影響預(yù)熱器換熱效率及收塵效率的因素

　　一、懸浮預(yù)熱技術(shù)的優(yōu)越性
　　干法回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)水泥熟料，生料的預(yù)熱、分解和燒成過程均在窯內(nèi)完成?；剞D(zhuǎn)窯作為燒成設(shè)備，由于它能夠提供斷面溫度分布比較均勻的溫度場，并能保證物料在高溫下有足夠的停留時(shí)間，尚能滿足要求。但作為傳熱、傳質(zhì)設(shè)備則不理想，對(duì)需要熱量較大的預(yù)熱、分解過程則甚不適應(yīng)。這主要由于窯內(nèi)物料堆積在窯的底部，氣流從料層表面流過，氣流與物料的接觸面積小，傳熱效率低所致。同時(shí)，窯內(nèi)分解帶料粉處于層狀堆積態(tài)，料層內(nèi)部分解出的二氧化碳向氣流擴(kuò)散的面積小、阻力大、速度慢，并且料層內(nèi)部顆粒被二氧化碳?xì)饽ぐ趸挤謮捍?，分解溫度要求高，這就增大了碳酸鹽分解的困難，降低了分解速度。懸浮預(yù)熱技術(shù)的突破，從根本上改變了物料預(yù)熱過程的傳熱狀態(tài)，將窯內(nèi)物料堆積態(tài)的預(yù)熱和分解過程，分別移到懸浮預(yù)熱器和分解爐內(nèi)在懸浮狀態(tài)下進(jìn)行。由于物料懸浮在熱氣流中，與氣流的接觸面積大幅度增加，因此傳熱速度極快，傳熱效率很高。同時(shí)，生料粉與燃料在懸浮態(tài)下，均勻混合，燃料燃燒熱及時(shí)傳給物料，使之迅速分解。因此，由于傳熱、傳質(zhì)迅速，大幅度提高了生產(chǎn)效率和熱效率。
　　二、懸浮預(yù)熱窯的特點(diǎn)
　　懸浮預(yù)熱窯的特點(diǎn)是在長度較短的回轉(zhuǎn)窯后裝設(shè)了懸浮預(yù)熱器，使原來在窯內(nèi)以堆積態(tài)進(jìn)行的物料預(yù)熱及部分碳酸鹽分解過程，移到懸浮預(yù)熱器內(nèi)以懸浮狀態(tài)進(jìn)行，因此呈懸浮狀態(tài)的生料粉能與熱氣流充分接觸，氣、固相接觸面大，傳熱速度快、效率高，有利于提高窯的生產(chǎn)能力，降低熟料燒成熱耗。同時(shí)它尚具有運(yùn)動(dòng)部件少，附屬設(shè)備不多，維修比較簡單，占地面積較小，投資費(fèi)用較低等優(yōu)點(diǎn)。
　　三、懸浮預(yù)熱器的構(gòu)成及功能
　　懸浮預(yù)熱器主要有旋風(fēng)預(yù)熱器及立筒預(yù)熱器兩種。現(xiàn)在立筒預(yù)熱器已趨于淘汰。預(yù)分解窯采用旋風(fēng)預(yù)熱器作為預(yù)熱單元裝備。構(gòu)成旋風(fēng)預(yù)熱器的熱交換單元設(shè)備主要是旋風(fēng)筒及各級(jí)旋風(fēng)筒之間的聯(lián)接管道（亦稱換熱管道）。
　　懸浮預(yù)熱器的主要功能在于充分利用回轉(zhuǎn)窯及分解爐內(nèi)排出的熾熱氣流中所具有的熱焓加熱生料，使之進(jìn)行預(yù)熱及部分碳酸鹽分解，然后進(jìn)入分解爐或回轉(zhuǎn)窯內(nèi)繼續(xù)加熱分解，完成熟料燒成任務(wù)。因此它必須具備使氣、固兩相能充分分散均布、迅速換熱、高效分離等三個(gè)功能。只有兼?zhèn)溥@三個(gè)功能，并且盡力使之高效化，方可最大限度地提高換熱效率，為全窯系統(tǒng)優(yōu)質(zhì)、高效、低耗和穩(wěn)定生產(chǎn)創(chuàng)造條件。旋風(fēng)預(yù)熱器的功能在于物料在熾熱氣流中的分散、均布、氣固換熱和分離。其性能優(yōu)劣主要表現(xiàn)在是否具有較高的換熱效率、分離效率，較低的阻力和良好的密閉性能以減少內(nèi)、外漏風(fēng)等。
　　旋風(fēng)預(yù)熱器系由旋風(fēng)筒及上、下兩級(jí)旋風(fēng)筒間的連接管道所組成。旋風(fēng)筒本體的組成部分有圓柱體、圓錐體、進(jìn)口管道、出口管道、內(nèi)筒及下料管等。連接管道上部與上級(jí)旋風(fēng)筒進(jìn)口管道、下部與下級(jí)旋風(fēng)筒出口管道相連接；中間適當(dāng)部位有上級(jí)旋風(fēng)筒的下料管與之連接；在上級(jí)旋風(fēng)筒下料管內(nèi)的適當(dāng)部位裝設(shè)有鎖風(fēng)閥，作用在于既保持上級(jí)旋風(fēng)筒分離出的生料能夠暢通的通過進(jìn)入換熱管道，又能最大限度地防止下級(jí)旋風(fēng)筒出來的熱氣流經(jīng)下料管短路竄入上級(jí)旋風(fēng)筒，造成已被分離的生料粉二次飛揚(yáng)，降低上級(jí)旋風(fēng)筒的分離效率；在上級(jí)旋風(fēng)筒下料管最下部與換熱管道的連接部位還設(shè)有撒料裝置，目的在于使上級(jí)旋風(fēng)筒下來的生料粉進(jìn)入換熱管道時(shí)，由于重力作用沖在撒料器上飛濺起來，使生料粉能夠迅速分散、均布在下級(jí)旋風(fēng)筒出來的熱氣流之中，提高換熱效率。追根溯源，作為旋風(fēng)預(yù)熱器的主要組成部分的旋風(fēng)筒，是在普通的旋風(fēng)收塵器的基礎(chǔ)上借鑒發(fā)展過來的。
　　兩者的共同點(diǎn)在于保持低壓損狀態(tài)下能具有較高的氣固分離效率。而不同點(diǎn)則在于，旋風(fēng)收塵器不具備換熱功能，而應(yīng)具備盡可能高的氣固分離功能；而對(duì)旋風(fēng)預(yù)熱器中的主要設(shè)備旋風(fēng)筒來講，由于它是由多級(jí)換熱單元所組成，物料系由多級(jí)預(yù)熱單元逐級(jí)加熱，因此只要保持其給定的氣固分離效率和一定的換熱作用即完成了應(yīng)有的任務(wù)。所以它在旋風(fēng)預(yù)熱器系統(tǒng)中，視所在的不同預(yù)熱器級(jí)別，具有不同的氣固分離效率目標(biāo)，而其本身結(jié)構(gòu)亦有差異。從而使得含塵氣流最后得到分離。氣流和粉塵的不同物理特性，主要表現(xiàn)在一個(gè)是氣態(tài)物質(zhì)，質(zhì)量較小，容易變形；另一個(gè)是固態(tài)物質(zhì)，質(zhì)量較大，不易變形。所以，當(dāng)含塵氣流受離心力作用，向旋風(fēng)筒內(nèi)壁濃縮時(shí)，它所受到的離心力較氣體大，因此粉塵在力學(xué)上有條件將氣流擠出，而濃縮于筒壁，而氣流則貼附于粉塵層上。當(dāng)含塵氣流運(yùn)動(dòng)時(shí)，粉塵給氣流一個(gè)作用力，可局部改變氣流的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；同時(shí)氣流也給粉塵一個(gè)反作用力，這就是氣流對(duì)粉塵的阻力。這個(gè)阻理論分析及科學(xué)實(shí)驗(yàn)均說明，影響旋風(fēng)筒流體阻力及分離效率主要有兩大因素，一是旋風(fēng)筒的幾何結(jié)構(gòu)，二是流體本身的物理性能。由于作為用于水泥工業(yè)懸浮預(yù)熱裝置的旋風(fēng)筒，其所處理的含塵氣流的物理性能大致確定。
　　四、影響熱效率及收塵效率的因素
　　1、漏風(fēng)的影響
　　旋風(fēng)筒作為水泥懸浮預(yù)熱分解工藝過程的重要設(shè)備,其漏風(fēng),無論是內(nèi)漏風(fēng)還是外漏風(fēng),都是有害無益的。預(yù)熱系統(tǒng)的外漏風(fēng)直接影響其熱效率,并增大排風(fēng)機(jī)功率消耗,而下料管處內(nèi)漏風(fēng)則使旋風(fēng)筒的分離效率急劇降低,系統(tǒng)飛灰量增大,從而間接影響預(yù)熱器系統(tǒng)的熱效率。在實(shí)際生產(chǎn)過程中,預(yù)熱器系統(tǒng)的外漏風(fēng)容易被發(fā)現(xiàn)。加強(qiáng)管理,提高操作人員的責(zé)任心,外漏風(fēng)可以得到控制。但是下料管處的內(nèi)漏風(fēng)通?？坎僮魅藛T的經(jīng)驗(yàn)判斷,不易被發(fā)現(xiàn)。目前普遍使用翻板閥卸料裝置,為了防堵和順暢卸料,經(jīng)常允許一定的氣量由翻板處漏入下料管,所以采用翻板閥卸料不可能從根本上完全杜絕內(nèi)漏風(fēng)。研究漏風(fēng)對(duì)旋風(fēng)筒分離效率的影響,尋找減小其危害的有效措施,對(duì)降低飛灰量及提高預(yù)熱器窯系統(tǒng)的熱效率具有重要意義。下料管處漏風(fēng)點(diǎn)距旋風(fēng)筒卸料口越近,漏風(fēng)導(dǎo)致旋風(fēng)筒的分離效率降低幅度越大。在實(shí)際生產(chǎn)過程中,翻板閥卸料無法完全杜絕內(nèi)漏風(fēng)。適當(dāng)延長翻板閥安裝位置與旋風(fēng)筒卸料口之間距離,可以提高旋風(fēng)筒的分離效率。
　　2、旋風(fēng)筒進(jìn)口風(fēng)速的影響
　　不同進(jìn)口風(fēng)速條件下,隨著旋風(fēng)筒進(jìn)口風(fēng)速增大,下料管處漏風(fēng)導(dǎo)致旋風(fēng)筒分離效率降低幅度增大,若保持漏風(fēng)量恒定不變,則進(jìn)口風(fēng)速對(duì)因漏風(fēng)導(dǎo)致旋風(fēng)筒分離效率降低幅度的影響較小。
　　3、固氣比的影響
　　固氣比不同,下料管處漏風(fēng)導(dǎo)致旋風(fēng)筒分離效率降低幅度也不同隨著固氣比增大,下料管處漏風(fēng)導(dǎo)致旋風(fēng)筒分離效率降低幅度也增大。但是,對(duì)于給定的漏風(fēng)率,隨著固氣比增大,分離效率的差值逐漸縮小。固氣比愈大,下料管處漏風(fēng)導(dǎo)致旋風(fēng)筒卸料口處棚料現(xiàn)象也愈嚴(yán)重。這可能就是固氣比越大,下料管處漏風(fēng)導(dǎo)致旋風(fēng)筒分離效率降低幅度越大的原因。
　　4、錐體的影響
　　眾所周知,在除塵工藝中,錐體有減少飛灰損失,提高旋風(fēng)除塵器收塵效率的作用。水泥旋風(fēng)預(yù)熱分離器工作時(shí)的固氣比遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于旋風(fēng)除塵器工作時(shí)的固氣比。為了研究水泥旋風(fēng)分離器在氣固分離過程中,錐體所起的作用,特別是錐體在減小下料管處漏風(fēng)導(dǎo)致旋風(fēng)筒分離效率降低幅度的過程中所起的作用,這可能是因?yàn)榇藭r(shí)旋風(fēng)筒分離效率本已很高,要想再提高分離效率已是非常困難的緣故。
　　5、旋風(fēng)筒進(jìn)風(fēng)口結(jié)構(gòu)，一般為矩型，新型低壓損旋風(fēng)筒由于結(jié)構(gòu)型式的變化和進(jìn)風(fēng)口的幾何形狀亦有所變化，有的采用五邊形，有的采用菱形，目的在于引導(dǎo)進(jìn)入旋風(fēng)筒的氣固流向下偏斜運(yùn)動(dòng)，減少旋風(fēng)筒阻力。旋風(fēng)筒進(jìn)口方式一般有兩種，即進(jìn)口氣流外緣與圓柱體相切稱直式；氣流內(nèi)緣與圓柱體相切稱蝸殼式。由于蝸殼式進(jìn)口能使進(jìn)入旋風(fēng)筒氣流通道逐漸變窄，有利于減小顆粒向筒壁移動(dòng)的距離，增加氣流通向排氣管的距離，避免短路，可提高分離效率。同時(shí)還具有處理風(fēng)量大，壓損小的優(yōu)點(diǎn)，故常被采用。
　　6、排氣管的結(jié)構(gòu)、尺寸對(duì)旋風(fēng)筒的流體阻力及分離效率亦至關(guān)重要。如若設(shè)計(jì)不當(dāng)，在排氣管的下端附近即會(huì)產(chǎn)生亂流區(qū)，將已沉降下來的塵粒帶走降低分離效率。一般認(rèn)為，排氣管的管徑減小，帶走塵粒減少，分離效率增加，但阻力增大。在新型旋風(fēng)筒中為了降低阻力，內(nèi)筒直徑有擴(kuò)大趨勢(shì)，因此出口風(fēng)速亦有下降。
　　7、隨著內(nèi)筒插入深度的增加，其阻力系數(shù)和分離效率有著不同程的增加。在內(nèi)筒插入深度與進(jìn)口高度的比值s／a=0.482-0.612范圍內(nèi)，阻力系數(shù)較低且變化不大，分離效率略有增加，所以保證一定的分離效率要著重強(qiáng)調(diào)降阻的中間級(jí)旋風(fēng)筒s／a應(yīng)在0.612左右，且最好不要<0.482(分離效率降低太多)，也不要>0.816(阻力系數(shù)增加太大)；而著重強(qiáng)調(diào)分離效率的最上一級(jí)旋風(fēng)筒s／a應(yīng)在1.02左右，因?yàn)楫?dāng)s／a<1.02時(shí)分離效率降低較多，當(dāng)s／a>1.02時(shí)分離效率增加
　　8、隨著內(nèi)筒直徑的擴(kuò)大，其阻力系數(shù)和分離效率有著不同程度的減小，在內(nèi)筒直徑d／D<2/3時(shí)，阻力系數(shù)快速下降，當(dāng)d／D>2／3時(shí)，阻力系數(shù)減小緩慢。對(duì)于分離效率來說，內(nèi)筒直徑d／D<0.6時(shí)分離效率較高且變化不大，當(dāng)d／D>O.6時(shí)，分離效率減小較快。所以保證一定的分離效率要著重強(qiáng)調(diào)降阻的中間級(jí)旋風(fēng)筒內(nèi)筒直徑大小，d／D可以在2／3左右，且最好不要>2／3，否則阻力系數(shù)降低不多而分離效率降低較大；也不要<0.6，否則阻力系數(shù)增加太大；而著重強(qiáng)調(diào)分離效率的最上一級(jí)旋風(fēng)筒內(nèi)簡直徑大小，d／D應(yīng)<0.6，因?yàn)楫?dāng)d／D>0.6時(shí)分離效率降低較多。不大，但阻力系數(shù)有一定程度的增加。
　　9、旋風(fēng)筒高徑比
　　隨著旋風(fēng)筒高度的增加，其阻力系數(shù)和分離效率分別有著不同程度的減小和增加，這一點(diǎn)尤以當(dāng)旋風(fēng)筒高徑比H／D<2.282時(shí)表現(xiàn)更加明顯，但當(dāng)H／D>2.282時(shí)，阻力系數(shù)和分離效率分別隨著旋風(fēng)筒高度的增加而減小和增加緩慢。所以在考慮窯尾塔架高度和一次投資成本的前提下，最好能夠保證旋風(fēng)筒高徑比在2.282左右，因?yàn)檫^低時(shí)分離效率降低，且阻力系數(shù)增加。但過高時(shí)由于分離效率和阻力系數(shù)分別增加和降低不多，而旋風(fēng)筒高度及設(shè)備成本卻有一定程度的增加。
　　五、正常生產(chǎn)時(shí)的檢查與維護(hù)主要包括以下幾方面：
　?。?）正常生產(chǎn)過程中排灰閥狀況；
　?。?）系統(tǒng)的密封狀況；
　　（3）分解爐、旋風(fēng)筒及連接管道殼體有無異常（如：夜間觀察殼體國內(nèi)村脫落而起紅）；
　　（4）各旋風(fēng)筒的吹堵裝置是否動(dòng)作靈活（電磁閥），吹堵氣壓是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)；
　　（5）人工清堵工具是否準(zhǔn)備妥當(dāng)；
　　（6）系統(tǒng)測溫、測壓裝置是否穩(wěn)定可靠；
　?。?）分解爐燃燒器燃燒有無異常；
　?。?）系統(tǒng)安全防護(hù)措施是否完備。
　　六、停窯檢修時(shí)預(yù)熱器及分解爐的檢查
　?。?）檢查旋風(fēng)筒及分解爐內(nèi)有無掉磚或異物，內(nèi)筒是否完好；水平管道內(nèi)有無掉磚、結(jié)料，結(jié)料過多應(yīng)及時(shí)清理；上升管道內(nèi)有無掉磚；導(dǎo)流板、撒料板是否完好。
　?。?）檢查各排灰閥軸承的潤滑情況，必要時(shí)進(jìn)行清洗、加油；檢查各排灰閥閥面是否完好，如出現(xiàn)閥面磨損嚴(yán)重或嚴(yán)重變形，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行更換。
　　（3）檢查分解爐燃燒器是否完好，如發(fā)現(xiàn)有磨損嚴(yán)重或變形時(shí)應(yīng)予以更換。
　?。?）檢查窯尾縮口、煙室、下料舌頭有無結(jié)皮現(xiàn)象，如有結(jié)皮應(yīng)及時(shí)進(jìn)行清理。
　?。?）系統(tǒng)檢修結(jié)束后應(yīng)徹底檢查系統(tǒng)各部位是否暢通，有無異物，排灰閥活動(dòng)是否靈活，檢查結(jié)束后應(yīng)關(guān)閉所有的觀察孔及入孔門，做好系統(tǒng)的密封工作。