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低阻旋风筒技术

发布日期:2014-08-09    来源:中国窑炉网   浏览次数:452

    旋风预热器具备气固相充分均匀分散、迅速换热、高效分离的三大功能。近年来,国内外各种特色旋风预热器和分离器已经陆续问世,大量研究开发工作的重点均放在降低阻降,节约电耗,改善旋风筒分离效果上。对于旋风筒而言,分离效率和阻力损失是两个既相互联系又相互矛盾的因素。目前多数中间级旋风筒为了降低阻力往往以牺牲分离效率为代价;如此,并不是一个两全其美的办法。为能够开发出高效率、低压降的旋风预热器,相关专家认为应该首先从理论上搞清楚旋风筒阻力损失的影响因素,这对于提高我国新型干法水泥生产的综合水平,改善工程效益都具有十分积极的促进作用和实际意义。
 
    预热旋风筒的压力损失是新型干法水泥生产中主要的性能指标。一般预热旋风筒多采用蜗壳进口结构,其蜗壳部分在实际生产中很容易产生积灰,造成预热器冲料或堵塞,从而影响生产。国外多家公司均对蜗壳进口进行了改进,但也使得其结构复杂,制造加工难度加大。所以,开发结构更简单、分离效果优良的低阻型旋风筒,对于提高我国新型干法水泥生产的水平,改善工厂效益都具有实际的意义。
 
    这些年我国在预热器开发方面做了较多的工作,如天津水泥工业设计研究院开发的偏置内筒预热器,合肥水泥研究设计院开发的几种低阻型预热器都达到了较好的指标。但为降低阻力而以降低分离效率为代价的例子也是数不胜数。如日本水泥公司的预热器分离效果很好,但阻力损失很大;而卧式旋风筒、史密斯中间级旋风筒则阻力损失很低而分离效果则明显低于正常预热器。开发阻力损失低、分离效果优良、同时能够防止进口段积灰的预热器,对于提高我国新型干法水泥生产的综合水平和改善工厂效益都具有十分积极的促进作用。
 
    开发预热器系统实施降阻措施后,出现预热器出口温度大幅上升,系统飞灰大幅度增加及系统生产不稳定等问题。旋风筒的主要功能是使气固分离,其分离效率的高低直接关系到系统的热效率;因此着眼点首先是高效,以降低系统热耗和无用循环,同时兼顾降低压损,以及节省系统能耗。据大量的研究及实践表明,预热器系统的压力损失主要产生在旋风筒上,管道系统所占的比例很小。预热器系统的阻力是各级旋风筒的压力损失加上管道系统的压力之和,以最底级旋风筒的进口至顶级旋风筒的出口的总压力损失差为指标。
 
   由分析可知, 旋风筒的压损主要由四部分组成:
 
   ( 1 )进、出口局部阻力损失;
   ( 2 )气流旋转冲撞产生的能量损失;
   ( 3 )旋转向下的气流在锥部折返向上的局部阻力损失;
   ( 4 )沿筒内壁的摩擦阻力损失。
 
   在实际生产中,进口风速对压损的影响远大于对效率的影响,因此在不明显影响分离效率和进口不致产生过多物料沉积的前提下,适当降低进口风速,可作为有效的降阻措施之一。另一种措施降阻作用更为明显,也最能体现各公司旋风筒的特点,即优化旋风筒的进、出风口处结构,尽可能减少进气流与回转气流相互挤压、碰撞和扰动,即使旋流顺畅。下面将对降阻的措施做进一步具体地阐述。做到分离效率影响小的压力损失降低, 即只有将降低旋风筒阻力与旋风筒分离效率结合在一起充分考虑,才能算得上是真正意义的降阻, 否则一味地降阻只会破坏预热器系统的平衡。
 
   据悉,预热器系统压损没降低500Pa,可节省电耗0.66-0.77KWh/t.cl;而本文中计算出来的数据也表明当压损差为1300Pa时,电耗差为1.85KWh/t.cl;由此可见降阻的必要性。
 
   通过理论分析及工程实践在不影响旋风筒分离效率的前提下, 可以采取的主要措施如下:
 
   ( 1 )采用结构合理的二心大蜗壳型旋风筒:它具有270°的大蜗壳内螺旋结构, 可使气流平稳引入旋风筒,物料在惯性力和离心力的作用下达到筒壁,有利于物料的分离和分离效率的提高;采用二心270°大蜗壳,扩大了大部分进口区域与蜗壳,减少了进口区涡流阻力;
    ( 2 )进风口尺寸合理设计,减少或避免进口气流与回流相撞; 适当降低进口气流速度,适当合理的降低筒内气流旋转速度;
    ( 3)合理设计内筒直径,适当降低旋风筒出口风速,缩短气流在旋风筒内的无效行程;
    ( 4)在旋风筒出口与连接风管处选取合理的的结构型式,减少局部阻力损失。风管与旋风筒进口连接处采用由20°到45°顺畅平稳的结构型式进行过渡,理论与实践证明阻力损失较小。
    (5)改变导向叶片的结构:导流叶片主要是抑制气流由进风口进入旋风筒内后空间突然扩大,流体流速急剧降低所造成的局部湍流。众所周知平板型的导流叶片尽管能有效地降低旋风筒的阻力损失,但同时也会严重影响旋风筒的分离效率。若采用函数曲线优化的方法对平板型叶片做曲弧优化,使得进入旋风筒内的流体减速更加均匀,更有效地减少流体各部分间动量交换。

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