热工设备思考题(答案)

第2章水泥

P173：2.1水泥熟料烧成技术的发展历程是什么？与其他回转窑相比，为什么NSP 窑在节能、高产方面具有优势？

答：水泥熟料烧成技术发展历程：从立窑到传统干法回转窑，到湿法回转窑，到立波尔窑，再到新型干法水泥回转窑系统。

窑外预分解窑的优点主要体现在：一是在流程结构方面：它在SP窑的悬浮预热器与回转窑之间增加了一个分解炉。分解炉高效的承担了原来主要在回转窑内进行的大量CaCO3分解的任务，缩短回转窑，减少占地面积、减少可动部件数以及降低窑体设备费用；二是在热工过程方面：分解炉是预分解窑系统的第二热源，小部分燃料加入窑头、大部分燃料加入分解炉。有效地改善了整个窑系统的热力布局，从而大大减轻了窑内耐火衬料的热负荷，延长窑龄。另外减少了NOX（有害成分）的含量，有利于保护环境。三是在工艺过程方面：将熟料煅烧过程中热耗量最大的CaCO3分解过程移至分解炉内进行后，燃料燃烧产生的热量能及时高效的传递给预热后的生料，于是燃烧。换热及CaCO3分解过程得到优化熟料质量、回转窑的单位容积产量。单机产量得到大幅提升烧成热火也因此有所降低，也能够利用一些低质燃料。

P173：2.2某旋风预热器的符号写成2-1-1-1-1是什么含义？2-2-2-2-2又是什么含义？

答：单列，一级有2个旋风筒，其余各级均有1个；双列，各级都有2个旋风筒。

P173：2.3在表示旋风筒级数的符号中，1，2，3，4，5和Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ，Ⅴ这两种类型的数字符号，一般来说有什么区别？旋风筒通常用字母C表示，例如C1，C2…；CⅠ，CⅡ，…。这里的C代表什么意思？

答：用阿拉伯数字表示是国内的习惯，即从上向下数各级旋风筒；用罗马数字表示是国外的习惯，即从下向上数各级旋风筒。C代表Cyclone。

2.4 入窑生料的表观分解率与真是分解率的主要差别在什么地方？

答：表观分解率是预热生料与旋风筒收集的飞灰两种料综合的分解率。真是分解率仅是预热生料/预分解系统内预分解的真实数据。

2.5 请推导出入窑生料表观分解率的计算公式？

答：表观分解率e=(生料中原有烧失量—样品中残留烧失量)/生料中原有烧失量*100%

={（100L1/100-L1）—（100L2/100-L2）}/(L1/100-L1)*100%

=10000(L1-L2)/L1(100-L2)

2.6 预热器的功能是什么？怎样才能有效地实现这些功能?

答：预热器有三个功能：第一，生料粉在废气中的分散与悬浮；第二，气、固相之间的换热；第三，气、固相之间的分离：气流被排走，生料粉被收集。

第一，悬浮：1 选择合理的喂料位置 2 选择适当的管道风速 3 在喂料口加装撒

料装置 4 注意来料的均匀性。

第二，换热，合理的换热级数。

第三，分离，1 合理的旋风筒尺寸及形状2适当的旋风筒高度3适当的排气管尺寸和插入深度 4 合理的旋风筒直径

2.7为什么悬浮预热器系统内气固之间的换热速率极高？为什么旋风预热器系统又要分成多级换热单元相串联的形式？

答：在管道内的悬浮态，由于气流速度较大（对流换热系数也因此较大），气、固相之间换热面积极大，所以气、固相之间的换热速度极快，经过0.02—0.04s的时间，气、固相之间就可以达到温度的动态平衡，而且气、固相换热过程主要发生在固相刚刚加入到气相后的加速段，尤其是加速的初始段。这时，再增加气、固相之间的接触时间，其意义已经不大，所以这时只有实现气、固相分离进入下一个换热单元，才能够起到强化气、固相之间换热的作用。

2.8 在旋风预热器系统中，旋风筒的主要作用是什么？气（废气）、固（生料）之间的换热主要是发生在联接各级旋风筒的管道内，还是发生在旋风筒内？

答：旋风筒的作用主要是气固分离，传热只占6%～12.5%。气固间的热交换80％以上是在入口管道内进行的，热交换方式以对流换热为主。当dp=100µm时换热时间只需0.02～0.04s，相应换热距离仅0.2～0.4m。因此，气固之间的换热主要在进口管道内瞬间完成的，即粉料在转向被加速的起始区段内完成换热。

2.9为什么连接各级旋风筒的管道内风速不能太大也不能太小，而要有合理的范围？

答：管道风速太低，热交换时间延长，不仅影响传热效率，甚至会使生料难以悬浮而沉降积聚，从而使旋风预热器的预热效果以及分离效率大大降低；风速过高，则会增大系统阻力，增加电耗，并影响旋风筒的分离效率。这样最终不仅增加了水泥生产的成本而且使生产出来的水泥质量也不能达标。所以风速一般控制在15～25m/s范围为宜，一旦监测到风速不在此范围之内，那么系统会报警使工作人员根据自己的经验采取相关的措施，使风速恢复到此范围之内，这样才能达到我们所预期的目标。

2.10为什么旋风预热器系统首先要求第一级旋风筒的气固分离效率最高，其次是强调最下一级旋风筒的分离效率最高，然后才考虑其他几级旋风筒的分离效率要较高?

答：考虑到第一级旋风筒排出的粉尘量对整个系统运行经济性的影响最大因为出了一级的生料就出了整个预热器系统而成为飞损的粉尘，从而增加了热耗料耗以及后面吸尘器的负担因此第一级的重要性最大. 最下一级的分离效率不仅对整个预热器系统的热效率有很大影响，而且还直接决定着回流到上一级旋风筒的生料量的多少而且在高温下增大颗粒生料的循环量容易造成预热生料的发粘堵塞，从而影响到整个窑系统的正常运行因此分离效率要高

2.11为什么一列的旋风预热器，人们有时会将第一级旋风筒制成两个直径较小旋风筒并联放置的形式，如2-1-1-1-1这一做法的出发点是什么?

答：目的在于提高它的气固分离率，减少飞尘的飞损，而其他级旋风筒的分离率要求相对较低固选用较小的单筒旋风筒，以期降低整个预热器系统的阻力损失

12为什么旋风预热器往往是中间几级旋风筒用低压损旋风筒?

答：中间几级旋风筒对气固分离的效率较低因此可以降低中间几级旋风筒的压损可以补偿整个预热器系统压损的增加值。

2.13为什么一些低压旋风筒不能作为最上一级或最下一级旋风筒？

答：因为低压旋风筒得分离效率低，若是作为最上一级或最下一级旋风筒，会严重影响气、固相之间的分离效率，从而影响整个生产效率。

2.14为什么旋风筒的表面散热和漏风量对整个预热器系统预热效果的影响程度，从上向下呈现递增趋势？

答：在整个旋风预热器系统中，越往下，旋风筒奇迹连接管道的表面温度越高，故而表面散热的损失会越来越大，尤其是在最下一级旋风筒和窑尾上升烟道处，表面温度最大，因而其表面散热损失也最大，故对预热器系统预热效果的影响会从上向下递增。

在整个旋风预热器系统中，同样是由于越往下，旋风筒奇迹连接管道的表面温度越高，冷风漏入对整个预热器系统的热效率的影响也就更大。而且对于下面几级旋风筒，其漏风量不仅会降低其自身的温度和热效率，而且会继续影响这上面各级换热单位的热效率，因此漏风量对预热器系统预热效果的影响会从上向下递增。

2.15旋风预热器的级数是否越多越好？太少了有什么问题？太多了有什么问题？

答：旋风预热器的级数不是越多越好，而是存在一个最佳级数如果太少了，预热器出口的废气温度会大大降低，便会大大降低系统热效率，物料预热温度会大大降低。也即是说会大幅度偏离可逆换热过程。如果太多了，每增加一级预热器就需要多克服一级的流体阻力，从而动力消耗增大。另外，随着级数的增加，设备投资会增加，预热器的框架也会增高，从而土建投资将会增大。

2.16降低旋风筒阻力损失（压损）的措施有哪些？

答：1、合理控制风速、风量。2、增大内筒的直径，减少插入深度。3、增加固、气比，会降低旋风筒的阻力损失，但固、气比增加会增大联接管道内的阻力损失。4、为减少旋风筒的阻力及管道内的压损，在各级旋风筒在进口直壁内侧都设置导向板，且为混凝土内嵌结构，该结构具有使用寿命长，不变形等特点。5、在出口处（除最后一级外）都设置导流叶片，该结构不仅大大减少旋转气流的动能损失，可使下游管道阻力明显下降。6、在旋风筒的进口底部设置了一种特殊的倾斜状结构，该结构不仅显著降低旋风筒阻力，而且可以避免生料的大量堆积。7、在下料管内设置了倒八字形撒料板。它一方面避免热气流直接冲击撒料板，提高撒料板的使用寿命，有利于系统的长期安全运转，另一方面它不影响上升管道内的气流运动，从而降低了系统阻力。8、在安置旋风筒时，适当降低旋风筒高度。9、采取适当密封措施，减少漏风。10、开发新型高效、低阻的旋风筒，以降低压损。11、采用蜗壳式进风口能使进、出旋风筒的内、外气流干扰小，从而降低形成涡流的可能性，所以会减小旋风筒的阻力损失。12、进风口形状采用多边形，引导进入旋风筒的气、固二相流向下偏斜流动，从而使旋风筒内的流场分布更趋合理来减小旋风筒的阻力损失。等等。

2.17在一个旋风预热器系统中，如果其中的某一级普通旋风筒用一个低压损旋风筒来代替，那么就整个水泥熟料烧成系统的电耗和热耗而言，哪一个降低得更为显著？

答：电耗。