兩種水泥窯窯頭鍋爐沉降器數值計算比較

李曉琪

（合肥水泥研究設計院有限公司，安徽 合肥 230051）

1 模型介紹

圖1和圖2為合肥水泥研究設計院項目中應用較多的兩種沉降器，圖1為上進風側出風式，圖2為側進風上出風式，兩種沉降器均設置了內外筒體，為了比較分析，這里選用筒徑相同的模型進行模擬。在實際工程中，考慮窯頭煙氣溫度高且粉塵和固體顆粒沖刷腐蝕，設備筒體內側設置了隔熱和耐磨材料，筒體外側采用保溫材料貼敷。

圖1 上進側出沉降器

圖2 側進旋風沉降器

2 模擬分析

2.1 隔熱保溫分析

根據隔熱計算及工程應用經驗，工程中設備內部隔熱耐磨選用硅鈣板+耐堿耐磨澆筑料的保護方式，總厚度100mm，其中硅鈣板熱導率0.056W/m·K，密度230kg/m3，澆注料熱導率3.7W/m·K，密度2.8t/m3。外保溫采用熱導率0.037W/m·K，密度200kg/m3的巖棉，厚200mm。圖3為采用圖1模型，設置煙氣入口溫度為400℃外部環境溫度20℃時，設備Z軸為-3m初截面各層溫度分布，模擬結果顯示，由于設備內壁采用了隔熱硅鈣板隔熱，外筒體鋼板溫度維持在310℃左右，對于采用Q235材質的外筒體的安全運行十分必要，同時采用200mm厚巖棉外保溫厚，保溫層外表面溫度維持在了57℃，滿足了設計要求。

圖3 設備截面溫度分布

2.2 內部流場分析

圖4和圖5分別為上進側出式和側進上出式沉降器的內部流場剖面視圖，由圖5可見，側進上出沉降器內部流體流動跡線明顯較上進側出式復雜，煙氣流程更久，而且沉降器錐部流速較大，對于收塵會造成一定的影響。上進側出式進出口煙氣壓損約為70Pa左右，側進上出式的進出口壓力損失約為135Pa，而且這是使用空氣代替煙氣進行模擬的情況得到的結果，真實壓損更高。

由圖4可見在設備出口處中心線下部出現了很大一塊動力陰影區，流速趨于0，這是由于此處的擾流造成的，不利于氣流的流動，因此將煙氣引出管與外筒體連接處進行了倒角處理，重新計算后的流場分布見圖6。可見在對出口連接處做了簡單倒角處理后，出口處的動力擾流趨于明顯減少，流動特性得到了優化，進出口壓降也降到了50Pa左右。

圖4 上進測出流場分布

圖5 側進上出流場分布

圖6 上進側出優化流場分布

3 總 結

（1）通過對沉降器的保溫隔熱設計進行熱固耦合分析，初步驗證了該保溫方案針對常規水泥窯窯頭余熱煙氣的保溫效果，硅鈣板的使用對于外筒的耐溫保護還是十分必要。

（2）通過兩種形式的沉降器流場比較，側進式沉降器的阻力約為前者的2倍，在煙氣阻力對鍋爐運行性能影響較大的情況下，上進側出的沉降方式更為合適。在出風口連接處進行合適的倒角處理對于流場的優化具有不錯的優化效果。

參考文獻

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