水泥選粉機內部流場分析及優(yōu)化設計

王 珍 馬治安

（中國華電集團科學技術研究總院有限公司北京100016)

水泥選粉機內部流場分析及優(yōu)化設計

王 珍*馬治安

（中國華電集團科學技術研究總院有限公司北京100016)

本文對水泥廠選粉機內部流場進行分析，由于選粉機內部倒圓臺結構和單側水平出風流道設計導致選粉機下游壓損較大，占選粉機全流程壓損的82.9%。針對上述問題，本文提出了動態(tài)分離器出口結構改造方案，有效改善了內部流場，降低局部流速，減小局部壓損，成功解決了水泥磨系統(tǒng)出力不足的問題，PO42.5水泥臺時出力由改造前120 t/h提高至改造后的152t/h。

選粉機；流場分布；數(shù)值模擬

水泥選粉機的工作性能直接影響著水泥生產企業(yè)的水泥產量，因此如何提高水泥選粉機運行性能成為水泥行業(yè)技術改造的重點[1-3]。本文通過對水泥選粉機內部流場的分析，基于流場特性對水泥選粉機的優(yōu)化提出了合理的建議，為選粉機的優(yōu)化運行提供了新思路。

1 幾何及計算模型

含粉氣流經由切向入口進入選粉機內部，首先在下層分離空間通過撞擊和沉降達到初分離效果，之后經過圓環(huán)通道由徑向流入動態(tài)分離器，實現(xiàn)風粉二次分離。處理后的氣流由軸向流出動態(tài)分離器，轉由水平出口流出選粉機。

為分析選粉機內部流場和壓力場特性，本文對選粉機內部的流場進行仿真分析，按照1:1比例繪制選粉機內部結構并生成網格。整個模型劃分網格單元數(shù)為1574656個，節(jié)點數(shù)380090個，計算條件選用120635m3/h風量，即速度入口為16.2m/s。本模型中未考慮動態(tài)分離器本體結構。

本文通過對選粉機內部流場的分析，獲取內部壓力分布，進而分析局部壓力損失和沿程壓力損失，同時結合動態(tài)分離器本體壓力特性，研究選粉機系統(tǒng)的壓力分布特點，從而提出選粉機結構優(yōu)化方案。

2 計算結果分析

根據仿真計算，選粉機全流程壓降△P為2873.5 Pa，其中選粉機入口至動態(tài)分離器壓降△P1為490.4Pa，動態(tài)分離器至選粉機出口的壓降△P2為2383.1Pa，可見選粉機入口至動態(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%，但含粉氣流經過動態(tài)分離器轉向水平送風道后，局部壓力損失急劇增大，導致動態(tài)分離器至選粉機出口的壓損△P2占全流程壓損的82.9%。

圖1為選粉機中動態(tài)分離器中心軸線所在截面速度分布，可見圓柱及圓臺段氣流速度相對較小，且分布較均勻。而由于動態(tài)分離器出口的倒圓臺結構和單側水平出口流道的影響，含粉氣流在流出動態(tài)分離器時，截面流速分布出現(xiàn)明顯不對稱，即接近水平流道側流體流速較大，最大流速達到65.3m/s，而遠離水平流道側流體速度則較小，約為0m/s~20m/s。

水平流道中流體以45m/s~69m/s速度貼壁流過，而在水平流道中間區(qū)域存在一個停滯區(qū)，是由流體高速運動帶動中間區(qū)域流體回流而形成的，導致該區(qū)域產生較大的能量耗散，以上結論與現(xiàn)場調研水平出風流道下部存在明顯積灰的情況一致。

圖1 動態(tài)分離器中心軸線所在截面的速度大小分布(m/s)

根據仿真結果可見，現(xiàn)有選粉機出口結構（包括出口處倒圓臺結構和單側水平出風口）是導致選粉機出口區(qū)域流動分布極不均勻的原因，并伴隨有局部渦流，導致選粉機內部壓損大部分集中于該區(qū)域。

3 優(yōu)化方案

基于以上選粉機內部流場特性，本文主要針對壓損較大的流動區(qū)域進行結構優(yōu)化，即拆除選粉機動態(tài)分離器出口的倒圓臺結構，增大出口流通面積，緩解出口截面的速度分布不均勻性。

針對上述優(yōu)化方案進行仿真計算，優(yōu)化改造后選粉機全流程壓降△P’降至1792.2 Pa，其中選粉機入口至動態(tài)分離器壓降△P’1降至295.6 Pa，動態(tài)分離器至選粉機出口的壓降△P’2降至1496.6 Pa，與改造前相比，△P’降低了37.6%，其中動態(tài)分離器至選粉機出口的壓降改善貢獻約82.0%。同時動態(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。

經過實際生產測試，采用上述優(yōu)化方案改造后，選粉機PO42.5水泥臺時出力由改造前120 t/h提高至改造后的152 t/h，明顯改善了水泥磨系統(tǒng)出力問題。

4 結語

本文對水泥廠選粉機內部流場進行分析，由于選粉機內部倒圓臺結構和單側水平出風流道設計導致選粉機下游壓損較大，占選粉機全流程壓損的82.9%。針對上述問題，本文提出了動態(tài)分離器出口結構改造方案，有效改善了內部流場，降低局部流速，減小局部壓損，成功解決了水泥磨系統(tǒng)出力不足的問題，PO42.5水泥臺時出力由改造前120 t/h提高至改造后的152 t/h。

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

[2]陳紹龍.水泥工業(yè)選粉機的優(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，主要研究方向為高效多相流動仿真分析及節(jié)能減排技術研究。