王 珍 馬治安

（中國(guó)華電集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究總院有限公司北京100016)

水泥選粉機(jī)內(nèi)部流場(chǎng)分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)

王 珍*馬治安

（中國(guó)華電集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究總院有限公司北京100016)

本文對(duì)水泥廠選粉機(jī)內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行分析，由于選粉機(jī)內(nèi)部倒圓臺(tái)結(jié)構(gòu)和單側(cè)水平出風(fēng)流道設(shè)計(jì)導(dǎo)致選粉機(jī)下游壓損較大，占選粉機(jī)全流程壓損的82.9%。針對(duì)上述問(wèn)題，本文提出了動(dòng)態(tài)分離器出口結(jié)構(gòu)改造方案，有效改善了內(nèi)部流場(chǎng)，降低局部流速，減小局部壓損，成功解決了水泥磨系統(tǒng)出力不足的問(wèn)題，PO42.5水泥臺(tái)時(shí)出力由改造前120 t/h提高至改造后的152t/h。

選粉機(jī)；流場(chǎng)分布；數(shù)值模擬

水泥選粉機(jī)的工作性能直接影響著水泥生產(chǎn)企業(yè)的水泥產(chǎn)量，因此如何提高水泥選粉機(jī)運(yùn)行性能成為水泥行業(yè)技術(shù)改造的重點(diǎn)[1-3]。本文通過(guò)對(duì)水泥選粉機(jī)內(nèi)部流場(chǎng)的分析，基于流場(chǎng)特性對(duì)水泥選粉機(jī)的優(yōu)化提出了合理的建議，為選粉機(jī)的優(yōu)化運(yùn)行提供了新思路。

1 幾何及計(jì)算模型

含粉氣流經(jīng)由切向入口進(jìn)入選粉機(jī)內(nèi)部，首先在下層分離空間通過(guò)撞擊和沉降達(dá)到初分離效果，之后經(jīng)過(guò)圓環(huán)通道由徑向流入動(dòng)態(tài)分離器，實(shí)現(xiàn)風(fēng)粉二次分離。處理后的氣流由軸向流出動(dòng)態(tài)分離器，轉(zhuǎn)由水平出口流出選粉機(jī)。

為分析選粉機(jī)內(nèi)部流場(chǎng)和壓力場(chǎng)特性，本文對(duì)選粉機(jī)內(nèi)部的流場(chǎng)進(jìn)行仿真分析，按照1:1比例繪制選粉機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)并生成網(wǎng)格。整個(gè)模型劃分網(wǎng)格單元數(shù)為1574656個(gè)，節(jié)點(diǎn)數(shù)380090個(gè)，計(jì)算條件選用120635m3/h風(fēng)量，即速度入口為16.2m/s。本模型中未考慮動(dòng)態(tài)分離器本體結(jié)構(gòu)。

本文通過(guò)對(duì)選粉機(jī)內(nèi)部流場(chǎng)的分析，獲取內(nèi)部壓力分布，進(jìn)而分析局部壓力損失和沿程壓力損失，同時(shí)結(jié)合動(dòng)態(tài)分離器本體壓力特性，研究選粉機(jī)系統(tǒng)的壓力分布特點(diǎn)，從而提出選粉機(jī)結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案。

2 計(jì)算結(jié)果分析

根據(jù)仿真計(jì)算，選粉機(jī)全流程壓降△P為2873.5 Pa，其中選粉機(jī)入口至動(dòng)態(tài)分離器壓降△P1為490.4Pa，動(dòng)態(tài)分離器至選粉機(jī)出口的壓降△P2為2383.1Pa，可見(jiàn)選粉機(jī)入口至動(dòng)態(tài)分離器之間的壓力損失△P1并不大，只占全流程壓損的17.1%，但含粉氣流經(jīng)過(guò)動(dòng)態(tài)分離器轉(zhuǎn)向水平送風(fēng)道后，局部壓力損失急劇增大，導(dǎo)致動(dòng)態(tài)分離器至選粉機(jī)出口的壓損△P2占全流程壓損的82.9%。

圖1為選粉機(jī)中動(dòng)態(tài)分離器中心軸線所在截面速度分布，可見(jiàn)圓柱及圓臺(tái)段氣流速度相對(duì)較小，且分布較均勻。而由于動(dòng)態(tài)分離器出口的倒圓臺(tái)結(jié)構(gòu)和單側(cè)水平出口流道的影響，含粉氣流在流出動(dòng)態(tài)分離器時(shí)，截面流速分布出現(xiàn)明顯不對(duì)稱，即接近水平流道側(cè)流體流速較大，最大流速達(dá)到65.3m/s，而遠(yuǎn)離水平流道側(cè)流體速度則較小，約為0m/s~20m/s。

水平流道中流體以45m/s~69m/s速度貼壁流過(guò)，而在水平流道中間區(qū)域存在一個(gè)停滯區(qū)，是由流體高速運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)中間區(qū)域流體回流而形成的，導(dǎo)致該區(qū)域產(chǎn)生較大的能量耗散，以上結(jié)論與現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研水平出風(fēng)流道下部存在明顯積灰的情況一致。

圖1 動(dòng)態(tài)分離器中心軸線所在截面的速度大小分布(m/s)

根據(jù)仿真結(jié)果可見(jiàn)，現(xiàn)有選粉機(jī)出口結(jié)構(gòu)（包括出口處倒圓臺(tái)結(jié)構(gòu)和單側(cè)水平出風(fēng)口）是導(dǎo)致選粉機(jī)出口區(qū)域流動(dòng)分布極不均勻的原因，并伴隨有局部渦流，導(dǎo)致選粉機(jī)內(nèi)部壓損大部分集中于該區(qū)域。

3 優(yōu)化方案

基于以上選粉機(jī)內(nèi)部流場(chǎng)特性，本文主要針對(duì)壓損較大的流動(dòng)區(qū)域進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，即拆除選粉機(jī)動(dòng)態(tài)分離器出口的倒圓臺(tái)結(jié)構(gòu)，增大出口流通面積，緩解出口截面的速度分布不均勻性。

針對(duì)上述優(yōu)化方案進(jìn)行仿真計(jì)算，優(yōu)化改造后選粉機(jī)全流程壓降△P’降至1792.2 Pa，其中選粉機(jī)入口至動(dòng)態(tài)分離器壓降△P’1降至295.6 Pa，動(dòng)態(tài)分離器至選粉機(jī)出口的壓降△P’2降至1496.6 Pa，與改造前相比，△P’降低了37.6%，其中動(dòng)態(tài)分離器至選粉機(jī)出口的壓降改善貢獻(xiàn)約82.0%。同時(shí)動(dòng)態(tài)分離器出口最大速度減小至56.5m/s，降低約13.5%，且出口區(qū)域的渦流影響區(qū)域減小，明顯改善了該區(qū)域的能量耗散。

經(jīng)過(guò)實(shí)際生產(chǎn)測(cè)試，采用上述優(yōu)化方案改造后，選粉機(jī)PO42.5水泥臺(tái)時(shí)出力由改造前120 t/h提高至改造后的152 t/h，明顯改善了水泥磨系統(tǒng)出力問(wèn)題。

4 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)水泥廠選粉機(jī)內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行分析，由于選粉機(jī)內(nèi)部倒圓臺(tái)結(jié)構(gòu)和單側(cè)水平出風(fēng)流道設(shè)計(jì)導(dǎo)致選粉機(jī)下游壓損較大，占選粉機(jī)全流程壓損的82.9%。針對(duì)上述問(wèn)題，本文提出了動(dòng)態(tài)分離器出口結(jié)構(gòu)改造方案，有效改善了內(nèi)部流場(chǎng)，降低局部流速，減小局部壓損，成功解決了水泥磨系統(tǒng)出力不足的問(wèn)題，PO42.5水泥臺(tái)時(shí)出力由改造前120 t/h提高至改造后的152 t/h。

[1]馬劍華.水泥選粉機(jī)的優(yōu)化與改造.產(chǎn)業(yè)與科技論壇,2013,12(6): 81-82.

[2]陳紹龍.水泥工業(yè)選粉機(jī)的優(yōu)化與優(yōu)選.遼寧建材,2007(3):39-40.

[3]王平,韓曉東.Φ4.2m×13m水泥聯(lián)合粉磨系統(tǒng)的優(yōu)化改造.水泥, 2014(6):39-41.

王珍（1983—），男，博士，工程師，主要研究方向?yàn)楦咝Ф嘞嗔鲃?dòng)仿真分析及節(jié)能減排技術(shù)研究。