無機(jī)非金屬材料熱工設(shè)備：2-2 懸浮預(yù)熱器

1、1案 例需要具備哪些熱工設(shè)備的基礎(chǔ)知識？預(yù)熱器結(jié)構(gòu)單元包括哪幾部分？怎樣合理設(shè)計旋風(fēng)預(yù)熱器？2 2.2.1 旋風(fēng)預(yù)熱器的工作原理 2.2.2 影響旋風(fēng)預(yù)熱器熱效率的因素 2.2.3 旋風(fēng)預(yù)熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計 2.2.4 各級旋風(fēng)預(yù)熱器性能的配合 2.2.5 旋風(fēng)預(yù)熱器串聯(lián)級數(shù)的選擇 2.2.6 懸浮預(yù)熱器的分類2.2 懸浮預(yù)熱器（Suspension Preheaters ）3（1）旋風(fēng)筒的目的 預(yù)熱生料， 降低廢氣的溫度，降低熱耗。（2）旋風(fēng)預(yù)熱器的工作原理氣體的運動物料的運動 同時受含塵氣流從旋風(fēng)筒上部連續(xù)擠壓而產(chǎn)生的向下推力作用（3）功能：生料粉在氣流中的分散與懸浮；氣固相間換熱在上升管道內(nèi)進(jìn)

2、行（換熱管道）；旋風(fēng)筒內(nèi)主要進(jìn)行氣固分離和生料粉的收集。2.2.1 旋風(fēng)預(yù)熱器的工作原理返回42.2.2、影響旋風(fēng)預(yù)熱器熱效率的主要因素55(1) 生料粉進(jìn)入管道內(nèi)分散與懸浮的均勻程度直接影響到傳熱面積。生料分散的越均勻，傳熱效率越高；反之，越低。 選擇合理的下料位置原則：保證物料能均勻懸浮，不短路落料。 選擇合理的進(jìn)口風(fēng)速(1521m/s) ；原則：使物料分散在氣流中 為加強(qiáng)分散可在喂料口安裝撒料器； 合理控制生料細(xì)度和喂料的均勻性；喂料的均勻性與翻板閥的工作性和來料的均勻性有關(guān) 旋風(fēng)筒的結(jié)構(gòu)影響旋風(fēng)預(yù)熱器熱效率的主要因素返回6氣體速度對物料輸送的影響所有物料會被氣流帶走W15m/s大部分物

3、料會被氣流帶走少部分會滯留在管內(nèi)W=10m/s大部分物料不能被氣流帶走，會滯留在管內(nèi)W=5m/s設(shè)物料顆粒100m進(jìn)口氣流速度為多少合適？7結(jié)論：速度在1521m/s之間，分離效率最大,速度過高、過低均會使氣固分離效率降低。 旋風(fēng)筒進(jìn)口風(fēng)速:返回88 安裝撒料器的作用P25： 作用：促使下落物料沖擊撒料板后向上飛濺、分散。 安裝原則： 插入深度應(yīng)是讓物料分散懸浮而不成團(tuán)掉落，更要讓物料在進(jìn)入的整個容器的斷面上分散。 返回9*9 合理控制生料細(xì)度和喂料的均勻性。喂料的均勻性：要求來料管的翻板閥靈活、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)。返回10

4、 氣固換熱越好,旋風(fēng)預(yù)熱器熱效率越高; 影響換熱的因素有哪些？ 主要由氣固間的接觸面積（由生料的分散程度決定） 氣固接觸時間（取決于氣流的速度） 管道的保溫(2)管道內(nèi)的氣固換熱程度對熱效率的影響11提高旋風(fēng)筒的分離效率是減少生料粉內(nèi)、外循環(huán)，降低熱損失和加強(qiáng)氣固熱交換的重要條件 氣固分離程度越差，熱效率越低。 影響氣固分離效率的主要因素有哪些？ 旋風(fēng)筒的直徑：直徑越小，氣固分離效率越高；旋風(fēng)筒的高度：高度越大，氣固分離效率越高；進(jìn)風(fēng)口的型式和尺寸：內(nèi)筒直徑和插入深度：內(nèi)筒直徑越小、插入深度越深，分離效率越大；各處的漏風(fēng)會降低氣固分離效率。(3)旋風(fēng)筒內(nèi)的氣固分離對熱效率的影響12*(4) 漏

5、風(fēng)對旋風(fēng)預(yù)熱器熱效率的影響 預(yù)熱器系統(tǒng)的漏風(fēng)分為兩種： 內(nèi)漏風(fēng)：下一級的廢氣通過鎖風(fēng)不嚴(yán) 的翻板閥自出料口倒流入上一級旋風(fēng) 筒而形成的漏風(fēng) 外漏風(fēng)：系統(tǒng)外的冷空氣漏入到系統(tǒng)內(nèi) 漏風(fēng)越多、旋風(fēng)預(yù)熱器熱效率越低。13*（5）表面散熱對預(yù)熱器熱效率的影響 表面散熱越多，熱效率越低，生料預(yù)熱越差，熟料的產(chǎn)量越低。 預(yù)熱器在整個煅燒系統(tǒng)中的表面積最大（能耗接近總熱耗的10%），因此，應(yīng)該重視它的保溫隔熱性能。（6）生料粉沉降的好壞對旋風(fēng)預(yù)熱器熱效率的影響 重視：鎖風(fēng)閥的形式、靈活性、密封性，下料管內(nèi)徑與旋風(fēng)預(yù)熱器直徑之比等。案例14案例: 引起鎖風(fēng)閥的運行故障的原因可能有哪些？ 翻板閥轉(zhuǎn)動軸機(jī)械卡死；

6、配重發(fā)生位移； 翻板閥機(jī)械變形； 翻板閥機(jī)械磨損； 結(jié)皮異物。 有些根據(jù)出預(yù)熱器的溫度是否升高判斷鎖風(fēng)閥運行故障是否合適15本節(jié)內(nèi)容總結(jié)1.懸浮預(yù)熱器的每一個換熱單元應(yīng)同時具備哪三個功能？2.試述旋風(fēng)預(yù)熱器的工作原理（說明氣流、物料的走向及換熱與分離過程）及特點3.在懸浮預(yù)熱器中氣固之間的換熱大部分在何處進(jìn)行？氣固換熱與哪些因素有關(guān)？4.在懸浮預(yù)熱器中氣固之間的分離大部分在何處進(jìn)行？氣固分離與哪些因素有關(guān)？5.為何說料粉的分散與懸浮非常重要？采用什么措施改善料粉的均勻分散。6.分析影響旋風(fēng)預(yù)熱器熱效率的主要因素。7.漏風(fēng)有哪兩種形式？對生產(chǎn)有何影響？8.為什么管道內(nèi)的風(fēng)速不能過大，也不能過小？

7、返回16本節(jié)要求： 理解旋風(fēng)預(yù)熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計過程； 理解旋風(fēng)筒的阻力損失產(chǎn)生的原因； 掌握旋風(fēng)預(yù)熱器各參數(shù)對分離效率、流體阻力的影響規(guī)律； 掌握旋風(fēng)筒的結(jié)構(gòu)優(yōu)化措施有哪些。2.2.3、 旋風(fēng)預(yù)熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計17旋風(fēng)預(yù)熱器的結(jié)構(gòu)氣體溫度測點氣體壓力測點取樣點物料溫度測點進(jìn)風(fēng)口翻板閥下料管內(nèi)筒連接管道圓柱體錐體捅料孔清灰門環(huán)形吹掃18*2.2.3、 旋風(fēng)預(yù)熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計1、設(shè)計目標(biāo)如下: 較高的分離效率 較低的壓力損失 保證氣固的換熱時間和空間 使物料均勻地分散在氣流中問題1：旋風(fēng)筒的阻力損失有哪幾部分組成？19問題1：旋風(fēng)筒內(nèi)的流體阻力包括哪些方面？（1）進(jìn)、出口氣流的局部阻力損失（2）進(jìn)口氣流

8、與旋轉(zhuǎn)氣流碰撞產(chǎn)生的能量損失（3）旋轉(zhuǎn)向下的氣流在錐體折轉(zhuǎn)向上的局部阻力損失（4）沿筒內(nèi)壁的摩擦阻力損失20 2、旋風(fēng)筒的結(jié)構(gòu)設(shè)計包括： 旋風(fēng)筒柱體直徑D 進(jìn)風(fēng)口結(jié)構(gòu)及尺寸 內(nèi)筒直徑d和插入深度h3 圓柱體高度h1 圓錐體的高度h2及傾斜角度 旋風(fēng)預(yù)熱器各連接管道直徑 檢修門、耐火和保溫材料的選取等2.2.3、 旋風(fēng)預(yù)熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計21Di 旋風(fēng)筒有效內(nèi)徑，（m）；V 旋風(fēng)筒通風(fēng)量，（m3/s）UA 旋風(fēng)筒斷面風(fēng)速（m/s）。旋風(fēng)筒C1C2C3C4C5斷面風(fēng)速（m/s）3 -44.8-5.54.8-5.55.5-65.5-6斷面風(fēng)速的選取參考:在其他條件相同時，旋風(fēng)筒直徑越小,風(fēng)速越大,分離效

9、率越高,流體阻力越大。（1） 旋風(fēng)筒柱體直徑D的確定3、具體設(shè)計計算過程例：3200t/d(單列)2-553085005000t/d（雙列）4-50002-69002-720022 進(jìn)風(fēng)方式:多數(shù)采用2700蝸殼式。進(jìn)口風(fēng)速: 1521m/s分離效率最大速度過高、過低均會使氣固分離效率降低。（2） 旋風(fēng)筒的進(jìn)風(fēng)口結(jié)構(gòu)及尺寸的確定 規(guī)律：蝸殼角度越大、分離效率越 高，流體阻力越大。 進(jìn)風(fēng)口尺寸如何確定?C1級 a/b 在 0.40.5 C2C5 a/b 在 0.50.6為宜2324 內(nèi)筒作用規(guī)律：內(nèi)筒直徑越小，流體阻力越大；分離效率越高；內(nèi)筒插入越深，流體阻力越大，分離效率越高。 內(nèi)筒直徑d的確

10、定： 插入深度h3的確定：有三種一般：C1級h3/b1.4，C2-C5： h3/b在0.60.3范圍（3）內(nèi)筒的設(shè)計25 它的高矮決定氣流中生料是否有足夠的沉降時間，與其分離效率有關(guān) 。 h1越高，分離效率越大、流體阻力也隨之增加。 計算公式：（4）圓柱體高度h1 26 圓錐體的作用：能起到向中心收攏物料的作用，使物料順利過渡到小直徑的排料口。 一般選?。?C1級 65-70 C2和C3級 65C4，C5級 65-70或計算: h2=0.5（D-dm）tgdm-旋風(fēng)筒下料口直徑，m； -錐體與水平面夾角，度。 （5）圓錐體的高度h2的確定27 作用：上下兩極旋風(fēng)筒之間的連接和輸送氣流、物料的功

11、能。 計算連接管道d 管道上安有波紋膨脹節(jié)smwwQd/21154-=可取管道內(nèi)氣體的流速，管p（6）旋風(fēng)預(yù)熱器各連接管道28（7） 卸料管dm及鎖風(fēng)閥的設(shè)計 鎖風(fēng)閥的作用 : 即保證物料能夠順利下落，同時又起到鎖風(fēng)的作用 （防止旋風(fēng)筒出現(xiàn)內(nèi)漏風(fēng)） 出口尺寸dm=（0.1-0.2）D布置力求簡捷，拐彎少，各管段空間角盡可能大于55029 在進(jìn)風(fēng)口加阻流型導(dǎo)流板。 旋風(fēng)預(yù)熱器筒體的結(jié)構(gòu)改進(jìn) 如： 采用大蝸殼內(nèi)螺旋入口及螺旋頂蓋結(jié)構(gòu)； 蝸殼進(jìn)口底部做成斜面； 適當(dāng)加大內(nèi)筒直徑，縮短內(nèi)筒插入深度。 旋風(fēng)筒進(jìn)風(fēng)口與內(nèi)筒結(jié)構(gòu)的改造 如：設(shè)置 “靴形”內(nèi)筒; 適當(dāng)加大進(jìn)風(fēng)口斷面積，以降低氣流入口速度。 適

12、當(dāng)加大旋風(fēng)筒高徑比，減少氣流內(nèi)的擾動； 下料口增設(shè)膨脹倉。 4、降低預(yù)熱器的阻力措施有哪些？30案例2 鎖風(fēng)閥被卡住會有哪些表現(xiàn)？卡住的結(jié)果： 出預(yù)熱器的氣體溫度更高； 入窯物料分解不好。返回31回轉(zhuǎn)窯 4.872mC1(4個)C2(2個)C3(2個)C4(2個)C5(2個)旋風(fēng)筒內(nèi)徑 mm45006400660066006800柱體高mm86506500675068509350錐體高 mm520077007550745010400內(nèi)筒內(nèi)徑mm24503930406040604060風(fēng)管級別C2-C1的連接管道C3-C2的連接管道C4-C3的連接管道C5-C4的連接管道內(nèi)徑mm38504050

13、42004200旋風(fēng)筒的下料管mm700850 850 950 950例：日產(chǎn)5000噸水泥窯生產(chǎn)線（TDF爐）返回32回轉(zhuǎn)窯 4.872mC1(4個)C2(2個)C3(2個)C4(2個)C5(2個)旋風(fēng)筒內(nèi)徑 mm48006800680070007000內(nèi)筒內(nèi)徑mm22003930406040604060風(fēng)管級別C2-C1的連接管道C3-C2的連接管道C4-C3的連接管道C5-C4的連接管道C5與分解爐內(nèi)徑mm37003860406040605600旋風(fēng)筒的下料管mm710900 900 900 900日產(chǎn)4500噸水泥窯生產(chǎn)線（管道式分解爐） 問題：對于單系統(tǒng)的旋風(fēng)預(yù)熱器，第一級旋風(fēng)筒設(shè)計

14、成兩個直徑較小的旋風(fēng)筒，其他級為一個旋風(fēng)筒，為什么？返回33主要內(nèi)容1、各級旋風(fēng)預(yù)熱器的分離效率是如何匹配？2、各級漏風(fēng)量對熱效率的影響順序？3、各級表面散熱損失對熱效率的影響順序？要求掌握分離效率的匹配關(guān)系及其原因掌握漏風(fēng)量、表面散熱對熱效率的影響規(guī)律2.2.4 各級旋風(fēng)預(yù)熱器的性能匹配34341. 各級旋風(fēng)預(yù)熱器的分離效率是如何匹配？為什么如： C1 C4、 C3、 C2 c5 冀東： 94.84 87.07 86.02 84.71 90.0推薦旋風(fēng)筒 C1 C2 C3 C4 C5分離效率（%）958585859090 952.2.4 各級旋風(fēng)預(yù)熱器性能的匹配2. 各級漏風(fēng)量對熱效率的影響

15、順序 3. 各級表面散熱損失對熱效率的影響返回352.2.5 旋風(fēng)預(yù)熱器串聯(lián)級數(shù)的選擇0.50.95 (Tm-40) = 1.0 (1000-Tg)Tm=Tg=690=Tcp相應(yīng)回收的熱量為337kj/kg 氣體，僅占廢氣總熱焓的31% 固氣比越大，Tm越低，熱效率越高 旋風(fēng)預(yù)熱器為什么采用多級串聯(lián)？ 例：以1kg氣體為基準(zhǔn)，設(shè)固氣比為0.5kg料/kg氣，熱容比 為0.95，氣體進(jìn)預(yù)熱器時溫度為1000，物料入管道溫度 為40 。求物料能被預(yù)熱的最高溫度。363660360580770物料入窯溫度為8455857758501050例：氣體出預(yù)熱器的溫度為320 旋風(fēng)預(yù)熱器為什么采用多級串聯(lián)？

16、氣體溫度物料溫度返回 旋風(fēng)預(yù)熱器只有采用多級串聯(lián)才能達(dá)到最大回收廢熱，并提高預(yù)熱生料入窯的溫度最佳級數(shù)為5 6級37 （1）按制造廠商命名分類： 早期有洪堡型、史密斯型、多波爾型、維達(dá)格型、克虜伯（蓋波爾）型 、ZAB、捷克（普列羅夫）型等。2.2.6、懸浮預(yù)熱器的分類表2-738（2）按熱交換工作原理分類： 同流熱交換為主； 逆流熱交換為主； 混流熱交換三種。 （3）按預(yù)熱器組成分類： 有數(shù)級旋風(fēng)筒組合式； 以立筒為主的組合式； 及旋風(fēng)筒與立筒(或渦室) 混合組合式三種。 我國具有代表性的旋風(fēng)筒2.2.6、懸浮預(yù)熱器的分類返回39導(dǎo)流板例1 宇部公司導(dǎo)流板和靴型內(nèi)筒宇部公司導(dǎo)流板和靴型內(nèi)筒返

17、回 將內(nèi)筒做成靴形，可擴(kuò)大內(nèi)筒面積，減少旋風(fēng)筒內(nèi)旋流風(fēng)通過筒內(nèi)壁與內(nèi)筒之間的面積，減少與進(jìn)風(fēng)的撞擊，并 設(shè)置彎曲導(dǎo)流裝置。40將旋風(fēng)筒進(jìn)口及頂蓋傾斜，內(nèi)筒偏心布置，縮短內(nèi)筒的插入深度，使氣流平緩進(jìn)入筒內(nèi)，減少回流，減少了同進(jìn)口氣流相撞形成的局部渦流。據(jù)側(cè)六級旋風(fēng)預(yù)熱器的流體總阻力僅有3000Pa例2：伯力休斯公司低壓損旋風(fēng)筒返回41消除內(nèi)部平面，防止內(nèi)部積灰；直徑降低了25%, 投資降到最低。例3 丹麥?zhǔn)访芩构镜牡蛪簱p旋風(fēng)預(yù)熱器返回42洪堡公司的低壓損旋風(fēng)筒，頂部C1旋風(fēng)筒的筒體是細(xì)而高雙旋風(fēng)筒，C2C5是矮胖型旋風(fēng)筒例4：洪堡公司的低壓損旋風(fēng)筒43天津院研發(fā)的TC預(yù)熱器我國具有代表性的旋風(fēng)筒TC型五級預(yù)熱器系統(tǒng)，總壓降為（4800300Pa），分離效率:C1=9296%C24=8788%,C5=88%左右。旋風(fēng)筒截面風(fēng)速一般為3.55.5m/s旋風(fēng)筒高徑比:C1=2.53.0 ，C25=1.92.0進(jìn)口風(fēng)速為1518m/s。44我國具有代表性的旋風(fēng)筒 南京院研發(fā)的NC預(yù)熱