第五讲悬浮预热

第五讲悬浮预热技术及设备

1、了解预热器的分类方法；2、掌握预热器的工作原理和结构组成；3、掌握影响旋风筒效率的主要因素；4、熟悉旋风预热器的结构及技术参数。悬浮预热技术：

是指低温粉状物料均匀分散在高温气流之中，在悬浮状态下进行热交换，使物料得到迅速加热升温的技术。1.预热器的分类预热器的种类较多，大致有三种分类方法。①按热交换工作原理分类以同流热交换为主、以逆流热交换为主和以混流热交换为主。②按制造商命名分类洪堡型、史密斯型、多波尔型、维达格型、盖波尔型和ZAB型等。③按预热器组合分类多级旋风筒组合式、以立筒为主组合式、旋风筒与立筒组合式。预热器悬浮预热技术的优越性1.物料悬浮在热气流中，与气流的接触面积大幅度增加，因此传热速度极快，传热效率很高。

2.生料粉与燃料在悬浮态下均匀混合，燃料燃烧产生的热及时传给物料，使之迅速分解。

3.由于传热、传质迅速，大幅度提高了生产效率和热效率。2.预热器的工作原理

1.预热器的换热功能预热器的主要功能是充分利用回转窑和分解炉排出的废气余热加热生料，使生料预热及部分碳酸盐分解。为了最大限度提高气固间的换热效率，实现整个煅烧系统的优质、高产、低消耗，预热器必需具备气固分散均匀、换热迅速和高效分离三个功能。旋风筒换热单元功能结构示意如图2-7所示旋风筒换热单元功能结构示意图悬浮预热器必须具备三个功能：使气、固两相能充分分散均布迅速换热高效分离三个功能2.预热器的物料分散功能

喂入预热器管道中的生料，在与高速上升气流的冲击下，物料折转向上随气流运动，同时被分散。物料下落点到转向处的距离(悬浮距离)及物料被分散的程度取决于气流速度、物料性质、气固比、设备结构等。旋风预热器是由旋风筒和连接管道组成的热交换器。换热管道是旋风预热器系统中的重要装备，它不但承担着上下两级旋风筒间的连接和气固流的输送任务，同时承担着物料分散、均布、锁风和气、固两相间的换热任务，所以，换热管道除管道本身外还装设有下料管、撒料器、锁风阀等装备，它们同旋风筒一起组合成一个换热单元。为使物料在上升管道内

迅速地分散、悬浮，应注意的问题(1)选择合理的喂料位置；(2)选择适当的管道风速要保证物料能够悬浮于气流中；(3)合理控制生料细度；(4)喂料的均匀性；(5)旋风筒的结构；(6)在喂料口加装撒料装置。3.锁风锁风阀(又称翻板阀)的作用既保持下料均匀畅通，又起密封作用。装在上级旋风筒下料管与下级旋风筒出口的换热管道入料口之间的适当部位。锁风阀必须结构合理，轻便灵活。常用的锁风阀：单板式、双板式和瓣式4.气固间换热气固间的热交换80％以上是在入口管道内进行的，热交换方式以对流换热为主。当dp=100µm时换热时间只需0.02～0.04s，相应换热距离仅0.2～0.4m。气固之间的换热主要在进口管道内瞬间完成的，即粉料在转向被加速的起始区段内完成换热。对管道的设计十分重要管道风速太低，虽然热交换时间延长，但影响传热效率，甚至会使生料难以悬浮而沉降积聚，并且使管道面积过大风速过高，则增大系统阻力，增加电耗，并影响旋风筒的分离效率正确确定换热管道尺寸，必须首先确定合适的管道风速可根据生料粒径、悬浮速度以及工况等因素进行理论计算。由于影响因素复杂，许多因素的考虑也不能完全符合实际，故计算后亦常需要以实验数据或经验数据予以修正，故各国设计或制造单位，一般根据实践经验数据选定各部换热管道风速，作为管道尺寸设计的基础。各种类型的旋风预热器的换热管道风速，一般选用12~18m/s。必须采取的措施：目的：使生料能够充分的分散悬浮于管道内的气流中，加速气固之间的传热。措施1：1.在生料进入每级预热器的上升管道处，管道内应有物料分散装置，一般采用板式撒料器（如图6-4所示）和箱式撒料器。作用：在于防止下料管下行物料进入换热管道时的向下冲料，并促使下冲物料冲至下料板后飞溅、分散。装置虽小，但作用极大。撒料装置示意图2.选择生料进入管道的合适方位，使生料逆气流方向进入管道，以提高气固相的相对速度和生料在管道内停留时间。3.两级旋风筒之间的管道必须有足够的长度，以保证生料悬浮起来，并在管道内有足够的停留运行距离，充分发挥管道传热的优势。4.旋风筒下料管道上设有锁风翻板排灰阀，要求结构合理、轻便灵活不漏风，生料能连续卸出，有料封作用。

撒料箱的功能特点⑴、利用物料下落的动能冲击撒料箱底板将料流打散；⑵、增大底板面积形成梯形与管道相接，以适应物料分离扩散形状的要求；⑶、底板有一定的倾角，降低物料与底板的摩擦阻力，以利分散的物料向管道内流动；⑷、底板表面一般有顺料流方向的山形筋条，能增强底板刚度以防热变形，同时防止分散后的物料重新汇聚成团。锁风翻板排灰阀锁风翻板排灰阀(简称锁风阀)是预热器系统的重要附属设备。它装设于上级旋风筒下料管与下级旋风筒出口的换热管道入料口之间的适当部位。其作用在于保持下料管经常处于密封状态，既保持下料均匀畅通，又能密封物料不能填充的下料管空间，最大限度地防止由于上级旋风筒与下级旋风筒出口换热管道间由于压差容易产生的气流短路、漏风，做到换热管道中的气流及下料管中的物料“气走气路、料走料路”，各行其路。既有利于防止换热管道中的热气流经下料管上窜至上级旋风筒下料口，引起已经收集的物料再次飞扬，降低分离效率；又能防止换热管道中的热气流未经同物料换热，而经由上级旋风筒底部窜入旋风筒内，造成不必要的热损失。锁风阀的作用及要求主要作用是保持下料均匀畅通，又起密封作用，动作必须灵活自如。要求：⑴、阀体必须坚固、耐热，避免过热引起变形损坏；⑵、阀板摆动轻巧灵活，重锤易于调整，既要避免阀板开闭动作过大，又要防止物流发生脉冲，做到下料均匀；⑶、阀体具有良好的气密性，杜绝漏风；⑷、支撑阀板的轴承要密封完好，防止灰尘掺入；⑸、阀体各部件易于检修更换。5.气固分离

旋风筒(旋风预热器)的主要作用是气固分离。如何提高旋风筒的分离效率，是减少生料粉内、外循环，降低热损失和加强气固热交换的重要条件。影响旋风筒分离效率的主要因素①旋风筒的直径：直径小，分离效率高。②旋风筒进风口的形式及尺寸：气流应以切向进入旋风筒，减少了涡流干扰，进风口宜采用矩形。③内筒尺寸及插入深度：内简直径小、插入深，分离效率高。④增加筒体高度，分离效率提高。⑤旋风筒下料管锁风阀漏风，将引起分离出的物料二次飞扬，漏风越大，扬尘越严重，分离效率越低。⑥物料颗粒大小、气固比(含尘浓度)及操作的稳定性等，都会影响分离效率。影响预热器热效率的因素

(1)预热器分离效率(η)对换热效率的影响：预热器的分离效率与换热效率呈一次线性关系。(2)各级旋风筒分离效率对换热效率的影响：保持最上级预热器有较高的分离效率是合理的。(3)固气比对换热效率的影响：预分解窑的固气比一般在1.0左右(4)预热器级数对换热效率的影响：预热器级数越多，其热效率越高。预热器级数增加，系统阻力增大，从经济效益角度考虑，预热器级数不宜超过六级旋风筒的分离效率的高低，对系统的传热速率和热效率有重要影响。旋风筒的分离效率愈低，生料在系统内、外循环量就愈高。系统内生料循环量等于喂料量时，废气温度将升高38℃。外循环量增加，就会增加收尘设备的负荷，降低热效率。最高一级旋风筒的分离效率决定着预热器系统的粉尘排出量，提高它的分离效率是降低外部循环的有效措施。2.3旋风预热器的结构及技术参数1旋风筒的直径旋风筒的处理能力主要取决于通过的风量和截面风速。圆筒部分假想截面风速过去一般在3～5m／s之间选取，近年来为了缩小旋风筒规格，有所提高。圆柱体直径计算方式：各级旋风筒分离效率的要求最上一级C1旋风筒作为控制整个窑尾系统的收尘效率关键级，要求分离效率达到η1>95％。最下一级旋风筒作为提高热效率级主要承担将已分解的高温物料及时分离并送入窑内，以减少高温物料的再循环，因此，对C5旋风筒的分离效率要求较高。理论和实践表明，高温级分离效率越高，C1出口温度越低，系统热效率越高。中间级在保证一定分离效率的同时，可以采取一些降阻措施，实现系统的高效低阻。各级旋风筒分离效率配置应为η1>η5>η2,3,4

各级旋风筒推荐分离效率、圆筒截面风速2.3.1.2进气方式、尺寸、进口形式旋风筒进风口结构，一般为矩形，长宽比(b/a)在2左右旋风简进口面积大小根据进口面积系数(ΦA)，即进口面积(ab)与旋风简直径(D2)平方之比确定。旋风筒气流进口方式有蜗壳式和直入式两种，进口气流内缘与圆柱体相切称为蜗壳式；进口气流外缘与圆柱体相切成为直入式。270°大蜗壳低压损的特点⑴、扩大了进口区域与蜗壳，减少了进口区气流阻力；⑵、内部没有螺旋结构，可将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，有利于提高分离效率；⑶、进风口尺寸优化设计，减少进口气流与回流相撞；⑷、适当降低旋风筒入口风速，蜗壳底边做成斜面，适当降低筒内气流旋转速度；⑸、适当加大内筒直径，缩短筒内气流的无效行程；⑹、高径比适当增大，减少气流扰动。一般设计参数（五级）：总压降为（4800±300）Pa，分离效率η1=92~96%，η5=88%左右，旋风筒截面风速一般为3.5~5.5m/s。2.3.1.3排气管尺寸与插入深度排气管尺寸是按气流出口速度计算的。一般来说Vm大于10m/s，在有良好的撤料装置时，不会发生短路。新型旋风筒V出一般在15～20m/s之间。内筒插入深度分为以下三种情况：①插入深度达到进气管中心附近。②与排气管径相等。③达到进气管外缘以下。2.3.1.4旋风筒高度(H)旋风筒高度系指包括圆柱体高度和圆锥体高度的总和。旋风筒高度增加，分离效率提高。(1)圆柱体高度(H1)圆柱体高度是旋风筒的重要参数，它的高低关系到生料粉是否有足够的沉降时间。

(2)圆锥体高度(H2)如果排灰口直径和锥边倾角太大，排灰口及下料管中物料填充率低，易产生漏风，引起二次飞扬；反之，引起排灰不畅，甚至发生黏结堵塞。α值一般在65°～75°之间，D-dc可在0.1～0.15之间，H2／D在0.9～1.2之间选用。

圆锥体结构在旋风筒中的作用如下:①能有效地将靠外向下的旋转气流转变为靠轴心的向上旋转的核心流，它可使圆柱体长度大为减少。②圆锥体也是含尘气流气固相最后分离的地方，它的结构直接影响已沉降的粉尘是否会被上升旋转气流再次带走，从而降低分离效率。③圆锥体的倾斜度有利于中心排灰。常见故障及处理办法操作时的注意事项1、在烧SP窑时，应考虑物料在预热器内充分的悬浮及正常运动，抽风可适当大一些，通常预热器出口抽力-1000Pa左右，温度不大于380℃，入