旋風(fēng)預(yù)熱器導(dǎo)流板的優(yōu)化研究
0 引言
分離效率和阻力損失是設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)旋風(fēng)預(yù)熱器最主要的兩項(xiàng)性能指標(biāo)，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者對(duì)此方面進(jìn)行了大量研究，開(kāi)發(fā)了各種結(jié)構(gòu)形式的減阻疏導(dǎo)裝置。其中為避免進(jìn)口氣流與回流之間的相互碰撞、擠壓而在入口處加設(shè)導(dǎo)流板，可以收到很好的減阻效果。文獻(xiàn)[1]認(rèn)為，入口處加設(shè)導(dǎo)流板可使旋風(fēng)筒阻力損失降低50%，甚至更多。
目前，導(dǎo)流板技術(shù)已經(jīng)在部分預(yù)熱器設(shè)計(jì)中得到應(yīng)用，但是多數(shù)水泥生產(chǎn)廠家和設(shè)計(jì)單位在導(dǎo)流板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和安裝方式方面大多還是憑借經(jīng)驗(yàn)或模仿，缺乏科學(xué)的理論指導(dǎo)。為此，本文選擇兩種導(dǎo)流板為研究對(duì)象，期望通過(guò)試驗(yàn)，獲得旋風(fēng)筒阻力損失和分離效率隨著導(dǎo)流板安裝方式的不同而變化的規(guī)律，為設(shè)計(jì)及應(yīng)用提供參考依據(jù)。
1 研究?jī)?nèi)容和試驗(yàn)裝置
1.1 研究?jī)?nèi)容
1)在空載條件下，對(duì)未安裝導(dǎo)流板的旋風(fēng)筒以及安裝各角度導(dǎo)流板的旋風(fēng)筒進(jìn)行阻力損失測(cè)試以探討相關(guān)規(guī)律。
2)對(duì)未安裝導(dǎo)流板的旋風(fēng)筒以及安裝各角度導(dǎo) 流板的旋風(fēng)筒進(jìn)行分離效率測(cè)試，分析導(dǎo)流板安裝角度對(duì)分離效率的影響規(guī)律。
1.2 試驗(yàn)裝置及流程
試驗(yàn)裝置及流程見(jiàn)圖1。試驗(yàn)采用負(fù)壓抽風(fēng)式操作，流化風(fēng)由進(jìn)風(fēng)管經(jīng)由導(dǎo)流板進(jìn)入模型內(nèi)，入口流量可通過(guò)閘板閥和智能化萬(wàn)用壓力測(cè)量系統(tǒng)(MSGFP)控制。旋風(fēng)筒的進(jìn)風(fēng)管風(fēng)速以及各部位壓力降由皮管連接多點(diǎn)壓力傳感器和計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試。
圖1 試驗(yàn)裝置及流程
兩種導(dǎo)流板均為直板形，高度與旋風(fēng)筒進(jìn)口高度相當(dāng)，寬度L分別為0．10D和0．13D(D為旋風(fēng)筒筒體直徑)，見(jiàn)圖2。
圖2 導(dǎo)流板設(shè)計(jì)示意
α為安裝角度，是導(dǎo)流板與進(jìn)口風(fēng)管的垂直邊壁間的銳角夾角
2 試驗(yàn)結(jié)果與分析
2.1阻力損失的測(cè)定
2.1.1 原旋風(fēng)筒阻力損失的測(cè)定
在安裝導(dǎo)流板之前，先對(duì)原旋風(fēng)筒(某廠的C2)進(jìn)行阻力損失測(cè)試，得到旋風(fēng)筒的截面風(fēng)速Uav與壓降ΔP的關(guān)系曲線見(jiàn)圖3。
圖3 原旋風(fēng)筒風(fēng)速Uav與壓降ΔP的關(guān)系曲線
由圖3看出，旋風(fēng)筒截面風(fēng)速Uav在2.8～6.1m/s之間變化時(shí)，其壓降從430Pa左右逐漸增大到2000Pa。
通過(guò)數(shù)據(jù)處理得到旋風(fēng)筒截面風(fēng)速Uav為基準(zhǔn)的歐拉數(shù)Euav與雷諾數(shù)的相關(guān)關(guān)系，結(jié)果表明，當(dāng)雷諾數(shù)Re>5×105時(shí)，Euav=44.67，旋風(fēng)筒阻力系數(shù)ξav=89.34(對(duì)應(yīng)以進(jìn)口風(fēng)速為基準(zhǔn)，Eui=2.30，ξi=4.60)。
2．1．2 加導(dǎo)流板的旋風(fēng)筒阻力損失的測(cè)定
在旋風(fēng)筒進(jìn)口處分別安裝L為0.10D和0.13D導(dǎo)流板，并以5°為間隔依次改變導(dǎo)流板的安裝角度。圖4為不同參數(shù)下以截面風(fēng)速Uav為基準(zhǔn)的旋風(fēng)筒阻力系數(shù)ξav隨著導(dǎo)流板安裝角度α變化的結(jié)果。
圖4 兩種導(dǎo)流板的阻力系數(shù)與安裝角度的關(guān)系
由圖4看出，旋風(fēng)筒的阻力損失是隨著安裝角度α的增大而逐漸減小的，在30°以后阻力損失幾乎不再變化。導(dǎo)流板長(zhǎng)度為0.10D，α在30°時(shí)旋風(fēng)筒的Euav=19.48，以截面風(fēng)速Uav為基準(zhǔn)的旋風(fēng)筒阻力系數(shù)ξav=38.95。阻力損失相對(duì)于空筒降低了56.40%，其降阻效果是相當(dāng)可觀的。
當(dāng)旋風(fēng)筒導(dǎo)流板長(zhǎng)度變?yōu)?.13D后，得到了基本相同的規(guī)律，僅僅是阻力系數(shù)的數(shù)值有少許差異。
從圖4看出，0.10D導(dǎo)流板變化梯度要小一些，在30°之前其阻力系數(shù)比0.13D導(dǎo)流板要低一些。另外，在實(shí)際生產(chǎn)中，旋風(fēng)筒內(nèi)為高溫高風(fēng)速的工作環(huán)境，0.10D導(dǎo)流板有利于固定也可減少磨損。因此，后續(xù)實(shí)驗(yàn)中以安裝0.10D導(dǎo)流板的旋風(fēng)筒作為研究對(duì)象，測(cè)定分析其分離效率的變化規(guī)律。
2．2 分離效率的測(cè)定
圖5為安裝導(dǎo)流板之前的旋風(fēng)筒分離效率的測(cè)定結(jié)果。
圖5 空筒分離效率的測(cè)定結(jié)果
該旋風(fēng)筒正常風(fēng)速、正常濃度范圍的平均分離效率為89．83%。
在安裝0.10D導(dǎo)流板后，旋風(fēng)筒分離效率與導(dǎo)流板安裝角度的關(guān)系見(jiàn)圖6。可以看出，分離效率隨著安裝角度α的增加而降低，α在0～50°之間變化時(shí)，η從92.88%下降到86.11%，驗(yàn)證了阻力損失和分離效率是相互聯(lián)系又相互矛盾的。由上一節(jié)得出，α在30°左右導(dǎo)流板降阻的效果最好，此時(shí)分離效率為88.51%。對(duì)于正常的預(yù)分解系統(tǒng)，中間級(jí)預(yù)熱器(C2～C4)一般要求82%～86%，因而該旋風(fēng)筒加導(dǎo)流板后能夠滿足中間級(jí)預(yù)熱旋風(fēng)筒的分離要求。
圖6 旋風(fēng)筒分離效率η與導(dǎo)流板安裝角度的關(guān)系
3 結(jié)論
1)旋風(fēng)筒安裝導(dǎo)流板后，其阻力損失隨著導(dǎo)流板安裝角度的變化規(guī)律為：隨著安裝角度α的增大，旋風(fēng)筒阻力系數(shù)ξ逐漸減小，當(dāng)α增大到30°以后基本趨于穩(wěn)定。
2)分離效率隨安裝角度α的增大而降低。驗(yàn)證了阻力損失和分離效率相互聯(lián)系又相互矛盾的關(guān)系。
3)本文所用的兩種導(dǎo)流板中，0.10D導(dǎo)流板的減阻效果更加理想。導(dǎo)流板在安裝角度α=30°時(shí)，以截面風(fēng)速為基準(zhǔn)的阻力系數(shù)ξav=38.95，相對(duì)于空筒降低了56.40%，此時(shí)旋風(fēng)筒分離效率η=88.51%，能夠滿足作為中間級(jí)預(yù)熱旋風(fēng)筒的分離要求。
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