旋风预热器阻力特性机理的研究

从旋风预热器的压损机理研究出发,把旋风筒的压损分为有效能和无效能,提出了旋风预热器的阻力特性计算方法,并在已投产的生产线上得到了验证.     

旋向对预热器旋风筒压损的影响

为了探索研究旋风筒旋向布置对预热器压损的影响,试验采用了两种模型装置,对比了三种进口气流旋转强度不同的旋风筒在不同风速和固气比下压损变化的差异。研究表明,带旋转强度的气流进入会加大旋风筒压损,且旋转强度越大,压损越高;二级旋风预热器的旋风筒同向布置较反向布置更有利于预热器压损的降低;在空载和低固气比工况中,旋向布置对预热器压损有较大的影响,高固气比工况中,旋向对预热器压损的影响会减弱。     

五级旋风预热器结构合理性的数值模拟

以某项目用洪堡型高分离效率的预热器结构为例,采用数值仿真技术对整套五级旋风预热器进行数值模拟,研究和分析了模拟结果中C1~C5各级旋风筒的压力场、速度场及颗粒分布场,同时定量计算出各级旋风筒的压损、截面速度及物料停留时间,以验证整套预热器结构设计的合理性。     

预热器系统降阻节能改造

针对水泥生产线预热器系统阻力高,煤电消耗高等问题,在不整体更换各级预热器旋风筒的情况下,对旋风筒进风口、内筒、撒料箱、分解炉缩口等处进行优化改造,达到了降低系统阻力和煤电消耗的目的.     

华润水泥某C1旋风筒技改前后分离与换热过程的数值模拟

华润水泥某水泥厂C1旋风筒实施了结构改造,利用CFD数值模拟技术分析C1旋风筒技改前后的气固分离与气固换热变化情况。模拟结果表明:技改前C1旋风筒压损预测值为1 140 Pa,测试值为1 100 Pa,表明模拟结果与实际工况相一致;计算所得的分离效率为99%,表明气固分离效果良好;烟气与生料出预热器的温差为58.0 K,表明换热不佳;技改后C1A因为结构发生了很大变化,压损降低幅度很大,其预测值降至510 Pa;计算所得的分离效率为99%,烟气与生料出预热器的温差为13.1 K,表明分离效率高,换热效果佳;技改后C1B的结构变化较小,故压损无明显降低,计算所得的分离效率为96%,烟气与生料出预热器的温差为15.5 K,表明分离效率变化不大,但换热效果良好。综合分析可得,通过对C1旋风筒的技改,在保证较高分离效率情况下,气固换热效率得到很大提升,同时压损也得到一定改善,研究结果对后期针对旋风筒所进行的进一步的优化设计、参数配置具有重要的指导意义。     

五孔探针应用于下出风旋风筒流场的研究

下出风旋风筒具有低压损、利于布置的优点,在降低预热器压损方面具有较大应用前景。以五孔探针为测试工具,对下出风旋风筒内部流场进行了研究。结果表明,切向速度Vt由内壁向中心增大,到直径约等于直筒直径0.5倍的圆周上达最大值,再往中心就急剧减小。流动状态由边壁自由涡和中心区域强制涡组成;径向速度Vr在数值上比Vt小,在下出风旋风筒中心轴线附近呈现类汇流,旋风筒边壁区域呈现类源流;轴向速度Vz在旋风筒顶部以及排气管周围存在上升气流,其余位置都是下降气流,利于降低旋风筒阻力。经拟合得到下出风旋风筒的阻力系数ξ =3.90,属于阻力低的一类旋风分离器。采用K-ε湍流模型对下出风旋风筒内部的流场进行了研究,数值模拟得到的三维流场与五孔探针测试结果基本一致。     

排气管径对无内筒旋风筒主要性能的影响

在旋风筒基本结构参数不变的条件下,通过冷态模型试验,本文着重研究了不设内筒旋风筒的出口直径对旋风预热器性能的影响。研究结果表明：对于无内筒旋风预热器而言,随着出口直径与旋风筒直径之比ｄ／Ｄ的不断减小,旋风筒的分离效率提高,但阻力损失也随之增大。综合分离效率和阻力损失两个因素,本文选取了ｄ／Ｄ＝０．５作为高温级旋风筒结构设计时的参考。     

2500t/d水泥熟料生产线预热器系统技术改造

浙江长兴某水泥生产线预热器系统熟料产量为3000~3100t/d,实物煤耗为146kg/t熟料左右,系统阻力偏大。为达到节能降耗的目的,对旋风筒、撒料装置、分解炉、窑尾烟室缩口等进行了改造。改造后,熟料产量提高150~250t/d,实物煤耗下降3kg/t熟料,预热器系统压损下降1600Pa,C1出口负压在4200Pa左右,其压损在国内同规模生产线中处于先进水平。     

超低阻型旋风预热器及预分解系统的研究及其应用

0引言上世纪80年代以来,低阻型旋风预热器的研究成为水泥技术领域受到普遍关注的课题,正是由于这项研究取得了实质性的进展,才使得四级旋风预热器向更多级的发展成为可能。毫无疑问,降低旋风筒阻力损失的目的在于降低系统电耗,增加旋风筒级数的目的在于提高系统的热效率。1研究     

高效低阻旋风预热器

旋风预热器一般由多级旋风筒和连接管道组成。连接管道主要起热交换作用，旋风筒主要起收集物料的作用。旋风预热器的系统阻力损失和分离效率是影响烧成系统的运行状况和生产线经济效益的重要参数。尽管目前旋风筒的形式众多，但它总难以解决高效和低阻的矛盾。尤其是体现在水泥煅烧工艺预热器系统的顶端旋风筒上，该级旋风筒在工况条件下希望维持94％以上的收尘效率，而阻力损失在1000Pa以下，     

蜗壳式旋风分离器减阻实验研究

根据蜗壳式旋风分离器环形空间流场研究结果,在分离器排气管特定位置上加装减阻片。加装直片减阻片后,最大减阻幅度达59%,但由于减阻片对环形空间内的切向速度影响较大,分离效率下降约5%,综合效率因子降低了2.2%;在排气管外壁周向270o处加装改进型减阻片对切向速度的影响较小,同时可以大幅度提高分离器中心部分的静压,从而可使分离器压降降低22%,效率仅下降0.3%,综合效率因子提高25%。     

蜗壳式旋风分离器内部流场空间的涡分析

为了研究旋风分离器内部空间涡的特性,采用改进的RNG k-ε模型对单入口蜗壳式旋风分离器进行气相流场数值模拟。同时,引入Q判据识别涡的结构,并做出三维涡等值面,使空间涡的结构更加直观和具体;结果表明,利用Q判据做出的涡等值面在筒体上部区域等效直径较大,沿轴线向下,涡面等效直径逐渐减小,表明涡携带能量逐渐衰减;涡等值面并不是绕中心轴线呈规则圆周分布,而是扭曲的。在边壁处,因摩擦阻力存在,涡量急剧变小,涡的能量损失加剧。此外,涡核中心偏离几何中心的变化趋势,呈现先增大后逐渐减小直至较为平稳的过程,在此过程中,涡迅速发展,甚至破裂,产生动能损失。因此,提高涡结构的平衡,有利于改善旋流的不稳定性,降低能量损失,从而提高分离效率。     

旋风分离器入口形式对内流场非稳态特性的影响

旋进涡核（PVC）现象会削弱旋风分离器对细颗粒的捕集效率。利用数值模拟方法研究纯气相流场中涡核的运动频率和偏心程度。结果表明：随着蜗壳包角的增大,排尘口截面涡核的运动频率和偏心程度都逐渐减小,PVC现象被削弱,蜗壳包角大于270°以后,纯气相流场中的PVC现象基本消失。入口切进度对排尘口截面涡核运动特性的影响会因蜗壳包角而有所不同。相比于入口结构的对称性,涡核偏心程度与下行气流的能量损失相关性更强。下行气流的能量损失越多,下行期间汇入内旋流的气流能量越高,内旋上行气流受到的横向扰动越大,汇入气流的能量超过某一阈值后,引发涡核摆动。而涡核旋转频率受下行气流能量损失的影响则较小。     

SLK分离器数值模拟及实验研究

为了改进旋风分离器的分级除尘效率和压力损失等性能指标,对SLK高效低阻分离器的分离过程进行分析,并采用FLUENT软件对旋风分离器的结构参数和操作参数进行数值模拟。通过分析分离器内轴向速度、切向速度与不同颗粒运动轨迹的关系,得到了分离器的关键尺寸和压力控制参数。设计试制了SLK旋风分离器样机并进行了测试分析。该分离器能获得较高的分离效率,并且压力损失比同型号分离器小100～400 Pa,可以作为中、小型水泥厂或其它行业的除尘设备使用。     

新型旋风除尘器的开发

研究者所开发的环流式旋风除尘器 ,其结构为同轴双套筒形式 ,含尘气体从内筒下部进入 ,基本上由顶部直接排出 ,克服了一般旋风除尘器流动线路长的缺陷 ,实验研究及工业放大均表明 :与同尺寸标准型旋风除尘器相比较 ,环流式旋风除尘器具有能耗低、分离效率高、操作弹性大等优点。     

旋风分离器入口结构影响的研究现状与进展

综述了近年来关于入口结构包括入口结构类型、入口截面形状以及入口下倾角度等对旋风分离器性能影响的研究。认为不同的入口结构参数设计对旋风分离器的性能及能耗有较大影响;随着入口数量增多,分离器压降降低,分离效率先升高后减少,双进口分离器的性能较优。入口截面形状采用倒三角形有利于提高分离效率,但压力损失增加;对于矩形入口旋风分离器,增大高宽比有利于提高分离效率,但也会增大压力损失。随着入口截面角的增加,压力损失降低,分离效率先升高后减小,存在有最优的入口截面角;螺旋下倾角能够改善旋风分离器的分离性能,降低压力损失并有效减少上灰环现象的发生。     

2 000 t/d水泥生产线烧成系统技术改造

为了解决烧成系统不稳定，操作控制困难，对煤质的适应性差，存在安全、环保隐患，系统能耗高等问题，在保留原预热器框架不变的情况下，加大了C1旋风筒上部直筒段及涡壳，重新设置了C2、C3、C4旋风筒导流板，重新设计了C5旋风筒涡壳，并改造了相应的连接风管和下料管，更换了锁风翻板阀和撒料箱。同时将带流化床的管道式离线分解炉改为在线喷旋管道式分解炉，并对三次风管进行了改造，三次风从分解炉锥部单股旋切引入。本次技术改造实现了原定的各项技改目标，取得了良好的节能降耗效果。     

XP型低阻高效旋风预热器的开发研究

开发了一种具有偏心内筒、斜顶结构的XP型预热旋风筒，并对其进行了系统全面的冷态模型试验研究。结果表明，这种旋风筒结构简单、流场分布合理、压力损失低且分离效率较高，是一种性能优良的低阻高效型预热旋风筒。     

Performance of a Degassing Cyclone with Main and Subsidiary Chambers

Based on the premise that large bubbles are removed in larger cyclones and small bubbles in smaller cyclones, a combined degassing cyclone with main and subsidiary chambers was designed to enhance liquid degassing. The pressure loss, liquid flow rate at the gas outlet, split ratio, gas flow rate at the liquid outlet, and degassing efficiency of the degassing cyclone were measured and calculated. Pressure loss correlations were established which relates the Euler number to the gas and liquid Reynolds numbers in the main chamber. Most cases exhibit a degassing efficiency greater than 0.998 when the liquid flow rate is more than 0.7 m³h^?1. The contours of pressure loss, split ratio, and degassing efficiency provide an effective guidance for designing a degassing cyclone.     

Experimental Study and Analysis on Drag Reduction Mechanisms of Reducing Pressure Drop Stick in a Cyclone Separator

The mechanisms of mean mechanical energy losses in a cyclone separator with a Repds (Reducing Pressure Drop Stick) are studied. The results show that the energy losses are mainly caused by direct viscous dissipation, turbulent diffusion, and turbulent energy production, which is the same as in a conventional cyclone separator. In particular, the direct viscous dissipation and the turbulent energy production are of importance. Laser Doppler Velocimetry (LDV) is used to measure the flow field in the cyclone body and the exit pipe of a cyclone separator with and without a Repds, respectively. The drag reduction mechanism of the Repds is analyzed by examining the effects of the Repds on flow parameters which are related to energy loss factors. The measured results and analysis reveal that the drag reduction results from decreases of the direct viscous dissipation, turbulent diffusion, and turbulent production as a whole when a Repds is inserted into a cyclone separator. The resultant drag reduction is a tradeoff between the increase and the decrease of energy losses caused by the Repds.