无机非金属材料热工设备：2-2 悬浮预热器

1、1案 例需要具备哪些热工设备的基础知识？预热器结构单元包括哪几部分？怎样合理设计旋风预热器？2 2.2.1 旋风预热器的工作原理 2.2.2 影响旋风预热器热效率的因素 2.2.3 旋风预热器结构设计 2.2.4 各级旋风预热器性能的配合 2.2.5 旋风预热器串联级数的选择 2.2.6 悬浮预热器的分类2.2 悬浮预热器（Suspension Preheaters ）3（1）旋风筒的目的 预热生料， 降低废气的温度，降低热耗。（2）旋风预热器的工作原理气体的运动物料的运动 同时受含尘气流从旋风筒上部连续挤压而产生的向下推力作用（3）功能：生料粉在气流中的分散与悬浮；气固相间换热在上升管道内进

2、行（换热管道）；旋风筒内主要进行气固分离和生料粉的收集。2.2.1 旋风预热器的工作原理返回42.2.2、影响旋风预热器热效率的主要因素55(1) 生料粉进入管道内分散与悬浮的均匀程度直接影响到传热面积。生料分散的越均匀，传热效率越高；反之，越低。 选择合理的下料位置原则：保证物料能均匀悬浮，不短路落料。 选择合理的进口风速(1521m/s) ；原则：使物料分散在气流中 为加强分散可在喂料口安装撒料器； 合理控制生料细度和喂料的均匀性；喂料的均匀性与翻板阀的工作性和来料的均匀性有关 旋风筒的结构影响旋风预热器热效率的主要因素返回6气体速度对物料输送的影响所有物料会被气流带走W15m/s大部分物

3、料会被气流带走少部分会滞留在管内W=10m/s大部分物料不能被气流带走，会滞留在管内W=5m/s设物料颗粒100m进口气流速度为多少合适？7结论：速度在1521m/s之间，分离效率最大,速度过高、过低均会使气固分离效率降低。 旋风筒进口风速:返回88 安装撒料器的作用P25： 作用：促使下落物料冲击撒料板后向上飞溅、分散。 安装原则： 插入深度应是让物料分散悬浮而不成团掉落，更要让物料在进入的整个容器的断面上分散。 返回9*9 合理控制生料细度和喂料的均匀性。喂料的均匀性：要求来料管的翻板阀灵活、严密；来料多时，它能起到一定的阻滞缓冲作用；来料少时，它能起到密封作用，防止系统内部漏风。返回10

4、 气固换热越好,旋风预热器热效率越高; 影响换热的因素有哪些？ 主要由气固间的接触面积（由生料的分散程度决定） 气固接触时间（取决于气流的速度） 管道的保温(2)管道内的气固换热程度对热效率的影响11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 气固分离程度越差，热效率越低。 影响气固分离效率的主要因素有哪些？ 旋风筒的直径：直径越小，气固分离效率越高；旋风筒的高度：高度越大，气固分离效率越高；进风口的型式和尺寸：内筒直径和插入深度：内筒直径越小、插入深度越深，分离效率越大；各处的漏风会降低气固分离效率。(3)旋风筒内的气固分离对热效率的影响12*(4) 漏

5、风对旋风预热器热效率的影响 预热器系统的漏风分为两种： 内漏风：下一级的废气通过锁风不严 的翻板阀自出料口倒流入上一级旋风 筒而形成的漏风 外漏风：系统外的冷空气漏入到系统内 漏风越多、旋风预热器热效率越低。13*（5）表面散热对预热器热效率的影响 表面散热越多，热效率越低，生料预热越差，熟料的产量越低。 预热器在整个煅烧系统中的表面积最大（能耗接近总热耗的10%），因此，应该重视它的保温隔热性能。（6）生料粉沉降的好坏对旋风预热器热效率的影响 重视：锁风阀的形式、灵活性、密封性，下料管内径与旋风预热器直径之比等。案例14案例: 引起锁风阀的运行故障的原因可能有哪些？ 翻板阀转动轴机械卡死；

6、配重发生位移； 翻板阀机械变形； 翻板阀机械磨损； 结皮异物。 有些根据出预热器的温度是否升高判断锁风阀运行故障是否合适15本节内容总结1.悬浮预热器的每一个换热单元应同时具备哪三个功能？2.试述旋风预热器的工作原理（说明气流、物料的走向及换热与分离过程）及特点3.在悬浮预热器中气固之间的换热大部分在何处进行？气固换热与哪些因素有关？4.在悬浮预热器中气固之间的分离大部分在何处进行？气固分离与哪些因素有关？5.为何说料粉的分散与悬浮非常重要？采用什么措施改善料粉的均匀分散。6.分析影响旋风预热器热效率的主要因素。7.漏风有哪两种形式？对生产有何影响？8.为什么管道内的风速不能过大，也不能过小？

7、返回16本节要求： 理解旋风预热器的结构设计过程； 理解旋风筒的阻力损失产生的原因； 掌握旋风预热器各参数对分离效率、流体阻力的影响规律； 掌握旋风筒的结构优化措施有哪些。2.2.3、 旋风预热器的结构设计17旋风预热器的结构气体温度测点气体压力测点取样点物料温度测点进风口翻板阀下料管内筒连接管道圆柱体锥体捅料孔清灰门环形吹扫18*2.2.3、 旋风预热器的结构设计1、设计目标如下: 较高的分离效率 较低的压力损失 保证气固的换热时间和空间 使物料均匀地分散在气流中问题1：旋风筒的阻力损失有哪几部分组成？19问题1：旋风筒内的流体阻力包括哪些方面？（1）进、出口气流的局部阻力损失（2）进口气流

8、与旋转气流碰撞产生的能量损失（3）旋转向下的气流在锥体折转向上的局部阻力损失（4）沿筒内壁的摩擦阻力损失20 2、旋风筒的结构设计包括： 旋风筒柱体直径D 进风口结构及尺寸 内筒直径d和插入深度h3 圆柱体高度h1 圆锥体的高度h2及倾斜角度 旋风预热器各连接管道直径 检修门、耐火和保温材料的选取等2.2.3、 旋风预热器的结构设计21Di 旋风筒有效内径，（m）；V 旋风筒通风量，（m3/s）UA 旋风筒断面风速（m/s）。旋风筒C1C2C3C4C5断面风速（m/s）3 -44.8-5.54.8-5.55.5-65.5-6断面风速的选取参考:在其他条件相同时，旋风筒直径越小,风速越大,分离效

9、率越高,流体阻力越大。（1） 旋风筒柱体直径D的确定3、具体设计计算过程例：3200t/d(单列)2-553085005000t/d（双列）4-50002-69002-720022 进风方式:多数采用2700蜗壳式。进口风速: 1521m/s分离效率最大速度过高、过低均会使气固分离效率降低。（2） 旋风筒的进风口结构及尺寸的确定 规律：蜗壳角度越大、分离效率越 高，流体阻力越大。 进风口尺寸如何确定?C1级 a/b 在 0.40.5 C2C5 a/b 在 0.50.6为宜2324 内筒作用规律：内筒直径越小，流体阻力越大；分离效率越高；内筒插入越深，流体阻力越大，分离效率越高。 内筒直径d的确

10、定： 插入深度h3的确定：有三种一般：C1级h3/b1.4，C2-C5： h3/b在0.60.3范围（3）内筒的设计25 它的高矮决定气流中生料是否有足够的沉降时间，与其分离效率有关 。 h1越高，分离效率越大、流体阻力也随之增加。 计算公式：（4）圆柱体高度h1 26 圆锥体的作用：能起到向中心收拢物料的作用，使物料顺利过渡到小直径的排料口。 一般选取： C1级 65-70 C2和C3级 65C4，C5级 65-70或计算: h2=0.5（D-dm）tgdm-旋风筒下料口直径，m； -锥体与水平面夹角，度。 （5）圆锥体的高度h2的确定27 作用：上下两极旋风筒之间的连接和输送气流、物料的功

11、能。 计算连接管道d 管道上安有波纹膨胀节smwwQd/21154-=可取管道内气体的流速，管p（6）旋风预热器各连接管道28（7） 卸料管dm及锁风阀的设计 锁风阀的作用 : 即保证物料能够顺利下落，同时又起到锁风的作用 （防止旋风筒出现内漏风） 出口尺寸dm=（0.1-0.2）D布置力求简捷，拐弯少，各管段空间角尽可能大于55029 在进风口加阻流型导流板。 旋风预热器筒体的结构改进 如： 采用大蜗壳内螺旋入口及螺旋顶盖结构； 蜗壳进口底部做成斜面； 适当加大内筒直径，缩短内筒插入深度。 旋风筒进风口与内筒结构的改造 如：设置 “靴形”内筒; 适当加大进风口断面积，以降低气流入口速度。 适

12、当加大旋风筒高径比，减少气流内的扰动； 下料口增设膨胀仓。 4、降低预热器的阻力措施有哪些？30案例2 锁风阀被卡住会有哪些表现？卡住的结果： 出预热器的气体温度更高； 入窑物料分解不好。返回31回转窑 4.872mC1(4个)C2(2个)C3(2个)C4(2个)C5(2个)旋风筒内径 mm45006400660066006800柱体高mm86506500675068509350锥体高 mm520077007550745010400内筒内径mm24503930406040604060风管级别C2-C1的连接管道C3-C2的连接管道C4-C3的连接管道C5-C4的连接管道内径mm38504050

13、42004200旋风筒的下料管mm700850 850 950 950例：日产5000吨水泥窑生产线（TDF炉）返回32回转窑 4.872mC1(4个)C2(2个)C3(2个)C4(2个)C5(2个)旋风筒内径 mm48006800680070007000内筒内径mm22003930406040604060风管级别C2-C1的连接管道C3-C2的连接管道C4-C3的连接管道C5-C4的连接管道C5与分解炉内径mm37003860406040605600旋风筒的下料管mm710900 900 900 900日产4500吨水泥窑生产线（管道式分解炉） 问题：对于单系统的旋风预热器，第一级旋风筒设计

14、成两个直径较小的旋风筒，其他级为一个旋风筒，为什么？返回33主要内容1、各级旋风预热器的分离效率是如何匹配？2、各级漏风量对热效率的影响顺序？3、各级表面散热损失对热效率的影响顺序？要求掌握分离效率的匹配关系及其原因掌握漏风量、表面散热对热效率的影响规律2.2.4 各级旋风预热器的性能匹配34341. 各级旋风预热器的分离效率是如何匹配？为什么如： C1 C4、 C3、 C2 c5 冀东： 94.84 87.07 86.02 84.71 90.0推荐旋风筒 C1 C2 C3 C4 C5分离效率（%）958585859090 952.2.4 各级旋风预热器性能的匹配2. 各级漏风量对热效率的影响

15、顺序 3. 各级表面散热损失对热效率的影响返回352.2.5 旋风预热器串联级数的选择0.50.95 (Tm-40) = 1.0 (1000-Tg)Tm=Tg=690=Tcp相应回收的热量为337kj/kg 气体，仅占废气总热焓的31% 固气比越大，Tm越低，热效率越高 旋风预热器为什么采用多级串联？ 例：以1kg气体为基准，设固气比为0.5kg料/kg气，热容比 为0.95，气体进预热器时温度为1000，物料入管道温度 为40 。求物料能被预热的最高温度。363660360580770物料入窑温度为8455857758501050例：气体出预热器的温度为320 旋风预热器为什么采用多级串联？

16、气体温度物料温度返回 旋风预热器只有采用多级串联才能达到最大回收废热，并提高预热生料入窑的温度最佳级数为5 6级37 （1）按制造厂商命名分类： 早期有洪堡型、史密斯型、多波尔型、维达格型、克虏伯（盖波尔）型 、ZAB、捷克（普列罗夫）型等。2.2.6、悬浮预热器的分类表2-738（2）按热交换工作原理分类： 同流热交换为主； 逆流热交换为主； 混流热交换三种。 （3）按预热器组成分类： 有数级旋风筒组合式； 以立筒为主的组合式； 及旋风筒与立筒(或涡室) 混合组合式三种。 我国具有代表性的旋风筒2.2.6、悬浮预热器的分类返回39导流板例1 宇部公司导流板和靴型内筒宇部公司导流板和靴型内筒返

17、回 将内筒做成靴形，可扩大内筒面积，减少旋风筒内旋流风通过筒内壁与内筒之间的面积，减少与进风的撞击，并 设置弯曲导流装置。40将旋风筒进口及顶盖倾斜，内筒偏心布置，缩短内筒的插入深度，使气流平缓进入筒内，减少回流，减少了同进口气流相撞形成的局部涡流。据侧六级旋风预热器的流体总阻力仅有3000Pa例2：伯力休斯公司低压损旋风筒返回41消除内部平面，防止内部积灰；直径降低了25%, 投资降到最低。例3 丹麦史密斯公司的低压损旋风预热器返回42洪堡公司的低压损旋风筒，顶部C1旋风筒的筒体是细而高双旋风筒，C2C5是矮胖型旋风筒例4：洪堡公司的低压损旋风筒43天津院研发的TC预热器我国具有代表性的旋风筒TC型五级预热器系统，总压降为（4800300Pa），分离效率:C1=9296%C24=8788%,C5=88%左右。旋风筒截面风速一般为3.55.5m/s旋风筒高径比:C1=2.53.0 ，C25=1.92.0进口风速为1518m/s。44我国具有代表性的旋风筒 南京院研发的NC预热