“水泥熟料烧成”课程任务书
院（系） 材料工程系 班级 水泥132 任务二
任务下达日期： 2014年 10 月 08日
任务完成日期： 2014年 12月 10日
任 务 题 目： 选择旋风预热器、分解炉、回转窑及冷却机 指 导 教 师： 胡家林
主要内容和要求：掌握熟料煅烧过程，熟悉影响过程的各因素，能对四个热工设备进行合理的选择。
一、预热器的选择
要 求：
（1）合理选择预热器的列数、旋风筒的类型和各级旋风筒的分离效率；
（2）计算出各级旋风筒的直径、高度；
（3）合理选择进气方式、尺寸、进口形式，排气管尺寸和插入深度；
（4）绘制各级旋风预热器的结构图；
（5）对影响旋风传热效率和分离效率的因素作简要的分析。
一、合理选择预热器的列数、旋风筒的类型和各级旋风筒的分离效率
回转窑预热器的列数一般为单列或双列。早期设计的产能大的回转窑预热器，考虑到旋风筒的规格大，其分离效率会下降，常采用三列。国内外各大公司在10000～12000t/d熟料的烧成系统中均采用双系列回转窑预热器
TC型低压损旋风筒的特点
1、采用三心270°大蜗壳，扩大了大部分进口区域与蜗壳，减少了进口区涡流阻力；
2、大蜗壳内设有螺旋结构，可将气流平稳引入旋风筒，物料在惯性力和离心力的作用下达到筒壁，有利于物料分离效率的提高；
3、对进风口尺寸优化设计，减少进口气流与回流相撞；
4、适当降低旋风筒入口风速，蜗壳底边做成斜面，适当降低旋风筒内气流旋转速度；
5、适当加大内筒直径，缩短旋风筒内气流的无效行程；
6、旋风筒其高径比适当增大，减少气流扰动；
7、旋风筒出口与连接管道选取合理结构型工，减少阻力损失； 保持连接管道合理风速。
TC型五级预热器系统，总压降为4500--5100Pa，分离效率η1=92%--96%，η2-4=87%--88%，η5在88%左右。旋风筒截面风速一般
为3.5--5.5m/s，旋风筒高径比：C1级2.8--3.0，C2--C5级1.9--2.0，
进口风速为15--18m/s。
二：计算计算出各级旋风筒的直径、高度
1. 旋风筒直径：
（1）按排气管需要的尺寸，反推圆柱体直径。
关系式为：
D==
D,d ---圆柱体和排气管直径，m; d
Q -----旋风筒内气体流量，m/s； ????
K---系数，一般在1.2—1.7之间，s/m。 1.2—1.7
(2)根据我组选用的旋风筒风速可计算：
D==D—旋风筒圆柱体直径，m
Q—旋风筒内气体流量，m/s
Va—截面风速，3.5—5.5m/s。
2. 旋风筒圆锥体高度计算（H）
(1)圆柱体高度：
理论计算是根据粉粒从旋风筒环状空间位移到筒壁所需的时间和气流在环状空间的轴向速度求得H1;
4*Qτ=3.14(D2-d2)
d---旋风筒排气管直径，m； QτH=421π(D-d2)
τ-- 尘粒从旋风筒环状空间位移到筒壁所需的时间，根据尘粒粒径通过理论计算求得，s。
为了保证足够的分离效率，圆柱体高度应满足以下要求，即：
222Qτ H≥=1t1
Vt---气流在旋风筒内的线速度，它取决于进风口风速，一般可取vt=0.67，m/s
（2）圆锥体高度H2;
圆锥体结构尺寸由旋风筒内径和排灰口直径及锥边决定，其关系为：
2H2tanα=D-dc
α值一般在65。至75。之间，D-dc可在0.1到0.15之间
根据我组选用的旋风筒效率可做以下计算：
由上表得C1风速为3.5米
D=2⨯13=2.18 π⨯3.5
尘粒粒径设为0.04mm：
τ=1.09÷0.0004=2725
应为d/D=0.1~0.15，取0.1
三、合理选择进气方式、尺寸、进口形式，排气管尺寸和插入深度
进口方式、尺寸、进口形式：
旋风筒进口结构一般为矩形，长宽比在2左右，最上级（C1)圆筒部分较长，一般在（2～2.5）D，其他级在（1.5～1.8）D之内。新型低压损旋风筒的进风口呈菱形，其目的主要是引导入筒的气流向下偏斜运动，减少阻力。
旋风筒的进口面积大小根据进口面积系数，即进口面积与旋风筒直径平方之比确定。新型旋风筒进口一般采用斜坡面形式，以免造成粉尘堆积而引起“塌料”。
旋风筒进口风速（V进）一般在18～20m/s之间。在一定范围内提高进口风速会提高分离效率，但风速过高会引起二次飞扬加剧，分离效率降低。在实际生产中，进口风速对压损的影响远大于对分离效率的影响，因此在影响分离效率和进口不致产生过多物料沉积的前
提下，适当降低进口风速，可作为有效的降阻措施之一。
旋风筒气流进口方式有蜗壳式和直入式两种，进口气流内缘与圆柱体相切称为蜗壳式；进口气流外缘与圆柱体相切成为直入式。 蜗壳式由于气流进入旋风筒之后，通道逐渐变窄，有利于减小颗粒向筒壁移动的距离，增加气流通向排气管的距离，避免短路，提高分离效率；且同时具有处理风量大、压损小等优点，采用较多。 蜗壳式进口分为90°、180°、270°。
排气管尺寸、插入深度：
排气管的结构尺寸对旋风筒的流体阻力及分离效率至关重要，设计不但，在排气管在下端会使已经沉降下来的料粒被带走而降低分离效率。一般认为排气管尺寸是按气流出口风速（V出)计算的。一般来说V出大于10m/s，并有良好的撒料装臵时，不会发生短路。新型旋风筒V出一般在15～20m/s之间。
内筒插入深度对分离效率和阻力有很大影响，降低内筒插入深度，可降低阻力，但插入过浅会明显影响分离效率。内筒插入深度越深，阻力越大，分离效率越高。但d/D大于0.6时，分离效率显著下降。因此国内一般取d/D=0.45～0.6，以保证适当的出口风速。与此同时，要对上级旋风筒的下料位臵和撒料装臵进行适当调整，防止物料短。
5、对影响旋风传热效率和分离效率的因素作简要的分析。
一、预热器的结构
预热器主要由旋风筒、风管、下料溜管、锁风阀，撒料板、内
筒挂片等部分组成
二 主要作用 ：旋风筒（旋风预热器）的主要作用是气固分离。提高旋风筒的分离效率：1减少生料粉内，外循环条件
2 降低热损失和加强气固热交换的重要。
三 旋风筒（旋风预热器）的工作过程：
1 当气流携带料粉进入旋风筒（旋风预热器）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，表情一边旋转一边向下运动，由筒体到锥体，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。
2 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，物料沉降而与气体分离。
四 预热器的工作原理（旋风筒是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的）
1、预热器的换热功能
预热器的主要功能是充分利用回转窑和分解炉排出的废气余热加热生料，使生料预热及部分碳酸盐分解。为了最大限度提高气固间的换热效率，实现整个煅烧系统的优质、高产、低消耗，必需具备气固分散均匀、换热迅速和高效分离三个功能。
2、物料分散
喂入预热器管道中的生料，在与高速上升气流的冲击下，物料折转
向上随气流运动，同时被分散。物料下落点到转向处的距离（悬浮距离）及物料被分散的程度取决于气流速度、物料性质、气固比、设备结构等。因此，为使物料在上升管道内均匀迅速地分散、悬浮，应注意下列问题：
(1)选择合理的喂料位臵 为了充分利用上升管道的长度，延长物料与气体的热交换时间，喂料点应选择靠近进风管的起始端，即下一级旋风筒出风内筒的起始端。但必须以加入的物料能够充分悬浮、不直接落入下一级预热器（短路）为前提。
(2)选择适当的管道风速 要保证物料能够悬浮于气流中，必须有足够的风速，一般要求料粉悬浮区的风速为16～22m/s。为加强气流的冲击悬浮能力，可在悬浮区局部缩小管径或加插板（扬料板），使气体局部加速，增大气体动能。
(3)合理控制生料细度
(4)喂料的均匀性 要保证喂料均匀，要求来料管的翻板阀（一般采用重锤阀）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。
(5)旋风筒的结构 旋风筒的结构对物料的分散程度也有很大影响，如旋风筒的锥体角度、布臵高度等对来料落差及来料均匀性有很大影响。
(6)在喂料口加装撒料装臵 早期设计的预热器下料管无撒料装臵，物料分散差，热效率低，经常发生物料短路，热损失增加，热耗高。
3、撒料板 为了提高物料分散效果，在预热器下料管口下部的适当位臵设臵撒料板，当物料喂入上升管道下冲时，首先撞击在撒料板上被冲散并折向，再由气流进一步冲散悬浮。
4、锁风阀 锁风阀(又称翻板阀)的作用既保持下料均匀畅通，又起密封作用。它装在上级旋风筒下料管与下级旋风筒出口的换热管道入料口之间的适当部位。锁风阀必须结构合理，轻便灵活。
五 影响旋风筒分离效率的主要因素：
a 旋风筒的直径。在其它条件相同时，筒体直径小，分离效率高。 b 旋风筒进风口的型式及尺寸。气流应以切向进入旋风筒，减少涡流干扰；进风口宜采用矩形，进风口尺寸应使进口风速在16～22m/s之间，最好在18～20m/s之间。
c内筒尺寸及插入深度。内筒直径小、插入深，分离效率高。 增加筒体高度，分离效率提高。
d 旋风筒下料管锁风阀漏风，将引起分离出的物料二次飞扬，漏风越大，扬尘越严重，分离效率越低。
e 物料颗粒大小、气固比（含尘浓度）及操作的稳定性等，都会影响分离效率。
六 影响旋风筒换热效率的因素：
a 预热器分离效率对换热效率的影响研究表明：预热器的分离效率与换热效率呈线性关系
b 各级旋风筒分离效率对换热效率的影响提高上一级预热器的分离效率对提高换热效率的作用比提高下一级预热器的分离效率的
作用要大，因此，保持最上级预热器有较高的分离效率是合理的。 c气固比对换热效率的影响:预分解窑的气固比（质量比）一般是1.0左右，因此提高气固比（ 质量比）有利于提高换热效率，在一般情况下，尽量减少设备散热，严格密封堵漏，降低热耗均有利于提高气固比（质量比）从而提高换热效率。
d 预热器级数对换热效率的影响：预热器级数越多，其换热效率越高，但是随着级数的增多，其换热效率提高的幅度也逐渐降低，如，预热器由四级增加到五级，单位熟料热耗下降到126至167kj/kg,预热器级数增多，系统阻力增大，从经济效益角度考虑，预热器级数不适合超过六级，过多了反而阻力增多。
“水泥熟料烧成”课程任务书
院（系） 材料工程系 班级 水泥132 任务二
任务下达日期： 2014年 10 月 08日
任务完成日期： 2014年 12月 10日
任 务 题 目： 选择旋风预热器、分解炉、回转窑及冷却机 指 导 教 师： 胡家林
主要内容和要求：掌握熟料煅烧过程，熟悉影响过程的各因素，能对四个热工设备进行合理的选择。
一、预热器的选择
要 求：
（1）合理选择预热器的列数、旋风筒的类型和各级旋风筒的分离效率；
（2）计算出各级旋风筒的直径、高度；
（3）合理选择进气方式、尺寸、进口形式，排气管尺寸和插入深度；
（4）绘制各级旋风预热器的结构图；
（5）对影响旋风传热效率和分离效率的因素作简要的分析。
一、合理选择预热器的列数、旋风筒的类型和各级旋风筒的分离效率
回转窑预热器的列数一般为单列或双列。早期设计的产能大的回转窑预热器，考虑到旋风筒的规格大，其分离效率会下降，常采用三列。国内外各大公司在10000～12000t/d熟料的烧成系统中均采用双系列回转窑预热器
TC型低压损旋风筒的特点
1、采用三心270°大蜗壳，扩大了大部分进口区域与蜗壳，减少了进口区涡流阻力；
2、大蜗壳内设有螺旋结构，可将气流平稳引入旋风筒，物料在惯性力和离心力的作用下达到筒壁，有利于物料分离效率的提高；
3、对进风口尺寸优化设计，减少进口气流与回流相撞；
4、适当降低旋风筒入口风速，蜗壳底边做成斜面，适当降低旋风筒内气流旋转速度；
5、适当加大内筒直径，缩短旋风筒内气流的无效行程；
6、旋风筒其高径比适当增大，减少气流扰动；
7、旋风筒出口与连接管道选取合理结构型工，减少阻力损失； 保持连接管道合理风速。
TC型五级预热器系统，总压降为4500--5100Pa，分离效率η1=92%--96%，η2-4=87%--88%，η5在88%左右。旋风筒截面风速一般
为3.5--5.5m/s，旋风筒高径比：C1级2.8--3.0，C2--C5级1.9--2.0，
进口风速为15--18m/s。
二：计算计算出各级旋风筒的直径、高度
1. 旋风筒直径：
（1）按排气管需要的尺寸，反推圆柱体直径。
关系式为：
D==
D,d ---圆柱体和排气管直径，m; d
Q -----旋风筒内气体流量，m/s； ????
K---系数，一般在1.2—1.7之间，s/m。 1.2—1.7
(2)根据我组选用的旋风筒风速可计算：
D==D—旋风筒圆柱体直径，m
Q—旋风筒内气体流量，m/s
Va—截面风速，3.5—5.5m/s。
2. 旋风筒圆锥体高度计算（H）
(1)圆柱体高度：
理论计算是根据粉粒从旋风筒环状空间位移到筒壁所需的时间和气流在环状空间的轴向速度求得H1;
4*Qτ=3.14(D2-d2)
d---旋风筒排气管直径，m； QτH=421π(D-d2)
τ-- 尘粒从旋风筒环状空间位移到筒壁所需的时间，根据尘粒粒径通过理论计算求得，s。
为了保证足够的分离效率，圆柱体高度应满足以下要求，即：
222Qτ H≥=1t1
Vt---气流在旋风筒内的线速度，它取决于进风口风速，一般可取vt=0.67，m/s
（2）圆锥体高度H2;
圆锥体结构尺寸由旋风筒内径和排灰口直径及锥边决定，其关系为：
2H2tanα=D-dc
α值一般在65。至75。之间，D-dc可在0.1到0.15之间
根据我组选用的旋风筒效率可做以下计算：
由上表得C1风速为3.5米
D=2⨯13=2.18 π⨯3.5
尘粒粒径设为0.04mm：
τ=1.09÷0.0004=2725
应为d/D=0.1~0.15，取0.1
三、合理选择进气方式、尺寸、进口形式，排气管尺寸和插入深度
进口方式、尺寸、进口形式：
旋风筒进口结构一般为矩形，长宽比在2左右，最上级（C1)圆筒部分较长，一般在（2～2.5）D，其他级在（1.5～1.8）D之内。新型低压损旋风筒的进风口呈菱形，其目的主要是引导入筒的气流向下偏斜运动，减少阻力。
旋风筒的进口面积大小根据进口面积系数，即进口面积与旋风筒直径平方之比确定。新型旋风筒进口一般采用斜坡面形式，以免造成粉尘堆积而引起“塌料”。
旋风筒进口风速（V进）一般在18～20m/s之间。在一定范围内提高进口风速会提高分离效率，但风速过高会引起二次飞扬加剧，分离效率降低。在实际生产中，进口风速对压损的影响远大于对分离效率的影响，因此在影响分离效率和进口不致产生过多物料沉积的前
提下，适当降低进口风速，可作为有效的降阻措施之一。
旋风筒气流进口方式有蜗壳式和直入式两种，进口气流内缘与圆柱体相切称为蜗壳式；进口气流外缘与圆柱体相切成为直入式。 蜗壳式由于气流进入旋风筒之后，通道逐渐变窄，有利于减小颗粒向筒壁移动的距离，增加气流通向排气管的距离，避免短路，提高分离效率；且同时具有处理风量大、压损小等优点，采用较多。 蜗壳式进口分为90°、180°、270°。
排气管尺寸、插入深度：
排气管的结构尺寸对旋风筒的流体阻力及分离效率至关重要，设计不但，在排气管在下端会使已经沉降下来的料粒被带走而降低分离效率。一般认为排气管尺寸是按气流出口风速（V出)计算的。一般来说V出大于10m/s，并有良好的撒料装臵时，不会发生短路。新型旋风筒V出一般在15～20m/s之间。
内筒插入深度对分离效率和阻力有很大影响，降低内筒插入深度，可降低阻力，但插入过浅会明显影响分离效率。内筒插入深度越深，阻力越大，分离效率越高。但d/D大于0.6时，分离效率显著下降。因此国内一般取d/D=0.45～0.6，以保证适当的出口风速。与此同时，要对上级旋风筒的下料位臵和撒料装臵进行适当调整，防止物料短。
5、对影响旋风传热效率和分离效率的因素作简要的分析。
一、预热器的结构
预热器主要由旋风筒、风管、下料溜管、锁风阀，撒料板、内
筒挂片等部分组成
二 主要作用 ：旋风筒（旋风预热器）的主要作用是气固分离。提高旋风筒的分离效率：1减少生料粉内，外循环条件
2 降低热损失和加强气固热交换的重要。
三 旋风筒（旋风预热器）的工作过程：
1 当气流携带料粉进入旋风筒（旋风预热器）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，表情一边旋转一边向下运动，由筒体到锥体，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。
2 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，物料沉降而与气体分离。
四 预热器的工作原理（旋风筒是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的）
1、预热器的换热功能
预热器的主要功能是充分利用回转窑和分解炉排出的废气余热加热生料，使生料预热及部分碳酸盐分解。为了最大限度提高气固间的换热效率，实现整个煅烧系统的优质、高产、低消耗，必需具备气固分散均匀、换热迅速和高效分离三个功能。
2、物料分散
喂入预热器管道中的生料，在与高速上升气流的冲击下，物料折转
向上随气流运动，同时被分散。物料下落点到转向处的距离（悬浮距离）及物料被分散的程度取决于气流速度、物料性质、气固比、设备结构等。因此，为使物料在上升管道内均匀迅速地分散、悬浮，应注意下列问题：
(1)选择合理的喂料位臵 为了充分利用上升管道的长度，延长物料与气体的热交换时间，喂料点应选择靠近进风管的起始端，即下一级旋风筒出风内筒的起始端。但必须以加入的物料能够充分悬浮、不直接落入下一级预热器（短路）为前提。
(2)选择适当的管道风速 要保证物料能够悬浮于气流中，必须有足够的风速，一般要求料粉悬浮区的风速为16～22m/s。为加强气流的冲击悬浮能力，可在悬浮区局部缩小管径或加插板（扬料板），使气体局部加速，增大气体动能。
(3)合理控制生料细度
(4)喂料的均匀性 要保证喂料均匀，要求来料管的翻板阀（一般采用重锤阀）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。
(5)旋风筒的结构 旋风筒的结构对物料的分散程度也有很大影响，如旋风筒的锥体角度、布臵高度等对来料落差及来料均匀性有很大影响。
(6)在喂料口加装撒料装臵 早期设计的预热器下料管无撒料装臵，物料分散差，热效率低，经常发生物料短路，热损失增加，热耗高。
3、撒料板 为了提高物料分散效果，在预热器下料管口下部的适当位臵设臵撒料板，当物料喂入上升管道下冲时，首先撞击在撒料板上被冲散并折向，再由气流进一步冲散悬浮。
4、锁风阀 锁风阀(又称翻板阀)的作用既保持下料均匀畅通，又起密封作用。它装在上级旋风筒下料管与下级旋风筒出口的换热管道入料口之间的适当部位。锁风阀必须结构合理，轻便灵活。
五 影响旋风筒分离效率的主要因素：
a 旋风筒的直径。在其它条件相同时，筒体直径小，分离效率高。 b 旋风筒进风口的型式及尺寸。气流应以切向进入旋风筒，减少涡流干扰；进风口宜采用矩形，进风口尺寸应使进口风速在16～22m/s之间，最好在18～20m/s之间。
c内筒尺寸及插入深度。内筒直径小、插入深，分离效率高。 增加筒体高度，分离效率提高。
d 旋风筒下料管锁风阀漏风，将引起分离出的物料二次飞扬，漏风越大，扬尘越严重，分离效率越低。
e 物料颗粒大小、气固比（含尘浓度）及操作的稳定性等，都会影响分离效率。
六 影响旋风筒换热效率的因素：
a 预热器分离效率对换热效率的影响研究表明：预热器的分离效率与换热效率呈线性关系
b 各级旋风筒分离效率对换热效率的影响提高上一级预热器的分离效率对提高换热效率的作用比提高下一级预热器的分离效率的
作用要大，因此，保持最上级预热器有较高的分离效率是合理的。 c气固比对换热效率的影响:预分解窑的气固比（质量比）一般是1.0左右，因此提高气固比（ 质量比）有利于提高换热效率，在一般情况下，尽量减少设备散热，严格密封堵漏，降低热耗均有利于提高气固比（质量比）从而提高换热效率。
d 预热器级数对换热效率的影响：预热器级数越多，其换热效率越高，但是随着级数的增多，其换热效率提高的幅度也逐渐降低，如，预热器由四级增加到五级，单位熟料热耗下降到126至167kj/kg,预热器级数增多，系统阻力增大，从经济效益角度考虑，预热器级数不适合超过六级，过多了反而阻力增多。