水泥选粉机内部流场分析及优化设计

王 珍 马治安

（中国华电集团科学技术研究总院有限公司北京100016)

水泥选粉机内部流场分析及优化设计

王 珍*马治安

（中国华电集团科学技术研究总院有限公司北京100016)

本文对水泥厂选粉机内部流场进行分析，由于选粉机内部倒圆台结构和单侧水平出风流道设计导致选粉机下游压损较大，占选粉机全流程压损的82.9%。针对上述问题，本文提出了动态分离器出口结构改造方案，有效改善了内部流场，降低局部流速，减小局部压损，成功解决了水泥磨系统出力不足的问题，PO42.5水泥台时出力由改造前120 t/h提高至改造后的152t/h。

选粉机；流场分布；数值模拟

水泥选粉机的工作性能直接影响着水泥生产企业的水泥产量，因此如何提高水泥选粉机运行性能成为水泥行业技术改造的重点[1-3]。本文通过对水泥选粉机内部流场的分析，基于流场特性对水泥选粉机的优化提出了合理的建议，为选粉机的优化运行提供了新思路。

1 几何及计算模型

含粉气流经由切向入口进入选粉机内部，首先在下层分离空间通过撞击和沉降达到初分离效果，之后经过圆环通道由径向流入动态分离器，实现风粉二次分离。处理后的气流由轴向流出动态分离器，转由水平出口流出选粉机。

为分析选粉机内部流场和压力场特性，本文对选粉机内部的流场进行仿真分析，按照1:1比例绘制选粉机内部结构并生成网格。整个模型划分网格单元数为1574656个，节点数380090个，计算条件选用120635m3/h风量，即速度入口为16.2m/s。本模型中未考虑动态分离器本体结构。

本文通过对选粉机内部流场的分析，获取内部压力分布，进而分析局部压力损失和沿程压力损失，同时结合动态分离器本体压力特性，研究选粉机系统的压力分布特点，从而提出选粉机结构优化方案。

2 计算结果分析

根据仿真计算，选粉机全流程压降△P为2873.5 Pa，其中选粉机入口至动态分离器压降△P1为490.4Pa，动态分离器至选粉机出口的压降△P2为2383.1Pa，可见选粉机入口至动态分离器之间的压力损失△P1并不大，只占全流程压损的17.1%，但含粉气流经过动态分离器转向水平送风道后，局部压力损失急剧增大，导致动态分离器至选粉机出口的压损△P2占全流程压损的82.9%。

图1为选粉机中动态分离器中心轴线所在截面速度分布，可见圆柱及圆台段气流速度相对较小，且分布较均匀。而由于动态分离器出口的倒圆台结构和单侧水平出口流道的影响，含粉气流在流出动态分离器时，截面流速分布出现明显不对称，即接近水平流道侧流体流速较大，最大流速达到65.3m/s，而远离水平流道侧流体速度则较小，约为0m/s~20m/s。

水平流道中流体以45m/s~69m/s速度贴壁流过，而在水平流道中间区域存在一个停滞区，是由流体高速运动带动中间区域流体回流而形成的，导致该区域产生较大的能量耗散，以上结论与现场调研水平出风流道下部存在明显积灰的情况一致。

图1 动态分离器中心轴线所在截面的速度大小分布(m/s)

根据仿真结果可见，现有选粉机出口结构（包括出口处倒圆台结构和单侧水平出风口）是导致选粉机出口区域流动分布极不均匀的原因，并伴随有局部涡流，导致选粉机内部压损大部分集中于该区域。

3 优化方案

基于以上选粉机内部流场特性，本文主要针对压损较大的流动区域进行结构优化，即拆除选粉机动态分离器出口的倒圆台结构，增大出口流通面积，缓解出口截面的速度分布不均匀性。

针对上述优化方案进行仿真计算，优化改造后选粉机全流程压降△P’降至1792.2 Pa，其中选粉机入口至动态分离器压降△P’1降至295.6 Pa，动态分离器至选粉机出口的压降△P’2降至1496.6 Pa，与改造前相比，△P’降低了37.6%，其中动态分离器至选粉机出口的压降改善贡献约82.0%。同时动态分离器出口最大速度减小至56.5m/s，降低约13.5%，且出口区域的涡流影响区域减小，明显改善了该区域的能量耗散。

经过实际生产测试，采用上述优化方案改造后，选粉机PO42.5水泥台时出力由改造前120 t/h提高至改造后的152 t/h，明显改善了水泥磨系统出力问题。

4 结语

本文对水泥厂选粉机内部流场进行分析，由于选粉机内部倒圆台结构和单侧水平出风流道设计导致选粉机下游压损较大，占选粉机全流程压损的82.9%。针对上述问题，本文提出了动态分离器出口结构改造方案，有效改善了内部流场，降低局部流速，减小局部压损，成功解决了水泥磨系统出力不足的问题，PO42.5水泥台时出力由改造前120 t/h提高至改造后的152 t/h。

[1]马剑华.水泥选粉机的优化与改造.产业与科技论坛,2013,12(6): 81-82.

[2]陈绍龙.水泥工业选粉机的优化与优选.辽宁建材,2007(3):39-40.

[3]王平,韩晓东.Φ4.2m×13m水泥联合粉磨系统的优化改造.水泥, 2014(6):39-41.

王珍（1983—），男，博士，工程师，主要研究方向为高效多相流动仿真分析及节能减排技术研究。