旋风预热器导流板的优化研究

水泥 2009-06-02

　　0 引言
　　分离效率和阻力损失是设计和评价旋风预热器最主要的两项性能指标，国内外许多学者对此方面进行了大量研究，开发了各种结构形式的减阻疏导装置。其中为避免进口气流与回流之间的相互碰撞、挤压而在入口处加设导流板，可以收到很好的减阻效果。文献[1]认为，入口处加设导流板可使旋风筒阻力损失降低50%，甚至更多。

　　目前，导流板技术已经在部分预热器设计中得到应用，但是多数水泥生产厂家和设计单位在导流板结构设计和安装方式方面大多还是凭借经验或模仿，缺乏科学的理论指导。为此，本文选择两种导流板为研究对象，期望通过试验，获得旋风筒阻力损失和分离效率随着导流板安装方式的不同而变化的规律，为设计及应用提供参考依据。

　　1 研究内容和试验装置
　　1.1 研究内容
　　1)在空载条件下，对未安装导流板的旋风筒以及安装各角度导流板的旋风筒进行阻力损失测试以探讨相关规律。
　　2)对未安装导流板的旋风筒以及安装各角度导流板的旋风筒进行分离效率测试，分析导流板安装角度对分离效率的影响规律。

　　1.2 试验装置及流程
　　试验装置及流程见图1。试验采用负压抽风式操作，流化风由进风管经由导流板进入模型内，入口流量可通过闸板阀和智能化万用压力测量系统(MSGFP)控制。旋风筒的进风管风速以及各部位压力降由皮管连接多点压力传感器和计算机数据采集系统进行测试。

图1 试验装置及流程

　　两种导流板均为直板形，高度与旋风筒进口高度相当，宽度L分别为0．10D和0．13D(D为旋风筒筒体直径)，见图2。

图2 导流板设计示意

　　α为安装角度，是导流板与进口风管的垂直边壁间的锐角夹角

　　2 试验结果与分析
　　2.1阻力损失的测定
　　2.1.1 原旋风筒阻力损失的测定
　　在安装导流板之前，先对原旋风筒(某厂的C₂)进行阻力损失测试，得到旋风筒的截面风速U_av与压降ΔP的关系曲线见图3。

图3 原旋风筒风速Uav与压降ΔP的关系曲线

　　由图3看出，旋风筒截面风速U_av在2.8～6.1m/s之间变化时，其压降从430Pa左右逐渐增大到2000Pa。

　　通过数据处理得到旋风筒截面风速U_av为基准的欧拉数Eu_av与雷诺数的相关关系，结果表明，当雷诺数Re>5×10⁵时，Eu_av=44.67，旋风筒阻力系数ξ_av=89.34(对应以进口风速为基准，Eu_i=2.30，ξ_i=4.60)。

　　2．1．2 加导流板的旋风筒阻力损失的测定
　　在旋风筒进口处分别安装L为0.10D和0.13D导流板，并以5°为间隔依次改变导流板的安装角度。图4为不同参数下以截面风速U_av为基准的旋风筒阻力系数ξ_av随着导流板安装角度α变化的结果。

图4 两种导流板的阻力系数与安装角度的关系

　　由图4看出，旋风筒的阻力损失是随着安装角度α的增大而逐渐减小的，在30°以后阻力损失几乎不再变化。导流板长度为0.10D，α在30°时旋风筒的Eu_av=19.48，以截面风速U_av为基准的旋风筒阻力系数ξ_av=38.95。阻力损失相对于空筒降低了56.40%，其降阻效果是相当可观的。
当旋风筒导流板长度变为0.13D后，得到了基本相同的规律，仅仅是阻力系数的数值有少许差异。

从图4看出，0.10D导流板变化梯度要小一些，在30°之前其阻力系数比0.13D导流板要低一些。另外，在实际生产中，旋风筒内为高温高风速的工作环境，0.10D导流板有利于固定也可减少磨损。因此，后续实验中以安装0.10D导流板的旋风筒作为研究对象，测定分析其分离效率的变化规律。

　　2．2 分离效率的测定
　　图5为安装导流板之前的旋风筒分离效率的测定结果。

图5 空筒分离效率的测定结果

该旋风筒正常风速、正常浓度范围的平均分离效率为89．83%。
在安装0.10D导流板后，旋风筒分离效率与导流板安装角度的关系见图6。可以看出，分离效率随着安装角度α的增加而降低，α在0～50°之间变化时，η从92.88%下降到86.11%，验证了阻力损失和分离效率是相互联系又相互矛盾的。由上一节得出，α在30°左右导流板降阻的效果最好，此时分离效率为88.51%。对于正常的预分解系统，中间级预热器(C₂～C₄)一般要求82%～86%，因而该旋风筒加导流板后能够满足中间级预热旋风筒的分离要求。