项目3任务1预热器的应用

1、单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版副标题样式 2021-6-301 1 项目三预分解窑煅烧系统的描述项目三预分解窑煅烧系统的描述 任务任务1 旋风预热器的应用旋风预热器的应用 2021-6-302 2 旋风预热器的应用旋风预热器的应用 知识目标知识目标 了解悬浮预热器的发展概况，熟悉悬浮预热 器的结构及特性,能结合预热器的工作过程 进行操作控制。 能力目标能力目标 能分析旋风预热器的换热及分离物料功能， 使预热器的作用得以充分发挥。 2021-6-303 预热器是利用回转窑和分解炉废气余热加热生料，使生料预预热器是利用回转窑和分解炉废气余热加热生料，使生料预 热及部分碳酸盐分解。热及部

2、分碳酸盐分解。 悬浮预热技术 2021-6-304 一、预热器的发展一、预热器的发展 回转窑回转窑 预热器预热器 窑气窑气 生料生料 1932年丹麦工程师年丹麦工程师M沃格尔沃格尔约根生约根生 向捷克斯洛伐克共和国提交了向捷克斯洛伐克共和国提交了“用细分用细分 散物料喂入回转窑的方法和装置散物料喂入回转窑的方法和装置”的专的专 利申请书，就是现在新型干法生产采用利申请书，就是现在新型干法生产采用 的预热器。的预热器。 1951年德国洪堡公司制造并投产了世年德国洪堡公司制造并投产了世 界上第界上第1台洪堡型旋风预热器台洪堡型旋风预热器 。 后来又相继开发了大产量双系列旋风后来又相继开发了大产量双

3、系列旋风 预热器、多波尔型预热器、预热器、多波尔型预热器、 维达格型预维达格型预 热器、米亚格型旋风预热器等。热器、米亚格型旋风预热器等。 2021-6-305 预预 热热 器器 2021-6-306 旋风预热器旋风预热器 立筒预热器立筒预热器 盖波尔型盖波尔型 ZAB型型 普列洛夫型普列洛夫型 悬浮预热器悬浮预热器 2021-6-307 二、旋风二、旋风 预热器的作用预热器的作用 （1）稀相气固系统直接悬浮换热）稀相气固系统直接悬浮换热 因为干法窑尾废气温度一般在因为干法窑尾废气温度一般在1000上下，气固上下，气固 （粉体）之间换热方式应以对流为主（经测算对流换（粉体）之间换热方式应以对流

4、为主（经测算对流换 热点总换热的热点总换热的7090%），因此换热率），因此换热率Q（W）可用）可用 一般牛顿方程式，即：一般牛顿方程式，即： Q=a A T 式中：式中： a a气固间换热系数，气固间换热系数，W/mW/m2 2； A A气固接触面积，气固接触面积，/m/m2 2； T气固之间平均温差，气固之间平均温差，。 2021-6-308 结合实际分析：结合实际分析： 由于受工艺条件的限制，由于受工艺条件的限制，a值与值与T值允许波动幅度值允许波动幅度 都不大，因此强化气固之间换热速率的最敏感因素都不大，因此强化气固之间换热速率的最敏感因素 是接触面积是接触面积A。 生料粉的比表面积很

5、大（生料粉的比表面积很大（250350 m2/g），其在气），其在气 流中分散程度不同，使暴露的表面积有极大差异。流中分散程度不同，使暴露的表面积有极大差异。 由此可见气固悬浮换热效果在很大程度上与生料在由此可见气固悬浮换热效果在很大程度上与生料在 气流中分散状况有关。气流中分散状况有关。 2021-6-309 （2）预热过程要求多次串联进行）预热过程要求多次串联进行 预热器单级换热极限预热器单级换热极限 2021-6-3010 假定物料与气体之间进行最大限度热交换后，均达到极限温度，假定物料与气体之间进行最大限度热交换后，均达到极限温度， 即即Tm=Tg，计算可得，计算可得Tm=Tg=690

6、，此时相应回收的热量为，此时相应回收的热量为 337kJ/kg气体，仅占废气总热焓的气体，仅占废气总热焓的31%。可见，一次换热是达。可见，一次换热是达 不到充分回收废气余热的目的，必需进行多次换热，即预热器不到充分回收废气余热的目的，必需进行多次换热，即预热器 要多级串联。要多级串联。 若将若将Tm0=40的的0.5kg物料喂入预热器，与物料喂入预热器，与Tg0=1000的的1kg气气 体进行热交换，物料与气体的热容比热之比为体进行热交换，物料与气体的热容比热之比为0.95，出预热器，出预热器 物料温度为物料温度为Tm，气体温度为，气体温度为Tg。 根据热力学定律，则有（根据热力学定律，则有

7、（Tm-40）0.50.95=（1000-Tg）1。 2021-6-3011 三、三、 旋风预热器的结构旋风预热器的结构 D de H H1H2 do d H3 a b H4 D旋风筒内径旋风筒内径 H旋风筒总高度旋风筒总高度 H1圆筒部分高度圆筒部分高度 H2圆锥部分高度圆锥部分高度 H4喂料位置喂料口下部至喂料位置喂料口下部至 内管下端内管下端 H5内筒高度内筒高度 a进风口宽度进风口宽度 b进风口高度进风口高度 d内筒直径内筒直径 锥体倾斜角锥体倾斜角 de排料口直径排料口直径 d0下料管直径下料管直径 旋风筒尺寸示意图旋风筒尺寸示意图 2021-6-3012 旋风筒的直径旋风筒的直径

8、D=2 A V Q 式中：式中：D旋风筒圆柱体直径；旋风筒圆柱体直径； Q旋风筒内气体流量；旋风筒内气体流量； VA假想截面风速，选假想截面风速，选56m/s较为稳妥。较为稳妥。 2021-6-3013 进气方式、尺寸、进口形式进气方式、尺寸、进口形式 进风口结构：一般矩形，长宽比（进风口结构：一般矩形，长宽比（b/a）在）在2左右。左右。 新型的有菱形和无边形，斜坡面形式新型的有菱形和无边形，斜坡面形式 进口风速（进口风速（Vi）：一般在）：一般在1820m/s之间之间 气流进口方式：蜗壳式和直入式。气流内缘与圆柱体相切称为蜗壳气流进口方式：蜗壳式和直入式。气流内缘与圆柱体相切称为蜗壳 式；

9、进口气流外缘与圆柱体相切成为直入式。式；进口气流外缘与圆柱体相切成为直入式。 2021-6-3014 排气管尺寸与插入深度排气管尺寸与插入深度 排气管尺寸（排气管尺寸（d）：按气流出口速度计算的。）：按气流出口速度计算的。d/D国外已提高到国外已提高到 0.60.7。试验表明，当。试验表明，当d/D大于大于0.6时，分离效率显著下降。因此时，分离效率显著下降。因此 国内一般取国内一般取0.450.6， 插入深度（插入深度（H3）分三种情况：）分三种情况： （1）插入深度达到进气管中心附近；）插入深度达到进气管中心附近； （2）与排气管径相等；）与排气管径相等； （3）达到进气管外缘以下。）达到

10、进气管外缘以下。 2021-6-3015 旋风筒高度（旋风筒高度（H） （1）圆柱体高度）圆柱体高度H1 圆柱体高度是旋风筒的重要参数，它的高低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。一般来说，其他尺寸不变的情关系到生料粉是否有足够的沉降时间。一般来说，其他尺寸不变的情 况下，圆柱体高度增加，气固分离效率提高。况下，圆柱体高度增加，气固分离效率提高。 （2）圆锥体高度）圆锥体高度H2 圆锥体结构在旋风筒中的作用有：有效地圆锥体结构在旋风筒中的作用有：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，它可使圆将靠外向下的旋转气流转变为靠轴心的向上旋转的

11、核心流，它可使圆 柱体长度大为减少；圆锥体也是含尘气流气固相最后分离的地方，柱体长度大为减少；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；圆锥体的倾斜度有利于中心排灰。而降低分离效率；圆锥体的倾斜度有利于中心排灰。 2021-6-3016 旋风筒的分类旋风筒的分类 根据根据H/D可分为：可分为： 2，髙型旋风筒；，髙型旋风筒； 1； 圆锥形旋风筒，圆锥形旋风筒，1； 过渡型旋风筒，过渡型旋风筒，=1。 2021-6-3017 n 1、预热器系统的组成： 第一级

12、为双旋风筒，其余为单旋风筒。 n 2、料、气的移动方向： 窑尾 气体 级 预热器 级 预热器 级 预热器 级 预热器 物料流向 气体流向 大 气 四、旋风预热器的四、旋风预热器的 工作过程工作过程 2021-6-3018 气流 气 料流 分散 换热 换热管 料 旋风筒 分离 换热区分离区 旋风预热器功能分析图旋风预热器功能分析图 旋风筒的入口管道内旋风筒的入口管道内 高速气流使物料高速气流使物料分散分散； 分散后气固同流进行分散后气固同流进行 热交换热交换； 进入旋风筒后继续部进入旋风筒后继续部 分气固换热，但旋风分气固换热，但旋风 筒本身主要是分离物筒本身主要是分离物 料，也就是物料在旋料，

13、也就是物料在旋 风筒中进行风筒中进行分离分离。 这样旋风预热器完成这样旋风预热器完成 了了物料分散物料分散、气固换气固换 热热和和气固分离气固分离。 3、单个旋风预热器的工作过程、单个旋风预热器的工作过程 2021-6-3019 A.管道内的物料分散管道内的物料分散 生产中的旋风筒，进口风速一般生产中的旋风筒，进口风速一般 在在1622m/s之间，基本属于高度之间，基本属于高度 湍流状态。湍流状态。 由加料管自然滑落的物料，在高速由加料管自然滑落的物料，在高速 气流的冲击下，折转方向，随气流气流的冲击下，折转方向，随气流 向上运动，与此同时被分散。向上运动，与此同时被分散。 粉尘下落点到转向处

14、的距离粉尘下落点到转向处的距离L（见图），取决于料团的大小和（见图），取决于料团的大小和 气速的高低。落料团小，气速高，物料容易被分散而折流。气速的高低。落料团小，气速高，物料容易被分散而折流。 为了防止大块难以分散，在加料管口下部，适当位置上设置撒为了防止大块难以分散，在加料管口下部，适当位置上设置撒 料装置是有利的。料装置是有利的。 L 气 流 料粉落入管道后运动轨迹示意图料粉落入管道后运动轨迹示意图 2021-6-3020 回转窑回转窑 预热器预热器 窑气窑气 上长管道中的分散装置上长管道中的分散装置 生料生料 2021-6-3021 2021-6-3022 2021-6-3023 闪动

15、阀闪动阀 NC单板阀结构单板阀结构 管道分散装置管道分散装置 2021-6-3024 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： 阀体必须坚固、耐热，避免过热引起变形损坏； 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； 阀体具有良好的气密性，杜绝漏风； 支撑阀板的轴承要密封完好，防止灰尘掺入； 阀体各部件易于检修更换。 锁风阀的作用及要求锁风阀的作用及要求 2021-6-3025 B.管道内的气固换热管道内的气固换热 例：例：经理论计算，对于团粒粒径为经理论计算，对于团粒粒径为100m 的颗粒，的颗粒， 在风速为在风

16、速为20m/s时，有效换热时间时，有效换热时间 0.01s，说明气固换，说明气固换 热速度是非常迅速。热速度是非常迅速。 式中：式中：Q气固间的换热速率，气固间的换热速率，W； K气固间的综合传热系数，气固间的综合传热系数，W/(m2)； t气固间的平均温差，气固间的平均温差，； F气固间的传热接触表面积，气固间的传热接触表面积，m2。 Q=KtF 2021-6-3026 众多资料已表明众多资料已表明，气固之间，气固之间80%甚至甚至90%的热量是在入的热量是在入 口管道内进行传递的。当团粒粒径为口管道内进行传递的。当团粒粒径为100m，换热时间也只，换热时间也只 需需0.020.04s内完成

17、，与前述理论计算基本一致，相应换热内完成，与前述理论计算基本一致，相应换热 距离也仅为距离也仅为0.20.4m。由此可以肯定，气固换热主要在进口。由此可以肯定，气固换热主要在进口 管道内瞬间完成，即粉料在转向被加速的起始区域内完成的。管道内瞬间完成，即粉料在转向被加速的起始区域内完成的。 理论与实验还进一步证明，旋风筒本体也具有一定的换理论与实验还进一步证明，旋风筒本体也具有一定的换 热能力，只是因为入口处气固温差已很小，旋风筒没有发挥热能力，只是因为入口处气固温差已很小，旋风筒没有发挥 换热能力的机会，因此在设计时只要考虑其分离效果即可。换热能力的机会，因此在设计时只要考虑其分离效果即可。

18、2021-6-3027 旋风筒利用粉尘的惯性力和含尘气流旋转产生的离心力将粉 尘从气流中分离出来。 当气流携带料粉进入旋风筒后，被迫在旋风筒筒体与内筒（ 排气管）之间的环状空间内做旋转流动，并且一边旋转一边 向下运动，有筒体到锥体，一直可以延伸到锥体的端部，然 后转而向上旋转上升，由排气管排出。 由于物料密度大于气体密度，受离心力作用，物料向边部移 动的速度远大于气体，致使靠近边壁处浓度增大；同时，由 于黏滞阻力作用，边壁处流体速度降低，使得悬浮阻力大大 减小，物料下沉而与气体分离。 C.气固分离气固分离 2021-6-3028 4、影响旋风筒分离效率的主要因素 .旋风筒直径 .旋风筒进风口的形式及尺寸 .内筒尺寸及插入深度 .旋风筒高度 .旋风筒下料管锁风阀漏风 .物料颗粒大小、气固比及操作 2021-6-3029 5、影响预热器热效率的因素、影响预热器热效率的因素 ：粉料在管道中的悬浮：粉料在管道中的悬浮 保证悬浮效果的几项措施：保证悬浮效果的几项措施： （1 1）选择合理的喂料位置：）选择合理的喂料位置： 一般情况下，喂料点距出风管起始端应有一般情况下，喂料点距出风管起始端应有 大于大于1m1m多的距离，此距离还与来料落差、来料多的距离，此距离还与来料落差、来料 均匀程度、内筒插入深度以及管内气体的流速均匀程