五级预热器窑外分解的设计与生产

五级预热器窑外分解的设计与生产

刘长生，黄南樾因当时没有光盘,好多图片和曲线不能下载成功,请原谅^-^

建材研究院刘长生黄南樾

国内外各种烧煤带有四级旋风筒的窑外分解窑废气温度平均为370℃，为进一步降低废气温度与热耗，采用带有五级旋风筒的窑外分解窑是有效途径之一。国外大约已有几十台带有五级旋风筒的窑在运转，统计其效果大致可以看出:采用五级旋风筒约比四级旋风筒降低废气温度40℃左右，节省热耗约125千焦/千克熟料。而其关键是力求降低预热器的流体阻力与高度，以保证系统阻力不增加。否则由于温度降低而节省的热耗又多消耗在阻力增加上，影响综合效果。按计算废气温度每降10℃，大约可节省热耗25～30千焦/千克熟料，系统阻力每增减980帕(100毫米水柱)，折合热耗约为20千焦/千克熟料。建材院从1979年开始进行五级预热器的研究，主要侧重于新型预热器结构的研究，并将研究成果用于生产设计上，先后设计了绥化、沧州等五级旋风筒窑生产线，而后又设计了日产700吨铜山型五级旋风筒窑生产线。通过实践证明，绥化五级旋风筒窑生产线是切实可行的。各项指标已达设计要求，经济效益也较好，并于1985年底通过了部级鉴定，它为窑外分解窑的推广应用提供了一个良好的范例。

一、预热器的结构设计

根据旋风筒流体力学原理及结构试验的数据分析，推导出两个基本公式:

尘粒从内层运动到筒壁所需的时间t

旋风筒结构型式等因素对流体阻力的影响关系:

式中:R1、R2:气流内、外层曲率半径；

μ:气体动力粘度；ρ尘:尘粒密度；

d尘:尘粒直径；K:常数；

W t:气流旋转时切向速度；

h1:柱体高；h2:锥体高；

D:预热器直径；ρ:流体密度，

d:芯管直径；a:进口高；

b:进口宽；

Q:预热器单位时间气体流量。

1.断面风速

断面风速是设计预热器直径最重要的参数，从公式(2)中可知，在相同直径与断面风速下，可以改变其他结构尺寸来降低流体阻力，相反亦可改变结构来提高断面风速而阻力增加不大，从而缩小预热器的直径。试验结果证明:在采用普通型预热器时，断面风速为3.5米/秒所达到的流体阻力，等于采用新型预热器断面风速达到4.5米/秒时的阻力。因此，设计的五级旋风筒系统中，1级预热器断面风速为3.5米/秒；2～3级预热器为4.5米/秒；4～5级预热器为5米/秒。

2.进口尺寸与进口风速

从公式(1)可知，t与气流外层和内层曲率半径平方差成正比，而气流内层到外层间的气流厚度(R2-R1)又决定于预热器进口宽b，b越宽，(R2-R1)越厚，尘粒只有穿过这层气流到达筒壁才能被分离出来，因此，缩小b不仅可提高分离效率，而且还可降低阻力。b/a值变小，分离效率增高，当b/a小于0.6时，要保持进口气流速度不变，势必增加高度，就会增加柱体高，结果反而不经济，因此，b/a≈0.6较为适宜。

增大进口速度，使切线速度亦随之增大，效率也提高，但速度过大，流体阻力大大增加，预热器内湍流增加，造成尘粒二次飞扬，反而使分离效率降低。综合考虑进口气流速度取20米/秒左右为宜。

3.芯管直径与型式

流体阻力与速度平方成正比，与芯管直径的平方成反比。芯管直径越大，出口气流速度越低，阻力也越低，分离效率也要降低。而且预热器阻力和分离效率均随芯管插入深度的增加而提高。芯管插入深度越浅，变向的过程开始得越早，阻力消耗也低，同时因有部分粒子还未来得及收下，就随气流带走，故分离效率也要降低。芯管直径d≥0.6D时，分离效率显著下降，故一般取d=(0.45～0.6)D为宜。1级芯管长度以不大于进口高度为宜，2～3级芯管插入深度约为0.3 D，4～5级可以不伸到预热器内。

在1级预热器进口方位上，将芯管开一道缝(如图1)，这样“稀相区”里气流未转到芯管底端时就提前开始变向过程，而“浓相区”气流仍继续沿芯管外壁向下回转，这样既降低了阻力，又可避免“浓相区”气流中的粉尘再次返回“稀相区”，故分离效率比较好。开缝宽度为0.14d。

图1 芯管开缝图

4.柱体与锥体

柱体与锥体型式均对阻力及分离效率有一定影响。长柱长锥型变向过程缓慢，阻力低，气流所走路程长，效率高。短锥体气流变向急促阻力高。虽然增加柱体与锥体高度对降低阻力提高效率有好处，但要增加总高度也不经济，综合考虑柱体高一般1级

为(1～1.2)D，其余各级取0.7D，锥体高则1级取(1.5～1.8)D，其余各级取(1～1.1)D。

5.导向板

试验中发现预热器内尘粒流动轨迹中，在进口部位有明显的入射气流与回旋气流相撞的痕迹，它造成了部分压力损失。为此，在进口处，两股气流交界面上安装导向板(如图2)，可使阻力降低30%左右，导向板长度为0.15 D，有15°以内的角度。

图2 导向板位置

6.顶盖

预热器顶盖采用整体灌注耐热混凝土结构，由工字钢组成骨架，再焊上角钢与扒钉，扒钉密度8～10个/米2，并留有2～3米/米2膨胀缝，灌注前涂以3毫米的沥青，先浇注耐热混凝土，再灌隔热层，最后用薄板封顶。顶盖有10°锥角，出风管未设膨胀节。

新型预热器与普通型预热器各处比例尺寸的比较列于表1。

在正常生产的情况下进行标定，系统阻力为480～520毫米水

柱。调试初，系统阻力曾达到600毫米水柱，经改大一级进口管并加强堵漏，降低排风机开度，使阻力降到480～520毫米水柱，仍然偏高，其原因是原设计时为降低框架高度，缩短了预热器出风管，在三～五级预热器出口风管内用火砖砌了缩口，风速由18米/秒增到25米/秒，经测定五级缩口阻力为25毫米水柱，四级为18，三级为15，共增加58毫米水柱，如果在今后的设计中不采用缩口来过份压低框架高度，那么其降低阻力的效果就更显著。另外在设计中考虑导向板结构问题，其长度设计的较短，也影响了效果。现将五级旋风筒系统阻力与四级旋风筒的比较列于表2。

从表2看出，绥化五级旋风筒系统阻力与四级旋风筒相比阻力可保持相同或稍低些，是一种具有结构合理，阻力低的新型预热器。

二、送煤系统与燃烧装置

向分解炉供煤采用卧式送煤泵系统，窑头煤粉经煤粉仓、管式绞刀计量后由卧式送煤泵直接送入分解炉。流程如图3所示。