两种水泥窑窑头锅炉沉降器数值计算比较

李晓琪

（合肥水泥研究设计院有限公司，安徽 合肥 230051）

1 模型介绍

图1和图2为合肥水泥研究设计院项目中应用较多的两种沉降器，图1为上进风侧出风式，图2为侧进风上出风式，两种沉降器均设置了内外筒体，为了比较分析，这里选用筒径相同的模型进行模拟。在实际工程中，考虑窑头烟气温度高且粉尘和固体颗粒冲刷腐蚀，设备筒体内侧设置了隔热和耐磨材料，筒体外侧采用保温材料贴敷。

图1 上进侧出沉降器

图2 侧进旋风沉降器

2 模拟分析

2.1 隔热保温分析

根据隔热计算及工程应用经验，工程中设备内部隔热耐磨选用硅钙板+耐碱耐磨浇筑料的保护方式，总厚度100mm，其中硅钙板热导率0.056W/m·K，密度230kg/m3，浇注料热导率3.7W/m·K，密度2.8t/m3。外保温采用热导率0.037W/m·K，密度200kg/m3的岩棉，厚200mm。图3为采用图1模型，设置烟气入口温度为400℃外部环境温度20℃时，设备Z轴为-3m初截面各层温度分布，模拟结果显示，由于设备内壁采用了隔热硅钙板隔热，外筒体钢板温度维持在310℃左右，对于采用Q235材质的外筒体的安全运行十分必要，同时采用200mm厚岩棉外保温厚，保温层外表面温度维持在了57℃，满足了设计要求。

图3 设备截面温度分布

2.2 内部流场分析

图4和图5分别为上进侧出式和侧进上出式沉降器的内部流场剖面视图，由图5可见，侧进上出沉降器内部流体流动迹线明显较上进侧出式复杂，烟气流程更久，而且沉降器锥部流速较大，对于收尘会造成一定的影响。上进侧出式进出口烟气压损约为70Pa左右，侧进上出式的进出口压力损失约为135Pa，而且这是使用空气代替烟气进行模拟的情况得到的结果，真实压损更高。

由图4可见在设备出口处中心线下部出现了很大一块动力阴影区，流速趋于0，这是由于此处的扰流造成的，不利于气流的流动，因此将烟气引出管与外筒体连接处进行了倒角处理，重新计算后的流场分布见图6。可见在对出口连接处做了简单倒角处理后，出口处的动力扰流趋于明显减少，流动特性得到了优化，进出口压降也降到了50Pa左右。

图4 上进测出流场分布

图5 侧进上出流场分布

图6 上进侧出优化流场分布

3 总 结

（1）通过对沉降器的保温隔热设计进行热固耦合分析，初步验证了该保温方案针对常规水泥窑窑头余热烟气的保温效果，硅钙板的使用对于外筒的耐温保护还是十分必要。

（2）通过两种形式的沉降器流场比较，侧进式沉降器的阻力约为前者的2倍，在烟气阻力对锅炉运行性能影响较大的情况下，上进侧出的沉降方式更为合适。在出风口连接处进行合适的倒角处理对于流场的优化具有不错的优化效果。

参考文献

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