10000t/d水泥熟料新型干法生产的基本工艺与成套设备研制 E.分解炉壳体有限元分析 外壳网格化：使用四面实体要素对分解炉模型进行网格化。 外壳网格化是钣金和薄壁零件的必然选择。 分解炉有限元计算结果 中天仕名科技集团有限公司 CEMTECK Group Ltd. 分解炉： 采用双喷腾或三喷腾TDF型分解炉适应任何煤质，操作维护简单。分解炉考虑燃料分级及三次风分级，降低系统NOx排放。 预热器： 采用直形圆内筒，270°二心大蜗壳、斜切角进气口，内筒和连接风管风速优化考虑，优化内筒结构，采用耐热钢制的悬挂分片式圆内筒。 分解炉： 早期采用对撞进风双喷腾TDF型分解炉，后期根据煤质情况，在主炉TDF炉基础上分别采取下置旋流预燃室、旁置旋流预燃室、前置流态化预燃炉和后置延伸管道等结构型式。 预热器： 早期采用直形圆内筒和二心蜗壳结构，单体阻力高和分离效率高。后期采用直形圆大内筒，270°大蜗壳、斜切角进气口，d/D适当放大，蜗壳为等高变角度，优化内筒结构，采用耐热钢制的悬挂分片式圆内筒。 分解炉： 容积较小，对煤质要求较严，主要型式类似RSP、NSF。 预热器： 700t/d~1000t/d采用靴形扁内筒和阻流型导流板，2000t/d采用直形圆内筒和矩形进风口的常规结构。 第一、二、三代窑尾预热器系统结构特点比较 第三代 第二代 第一代 代别 ≥72％ 67~72% 67% 冷却机热回收率 ≥58MPa（正常原料下） 熟料28d强度 ≥ 85％ （310天） ≥ 82％ （300天） ～75％ 运转率 500 mg/Nm3（10％O2） NOx 65 g/Nm3 70 g/Nm3 80 g/Nm3 含尘浓度 2750t/d：-4800±300 3200t/d：-4800±300 5500t/d：-4800±300 2500t/d：-5100±300 5000t/d：-5300±300 -5500±300 C1出口压力，Pa 2750t/d：320±15 3200t/d：315±15 5500t/d：305±15 2500t/d：335±20； 5000t/d：330±20 380～400 C1出口温度，℃ 2750t/d：735~740 3200t/d：730~735 5500t/d：715~720 2500t/d：早期780，后期750；5000t/d：720 设计900； 实际850~860 热耗，kcal/kg（72h考核） 五级 五级 四级 特征级数 ?4*60m、 ?4.3*66m ?4.8*72m ?4*60m、?4.8*72m ?4*60m 回转窑规格 2750t/d、3200t/d 、 5500t/d 2500t/d、5000t/d 2000 t/d 特征规模 主要设计指标 总结提升，全面创新，适应能力强，清洁环保，优化设计，经济合理。 引进消化，吸收创新，达标顺利，加快速度进行发展，低投资。 自主开发，达标困难，开创新局面，誉为“里程碑”。 特点 第三代 第二代 第一代 代别 翁源中源、越南西宁、金刚白山、华润南宁平南 早期：耀县、双阳 中期：葛洲坝5#窑、池州海螺 后期：英德海螺、天瑞石龙 江西水泥厂 标志性厂家 热值不小于5000 kcal/lg煤质（如热值4500~5000 kcal/lg，在产量、指标及熟料质量上应特殊考虑） 热值大于5500 kcal/lg的烟煤或无烟煤 品质好的烟煤 煤质 要求 分解炉 旋风筒 结构特点 第三代 第二代 第一代 代别 优化提高阶段 加快速度进行发展阶段 摸索实践阶段 备 注 2750t/d：5480t/y，274万元 5500t/d：1218t/y，60.9万元（与第二代设计相比） 年节省标煤 2750t/d：518（烟煤） 568（无烟煤） 5500t/d：1020（烟煤） 1100（无烟煤） 2500t/d：600（华丰，烟煤） 700（金牛，无烟煤） 5000t/d：1200（池州，烟煤） 1400（平南，无烟煤） 窑尾系统土建用钢量，t 2750t/d：0.369（烟煤） 0.375（无烟煤） 5500t/d：0.320（烟煤） 0.323（无烟煤） 2500t/d：0.377（烟煤） 0.391（无烟煤） 5000t/d：0.331（烟煤） 0.354（无烟煤） 单位熟料烧成主机设备重量，t/(t/d) 第三代 第二代 第一代 代别 系统特点之一：换热效率高 影响预热器系统换热效率的重要的因素： 对预热器系统的换热效率的影响因素，已有大量的研究成果，综合分析主要影响因素有两点：一是管道系统的换热效率，另一是旋风筒的分离效率。为提高预热器系统的换热效率首先需加强管道系统的换热效果，再就是提高旋风筒的分离效率。 A、提高管道系统的换热效果： 管道中换热以对流换热为主，其换热公式可用牛顿冷却定律表达如下： Q＝??A??T 式中：Q——气固间的换热速率，W； ?——气固间换热系数，W/(m2.℃)； A——固体微粒与气体接触的表面积，m2； ?T——气固间的平均温差，℃。 可见，当温差一定时，换热速率Q主要决定于生料分散的程度（分散越好，A越大）及换热系数的大小。 管道中物料的分散效果主要靠结构符合常理的撒料装置来实现。 另外，适当管道风速增加，换热系数增加，换热效果好。 加强管道系统换热效果的措施 ： a. 适当提高管道风速（15～18m/s）（经计算当管道内风速由15.5 m/s增至18 m/s时，其换热效果增强12.7%） b. 适当加宽撒料板的撒料宽度，增加物料在管道中的分散度来提升换热效果； c. 撒料板伸入风管中长度略加长，增强物料的分散效果； d. 合理布置下料点的高度，在保证物料不短路的前提下，尽量缩短下料点与旋风筒顶盖的距离，增加管道换热的有效长度，延长气固换热时间，来提升换热效果。 e. 合理布置物料下料点，最大限度地考虑旋风筒中气流旋向对物料换热的影响。 B、提高旋风筒的分离效率： 由以上公式可见，预热器系统热效率与?呈正比关系，分离效率越高，预热器系统热效率越好，影响系统热效率的顺序为： C1、C2、C3、C4、C5 提高旋风筒分离效率的措施： 采用分离效率高、结构型式合理的旋风筒. 合理考虑阻力的影响，适当提高旋风筒的进口风速（15～19m/s) c. 合理考虑旋风筒的高径比 系统特点之二：系统的阻力低 影响预热器系统阻力的重要的因素： 预热器系统的压损主要产生在旋风筒上，管道系统所占的比例很小，考虑预热器系统的降阻主要从降低旋风筒的阻力损失着手，旋风筒压损主要有以下四个部分： ●进、出口局部阻力损失； ●气流旋转冲撞产生的能量损失； ●旋转向下的气流在锥部折返向上的局部阻力损失； ●沿筒内壁的摩擦阻力损失 降低预热器系统阻力的一些措施： a.采用结构符合常理的旋风筒 ，扩大进口区域与蜗壳，减少了进口区涡流阻力（270度二心大蜗壳） b.合理控制进口气流速度 ; c.合理考虑内筒直径，降低旋风筒出口风速 （10～12m/s）(d/D在0.6以上） d.适当加大旋风筒高径比，减少不必要的气流扰动； e.在旋风筒出口与连接风管处选取合理的的结构型式，减少局部阻力损失。 f.风管与旋风筒进口连接处采用由20°到45°顺畅平稳的结构型式进行过渡，理论与实践证明阻力损失较小； g.控制连接风管内合理截面风速，减少管道阻力损失。 系统特点之三：性能优越的分解炉 分解炉是预分解系统的核心，其功能的发挥直接影响回转窑的产质量。分解炉内主要完成燃料燃烧、碳酸盐分解、气固两相的输送、混合（分散）、换热、传质等一系列过程，并且伴有物料浓度、颗粒粒径的变化以及气体流量、成分和温度场的变化。 TTF型式的分解炉具有双喷腾和碰顶效应、湍流回流作用强、固气停滞时间比大(τm=4～5)、温度场及浓度场均匀、物料分散及换热效果好、炉体结构相对比较简单、阻力系数低等特点。在通常情况下，燃料的燃烧及燃尽是开发设计分解炉所需考虑的重要的因素，改善燃烧环境，增加燃料的停滞时间有利于分解炉功能的发挥。 三次风 窑气 C4料 煤粉 煤粉 C4料 至C5 对于烟煤采用常规两钵TDF分解炉，当燃料为较难燃烧的无烟煤或劣质煤时，采用三钵TTF型式的分解炉，综上所述，本项目分解炉的工艺特点如下： ●三喷腾：TTF炉固气停留时间比大，在相同炉容下，炉流场大大优化，气体停留时间长，设备重量减少，避免长管道导致的层流现象； ●喂料方式：上下料点合理分料，创造燃烧区中部局部高温区，分解炉局部温度可达～1300℃，可大幅度提高煤粉燃烧效果，高温区间设计~1.5 s，可保证劣质煤及无烟煤的充分燃烧；物料至于放在三次风正上方，可充分分散，分解炉物料分布均匀，流场更合理，同时可减少锥部塌料，分解炉的压损可大幅度减少，系统相应阻力降低； ●喂煤方式：二通道对称四点喷入，优化分解炉温度场，消除窑尾喷煤管磨损； ●增设后置管道：增加分解炉炉容，方便与C5筒连接，降低塔架高度； ●可操作性： 本TTF炉简单易操作，对燃原料适应强； 系统特点之四：主要结构特点 A、旋风筒 a.采用270°二心大蜗壳结构，阻力低 b.采用柔性提拉顶盖，结构相对比较简单 c.C2～C5采用挂片内筒，效果好，寿命长 系统运行一年后的内筒照片 为进一步了解旋风筒的特性，我们采用计算机数值模拟研究方法对旋风筒及风管进行了相应的模拟研究，研究根据结果得出本旋风筒分离效率较高。下图为旋风筒中料粉浓度分布示意图 B、风管 a.采用多钢板过渡结构，阻力低 b. 采取了合理的撒料装置，结构相对比较简单，该撒料装置的最大特点是撒料效果好且撒料板为固定式，不会非常容易损坏。 C、锁风阀、点火烟囱等 结构相对比较简单、维护方便、锁风效果良好的锁风阀 密封效果良好、可远程精确控制的点火烟囱 D、电动闸板阀 结构特点： A、传动灵活、控制精确 B、带钢板网骨架浇注料闸板，耐磨性能好，常规使用的寿命长 载荷：均布载荷在重力场的作用（红色箭头表示力的方向）； 约束情况：底座约束（绿色箭头表示约束方向）； 受力及变形分析：以底座约束为基点，受重力及载荷的作用，上部筒体受压，下部筒体受拉伸。 分解炉变形形状结果图示 分解炉静态位移结果图示 分解炉静态应变结果图示 分解炉静态节应力结果图示
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