第五講懸浮預(yù)熱

第五講懸浮預(yù)熱技術(shù)及設(shè)備

1、了解預(yù)熱器的分類方法；2、掌握預(yù)熱器的工作原理和結(jié)構(gòu)組成；3、掌握影響旋風(fēng)筒效率的主要因素；4、熟悉旋風(fēng)預(yù)熱器的結(jié)構(gòu)及技術(shù)參數(shù)。懸浮預(yù)熱技術(shù)：

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(jìn)行熱交換，使物料得到迅速加熱升溫的技術(shù)。1.預(yù)熱器的分類預(yù)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(dá)格型、蓋波爾型和ZAB型等。③按預(yù)熱器組合分類多級旋風(fēng)筒組合式、以立筒為主組合式、旋風(fēng)筒與立筒組合式。預(yù)熱器懸浮預(yù)熱技術(shù)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(shí)傳給物料，使之迅速分解。

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

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(gè)煅燒系統(tǒng)的優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低消耗，預(yù)熱器必需具備氣固分散均勻、換熱迅速和高效分離三個(gè)功能。旋風(fēng)筒換熱單元功能結(jié)構(gòu)示意如圖2-7所示旋風(fēng)筒換熱單元功能結(jié)構(gòu)示意圖懸浮預(yù)熱器必須具備三個(gè)功能：使氣、固兩相能充分分散均布迅速換熱高效分離三個(gè)功能2.預(yù)熱器的物料分散功能

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(dòng)，同時(shí)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。旋風(fēng)預(yù)熱器是由旋風(fēng)筒和連接管道組成的熱交換器。換熱管道是旋風(fēng)預(yù)熱器系統(tǒng)中的重要裝備，它不但承擔(dān)著上下兩級旋風(fēng)筒間的連接和氣固流的輸送任務(wù)，同時(shí)承擔(dān)著物料分散、均布、鎖風(fēng)和氣、固兩相間的換熱任務(wù)，所以，換熱管道除管道本身外還裝設(shè)有下料管、撒料器、鎖風(fēng)閥等裝備，它們同旋風(fēng)筒一起組合成一個(gè)換熱單元。為使物料在上升管道內(nèi)

迅速地分散、懸浮，應(yīng)注意的問題(1)選擇合理的喂料位置；(2)選擇適當(dāng)?shù)墓艿里L(fēng)速要保證物料能夠懸浮于氣流中；(3)合理控制生料細(xì)度；(4)喂料的均勻性；(5)旋風(fēng)筒的結(jié)構(gòu)；(6)在喂料口加裝撒料裝置。3.鎖風(fēng)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。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。常用的鎖風(fēng)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(nèi)進(jìn)行的，熱交換方式以對流換熱為主。當(dāng)dp=100μm時(shí)換熱時(shí)間只需0.02～0.04s，相應(yīng)換熱距離僅0.2～0.4m。氣固之間的換熱主要在進(jìn)口管道內(nèi)瞬間完成的，即粉料在轉(zhuǎn)向被加速的起始區(qū)段內(nèi)完成換熱。對管道的設(shè)計(jì)十分重要管道風(fēng)速太低，雖然熱交換時(shí)間延長，但影響傳熱效率，甚至?xí)股想y以懸浮而沉降積聚，并且使管道面積過大風(fēng)速過高，則增大系統(tǒng)阻力，增加電耗，并影響旋風(fēng)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(fēng)速可根據(jù)生料粒徑、懸浮速度以及工況等因素進(jìn)行理論計(jì)算。由于影響因素復(fù)雜，許多因素的考慮也不能完全符合實(shí)際，故計(jì)算后亦常需要以實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)或經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)予以修正，故各國設(shè)計(jì)或制造單位，一般根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)選定各部換熱管道風(fēng)速，作為管道尺寸設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。各種類型的旋風(fēng)預(yù)熱器的換熱管道風(fēng)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(nèi)的氣流中，加速氣固之間的傳熱。措施1：1.在生料進(jìn)入每級預(yù)熱器的上升管道處，管道內(nèi)應(yīng)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(jìn)入換熱管道時(shí)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(jìn)入管道的合適方位，使生料逆氣流方向進(jìn)入管道，以提高氣固相的相對速度和生料在管道內(nèi)停留時(shí)間。3.兩級旋風(fēng)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(nèi)有足夠的停留運(yùn)行距離，充分發(fā)揮管道傳熱的優(yōu)勢。4.旋風(fēng)筒下料管道上設(shè)有鎖風(fēng)翻板排灰閥，要求結(jié)構(gòu)合理、輕便靈活不漏風(fēng)，生料能連續(xù)卸出，有料封作用。

撒料箱的功能特點(diǎn)⑴、利用物料下落的動(dòng)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(yīng)物料分離擴(kuò)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(nèi)流動(dòng)；⑷、底板表面一般有順料流方向的山形筋條，能增強(qiáng)底板剛度以防熱變形，同時(shí)防止分散后的物料重新匯聚成團(tuán)。鎖風(fēng)翻板排灰閥鎖風(fēng)翻板排灰閥(簡稱鎖風(fēng)閥)是預(yù)熱器系統(tǒng)的重要附屬設(shè)備。它裝設(shè)于上級旋風(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。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(fēng)筒與下級旋風(fēng)筒出口換熱管道間由于壓差容易產(chǎn)生的氣流短路、漏風(fēng)，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(fēng)筒下料口，引起已經(jīng)收集的物料再次飛揚(yáng)，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(fēng)筒底部竄入旋風(fēng)筒內(nèi)，造成不必要的熱損失。鎖風(fēng)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(dòng)作必須靈活自如。要求：⑴、閥體必須堅(jiān)固、耐熱，避免過熱引起變形損壞；⑵、閥板擺動(dòng)輕巧靈活，重錘易于調(diào)整，既要避免閥板開閉動(dòng)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(fēng)；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(fēng)筒(旋風(fēng)預(yù)熱器)的主要作用是氣固分離。如何提高旋風(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。影響旋風(fēng)筒分離效率的主要因素①旋風(fēng)筒的直徑：直徑小，分離效率高。②旋風(fēng)筒進(jìn)風(fēng)口的形式及尺寸：氣流應(yīng)以切向進(jìn)入旋風(fēng)筒，減少了渦流干擾，進(jìn)風(fēng)口宜采用矩形。③內(nèi)筒尺寸及插入深度：內(nèi)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(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。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(huì)影響分離效率。影響預(yù)熱器熱效率的因素

(1)預(yù)熱器分離效率(η)對換熱效率的影響：預(yù)熱器的分離效率與換熱效率呈一次線性關(guān)系。(2)各級旋風(fēng)筒分離效率對換熱效率的影響：保持最上級預(yù)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(yù)分解窯的固氣比一般在1.0左右(4)預(yù)熱器級數(shù)對換熱效率的影響：預(yù)熱器級數(shù)越多，其熱效率越高。預(yù)熱器級數(shù)增加，系統(tǒng)阻力增大，從經(jīng)濟(jì)效益角度考慮，預(yù)熱器級數(shù)不宜超過六級旋風(fēng)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(fēng)筒的分離效率愈低，生料在系統(tǒng)內(nèi)、外循環(huán)量就愈高。系統(tǒng)內(nèi)生料循環(huán)量等于喂料量時(shí)，廢氣溫度將升高38℃。外循環(huán)量增加，就會(huì)增加收塵設(shè)備的負(fù)荷，降低熱效率。最高一級旋風(fēng)筒的分離效率決定著預(yù)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(fēng)預(yù)熱器的結(jié)構(gòu)及技術(shù)參數(shù)1旋風(fēng)筒的直徑旋風(fēng)筒的處理能力主要取決于通過的風(fēng)量和截面風(fēng)速。圓筒部分假想截面風(fēng)速過去一般在3～5m／s之間選取，近年來為了縮小旋風(fēng)筒規(guī)格，有所提高。圓柱體直徑計(jì)算方式：各級旋風(fēng)筒分離效率的要求最上一級C1旋風(fēng)筒作為控制整個(gè)窯尾系統(tǒng)的收塵效率關(guān)鍵級，要求分離效率達(dá)到η1>95％。最下一級旋風(fēng)筒作為提高熱效率級主要承擔(dān)將已分解的高溫物料及時(shí)分離并送入窯內(nèi)，以減少高溫物料的再循環(huán)，因此，對C5旋風(fēng)筒的分離效率要求較高。理論和實(shí)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(shí)，可以采取一些降阻措施，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的高效低阻。各級旋風(fēng)筒分離效率配置應(yīng)為η1>η5>η2,3,4

各級旋風(fēng)筒推薦分離效率、圓筒截面風(fēng)速2.3.1.2進(jìn)氣方式、尺寸、進(jìn)口形式旋風(fēng)筒進(jìn)風(fēng)口結(jié)構(gòu)，一般為矩形，長寬比(b/a)在2左右旋風(fēng)簡進(jìn)口面積大小根據(jù)進(jìn)口面積系數(shù)(ΦA(chǔ))，即進(jìn)口面積(ab)與旋風(fēng)簡直徑(D2)平方之比確定。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。270°大蝸殼低壓損的特點(diǎn)⑴、擴(kuò)大了進(jìn)口區(qū)域與蝸殼，減少了進(jìn)口區(qū)氣流阻力；⑵、內(nèi)部沒有螺旋結(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，有利于提高分離效率；⑶、進(jìn)風(fēng)口尺寸優(yōu)化設(shè)計(jì)，減少進(jìn)口氣流與回流相撞；⑷、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)降低筒內(nèi)氣流旋轉(zhuǎn)速度；⑸、適當(dāng)加大內(nèi)筒直徑，縮短筒內(nèi)氣流的無效行程；⑹、高徑比適當(dāng)增大，減少氣流擾動(dòng)。一般設(shè)計(jì)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(fēng)筒截面風(fēng)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(jì)算的。一般來說Vm大于10m/s，在有良好的撤料裝置時(shí)，不會(huì)發(fā)生短路。新型旋風(fēng)筒V出一般在15～20m/s之間。內(nèi)筒插入深度分為以下三種情況：①插入深度達(dá)到進(jìn)氣管中心附近。②與排氣管徑相等。③達(dá)到進(jìn)氣管外緣以下。2.3.1.4旋風(fēng)筒高度(H)旋風(fēng)筒高度系指包括圓柱體高度和圓錐體高度的總和。旋風(fēng)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(fēng)筒的重要參數(shù)，它的高低關(guān)系到生料粉是否有足夠的沉降時(shí)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(fēng)，引起二次飛揚(yáng)；反之，引起排灰不暢，甚至發(fā)生黏結(jié)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(jié)構(gòu)在旋風(fēng)筒中的作用如下:①能有效地將靠外向下的旋轉(zhuǎn)氣流轉(zhuǎn)變?yōu)榭枯S心的向上旋轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)直接影響已沉降的粉塵是否會(huì)被上升旋轉(zhuǎn)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(shí)的注意事項(xiàng)1、在燒SP窯時(shí)，應(yīng)考慮物料在預(yù)熱器內(nèi)充分的懸浮及正常運(yùn)動(dòng)，抽風(fēng)可適當(dāng)大一些，通常預(yù)熱器出口抽力-1000Pa左右，溫度不大于380℃，入