立筒預熱器

立筒預熱器由立筒組成的熱交換單元設備，亦屬化學工業流態化床的一種，物料在多級噴射氣流中形成一種稀相流態化的複雜運動。迴轉窯廢氣自窯尾進入立筒，通過各缽室縮口脈衝變速，由項部進人旋風收塵器。而粒徑為40 μm左右的生料粉由立簡頂部上開風道加入，隨氣流進入旋風筒，經受初步同流熱交換后被捕集送入立簡肩部，以懸浮與聚集狀態自上而下在立簡各個缽室內分散、集聚、循環往複呈複雜運動，進行氣固熱交換后，由立筒底部入窯。

在立筒預熱器中，物料與氣流主要進行逆流熱交換。為了加強熱交換，要求料粉高度分散，以增加傳熱面積。但從料粉與氣流逆流運動的要求來看，料粉又必須聚集成較大的團塊顆粒，否則，大部分小於90pm的生料顆粒在2～3 m/s的操作風速下是無法沉降的（90 pm的生料顆粒的沉降速度在0.5 m/s 左右）。因此，在立筒中的每一個缽室內，料粉應該是既有分散又有聚合的過程，如此反覆循環才能兼而滿足熱交換及逆流運動的雙重要求。

蓋波爾型和ZAB型立筒預熱器的結構和工作原理基本相同。蓋波爾型立筒預熱器內部有三個縮口，將立筒分為四個缽室，斷面為圓形，立筒頂部為旋風筒；ZAB型預熱器由三級立筒和兩級旋風筒組成，立筒斷面為橢圓形，縮口偏心布置，目的是加大擾動，形成較強的渦環，促進氣固換熱與分離。

立筒預熱器的工作原理可簡單描述為：噴騰分散、同流換熱、渦環分離。窯尾熱煙氣從底部進入立筒由下向上流動，物料以團塊的形式自上一缽室的縮口落下，在重力的作用下進入下一缽室縮口，由於氣流的噴騰作用而被高速氣流分散，懸浮於氣流中，隨氣流上升進行換熱，並被卷吸擾動而進入渦流區，被渦旋氣流推向邊壁沉降到縮口斜坡而產生氣固分離，物料堆積到一定程度時，在重力作用下滑過縮口逆氣流落人下一缽室。料粉在每一缽室中經歷分散→分離→堆積→滑落等幾個過程。

立筒預熱器內氣流渦環的存在是氣固分離的基本原因，與旋風預熱器不同，渦環分離靠的是徑向速度，而旋風預熱器中離心分離主要靠切向速度。在可比條件下，立筒中的徑向速度比旋風筒中的切向速度的數值要小一個數量級，這是立筒預熱器的分離能力遠不及旋風筒的原因。

立筒預熱器的每一缽室相當於一級，分別完成分散、換熱和分離的功能。在每一缽室中實質上以同流換熱為主，由於多室串聯，在缽室間形成宏觀的氣固逆流。

普列洛夫型立筒預熱器內不分缽，窯尾煙氣由立筒下部切向進入，形成旋流運動。料粉由立筒出口管喂人，被上升氣流分散，隨氣流進入旋風筒，與氣流分離後由頂部喂人立筒。立筒內氣流旋轉上升，料粉則滯後於氣流，在“旋風效應”和重力作用下旋轉下降，與氣流逆向進行熱交換，是較典型的逆向對流換熱。料粉在旋轉向下過程中逐漸移向筒壁，富集於筒壁的滯流層中，當滯流層料粉濃度超過該處氣流承載能力時，產生干擾沉降，由立筒底部下料管喂入迴轉窯。

立筒預熱器的設計在於正確確定立簡直徑、縮口直徑和立筒高度。

1、立筒內徑

立筒內徑可按下式計算：

D =（Q/0.785V）

式中 D——立筒有效內徑，m；

Q ——立筒出口廢氣量，m /s；

V——立筒出口截面平均氣流速度，一般V=1.8～2.5m/s，窯大時可取高值；反之取低值。

2、立筒高度

立筒高度可按下式計算：

H =（4.5～5.5）D

式中 H ——立筒高度，m，小窯可取高值；反之取低值。

3、縮口直徑

縮口截面積一般取立筒截面積的1/4～1/3，則縮口直徑可按下式計算：

D =[（1/4～1/3）D] =（0.5～0.58）D

式中 D ——縮口直徑，m。

它是以立筒作為預熱器的主要組成部分。主要有蓋波爾型（原稱克虜伯-Krupp型）、ZAB型及普列洛夫型三種，其工藝流程見下圖。

蓋波爾型立筒為圓柱體、內有數個縮口，縮口處有錐形分風裝置；ZAB型立筒截面為橢圓形，設有數個偏心縮口，分3~4缽室，縮口處無任何裝置。普列洛夫型立筒為中空圓柱體，無縮口，生料在筒內被螺旋形上升的熱氣流攜帶作圓旋運動。

在蓋波爾型立簡預熱器中，物料在多級噴射氣流中形成一種稀相流態化的複雜運動。南京化工學院顧大公等將料粉在噴射氣流中的運動過程歸納為下述物理模型：

團塊分散→氣固分離→料粉堆積→呈團塊狀滑落→至下一缽再被分散。

可見，料粉在立筒中既有分散后的同流運動，也有宏觀的逆流效果。立筒內的氣固熱交換及逆流輸送的功能，只有在結構合理、操作適當的條件下才能取得令人滿意的效果。Deussner 曾在對比研究旋風預熱器和立筒預熱器時指出：由於旋風預熱器的分離效率比立筒預熱器高，故旋風預熱器的熱效率比立筒熱效率高23%。

但是，以立筒為主組合的懸浮預熱器也有其不少獨特的優點：

（1）原料中發揮組分的循環係數小，對原料的適應性強，不像旋風預熱器對原料中有害成分那樣敏感。故一般不必採用旁路放風。

（2）結構簡單、運轉可靠。由於立筒預熱器本身是一個中空圓筒，沒有窄的管道，故利於防止堵塞，操作運轉率較高。

（3）立簡預熱器本身可以自身承重，無需框架，可節省基建投資。

（4）流體阻力較小，可節省電耗。

立筒預熱器是一種逆流式熱交換器。物料顆粒在立筒內依靠重力自上而下墜落；氣流則自下而上流經立筒后在立筒頂部排出。生料在立筒內由於渦流作用形成粉霧，從而延長了顆粒的受熱時間。但是，如果立筒內垂直向上的流速過快，就會破壞逆流過程．使立筒式預熱器的熱效率降低。

前幾年從捷克引進的立筒預熱器，其特點是窯尾高溫煙氣沿立筒切線方向進入立筒，物料從立筒底部出料管進入迴轉窯；立筒頂部設二級旋風筒。其熱效率比缽式立筒稍高。

立筒預熱器的規格列入下圖表。