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摘 要

在当今的水泥生产工艺中,面临的主要问题就是如何提高水泥生产过程中的综合效益。其中水泥窑的预分解部分是研究工作中的重中之重，预热器的分离效率和阻力损失则是问题的关键所在。本文以开发一种具有相当高的分离效率的预热器为目标，测量研究了双出风型预热器的气固相运动规律，包括该类预热器的阻力损失、气体三维流场和分离效率等。测试结果表明，该预热旋风筒内气体的三维流场分布比较合理，冷模平均分离效率达到98.44%，阻力损失同时也比较低，能够大幅度提升预热器系统的分离效果，改善热利用效率，降低能耗。

关键词：旋风筒；双出风；阻力损失；分离效率；气体三维流场

The study of Performance in the High-efficiency Cyclone Preheater with Double out wind

Abstract

In the cement production process，the main problem is how to improve the comprehensive benefit of the cement production process.The predecomposition of cement kiln is the most important part of the research work . The separation efficiency and the loss of the preheater are the key to the problem.In this paper, in order to develop a preheater with a high separation efficuency, measurement of the double wind type preheater gas solid movement , including the resistance loss of the heater, gas three-dimensional flow field and separation efficiency .The result shows that the three-dimensional flow field of the gas in the preheating cyclone is reasonabl.The efficiency of the cold mode separation is 98.44%,and the resistance loss is lower.And it is suitable for the stable production.

Key words: Cyclone；Double out wind ；Resistance loss；Separation efficiency； Gas

dimensional flow field

目录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1课题的提出及意义 1

1.2 课题的研究背景 3

1.2.1新型干法水泥 3

1.2.2 旋风预热器的研究开发 6

1.2.3 悬浮预热器和旋风筒的基本功能及机理 10

1.2.4 提高旋风预热器效率的途径 13

1.2.5 旋风筒的优化改进途径 13

第二章 研究思路、内容及方法 16

2.1 研究思路 16

2.1.1.阻力特性测试及研究方法 16

2.2.2.分离效率测试及研究方法 16

2.2 研究内容 17

2.3 实验方法设计 17

2.4试验装置流程及研究方法 18

2.4.1 试验装置流程 18

2.4.2 旋风筒几何尺寸 18

2.4.3 实验设备 19

第三章 实验结果与分析 22

3.1 气体三维流畅的测定 22

3.2 双出风型旋风筒阻力损失测定 26

3.3 分离效率的测定 29

第四章 结论及展望 31

4.1 结论 31

4.2 展望 31

参考文献 32

致谢 34

第一章 绪论

1.1课题的提出及意义

水泥的历史最早可追溯到古罗马人在建筑中使用的石灰与火山灰的混合物，这种混合物与现代的石灰火山灰水泥很相似。从最开始的1824年波特兰水泥至今，水泥发展已经经过了近200年，水泥的生产工艺也经过了巨大的变化。从最开始的仓窑到1884年德国狄兹赫发明的立窑，再到1895年美国工程师亨利和西蒙发明了回转窑。其后随着工业的不断发展，水泥需求量不断增大，为了提高水泥的生产效率，出现了各式各样的回转窑。1930年德国伯力鸠公司研制了立波尔窑，采用半干法生产；1950年德国洪堡公司研制悬浮预热窑取得了成功；1971年日本石川岛公司和秩父水泥公司成功研制出预分解法，又成SF法。窑外预分解技术出现后，备受世界各国重视，悬浮预热窑发展迅速，各种悬浮预热器相继推出，并且日趋大型化。新型干法水泥生产工艺和装备把水泥工业生产推向一个新的阶段^[1]。

水泥的生产从仓窑→立窑→干法回转窑→湿法回转窑→立波尔窑→预分解窑已经经过了几代的变化，这是人们为了得到更高的生产效率而实现的一步步转变，这种变化还在继续^[2]。当今主流的是以悬浮预热技术以及窑外分解技术为核心的新型干法水泥生产工艺。而窑外分解和悬浮预热最为核心的就是旋风预热器，如何提高旋风预热器的分离和预热效率是一个长久不衰的话题。

新型干法水泥生产技术是20世纪50年代发展起来的新技术，到目前日本、德国等发达国家，以悬浮预热和预分解为核心的新型干法水泥熟料生产装备率占95%^[3]。我国第一台悬浮预热及预分解窑于1976年投产。水泥干法生产有意义的发展是在窑尾预热器系统内，高度分散的生料在悬浮状态下进行气固热交换。其传热迅速，热效率高，单位容积较湿法窑产量大，热耗低。其原理有：旋风式、立筒式、卧式、涡式、轴流式等悬浮预热器。随着时代的发展，经实践证明，旋风预热器在各个方面都表现出很大的优越性，所以在水泥行业已经取得优势地位，而其他类型的预热器在技术上已经被淘汰。因此，国内外学者在旋风预热器的开发和研究上进行了深刻的探索，并已经取得了巨大的收获^[4]。

悬浮预热主要依靠悬浮预热技术来实现。悬浮预热技术是指低温粉体物料均匀分散在高温气流之中，在悬浮状态下进行热交换，使物料得到迅速加热升温的

技术。悬浮预热器技术的突破，从根本上改变了物料预热过程的传热状态，将窑内物料堆积态的预热和分解过程，分别移到悬浮预热器和分解炉内在悬浮状态下进行。

悬浮预热器作为窑外分解的主要设备，其基本形式仍是旋风筒式。旋风筒在水泥生产过程中承担着气固分散、物料加热、气固分离、物料输送及部分物理、化学反应等多项功能。由于在旋风预热器中，物料与气流之间的换热主要在各级旋风筒之间的连接管道中进行，因此，对旋风筒本身的要求就是应该具有较高的分离效率和较低的阻力损失。于是在设计旋风预热器时，其分离效率和阻力损失是被主要考虑的两项性能指标。然而这两个性能指标一般是相互关联却又相互矛盾的，即要提高分离效率（提高预热器效率），则会增加旋风筒阻力损失（增加风机电耗）；反之要降低旋风筒压力降，就要舍弃一部分分离效率。

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