手段，為配合垃圾處理系統的運行，原水泥燒成系統的相關設備必須做一定的技術改造。中信重工機械股份有限公司洛陽礦山機械工程設計研究院有限責任公司(簡稱在利用水泥窯消納城市生活垃圾的科研項目中，依托洛陽黃河水泥有限公司一期4500 t/d水泥熟料生產線的條件來設計城市生活垃圾處理線。該生產線主要是由皮帶機將破碎后的生活垃圾輸送到垃圾焚燒爐中，在焚燒爐內引入水泥窯系統三次風對生活垃圾進行高溫焚燒。灰渣再經過灰渣冷卻器進行冷卻。部分垃圾焚燒飛灰隨三次風管內煙氣進入分解爐內，隨水泥生料進入水泥窯鍛燒，得到穩定固化處理。為調整垃圾焚燒爐中熱風用量，需要對原水泥線三次風管進行改造，即在該管道上安裝一個重量達25 t調節閘閥，以下簡稱“閘閥協并在該管道前后開口取風和回氣。對于已經建好并正在使用的設備來說，此番改造具有相當大的難度。本文就此改造的設計方案確定及相關強度CAE分析驗算作一介紹。
原三次風管直徑φ3.1 m，長度近60 m最高點離地約40 m，最低端距地約16 m，由三段管段組成，長度分別為14.5，23，22.4m，各段通過耐高溫膨脹節連接過渡，以補償熱工狀態下的熱漲量。管道內部還設有厚度為200 mm耐火材料，管道總重量約410 t。管道中間設有兩個支架，其高度分別為18.462 m和27.600 m。
在垃圾焚燒系統方案設計之初，考慮閘閥的操作和維護，我公司將閘閥的位置設計在三次風管的低端短管上，距離地面17m處。但在施工之前，業主提出：低端增加閘閥以后，對管道內粉塵流動會有影響，在熱工運行時，容易造成粉塵堆積，產生大量積灰，影響熱工操作及設備的穩定性，建議將閘閥位置向上移，在接近到焚燒爐排風管與三次風管交匯口處，以避免上述現象的發生。
但按方案2，閘閥將安裝在三次風管支撐的上方，對原有管道的支承形式和穩定性都是一個考驗。因為此管段既高又長，跨距較大，且閘閥自重近25 t。如果重新另外設置新支架，需要設置一個接近35 m高的四柱支架，使用近lOt的鋼材，并需要開挖較大面積的土方；而且閘閥的安裝施工周期也將大大延長，影響下次燒成線的點火計劃；同時，若要重新設置的支架，其位置將會影響附近一條道路的通暢，會給生產流通帶來諸多不便。
為了滿足生產使用需求，減少管道內的積灰量，又可使閘閥能夠順利安裝，保證施工周期，我們通過現場實地考察和圖紙資料分析，決定在三次風管支架 (標高27.600 m)上做文章。即在支架的兩個支撐點之間，利用管道的膨脹段節的間距，對膨脹節位置進行適當調整，同時對其中一個支撐點的支撐形式進行改造，就可以實現閘閥的安裝。
為此，我們根據閘閥安裝要求，將原膨脹節位置向下挪移，將原來支架上部的傾斜支撐改為垂直支撐，在管道端口處通過橢圓形配對法蘭與閘閥連接，從而實現閘閥的安裝。這既滿足了垃圾焚燒系統用風風量的調節要求，又滿足了業主對水泥線的生產要求，成為本次三次風管改造工程的一個亮點。
為了確保三次風管改造方案不出紕漏，做到萬無一失，我們根據有限資料和現場的實際情況，利用我公司CAE的技術力量，對最終考慮方案進行了計算機模擬。在模擬過程中，通過對比和分析，篩選出可行的方案并進行修改完善，得出了一個穩妥可靠的設計方案，以用于實際的改造施工當中。
三次風管及支承的材料為Q235，常溫下的屈服強度235 MPa。考慮到三次風管的鋼板處工況溫度為200℃(風管內有保溫材料)，三次風管及支撐在200℃下的屈服強度為210 Mpa。
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