水泥回转窑筒体表面余热回收装置设计与分析

• 作 者: 王以阳
• 出 处: 安徽建筑大学
• 发表日期: 2019年01期
• 关键词: 水泥回转窑 余热回收装置 结构分析 热-结构耦合分析 传热过程

中国正处于经济飞速发展的时代,经济发展带动了各行各业的发展,使得能源消耗不断增加。据统计,工业能耗占据社会总能耗的70%,建材工业能耗在所有工业能耗中占据很大比重,建材工业中能耗最大的是水泥行业,因此对水泥行业实行节能减排措施非常重要。研究发现,水泥生产中存在大量的余热资源可以被利用,主要是窑头冷却机和窑尾预热器排出的中低温废气、回转窑筒体表面向空气散出的热量等。国内外关于窑头窑尾废气的利用技术研究比较成熟,主要用来发电和预热生料,但是对于回转窑筒体表面的热量不能做到很好的回收利用,从而造成资源的浪费。为了提高水泥回转窑筒体表面辐射热回收效率,本文基于真空技术设计了一种新型余热回收装置,其主体部分是具有真空空间的集热器。通过比较这种新型余热回收装置与现有的两种余热回收装置的传热过程,表明新型余热回收装置与外界空气的热量交换过程更少。为了揭示新型余热回收装置的力学特性和传热特性,利用ANSYS软件进行了结构强度分析、结构稳定性分析以及热-结构耦合分析。结构强度分析结果表明在整个装置受到重力和集热器外表面一个大气压的作用下,最大应力位于支撑集热器支架的折弯位置。由于集热器属于外压容器,按照压力容器的强度校核标准对薄壁组件进行了校核,结果显示强度满足设计要求。外压容器不仅需要强度校核,还必须进行稳定性校核,对集热器结构进行稳定性分析的结果表明工作状况下不会发生失稳现象。热-结构耦合分析结果表明热载荷对装置结构强度的影响比机械载荷更大,应力最大处是集热器各组件连接的位置。基于传热理论对新型余热回收装置设定参数,研究了集热水管参数与集热器热回收量之间的关系。通过调整集热水管各参数,计算出集热器的不同热回收量,结果表明在某一范围内,增加集热水管长度、增加集热水管口径、降低集热水管壁厚有利于提高热回收量,但是可能会造成出水温度降低、水管强度下降等问题,因此,确定集热水管尺寸参数应综合考虑多种因素的影响。