第五組 預(yù)熱器的選擇

1、“水泥熟料燒成”課程任務(wù)書院（系） 材料工程系 班級 材料技能14級任務(wù)下達(dá)日期： 2016年 10 月 日任務(wù)完成日期： 2016年 11月 日任 務(wù) 題 目： 選擇旋風(fēng)預(yù)熱器、分解爐、回轉(zhuǎn)窯及冷卻機(jī)指 導(dǎo) 教 師： 胡家林主要內(nèi)容和要求：掌握熟料煅燒過程，熟悉影響過程的各因素，能對四個熱工設(shè)備進(jìn)行合理的選擇。一、預(yù)熱器的選擇要 求： （1）合理選擇預(yù)熱器的列數(shù)、旋風(fēng)筒的類型和各級旋風(fēng)筒的分離效率； （2）計算出各級旋風(fēng)筒的直徑、高度； （3）合理選擇進(jìn)氣方式、尺寸、進(jìn)口形式，排氣管尺寸和插入深度； （4）繪制各級旋風(fēng)預(yù)熱器的結(jié)構(gòu)圖； （5）對影響旋風(fēng)傳熱效率和分離效率的因素作簡要的分析。一

2、、合理選擇預(yù)熱器的列數(shù)、旋風(fēng)筒的類型和各級旋風(fēng)筒的分離效率回轉(zhuǎn)窯預(yù)熱器的列數(shù)一般為單列或雙列。經(jīng)考慮我組熟料的燒成系統(tǒng)中均采用雙系列回轉(zhuǎn)窯預(yù)熱器。TC型低壓損旋風(fēng)筒的特點(diǎn)1、采用三心270°大蝸殼，擴(kuò)大了大部分進(jìn)口區(qū)域與蝸殼，減少了進(jìn)口區(qū)渦流阻力；2、大蝸殼內(nèi)設(shè)有螺旋結(jié)構(gòu)，可將氣流平穩(wěn)引入旋風(fēng)筒，物料在慣性力和離心力的作用下達(dá)到筒壁，有利于物料分離效率的提高；3、對進(jìn)風(fēng)口尺寸優(yōu)化設(shè)計，減少進(jìn)口氣流與回流相撞；4、適當(dāng)降低旋風(fēng)筒入口風(fēng)速，蝸殼底邊做成斜面，適當(dāng)降低旋風(fēng)筒內(nèi)氣流旋轉(zhuǎn)速度；5、適當(dāng)加大內(nèi)筒直徑，縮短旋風(fēng)筒內(nèi)氣流的無效行程；6、旋風(fēng)筒其高徑比適當(dāng)增大，減少氣流擾動；7、旋風(fēng)筒

3、出口與連接管道選取合理結(jié)構(gòu)型工，減少阻力損失；保持連接管道合理風(fēng)速。TC型五級預(yù)熱器系統(tǒng)，總壓降為4500-5100Pa，分離效率1=92%-96%，2-4=87%-88%，5在88%左右。旋風(fēng)筒截面風(fēng)速一般為3.5-5.5m/s，旋風(fēng)筒高徑比：C1級2.8-3.0，C2-C5級1.9-2.0，進(jìn)口風(fēng)速為15-18m/s。二：計算出各級旋風(fēng)筒的直徑、高度廢氣量計算熟料煤耗量：=0.146生料的額定消耗量：K=1.56kg/kg熟料預(yù)分解窯相關(guān)數(shù)據(jù)如下：溫度/負(fù)壓/pa空氣系數(shù)分解率/%風(fēng)速（m/s）窯尾10503501.025分解爐88020001.05807.988020001.03954.

4、880028001.05304.770034001.10104.755040001.1534.231045001.2003.7空氣系數(shù)1.2，漏風(fēng)量5%則：理論空氣量=0.903/kg 理論廢氣量=0.977/kg 生料分解廢氣量：V=K×J%×=0.262/kg窯尾排出廢氣量1 窯內(nèi)煤燃燒產(chǎn)生的廢氣量為0.3908 /kg(40%為回轉(zhuǎn)窯用燃料比)2 窯尾過?？諝饬繛椋?1）×40%=0.0722/kg3 生料分解產(chǎn)生的廢氣量為V×5%=0.0131/kg所以窯尾廢氣量為0.4761/kg 分解爐內(nèi)廢氣量1 煤燃燒的廢氣量： =（爐內(nèi)煤+窯內(nèi)煤）燃燒的

5、廢氣量=0.977/kg2 生料分解產(chǎn)生的的量： =生料全部分解產(chǎn)生的的量×（爐內(nèi)分解率+窯內(nèi)分解率） =V×（80%+5%） =0.2227/kg3 過剩空氣量： =（-1）=（1.05-1）×0.903=0.0452/kg所以爐內(nèi)廢氣量為1.2449/kg，化為工作態(tài)為5.3636/kg熟料。 C5廢氣量 出爐廢氣量： 1.2449/kg 漏入空氣量：1.2449×5%=0.0452/kg C5分解產(chǎn)生的量為0.2699/kg所以C5廢氣量為1.5600/kg，化為工作態(tài)為6.7212 /kg熟料。C4廢氣量 來自C5的廢氣量1.5600/kg 漏入

6、空氣量：1.5600×5%=0.0780/kg C4廢氣量：=1.5600+0.0780=1.6380/kg，化為標(biāo)準(zhǔn)態(tài)為： 6.6208/kg熟料。C3廢氣量C3廢氣量：（1+5%）=1.7199/kg，化為標(biāo)準(zhǔn)態(tài)為：6.3427/kg熟料。C2廢氣量C2廢氣量：（1+5%）=1.8059/kg，化為標(biāo)準(zhǔn)態(tài)為5.6680/kg熟料。C1廢氣量C1廢氣量：（1+5%）=1.8962/kg，化為標(biāo)準(zhǔn)態(tài)為：4.2375/kg熟料。1. 旋風(fēng)筒直徑旋風(fēng)筒的處理能力主要取決于通過的風(fēng)量和截面風(fēng)速。各級旋風(fēng)筒圓筒斷面風(fēng)速如下：2. 各級旋風(fēng)筒圓筒斷面風(fēng)速項(xiàng)目C1C2C3C4C5圓筒斷面風(fēng)速（m

7、/s）3-45.5-65-5.5（1）根據(jù)我組選用的旋風(fēng)筒風(fēng)速可計算：D=2×Q×VA=2×Q×5.5D旋風(fēng)筒圓柱體直徑，m；Q旋風(fēng)筒內(nèi)氣體流量，m/s；VA截面風(fēng)速，3.55.5m/s。D=2×20991×6=6.68則：=D+2×0.2=6.68+2×0.2=7.08m（選擇耐火磚厚度為0.2m）2.旋風(fēng)筒圓錐體高度計算（H）(1)圓柱體高度：理論計算是根據(jù)粉粒從旋風(fēng)筒環(huán)狀空間位移到筒壁所需的時間和氣流在環(huán)狀空間的軸向速度求得H1；H1=4×Q××（D2-d2）D旋風(fēng)筒排氣管直徑，

8、m；塵粒從旋風(fēng)筒環(huán)狀空間位移到筒壁所需的時間，根據(jù)塵粒粒徑通過理論計算求得，s。為了保證足夠的分離效率，圓柱體高度應(yīng)滿足以下要求，即：H12×Q×D-d×V1=×D2×V2×2×D-d×VtVt氣流在旋風(fēng)筒內(nèi)的線速度，它取決于進(jìn)風(fēng)口風(fēng)速，一般可取Vt=0.67，m/s。（2）圓錐體高度H2;圓錐體結(jié)構(gòu)尺寸由旋風(fēng)筒內(nèi)徑和排灰口直徑及錐邊決定，其關(guān)系為：tan=2×H2D-dc值一般在65°至75°之間，D-dc可在0.1到0.15之間。由H/D=1.52。（H=）且。所以：圓柱體高度=5

9、.69m圓錐體高度=6.33mC1C5級預(yù)熱器C1C2C3C4C5旋風(fēng)筒直筒內(nèi)徑D(m)5.776.687.067.257.96旋風(fēng)筒直外徑(m)6.177.087.467.658.36旋風(fēng)筒直筒高度(m)5.265.696.695.487.12旋風(fēng)筒圓錐體高度(m)5.856.337.436.086.41三、合理選擇進(jìn)氣方式、尺寸、進(jìn)口形式，排氣管尺寸和插入深度進(jìn)口方式、尺寸、進(jìn)口形式：旋風(fēng)筒進(jìn)口結(jié)構(gòu)一般為矩形，長寬比在2左右，最上級（C1)圓筒部分較長，一般在（22.5）D，其他級在（1.51.8）D之內(nèi)。新型低壓損旋風(fēng)筒的進(jìn)風(fēng)口呈菱形，其目的主要是引導(dǎo)入筒的氣流向下偏斜運(yùn)動，減少阻力。旋

10、風(fēng)筒的進(jìn)口面積大小根據(jù)進(jìn)口面積系數(shù)，即進(jìn)口面積與旋風(fēng)筒直徑平方之比確定。新型旋風(fēng)筒進(jìn)口一般采用斜坡面形式，以免造成粉塵堆積而引起“塌料”。旋風(fēng)筒進(jìn)口風(fēng)速（V進(jìn)）一般在1820m/s之間。在一定范圍內(nèi)提高進(jìn)口風(fēng)速會提高分離效率，但風(fēng)速過高會引起二次飛揚(yáng)加劇，分離效率降低。在實(shí)際生產(chǎn)中，進(jìn)口風(fēng)速對壓損的影響遠(yuǎn)大于對分離效率的影響，因此在影響分離效率和進(jìn)口不致產(chǎn)生過多物料沉積的前提下，適當(dāng)降低進(jìn)口風(fēng)速，可作為有效的降阻措施之一。旋風(fēng)筒氣流進(jìn)口方式有蝸殼式和直入式兩種，進(jìn)口氣流內(nèi)緣與圓柱體相切稱為蝸殼式；進(jìn)口氣流外緣與圓柱體相切成為直入式。蝸殼式由于氣流進(jìn)入旋風(fēng)筒之后，通道逐漸變窄，有利于減小顆粒向筒

11、壁移動的距離，增加氣流通向排氣管的距離，避免短路，提高分離效率；且同時具有處理風(fēng)量大、壓損小等優(yōu)點(diǎn)，采用較多。蝸殼式進(jìn)口分為90°、180°、270°。排氣管尺寸、插入深度：排氣管的結(jié)構(gòu)尺寸對旋風(fēng)筒的流體阻力及分離效率至關(guān)重要，設(shè)計不但，在排氣管在下端會使已經(jīng)沉降下來的料粒被帶走而降低分離效率。一般認(rèn)為排氣管尺寸是按氣流出口風(fēng)速（V出)計算的。一般來說V出大于10m/s，并有良好的撒料裝置時，不會發(fā)生短路。新型旋風(fēng)筒V出一般在1520m/s之間。內(nèi)筒插入深度對分離效率和阻力有很大影響，降低內(nèi)筒插入深度，可降低阻力，但插入過淺會明顯影響分離效率。內(nèi)筒插入深度越深，阻

12、力越大，分離效率越高。但d/D大于0.6時，分離效率顯著下降。因此國內(nèi)一般取d/D=0.450.6，以保證適當(dāng)?shù)某隹陲L(fēng)速。與此同時，要對上級旋風(fēng)筒的下料位置和撒料裝置進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，防止物料短。四、繪制各級旋風(fēng)預(yù)熱器的結(jié)構(gòu)圖。五、對影響旋風(fēng)傳熱效率和分離效率的因素作簡要的分析。1.預(yù)熱器的結(jié)構(gòu)預(yù)熱器主要由旋風(fēng)筒、風(fēng)管、下料溜管、鎖風(fēng)閥，撒料板、內(nèi)筒掛片等部分組成。2.主要作用旋風(fēng)筒（旋風(fēng)預(yù)熱器）的主要作用是氣固分離。提高旋風(fēng)筒的分離效率：（1）減少生料粉內(nèi)，外循環(huán)條件。（2）降低熱損失和加強(qiáng)氣固熱交換的重要。3.旋風(fēng)筒（旋風(fēng)預(yù)熱器）的工作過程（1）當(dāng)氣流攜帶料粉進(jìn)入旋風(fēng)筒（旋風(fēng)預(yù)熱器）后，被迫在

13、旋風(fēng)筒筒體與內(nèi)筒（排氣管）之間的環(huán)狀空間內(nèi)做旋轉(zhuǎn)流動，表情一邊旋轉(zhuǎn)一邊向下運(yùn)動，由筒體到錐體，一直可以延伸到錐體的端部，然后轉(zhuǎn)而向上旋轉(zhuǎn)上升，由排氣管排出。（2）由于物料密度大于氣體密度，受離心力作用，物料向邊部移動的速度遠(yuǎn)大于氣體，致使靠近邊壁處濃度增大，同時，由于黏 滯阻力作用，邊壁處流體速度降低，使得懸浮阻力大大減小，物料沉降而與氣體分離。4.預(yù)熱器的工作原理旋風(fēng)筒是利用粉塵的慣性力和含塵氣流旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力將粉塵從氣流中分離出來的。（1）預(yù)熱器的換熱功能預(yù)熱器的主要功能是充分利用回轉(zhuǎn)窯和分解爐排出的廢氣余熱加熱生料，使生料預(yù)熱及部分碳酸鹽分解。為了最大限度提高氣固間的換熱效率，實(shí)現(xiàn)整個

14、煅燒系統(tǒng)的優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低消耗，必需具備氣固分散均勻、換熱迅速和高效分離三個功能。（2）物料分散喂入預(yù)熱器管道中的生料，在與高速上升氣流的沖擊下，物料折轉(zhuǎn)向上隨氣流運(yùn)動，同時被分散。物料下落點(diǎn)到轉(zhuǎn)向處的距離（懸浮距離）及物料被分散的程度取決于氣流速度、物料性質(zhì)、氣固比、設(shè)備結(jié)構(gòu)等。因此，為使物料在上升管道內(nèi)均勻迅速地分散、懸浮，應(yīng)注意下列問題：a.選擇合理的喂料位置：為了充分利用上升管道的長度，延長物料與氣體的熱交換時間，喂料點(diǎn)應(yīng)選擇靠近進(jìn)風(fēng)管的起始端，即下一級旋風(fēng)筒出風(fēng)內(nèi)筒的起始端。但必須以加入的物料能夠充分懸浮、不直接落入下一級預(yù)熱器（短路）為前提。b.選擇適當(dāng)?shù)墓艿里L(fēng)速：要保證物料能夠懸浮

15、于氣流中，必須有足夠的風(fēng)速，一般要求料粉懸浮區(qū)的風(fēng)速為1622m/s。為加強(qiáng)氣流的沖擊懸浮能力，可在懸浮區(qū)局部縮小管徑或加插板（揚(yáng)料板），使氣體局部加速，增大氣體動能。 c.合理控制生料細(xì)度。 d.喂料的均勻性：要保證喂料均勻，要求來料管的翻板閥（一般采用重錘閥）靈活、嚴(yán)密；來料多時，它能起到一定的阻滯緩沖作用；來料少時，它能起到密封作用，防止系統(tǒng)內(nèi)部漏風(fēng)。 e.旋風(fēng)筒的結(jié)構(gòu)：旋風(fēng)筒的結(jié)構(gòu)對物料的分散程度也有很大影響，如旋風(fēng)筒的錐體角度、布置高度等對來料落差及來料均勻性有很大影響。 f.在喂料口加裝撒料裝置：早期設(shè)計的預(yù)熱器下料管無撒料裝置，物料分散差，熱效率低，經(jīng)常發(fā)生物料短路，熱損失增加，

16、熱耗高。（3）撒料板為了提高物料分散效果，在預(yù)熱器下料管口下部的適當(dāng)位置設(shè)置撒料板，當(dāng)物料喂入上升管道下沖時，首先撞擊在撒料板上被沖散并折向，再由氣流進(jìn)一步?jīng)_散懸浮。 （4）鎖風(fēng)閥鎖風(fēng)閥(又稱翻板閥)的作用既保持下料均勻暢通，又起密封作用。它裝在上級旋風(fēng)筒下料管與下級旋風(fēng)筒出口的換熱管道入料口之間的適當(dāng)部位。鎖風(fēng)閥必須結(jié)構(gòu)合理，輕便靈活。5.影響旋風(fēng)筒分離效率的主要因素（1）旋風(fēng)筒的直徑。在其它條件相同時，筒體直徑小，分離效率高。（2）旋風(fēng)筒進(jìn)風(fēng)口的型式及尺寸。氣流應(yīng)以切向進(jìn)入旋風(fēng)筒，減少渦流干擾；進(jìn)風(fēng)口宜采用矩形，進(jìn)風(fēng)口尺寸應(yīng)使進(jìn)口風(fēng)速在1622m/s之間，最好在1820m/s之間。（3）內(nèi)筒尺寸及插入深度。內(nèi)筒直徑小、插入深，分離效率高。增加筒體高度，分離效率提高。（4）旋風(fēng)筒下料管鎖風(fēng)閥漏風(fēng)，將引起分離出的物料二次飛揚(yáng)，漏風(fēng)越大，揚(yáng)塵越嚴(yán)重，分離效率越低。（5）物料顆粒大小、氣固比（含塵濃度）及操作的穩(wěn)定性等，都會影響分離效率。6.影響旋風(fēng)筒換熱效率的因素（1）預(yù)熱器分離效率對換熱效率的影響研究表明：預(yù)熱器的分離效率與換熱效率呈線性關(guān)系（2）各級旋風(fēng)筒分離效率對換熱效率的影響提高上一級預(yù)熱器的分離效率對提高換熱效率的作用比提高下一級預(yù)熱器的分離效率的作用要大，因此，保持最上級預(yù)熱器有