第五講懸浮預熱

第五講懸浮預熱技術及設備

1、了解預熱器的分類方法；2、掌握預熱器的工作原理和結構組成；3、掌握影響旋風筒效率的主要因素；4、熟悉旋風預熱器的結構及技術參數(shù)。懸浮預熱技術：

是指低溫粉狀物料均勻分散在高溫氣流之中，在懸浮狀態(tài)下進行熱交換，使物料得到迅速加熱升溫的技術。1.預熱器的分類預熱器的種類較多，大致有三種分類方法。①按熱交換工作原理分類以同流熱交換為主、以逆流熱交換為主和以混流熱交換為主。②按制造商命名分類洪堡型、史密斯型、多波爾型、維達格型、蓋波爾型和ZAB型等。③按預熱器組合分類多級旋風筒組合式、以立筒為主組合式、旋風筒與立筒組合式。預熱器懸浮預熱技術的優(yōu)越性1.物料懸浮在熱氣流中，與氣流的接觸面積大幅度增加，因此傳熱速度極快，傳熱效率很高。

2.生料粉與燃料在懸浮態(tài)下均勻混合，燃料燃燒產(chǎn)生的熱及時傳給物料，使之迅速分解。

3.由于傳熱、傳質迅速，大幅度提高了生產(chǎn)效率和熱效率。2.預熱器的工作原理

1.預熱器的換熱功能預熱器的主要功能是充分利用回轉窯和分解爐排出的廢氣余熱加熱生料，使生料預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，實現(xiàn)整個煅燒系統(tǒng)的優(yōu)質、高產(chǎn)、低消耗，預熱器必需具備氣固分散均勻、換熱迅速和高效分離三個功能。旋風筒換熱單元功能結構示意如圖2-7所示旋風筒換熱單元功能結構示意圖懸浮預熱器必須具備三個功能：使氣、固兩相能充分分散均布迅速換熱高效分離三個功能2.預熱器的物料分散功能

喂入預熱器管道中的生料，在與高速上升氣流的沖擊下，物料折轉向上隨氣流運動，同時被分散。物料下落點到轉向處的距離(懸浮距離)及物料被分散的程度取決于氣流速度、物料性質、氣固比、設備結構等。旋風預熱器是由旋風筒和連接管道組成的熱交換器。換熱管道是旋風預熱器系統(tǒng)中的重要裝備，它不但承擔著上下兩級旋風筒間的連接和氣固流的輸送任務，同時承擔著物料分散、均布、鎖風和氣、固兩相間的換熱任務，所以，換熱管道除管道本身外還裝設有下料管、撒料器、鎖風閥等裝備，它們同旋風筒一起組合成一個換熱單元。為使物料在上升管道內

迅速地分散、懸浮，應注意的問題(1)選擇合理的喂料位置；(2)選擇適當?shù)墓艿里L速要保證物料能夠懸浮于氣流中；(3)合理控制生料細度；(4)喂料的均勻性；(5)旋風筒的結構；(6)在喂料口加裝撒料裝置。3.鎖風鎖風閥(又稱翻板閥)的作用既保持下料均勻暢通，又起密封作用。裝在上級旋風筒下料管與下級旋風筒出口的換熱管道入料口之間的適當部位。鎖風閥必須結構合理，輕便靈活。常用的鎖風閥：單板式、雙板式和瓣式4.氣固間換熱氣固間的熱交換80％以上是在入口管道內進行的，熱交換方式以對流換熱為主。當dp=100μm時換熱時間只需0.02～0.04s，相應換熱距離僅0.2～0.4m。氣固之間的換熱主要在進口管道內瞬間完成的，即粉料在轉向被加速的起始區(qū)段內完成換熱。對管道的設計十分重要管道風速太低，雖然熱交換時間延長，但影響傳熱效率，甚至會使生料難以懸浮而沉降積聚，并且使管道面積過大風速過高，則增大系統(tǒng)阻力，增加電耗，并影響旋風筒的分離效率正確確定換熱管道尺寸，必須首先確定合適的管道風速可根據(jù)生料粒徑、懸浮速度以及工況等因素進行理論計算。由于影響因素復雜，許多因素的考慮也不能完全符合實際，故計算后亦常需要以實驗數(shù)據(jù)或經(jīng)驗數(shù)據(jù)予以修正，故各國設計或制造單位，一般根據(jù)實踐經(jīng)驗數(shù)據(jù)選定各部換熱管道風速，作為管道尺寸設計的基礎。各種類型的旋風預熱器的換熱管道風速，一般選用12~18m/s。必須采取的措施：目的：使生料能夠充分的分散懸浮于管道內的氣流中，加速氣固之間的傳熱。措施1：1.在生料進入每級預熱器的上升管道處，管道內應有物料分散裝置，一般采用板式撒料器（如圖6-4所示）和箱式撒料器。作用：在于防止下料管下行物料進入換熱管道時的向下沖料，并促使下沖物料沖至下料板后飛濺、分散。裝置雖小，但作用極大。撒料裝置示意圖2.選擇生料進入管道的合適方位，使生料逆氣流方向進入管道，以提高氣固相的相對速度和生料在管道內停留時間。3.兩級旋風筒之間的管道必須有足夠的長度，以保證生料懸浮起來，并在管道內有足夠的停留運行距離，充分發(fā)揮管道傳熱的優(yōu)勢。4.旋風筒下料管道上設有鎖風翻板排灰閥，要求結構合理、輕便靈活不漏風，生料能連續(xù)卸出，有料封作用。

撒料箱的功能特點⑴、利用物料下落的動能沖擊撒料箱底板將料流打散；⑵、增大底板面積形成梯形與管道相接，以適應物料分離擴散形狀的要求；⑶、底板有一定的傾角，降低物料與底板的摩擦阻力，以利分散的物料向管道內流動；⑷、底板表面一般有順料流方向的山形筋條，能增強底板剛度以防熱變形，同時防止分散后的物料重新匯聚成團。鎖風翻板排灰閥鎖風翻板排灰閥(簡稱鎖風閥)是預熱器系統(tǒng)的重要附屬設備。它裝設于上級旋風筒下料管與下級旋風筒出口的換熱管道入料口之間的適當部位。其作用在于保持下料管經(jīng)常處于密封狀態(tài)，既保持下料均勻暢通，又能密封物料不能填充的下料管空間，最大限度地防止由于上級旋風筒與下級旋風筒出口換熱管道間由于壓差容易產(chǎn)生的氣流短路、漏風，做到換熱管道中的氣流及下料管中的物料“氣走氣路、料走料路”，各行其路。既有利于防止換熱管道中的熱氣流經(jīng)下料管上竄至上級旋風筒下料口，引起已經(jīng)收集的物料再次飛揚，降低分離效率；又能防止換熱管道中的熱氣流未經(jīng)同物料換熱，而經(jīng)由上級旋風筒底部竄入旋風筒內，造成不必要的熱損失。鎖風閥的作用及要求主要作用是保持下料均勻暢通，又起密封作用，動作必須靈活自如。要求：⑴、閥體必須堅固、耐熱，避免過熱引起變形損壞；⑵、閥板擺動輕巧靈活，重錘易于調整，既要避免閥板開閉動作過大，又要防止物流發(fā)生脈沖，做到下料均勻；⑶、閥體具有良好的氣密性，杜絕漏風；⑷、支撐閥板的軸承要密封完好，防止灰塵摻入；⑸、閥體各部件易于檢修更換。5.氣固分離

旋風筒(旋風預熱器)的主要作用是氣固分離。如何提高旋風筒的分離效率，是減少生料粉內、外循環(huán)，降低熱損失和加強氣固熱交換的重要條件。影響旋風筒分離效率的主要因素①旋風筒的直徑：直徑小，分離效率高。②旋風筒進風口的形式及尺寸：氣流應以切向進入旋風筒，減少了渦流干擾，進風口宜采用矩形。③內筒尺寸及插入深度：內簡直徑小、插入深，分離效率高。④增加筒體高度，分離效率提高。⑤旋風筒下料管鎖風閥漏風，將引起分離出的物料二次飛揚，漏風越大，揚塵越嚴重，分離效率越低。⑥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。影響預熱器熱效率的因素

(1)預熱器分離效率(η)對換熱效率的影響：預熱器的分離效率與換熱效率呈一次線性關系。(2)各級旋風筒分離效率對換熱效率的影響：保持最上級預熱器有較高的分離效率是合理的。(3)固氣比對換熱效率的影響：預分解窯的固氣比一般在1.0左右(4)預熱器級數(shù)對換熱效率的影響：預熱器級數(shù)越多，其熱效率越高。預熱器級數(shù)增加，系統(tǒng)阻力增大，從經(jīng)濟效益角度考慮，預熱器級數(shù)不宜超過六級旋風筒的分離效率的高低，對系統(tǒng)的傳熱速率和熱效率有重要影響。旋風筒的分離效率愈低，生料在系統(tǒng)內、外循環(huán)量就愈高。系統(tǒng)內生料循環(huán)量等于喂料量時，廢氣溫度將升高38℃。外循環(huán)量增加，就會增加收塵設備的負荷，降低熱效率。最高一級旋風筒的分離效率決定著預熱器系統(tǒng)的粉塵排出量，提高它的分離效率是降低外部循環(huán)的有效措施。2.3旋風預熱器的結構及技術參數(shù)1旋風筒的直徑旋風筒的處理能力主要取決于通過的風量和截面風速。圓筒部分假想截面風速過去一般在3～5m／s之間選取，近年來為了縮小旋風筒規(guī)格，有所提高。圓柱體直徑計算方式：各級旋風筒分離效率的要求最上一級C1旋風筒作為控制整個窯尾系統(tǒng)的收塵效率關鍵級，要求分離效率達到η1>95％。最下一級旋風筒作為提高熱效率級主要承擔將已分解的高溫物料及時分離并送入窯內，以減少高溫物料的再循環(huán)，因此，對C5旋風筒的分離效率要求較高。理論和實踐表明，高溫級分離效率越高，C1出口溫度越低，系統(tǒng)熱效率越高。中間級在保證一定分離效率的同時，可以采取一些降阻措施，實現(xiàn)系統(tǒng)的高效低阻。各級旋風筒分離效率配置應為η1>η5>η2,3,4

各級旋風筒推薦分離效率、圓筒截面風速2.3.1.2進氣方式、尺寸、進口形式旋風筒進風口結構，一般為矩形，長寬比(b/a)在2左右旋風簡進口面積大小根據(jù)進口面積系數(shù)(ΦA)，即進口面積(ab)與旋風簡直徑(D2)平方之比確定。旋風筒氣流進口方式有蝸殼式和直入式兩種，進口氣流內緣與圓柱體相切稱為蝸殼式；進口氣流外緣與圓柱體相切成為直入式。270°大蝸殼低壓損的特點⑴、擴大了進口區(qū)域與蝸殼，減少了進口區(qū)氣流阻力；⑵、內部沒有螺旋結構，可將氣流平穩(wěn)引入旋風筒，物料在慣性力和離心力的作用下達到筒壁，有利于提高分離效率；⑶、進風口尺寸優(yōu)化設計，減少進口氣流與回流相撞；⑷、適當降低旋風筒入口風速，蝸殼底邊做成斜面，適當降低筒內氣流旋轉速度；⑸、適當加大內筒直徑，縮短筒內氣流的無效行程；⑹、高徑比適當增大，減少氣流擾動。一般設計參數(shù)（五級）：總壓降為（4800±300）Pa，分離效率η1=92~96%，η5=88%左右，旋風筒截面風速一般為3.5~5.5m/s。2.3.1.3排氣管尺寸與插入深度排氣管尺寸是按氣流出口速度計算的。一般來說Vm大于10m/s，在有良好的撤料裝置時，不會發(fā)生短路。新型旋風筒V出一般在15～20m/s之間。內筒插入深度分為以下三種情況：①插入深度達到進氣管中心附近。②與排氣管徑相等。③達到進氣管外緣以下。2.3.1.4旋風筒高度(H)旋風筒高度系指包括圓柱體高度和圓錐體高度的總和。旋風筒高度增加，分離效率提高。(1)圓柱體高度(H1)圓柱體高度是旋風筒的重要參數(shù)，它的高低關系到生料粉是否有足夠的沉降時間。

(2)圓錐體高度(H2)如果排灰口直徑和錐邊傾角太大，排灰口及下料管中物料填充率低，易產(chǎn)生漏風，引起二次飛揚；反之，引起排灰不暢，甚至發(fā)生黏結堵塞。α值一般在65°～75°之間，D-dc可在0.1～0.15之間，H2／D在0.9～1.2之間選用。

圓錐體結構在旋風筒中的作用如下:①能有效地將靠外向下的旋轉氣流轉變?yōu)榭枯S心的向上旋轉的核心流，它可使圓柱體長度大為減少。②圓錐體也是含塵氣流氣固相最后分離的地方，它的結構直接影響已沉降的粉塵是否會被上升旋轉氣流再次帶走，從而降低分離效率。③圓錐體的傾斜度有利于中心排灰。常見故障及處理辦法操作時的注意事項1、在燒SP窯時，應考慮物料在預熱器內充分的懸浮及正常運動，抽風可適當大一些，通常預熱器出口抽力-1000Pa左右，溫度不大于380℃，入