悬浮预热技术

理论分析及科学试验均说明，影响旋风筒流 体阻力及分离效率主要有两大因素： 一是旋风筒的几何结构 二是流体本身的物理性能 由于用于水泥工业悬浮预热装置的旋风筒， 其所处理的含尘气流的物理性能大致确定，故可 以利用对其理论研究和科学试验成果，对旋风筒 结构设计及影响其性能的主要技术参数进行选取， 再通过生产试验验证优化，进行旋风筒结构设计。
蜗壳式进风口可分为90° 180° 270°三种形式。 蜗壳式进风口可分为90°，180°， 270°三种形式。 如下图所示。新型旋风筒度采用270°大蜗壳进风口， 如下图所示。新型旋风筒度采用270°大蜗壳进风口，以 降低阻力。同时， 降低阻力。同时，蜗壳进风口有的由原来的平面改为倾 斜面，对防止积灰有良好作用。 斜面，对防止积灰有良好作用。
5.10旋风筒内筒结构 5.10旋风筒内筒结构
5.8 旋风筒直径与断面
旋风筒的结构，以圆柱体与圆锥的设计最为 重要，由于它们的尺寸及其比例不同而构成不同 类型的旋风筒在旋风筒各部尺寸的设计中，又大 多以圆柱体部分的直径D 多以圆柱体部分的直径D为基础，因此要首先确 定它的尺寸。
对其计算，一般有几种方法： 1.按排气管需要的尺寸，反推圆柱体直径； 1.按排气管需要的尺寸，反推圆柱体直径； 2.是以实验数据为基础，根据负荷系数； 2.是以实验数据为基础，根据负荷系数； (m2/m3/s)，即单位流量Q(m3/s)所需的有效横断面 /s)，即单位流量Q(m /s)所需的有效横断面 积； 3.根据旋风筒假想截面风速计算； 3.根据旋风筒假想截面风速计算； 4.各公司根据理论与经验推导的各种公式。 4.各公司根据理论与经验推导的各种公式。
流和粉尘的不同物理特性，主要表现在一个 是气态物质，质量较小，容易变形；另一个是固态 物质，质量较大，不易变形．所以，当含尘气流受 离心力作用，向旋风筒内壁浓缩时，它所受到的离 心力较气体大，因此粉尘在力学上有条件将气流挤 出，而浓缩于筒壁，而气流则贴附于粉尘层上。 当含尘气流运动时，粉尘给气流一个作用力， 可局部改变气流的运动状态；同时气流也给粉尘一 个反作用力，这就是气流对粉尘的阻力。这个阻力 的大小，直接影响粉尘浓缩沉降到旋风筒壁的难易。 粉尘所受的气流阻力有沿重力作用线反向作用的浮 力及沿离心力作用线反向作用的气流阻力两种。由 于气体的重力很小，故一般对浮力的作用可以忽略 不计。
通常采取的措施有以下10项。 通常采取的措施有以下10项。
1.加阻流型倒流板； 1.加阻流型倒流板； 2.设置偏心内筒(扁圆内筒或)靴形内筒； 2.设置偏心内筒(扁圆内筒或) 3.采用大蜗壳内螺旋入口结构； 3.采用大蜗壳内螺旋入口结构； 4.适当降低气流入口速度； 4.适当降低气流入口速度； 5.蜗壳底面做成斜面； 5.蜗壳底面做成斜面； 6.旋风筒采用倾斜入口及顶盖结构， 6.旋风筒采用倾斜入口及顶盖结构， 7.加大内筒面积； 7.加大内筒面积； 8.缩短内筒插入深度； 8.缩短内筒插入深度； 9.适当加大旋风筒高径比； 9.适当加大旋风筒高径比； 10.旋风筒下部设置膨胀仓等。 10.旋风筒下部设置膨胀仓等。
5.3 悬浮预热器的结构和功能
5.3.1悬浮预热器基本结构 5.3.1悬浮预热器基本结构 主要有旋风预热器及立筒预热器两种。现在 立筒预热器已趋于淘汰。预分解窑采用旋风预热 器作为预热单元装备。 构成旋风预热器的热交换单元设备主要是旋 风筒及各级旋风筒之间的联接管道（亦称换热管 道）。
5.3.2 悬浮预热器的主要功能
5.7.2 NC型新型旋风筒 NC型新型旋风筒
NC型高效低压损旋风筒的特点是旋风筒的 NC型高效低压损旋风筒的特点是旋风筒的 机构实际上采用了多心大蜗壳、短柱体、等角变 高过渡连接、偏锥放堵结构、内加挂片式内筒、 导流板、整流器、尾涡隔离等技术等。使开发设 计的旋风筒单体具有低阻耗(550~650Ｐa)、高分离 计的旋风筒单体具有低阻耗(550~650Ｐa)、高分离 效率（C 效率（C2~ C5：86%~92%；C1：95%以上）、低 86%~92%； 95%以上）、低 返混度、良好的防接拱堵塞性能和空间布置性能。
（4）适当降低旋风筒入口风速，蜗壳底边做 成斜面，适当降低旋风筒内气流旋转速度； （5）适当加大内筒直径，缩短旋风筒内气流 的无效行程； （6）旋风筒高径比适当增大，减少气流扰动； （7）旋风筒出口与连接管道选取合理结构型 式，减少阻力损失； （8）保持连接管道合理风速。 TC型旋风筒用于五级预热器系统，总压为 TC型旋风筒用于五级预热器系统，总压为 (4800±300)Pa，分离效率：C 92%~96%， (4800±300)Pa，分离效率：C1 92%~96%， C2～C4 87%~88%， 88%左右。 87%~88%，C5 88%左右。
5.6 新型旋风筒的结构优化改进
传统的老式旋风筒阻力较大，主要原因在于旋 风筒进口切向气流与筒内旋转气流的碰撞干扰，筒内 自由旋转流与强制旋转流使气、固两相流的流场不断 变化；气流在旋风筒锥体部位转向上升，以及旋风筒 内壁与两相流的摩擦损失等。 因此，近年来国内外学者针对传统旋风筒存在 的上述缺陷，采取各种改进措施，研制了许多新型高 效低压损旋风筒。各种新型旋风筒围绕降低旋风筒内 气流旋转速度，缩短气流在旋风筒内的无效行程，减 少进口气流与回流冲撞，减少气流不必要的搅动等方 面采取措施，以降低旋风筒阻力。来自5.5 旋风筒的功能和机理
（1） 旋风预热器的基本构造： 旋风预热器的基本构造： 由带锥形外圆筒、进气管、排气管、 排灰阀组成，与旋风分离器相近。 特殊的工作条件： （2）特殊的工作条件： 高温（350—1000℃ 高温（350—1000℃）；高粉尘浓度（含尘浓 度为80— 度为80—600g/NM3,筒中800—1000g/NM3）； 筒中800— 高负压（-500— 800水柱）； 高负压（-500—-800水柱）； 。
⑤撒料板：在上级筒的下料管和下级筒的 上升管道的连接处，为了使物料能在风管内很 好地分散，在上升管道设置撒料板，要伸入管 道一定距离。当物料落下后，沿板面撒开，然 后被上升气流进一步吹散。从而进一步提高换 热效率。其实质是增加生料与热气流之间的接 触面积。
旋风筒换热单元功能结构示意图
含尘气流在旋风筒内作旋转运动时，气流主 要受离心力、器壁的摩擦力的作用；粉尘主要受 离心力、器壁的摩擦力和气流的阻力作用。此外， 两者还同时受到含尘气流从旋风筒上部连续挤压 而产生的向下推力作用，这个推力则是含尘气流 旋转向下运动的原因。 由此可见，含尘气流中的气流和粉尘的受力 状况基本相同。但是由于两者物理特性不同，致 使两者在受力状况基本相同的条件下，得到不同 的运动效果，从而使得含尘气流最后得到分离。
充分利用回转窑及分解炉内排出的炽热废气 中所具有的热焓加热生料，使之进行预热及部分 碳酸盐分解，然后进入分解炉或回转窑内继续加 热分解，完成燃料烧成任务。因此它必须具备使 气、固两相能充分分散均布、迅速换热、高效分 离等三个功能。只有兼备这三个功能，并且尽力 使之高效化，方可最大限度地提高换热效率，为 全窑系统优质、高效、低耗和稳定生产创造条件。
（3）部件特点：与旋风分离器的差异 部件特点： ①为耐高温，在预热器内部均衬有耐 火材料。 ②为了消除热胀冷缩引起的膨胀应力， 在预热器系统上装有伸缩节（膨胀 节）。 ③由于粉尘浓度高，为防止工作中可 能发生的结皮和堵塞，对锥体的锥角要求 ＞65°， 并在锥体适当部位设置喷吹装置 和捅料孔，定期喷吹2-3㎏/cm2的高压空气 或人工捅料。
5.4 早期的悬浮预热器
早期悬浮预热器的种类较多，其分类方法主 要有以下三种： 1. 按制造厂商命名分类：早期有洪堡型、史 密斯型、多波尔型、维达格型、盖波尔型、ZAB 密斯型、多波尔型、维达格型、盖波尔型、ZAB 型等数种。 2. 按热交换工作原理分类：可分为同流热交 换为主、逆流热交换为主及混流热交换三种。 3.按预热器组成分类。有数级旋风筒组合式、 3.按预热器组成分类。有数级旋风筒组合式、 以立筒为主的组合式及旋风筒与立筒（或涡室） 混合组合式三种。
根据对各种悬浮预热器所用旋风筒的实例与 研究，早期老式旋风筒假想截面风速一般为３～ ５m/s，新型旋风筒一般为5～6m/s。如果假想截 m/s，新型旋风筒一般为5 6m/s。如果假想截 面风速过高，超过6.5m/s，虽然旋风筒结构较小， 面风速过高，超过6.5m/s，虽然旋风筒结构较小， 但势必引起系统阻力增大，对节能降耗不利。 中国TJ型新型旋风筒截面风速一般为 中国TJ型新型旋风筒截面风速一般为 3.5~5.5m/s，旋风筒高径比C 2.8~3.0， 3.5~5.5m/s，旋风筒高径比C1级2.8~3.0，C2～C5级 1.9~2.0。 1.9~2.0。
④下料管处装设重力排灰阀。因为旋风预热 器中旋风筒的主要作用是起气、料分高作用，其 次才是传热，而漏风将使收尘效率大幅下降。经 验证明若漏风量达5%时，旋风筒的分离效率将下 降约50%，故下料管的锁风十分关键，锁风阀可 分为双板重锤翻板阀或单板阀。一般双板阀平衡 性能高，锁风效果更好。 不论何种形式，总的要求是密闭性好，重量 轻，在高温多料条件下能保持灵活转动。
以上三种分类方法，第一种比较直观，第二、 三种虽然着眼角度不同，但密切关联。严格的说， 各种悬浮预热器都有同流及逆流的热交换效果， 都属于混流热交换设备，虽然由数级旋风筒组合 的预热器，物料同气流的热交换，主要是在各个 旋风筒（包括管道）发生，因此分类中称之为以 同流热交换为主的悬浮预热器。而在旋风筒与立 筒（或涡室）混合组成的预热器中，同流及逆流 两种热交换方式均起重要作用，故称之为混流热 交换型悬浮预热器。
5.2 悬浮预热窑系统的基本结构
悬浮预热窑的基本结构是在较短的回转窑后 装设多级悬浮预热器，使原来在窑内以堆积态进 行的物料预热及部分碳酸盐分解过程，移到悬浮 预热器内以悬浮状态进行，因此呈悬浮状态的生 料粉能与热气流充分接触，气、固相接触面大， 传热速度快、效率高，有利于提高窑的生产能力， 降低熟料烧成热耗。同时它尚具有运动部件少， 附属设备不多，维修比较简单，占地面积较小， 投资费用较低等优点。