悬浮预热系统是新型干法水泥生产的核心装备之一,在水泥工业的节能、增产方面扮演着重要角色。多年来,水泥技术工作者们不断对其进行优化,但悬浮预热系统频发的塌料问题一直阻碍该技术的进一步发展。因此,本课题着手研究悬浮预热系统的塌料工况下压力信号的波动状况、塌料周期的表征、塌料量以及分散距离的预测,以期为工业生产及悬浮预热系统的进一步发展提供参考。本课题搭建了悬浮预热系统单级旋风筒冷态模拟平台,在二维垂直换热管内利用大颗粒物料模拟颗粒团聚造成的塌料工况,采集正常工况与塌料工况条件下换热管轴向A、B、C三处压力信号,选择合适的小波参数对其进行降噪,并利用统计学方法和功率谱方法对其进行分析。结果表明:(1)塌料工况下压力信号中有效信号多集中在低频部分,通过对比不同小波参数降噪效果得出,当选用heursure阈值规则、sym5小波进行3层分解时,信噪比SNR为68.13,均方根误差RMSE为1.49,此时降噪效果最好;(2)(1)正常工况下,换热管C点处平均负压为-68.27 Pa;当塌料频率0.1 Hz的塌料工况发生时,压力信号波动显著,C点负压增至-113.6 Pa,标准偏差由3.47增至8.43;(2)塌料工况下,人为控制塌料频率分别为0.1、0.05、0.03 Hz,通过数据预处理、功率谱分析后成功检测出换热管在不同条件下分别存在塌料频率分别为0.102、0.048、0.034 Hz的塌料信号,与试验设置频率基本吻合。此方法可成功辨识出塌料工况并表征了塌料频次。(3)本文通过对换热管内气固两相运动进行理论分析,推导归纳出一套塌料量的表征算法,并通过数据验证该算法的预估性较好,真实值与预测值的平均相对误差为4.6%。该算法的构建,为水泥实际生产中悬浮预热系统塌料量的预估方法提供了一定指导作用。此外,本课题对塌料工况下换热管内的物料分散距离进行了初步探索。本文利用换热管压降、断面风速、塌落物料质量以及分散距离等参数通过响应面分析软件进行分析,对物料分散距离初步预测,并成功构建了物料分散距离关于管内风速、管内压降的响应模型。