预热器温度分布及原因探讨(一)

预热器温度分布及原因探讨（一）
作者：齐砚勇出处：水泥商情网更新时间：2011-5-6 13:56:21 顶热★★★
我国水泥预分解窑生产线产量接近80%，但熟料烧成热耗低于
700kcal/Kg熟料，并不多。

预分解窑系统产量的高低取决于分解炉工作的好坏以及入窑分解率的高低；熟料质量则取决于窑内烧成及熟料冷却。

一级筒出口气体及粉尘带走的热量占熟料总热耗的20%左右。

余热器系统工作好坏直接决定热耗高低。

笔者估算，一级筒出口温度每降低10℃，熟料热耗降低3%~4%。

四川某水泥厂两条设备完全一样的日产5000吨的水泥生产线，所用原料完全一样，各级预热器出口温度差异较大，一级筒出口的温度相差高达40℃。

图1 1#预热器各级温度分布
图2 2#预热器各级温度分布
悬浮预热器是将生料粉与回转窑窑尾排出的烟气混合，并使生料悬浮在热烟气中进行热交换的设备。

生料在管道内被分散，且80%以上的热交换在管道内进行。

悬浮状态下，生料的换热面积比窑内堆积状态大2300倍，换热时间也只需0.02～0.04秒，旋风筒则主要完成气固分离。

是一种极高效的传热过程。

只要生料分散均匀，气固之间的温差大约为30℃左右。

这就导致尽管某级换热效果不佳，分散正常的各级换热系统能起到缓冲、弥补作用，对最终换热效果的影响不显著，常常被忽略。

影响预热器换热效果的因素为物料分散、分离效率、漏风、表面散热。

本文通过对各级旋风筒出口温度分布的计算，建立不同温度分布与实际工况之间的关系。

本文从热量平衡和物料平衡的原理出发，建立了数学模型，并分别讨论了分离效率的影响
1 数学模型和计算程序
稳定操作过程的悬浮预热器可认为是一稳流体系，据此可建立下列方程:
1.1物料平衡方程
它包括喂人预热器与分离后送出的主流物料和废气带入带出的飞灰(如图3)以及气流方程。

图3 预热器物料平衡图
(1)物料方程
m4 = m5 * (1-0.01 *η5) / η5
f5 = (m4 + m5 * 0.01) * (1–η5)
m3 = (m4 - f5 * η4) / η4
f4 = (m3 + f5) * (1 - η4)
m2 = (m3 - f4 *η3) /η3
f3 = (m2 + f4) * (1 -η3)
m1 = (m2 - f3 *η2 / η2
f2 = (f3 + m1) * (1- η2)
m0 = (m1 - f2*η1) /η1
f1 = (f2 + m0) * (1- η1)
其中m为出旋风筒物料量，η为预热器的分离效率(下同)，f为旋风筒出口飞灰量。

m5为生成1kg熟料所需生料量（入窑），第一式中的0.01为窑尾飞灰入旋风筒占入窑生料量的比例。

(2)气流平衡方程
第ｉ级预热器出口气流Ｖｉ＝Ｖｎ（１＋（ｎ－ｉ）Ｂ）,其中Ｂ为漏风系数，由于本次计算不考虑漏风，所以B=0。

1.2热平衡方程
对于预热器各级有：∑Q i=0，图4为预热器热平衡示意图。

图4 预热器热平衡示意图
Qg进出为旋风筒气体所带热量
Qa为漏入旋风筒空气所带热量
Qf为飞灰所带热量
Qs为表面散热
据此可编制计算程序(程序略)，该程序输入预热器废气温度、废气量、料耗、窑内飞扬量、生料烧失量、各级分离效率、废气比热、预热后废气与物料的温差(△T)及物料比热，即可较为准确地求出预热器各级的温度分布及相应的热工参数。

基本参数见表1。

表1 基本参数
生料、飞灰比热不但是温度的函数，而且与熟料化学成分、矿物成分等物理化学性能指标有关。

本研究中，根据现有资料回归得到熟料比热与温度的关系曲线：
C 料=0.00034t+0.886 （KJ/Kg•℃）
式中: CSL为熟料比热，t为熟料温度。

回归的判定系数扩=0.9655，说明样本有很好的相关性，比热的回归值与实际值之间误差很小，符合模拟计算的精确度要求。

气体比热按C气=1.358 + 0.00033 * t （KJ/nm3•℃）--近似值
2 预热器温度分布
表2 预热器各级出口温度分布
表2是按表1中的参数计算出的预热器各级出口的温度，。

不考虑漏风，散热，碳酸盐分解，水分蒸发吸收或放出的热量。

表3为预热器不同的分离效率对其温度分布的影响。

表3 预热器分离效率对各级出口温度分布的影响
旋风筒的分离效率是减少生料粉内、外循环，降低热损失和加强气固热交换的重要条件，气固分离程度越差，热效率越低。

表3中对比序号1和序号5，2～5级筒分离效率分别降低3%、4%、10%、10%，1级筒出口气流温度增加的5℃，入窑物料温度降低了16℃；对比序号1和序号6，5级旋风筒分离效率由90%降到70%，1级筒出口气流温度增加的30℃，入窑物料温度降低了42℃。

所以，2～5级筒各级分离效率的提高，对预热效果都有利，而尤以5级筒的影响最大。

表3中对比序号1和序号4,1级筒分离效率由95%减少到70%，1级筒出口气流温度增加了33℃，入窑物料温度降低了4℃；对比序号1和序号3，1级筒分离效率由95%增加到99%，1级筒出口气流温度降低了27℃，入窑物料温度降低了3℃。

可见1级筒的分离效率对出口气流温度的影响较大，而且考虑到1级筒排尘量对系统运行经济性的影响最大，所以在生产中应注意1级筒的工作，以保持其高的分离效率。

实际上，水份蒸发、漏风、表面散热、物料分散、碳酸盐分解均会影响热交换，影响各级旋风筒出口的温度。

物料比热的准确计算也将带来误差。

作者也将把分解炉加入作为一个整体来分析探讨。