高温级旋风筒的分离效率与预热器系统热耗关系的研究

L／ — cf 陈冬梅 王晓峰 洛阳工业高等专科学校(471o03) 丁 』7 )2 摘 要：本文对高温叛旋风筒的分斋驶率与阻力损失、以 1．单级筒的性能与能■消耗的关系 覆预热器乐统热耗的关系进行了研完和计算。 厂 过程如图所示： 关键词：高温毁旋风苘 空苎苎±( 查盐 )_生 ． ， m t 前言— — 子渺 装 幢 小 1951年联邦德国F．Muller发明了以出窑高温废气为载热 l1 l 彳卜质，在窑尾安装的四级旋风茼内部直接进行热交换的悬浮预 厂—L—L] 热(suspenti0n Prehealer．简称sP)，并由 洪堡”公司首先应用 1 ’m ’ 于02．5×40m回转窑上，使原湿法窑的产量由121t／d提高到 I 1 195t／d，单位热耗由6875kJ／kg．c1降低到4400kJ／kg el，获得 ／ 了巨大的经济效益，开创了悬浮预热技术并在水泥工业上得到 ＼ ／ 广泛的应用。 Y 40多年的生产实践明sP系统具有两大优点： {l1在所有窑型中，热耗最低，且规格愈大，热耗愈低。 f21窑的生产能力大幅度增加 由于具备这两大优点，使sP窑及NSP窑成为当今水泥 [ 业的主要发展窑型，国内外各生产厂家、科研单位对悬浮预热 技术给予广泛的重视与采纳，并竞相开发与研制各种新型低阻 高效旋风预热器，使得旋风简技术性能不断改善，经济效益更 为显著。 在预热器系统中，为了得到最佳的换热效率，预热过程需 要多次串联进行。由于各级旋风筒作为换热单元在系统中所 处的位置不同，对其性能和结构的要求也有所区别。对最下一 级旋风简是否设置内简的认识目前尚不统一。一种观点认为， 预热器系统的最下一级旋风筒温度较高，如果没有合适的材质 很易烧坏，即使装有内茼也难以保持长久，且烧坏后更换困难， 故可以不设；另一种观点认为，该级旋风筒如不设内筒，分离效 率将会有一定程度的降低，而使熟料热耗增加，所以必须设 置 分析表明，旋风筒的分离效率和阻力损失呈同向变化，分 离效率越高，驵力损失也越大，即提高分离效率往往是以牺牲 阻力损失为代价的。提高最下～级旋风筒的分离效率能使系 统的热效率提高，但若以过大的动力消耗去换取则不一定音 算。固此，从能量的观点出发，分离效率和阻力损失应有一个 最佳匹配。下面分两种情况进行讨论。 m 1， 圈 1 单级预热量 假设：(1)旋风筒的密闭性很好，不漏风；{2)出旋风茼的物 料温度相同；(3)出旋风筒的气体温度与物料温度相差30~C， 即： —t =30~C；(4)进出旋风茼的气体和物料比热不变；(5) 简体表面没有热损失。 由质量守恒得： mr：‰(1一 ) n一1) ml=‰ (1—2) 由能量守恒得： c t m +c Ⅱ】山 =lmt+咖)c k+cE【t +30) 即： c ll m +c 棚 。=lilac t．+c Ⅱ】 t +30cpm 整理：t ： 蔓 (1 — 3) I_ c ’ lJl ‘ 式中：m广旋风简出口的粉尘量，kg／kg-cl； m 一 旋风筒进出口的气体流量，kg／kg。cl； t广出旋风筒的气体温度，oc； t 一出旋风茼的物料温度，oc； t 一进人旋风茼的气体温度，oc； 进入旋风筒的物料量，kg／kg·cl； — — T螂 ·3-GI-tINABUlL删 『GMA丁ER L印 “『 一 维普资讯 http://www.cqvip.com 1999·3·中国建材装备 t 一进人旋风筒的物料温度， m 一收尘下来的物料量，kg／kg-c】； c 一进人旋风筒的气体比热，ld／kg-℃ c 一出旋风筒的气体比热，kJ／kg- ； c —进旋风筒的物料比热，H／kg- ； c 一出旋风筒的物料比热，kJ／kg- ； 则废气带走热量： Q c m +c ‰ 一c mlt m -c．n3．~I 血 Ⅱ E式两边对 求偏导： 一 ： E ±!! 二 a m +m 魄 假设旋风筒的压降为AP，则气体流经旋风筒时的动力消 耗Q 为： APV．。=△ (1—6) 式中：菇=—}( + ) 一 流经旋风筒的气体流量，m ／s； p 广_进人旋风筒的气体密度，kg／m3； p 一出旋风筒的气体密度，kg／m3： 将方程(1—6)两边分别对△p求偏导： = (1_7IP △ 。。 为了弄清当旋风筒的效率增加△ ％时，对应的压降增大 多少，二者之阃的能量才能达到平衡，可设 增加A'q时，对应 的△p增加A fl，则： A = △ 由式(1—5)及式(1—7)得： m ． ±三 __兰 E △ ％：罢 △ m oct,十 m g fl一8) 即： AH：三 【五 ． ± △x1％ m g m 十 oC 根据式(1—8)可知，当旋风茼的分离效率增加Ar1％时， 若旋风筒的压降损失增加值大干AHI，则增加分离效率所带来 的能量节省值小于由于旋风筒压损增加而导致的动力消耗的 增加值，得不偿失 反之，若压降损失的增加值小于AH，则耐 降低能耗，提高热效率有利 — — 1999-3-CHINA BUILDINGMATERIAL E( r一 2高温级旋风筒能量消耗分析 _水泥生产中，常见的是由几个旋风筒串联而成的多级粉 体预热器系统。其特点是各级旋风筒的温度、分离效率、含尘 浓度都不柑同，总有一部分物料在系统中循环 下面以四级旋 风预热器为倒，讨论四级筒分离效率和阻力损失对一级筒出 口处能量消耗的影响。 假设：(1}出某一级旋风筒的飞灰烧失量与卸出物料的烧 失量相等；(2)出某一级旋风筒的飞灰温度与卸出物料的温度 相同，出旋风筒的气体温度比物料温度略高；(3 J气体和物料 的比热按线性拟合；(4}煤灰的掺人量为100％；(51人窑物料 的分解率E为常数；(6)物料的分解是在某一级管道内进行， 在旋风筒内不发生分解反应；l7)系统没有表面热损失 分析过程如图3、4所示： 图2 四级预热暑 ±--ts1．m t-- 图3 第i级预热器 图4 回转窑 ki．i +1．t-i rn‘．L r 维普资讯 http://www.cqvip.com 根据图3建立方程式。 fa)物料平衡： Im．+ 1(1一L }=m．一-{l—I ．)+f+-{t—L．+ J (1—9) m． 【m-一 (1_L-)+ l_Li,i)](1—10 f -(】-L)+￡+-(】_L+-)】 {1_l】 (b)气体的质量平衡： =m +m +Ami (1—12) ㈦各级旋风筒卸出物料的烧失量计算： =m +m +△mi (1—131 (d J根据图4，建立窑的物料平衡： l+m Lr=nl +№(1一L4) IT14 (1 ilfl Lf-- A ) {1—14) 由假设(5)得： — — — 一 一 ———L E： ]二 旦 =const (1 一 l51 — — — 一 100一 = 式中： 广卸出的物料量，kg／kg·cl； I，“r 窑尾飞灰量，kg／kg·c1； ％ 一^窑的煤量，kg／kg·cl； 工．一各级卸出物料的烧失量，％ 一 各级预热器的飞灰量，kg／kg·cl； m 一漏风量，kg／kg·c1： A／11 ．一物料发生反应生成的气体量，kg／kg·c1； m ．一 各级旋风筒的气体流量，kg／kg·cl； 一 八窑物料的分解率，％； E值叮根据实际生产给出 结合式{1—9)至(1—16)，即 町计算H{各级旋风筒的物料量 le)能量平衡： c t mR +t ．￡一IC ． m． t． e =c (m +￡)·t ．+c ．m (1—17l t。．=t +3O (1—1 8l 由一级简出口气体及 灰带走的热量： = +c “ 【1一l9) 预热器系统的动力消耗： 仉=P {l一20) 式中：P一阻力损失，Pa： 一 气流流量，m3／kg·el 设第4级旋风筒分离效率每增加1％，由1级筒排出气体 带走能量减小值△O，当AQ r等于动力消耗增大值△Qp时， 剧：△ =A 即：AP：挚 从能量的角度看，表明分离效率提高使系统能量损失的 减小值△0 r与由于阻力损失增加Ap而使系统动力消耗的增 加值△ 相平衡，即当△Q_)△仉时，分离效率的增加比阻力 损失的增加对系统能量的贡献大，有利于节能；否则，是不经 济的 3计算实例 计算第四级旋风筒分离效率增大不同值时，能量消耗的 减小值，以及与之相对应的阻力损失的极限值△P眦 计算的初始条件： {1)四级预热系统，无分解炉，各经旋风筒的分离效率为： 1级筒：92％，2级筒：85％，3级筒：85％，4级筒：80％。 (2)燃料为煤，组成：A=20％； (3)普通生料，烧失量35．5％； (4)系统喂料温度50％，漏风温度20％； (5)^ 窑生料表观分解率E=40％。 计算基准：lkg熟料； 计算过程： 设其它3个筒分离效率不变，4级筒的分离效率由80％增加 至89％，以2％为步长，计算出与之相对应的△ 及△P一，计算结 果见表1。 表 1 分离效率增加时能量的节省值和阻力损失的极限值 I％ 1 1 3 5 7 9 △O-(10／kg e1) 3 75 10．88 I7 77 24 39 30 77 △I m舡 《kPa1 0．53 I_53 2．51 3．44 4 34 计算结果表明，当四级简的分离效率由80％增加到81时， 系统热耗减少了3 75kJ／kg·c1；而当其分离效率由鼬％增加 到89％时，系统热耗减少了30．77kJ／kg·cl 4结语 从以上的研究和分析结果可以看出，高温级旋风筒的分 离救率对预热器系统的热效率有重要影响 因此，在对预热器 系统进行设计和改造时，应保证高温级旋风筒具有较高的分 离嫂率。如为使旋风筒的分离救率增加△ ，只要其阻力损失 的增加值不大于相对应的△Pn ，对系统就是有益的。 — — 7999·3·CHINABUILDINGMATERIAL6 删 茫 — — 维普资讯 http://www.cqvip.com