利用水泥窑消纳城市垃圾是当前乃至今后较长时期处理垃圾的一种方向性手段，为配合垃圾处理系统的运行，原水泥烧成系统的相关设备必须做一定的技术改造。中信重工机械股份有限公司洛阳矿山机械工程设计研究院有限责任公司(简称在利用水泥窑消纳城市生活垃圾的科研项目中，依托洛阳黄河水泥有限公司一期4500 t/d水泥熟料生产线的条件来设计城市生活垃圾处理线。该生产线主要是由皮带机将破碎后的生活垃圾输送到垃圾焚烧炉中，在焚烧炉内引入水泥窑系统三次风对生活垃圾进行高温焚烧。灰渣再经过灰渣冷却器进行冷却。部分垃圾焚烧飞灰随三次风管内烟气进入分解炉内，随水泥生料进入水泥窑锻烧，得到稳定固化处理。为调整垃圾焚烧炉中热风用量，需要对原水泥线三次风管进行改造，即在该管道上安装一个重量达25 t调节闸阀，以下简称“闸阀协并在该管道前后开口取风和回气。对于已经建好并正在使用的设备来说，此番改造具有相当大的难度。本文就此改造的设计方案确定及相关强度CAE分析验算作一介绍。
      原三次风管直径φ3.1 m，长度近60 m最高点离地约40 m，最低端距地约16 m，由三段管段组成，长度分别为14.5，23，22.4m，各段通过耐高温膨胀节连接过渡，以补偿热工状态下的热涨量。管道内部还设有厚度为200 mm耐火材料，管道总重量约410 t。管道中间设有两个支架，其高度分别为18.462 m和27.600 m。
      在垃圾焚烧系统方案设计之初，考虑闸阀的操作和维护，我公司将闸阀的位置设计在三次风管的低端短管上，距离地面17m处。但在施工之前，业主提出：低端增加闸阀以后，对管道内粉尘流动会有影响，在热工运行时，容易造成粉尘堆积，产生大量积灰，影响热工操作及设备的稳定性，建议将闸阀位置向上移，在接近到焚烧炉排风管与三次风管交汇口处，以避免上述现象的发生。
      但按方案2，闸阀将安装在三次风管支撑的上方，对原有管道的支承形式和稳定性都是一个考验。因为此管段既高又长，跨距较大，且闸阀自重近25 t。如果重新另外设置新支架，需要设置一个接近35 m高的四柱支架，使用近lOt的钢材，并需要开挖较大面积的土方；而且闸阀的安装施工周期也将大大延长，影响下次烧成线的点火计划；同时，若要重新设置的支架，其位置将会影响附近一条道路的通畅，会给生产流通带来诸多不便。
      为了满足生产使用需求，减少管道内的积灰量，又可使闸阀能够顺利安装，保证施工周期，我们通过现场实地考察和图纸资料分析，决定在三次风管支架 (标高27.600 m)上做文章。即在支架的两个支撑点之间，利用管道的膨胀段节的间距，对膨胀节位置进行适当调整，同时对其中一个支撑点的支撑形式进行改造，就可以实现闸阀的安装。
      为此，我们根据闸阀安装要求，将原膨胀节位置向下挪移，将原来支架上部的倾斜支撑改为垂直支撑，在管道端口处通过椭圆形配对法兰与闸阀连接，从而实现闸阀的安装。这既满足了垃圾焚烧系统用风风量的调节要求，又满足了业主对水泥线的生产要求，成为本次三次风管改造工程的一个亮点。
      为了确保三次风管改造方案不出纰漏，做到万无一失，我们根据有限资料和现场的实际情况，利用我公司CAE的技术力量，对最终考虑方案进行了计算机模拟。在模拟过程中，通过对比和分析，筛选出可行的方案并进行修改完善，得出了一个稳妥可靠的设计方案，以用于实际的改造施工当中。
      三次风管及支承的材料为Q235，常温下的屈服强度235 MPa。考虑到三次风管的钢板处工况温度为200℃(风管内有保温材料)，三次风管及支撑在200℃下的屈服强度为210 Mpa。

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