影响预热器换热效率及收尘效率的因素

一、悬浮预热技术的优越性

干法回转窑生产水泥熟料，生料的预热、分解和烧成过程均在窑内完成。回转窑作为烧成设备，由于它能够提供断面温度分布比较均匀的温度场，并能保证物料在高温下有足够的停留时间，尚能满足要求。但作为传热、传质设备则不理想，对需要热量较大的预热、分解过程则甚不适应。这主要由于窑内物料堆积在窑的底部，气流从料层表面流过，气流与物料的接触面积小，传热效率低所致。同时，窑内分解带料粉处于层状堆积态，料层内部分解出的二氧化碳向气流扩散的面积小、阻力大、速度慢，并且料层内部颗粒被二氧化碳气膜包裹，二氧化碳分压大，分解温度要求高，这就增大了碳酸盐分解的困难，降低了分解速度。悬浮预热技术的突破，从根本上改变了物料预热过程的传热状态，将窑内物料堆积态的预热和分解过程，分别移到悬浮预热器和分解炉内在悬浮状态下进行。由于物料悬浮在热气流中，与气流的接触面积大幅度增加，因此传热速度极快，传热效率很高。同时，生料粉与燃料在悬浮态下，均匀混合，燃料燃烧热及时传给物料，使之迅速分解。因此，由于传热、传质迅速，大幅度提高了生产效率和热效率。

二、悬浮预热窑的特点

悬浮预热窑的特点是在长度较短的回转窑后装设了悬浮预热器，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。

三、悬浮预热器的构成及功能

悬浮预热器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）。悬浮预热器的主要功能在于充分利用回转窑及分解炉内排出的炽热气流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，完成熟料烧成任务。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。旋风预热器的功能在于物料在炽热气流中的分散、均布、气固换热和分离。其性能优劣主要表现在是否具有较高的换热效率、分离效率，较低的阻力和良好的密闭性能以减少内、外漏风等。旋风预热器系由旋风筒及上、下两级旋风筒间的连接管道所组成。旋风筒本体的组成部分有圆柱体、圆锥体、进口管道、出口管道、内筒及下料管等。连接管道上部与上级旋风筒进口管道、下部与下级旋风筒出口管道相连接；中间适当部位有上级旋风筒的下料管与之连接；在上级旋风筒下料管内的适当部位装设有锁风阀，作用在于既保持上级旋风筒分离出的生料能够畅通的通过进入换热管道，又能最大限度地防止下级旋风筒出来的热气流经下料管短路窜入上级旋风筒，造成已被分离的生料粉二次飞扬，降低上级旋风筒的分离效率；在上级旋风筒下料管最下部与换热管道的连接部位还设有撒料装置，目的在于使上级旋风筒下来的生料粉进入换热管道时，由于重力作用冲在撒料器上飞溅起来，使生料粉能够迅速分散、均布在下级旋风筒出来的热气流之中，提高换热效率。追根溯源，作为旋风预热器的主要组成部分的旋风筒，是在普通的旋风收尘器的基础上借鉴发展过来的。两者的共同点在于保持低压

损状态下能具有较高的气固分离效率。而不同点则在于，旋风收尘器不具备换热功能，而应具备尽可能高的气固分离功能；而对旋风预热器中的主要设备旋风筒来讲，由于它是由多级换热单元所组成，物料系由多级预热单元逐级加热，因此只要保持其给定的气固分离效率和一定的换热作用即完成了应有的任务。所以它在旋风预热器系统中，视所在的不同预热器级别，具有不同的气固分离效率目标，而其本身结构亦有差异。从而使得含尘气流最后得到分离。气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。这个阻理论分析及科学实验均说明，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。由于作为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。

四、影响热效率及收尘效率的因素

1、漏风的影响

旋风筒作为水泥悬浮预热分解工艺过程的重要设备,其漏风,无论是内漏风还是外漏风,都是有害无益的。预热系统的外漏风直接影响其热效率,并增大排风机功率消耗,而下料管处内漏风则使旋风筒的分离效率急剧降低,系统飞灰量增大,从而间接影响预热器系统的热效率。在实际生产过程中,预热器系统的外漏风容易被发现。加强管理,提高操作人员的责任心,外漏风可以得到控制。但是下料管处的内漏风通常靠操作人员的经验判断,不易被发现。目前普遍使用翻板阀卸料装置,为了防堵和顺畅卸料,经常允许一定的气量由翻板处漏入下料管,所以采用翻板阀卸料不可能从根本上完全杜绝内漏风。研究漏风对旋风筒分离效率的影响,寻找减小其危害的有效措施,对降低飞灰量及提高预热器窑系统的热效率具有重要意义。下料管处漏风点距旋风筒卸料口越近,漏风导致旋风筒的分离效率降低幅度越大。在实际生产过程中,翻板阀卸料无法完全杜绝内漏风。适当延长翻板阀安装位置与旋风筒卸料口之间距离,可以提高旋风筒的分离效率。

2、旋风筒进口风速的影响

不同进口风速条件下,随着旋风筒进口风速增大,下料管处漏风导致旋风筒分离效率降低幅度增大,若保持漏风量恒定不变,则进口风速对因漏风导致旋风筒分离效率降低幅度的影响较小。

3、固气比的影响

固气比不同,下料管处漏风导致旋风筒分离效率降低幅度也不同随着固气比增大,下料管处漏风导致旋风筒分离效率降低幅度也增大。但是,对于给定的漏风率,随着固气比增大,分离效率的差值逐渐缩小。固气比愈大,下料管处漏风导致旋风筒卸料口处棚料现象也愈严重。这可能就是固气比越大,下料管处漏风导致旋风筒分离效率降低幅度越大的原因。