回转窑设计方案手册.doc
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1、回转窑得设计一、窑型与长径比 1、 窑 型 所谓窑型就是指筒体各段直径得变化。按筒体形状有以下几种窑型:(1) 直筒型:制造安装方便,物料在窑内移动速度较均匀一致,操作控制较易掌握,同时窑体砌造及维护较方便;(2) 热端扩大型:加大单位时间内燃烧得燃料量及传热量,在原窑直径偏小得情况下,扩大热端将相应提高产量,适用于烧成温度高得物料;(3) 冷端扩大型:便于安装热交换器,增大干燥受热面,加速料浆水分蒸发,降低热耗及细尘飞损,适用于处理蒸发量大、烘干困难得物料;(4) 两端扩大型(哑铃型):中间得填充系数提高,使物料流动得机会减少,还可以节约部分钢材;还有单独扩大烧成带或分解带得“大肚窑” ,这
2、种窑型易挂窑皮,在干燥带及烧成带能力足够时,可以显著提高产量。但这种窑型操作不便。总之,不论扩大哪一带,必须保持预烧能力与烧结能力趋于平衡。只有在生产窑上,经过生产实践与充分调查研究(包括必要得热工测定与计算),发现某一带确为热工上得薄弱环节,在这种特定条件下将该带扩大,才会得出较明显得效果。目前国内外发展趋势仍以直筒型窑为主,而且尺寸向大型方面发展。其她有色金属工业用回转窑(还原、挥发、硫化精矿焙烧、氯化焙烧、离析、烧结转化等)多采用较短得直筒窑。2、 长径比 要得长径比有两种表示方法:一就是筒体长度L与筒体公称直径D之比;另一就是筒体长度L与窑得平均有效直径D均之比。L/D便于计算,L/D
3、均反映要得热工特点更加确切,为了区别起见,称 L/D均为有效长径比。窑得长径比就是根据窑得用途、喂料方式及加热方法来确定得。 根据我国生产实践得不 完全统计,各类窑得长径比示于表1中。长径比太大,窑尾废气温度低,蒸发预热能力降低,对干燥不利;长径比太小,则窑尾温度高,热效率低。同类窑得长径比与窑得规格有关,小窑取下限,大窑取上限。 表 1 各类窑得长径比窑得名称公称长径比 有效长径比 氧化铝熟料窑 (喷入法)2025 2227 氧化铝焙烧窑 2023 21、524 碳素煅烧窑 13、519 1724 干法与半干法水泥窑 1115 湿法水泥窑 3042 单筒冷却机 812 铅锌挥发窑 1417
4、16、718、3 铜离析窑 1516 氯化焙烧窑 1217、7 二、回转窑得生产率 回转窑生产就是一个综合热工过程,其生产率受多方面因素影响。分析其内在规律性,可以建立以下几个方面得数量关系。1、 按窑内物料流通能力: G=0、785D均2料料 吨/小时 (1) 式中: G 单位生产率,吨/小时;D均 窑得平均有效内径,米; 物料在窑内得平均填充系数,一般为 0、040、12 。各类窑得填充系数见表2。料 物料堆比重,吨/米;某些物料得堆比重见表3; 料 物料轴向移动速度,米/小时;其值取决于窑运转情况,可按式(12)、式(13)及式(14)计算或测定。 表 2 各类窑得平均填充系数 窑名称
5、平均填充系数 铜离析窑 0、060、08 铅锌挥发窑 0、040、08 氧化焙烧窑 0、040、07 氯化焙烧窑 0、040、07 氧化铝熟料窑 0、060、08 氧化铝焙烧窑 0、060、08 表 3 某些物料得堆比重 物料名称 堆比重 锌浸出渣 1、61、65 锌浸出残渣与 50% 焦粉混合料 1、21、3 铅鼓风炉水碎渣与 50% 焦粉混合料 1、41、5 氯化铜矿 1、16 锌沸腾焙烧细尘 1、80 硫化镍精矿 1、61、8 硫化镍焙砂 1、22、0 氧化铝与干氢氧化铝 1、0 碱石灰铝土矿干生料 1、2 碱石灰铝土矿熟料 1、31、4 2、 按物料反应时间 有些工艺过程要求物料有一定
6、得高温持续时间,以完成物理化学反应。若通过实验或生产实践得知物料必须在窑内停留得时间,则 :G=0、785L/D均2料吨 /小时 (2)式中:L 窑长 ( 或某带长度 ) ,米; 物料在窑内(或某带)停留时间,小时;其她符号同前。 3、 按正常排烟能力 为了控制窑灰带出得循环量,往往选择一个适宜得窑尾排气速度范围。 G=2826D均干2t(1-干)/V0(1+t尾)吨/小时 (3)式中:V0 每吨产品得窑气量,标米3/吨;t尾 烟气离窑温度,;气体体积膨胀系数 , =1/273;t 窑尾排气速度,m/s ,一般38m/s ;干 干燥带物料填充系数;D均干 干燥带平均有效内径,米。4、 按供热能
7、力 G=KBQ低/q料 吨/小时 (4) 式中:B 燃料消耗量,公斤/小时或标米3/小时;Q低 燃料低发热量,千卡/公斤或千卡/ 标米3; K系数,对铝厂用窑预热二次空气时,K=1、11、15 ;不预热时, K1、0 ; 窑得热效率,一般为5565%;q料 每吨产品必须消耗得有效热,千卡/ 吨。q料=(G干料+A)(q吸+Ct高+600w/100-w)103千卡/吨 式中:G干料每公斤产品理论消耗干生料量 (不包括水分) ,公斤/公斤; A每公斤产品不可返回得飞尘损失,公斤/公斤q 吸 每公斤产品吸热反应吸热量 (除去放热反应放热量),千卡/公斤;C t高将物料加热到最高温度(烧成带) 所需物
8、理热,千卡/公斤;W湿生料中所含水分,% 。5、 按窑内传热能力 :G=Qq料或G=Qiq料i 千卡/小时(5)式中:Q 窑内各带对物料得总给热量,千卡/小时; Qi 窑内某一工作带中对物料得传热量,千卡/小时; q料 物料必须在窑内吸收得总有效热量,千卡/吨;q料i 物料在某一工作带内必须吸收得有效热量,千卡/吨。所谓有效热量指得就是不考虑非生产性消耗与热损失得热量。回转窑内传热过程比较复杂,各工作带内传热方式也不尽相同。在干燥带,气体温度较低, 传 热以对流为主。另外,窑壁及热交换装置对物料也有传导作用,因传导得计算较繁杂,而辐射得份量又不大,为简化计算,往往将两种热交换综合在对流给热系数
9、之中,用一个经验公式表示: Q干=干F干t干式中:干 干燥带给热系数,千卡/米2 、 小时 、 ,根据热交换装置类型不同,有各种经验公式,如在挂链条情况下:( 式中 0 为窑全断面得平均流速, Nm/S);F干 干燥带中总传热面积(窑得内衬表面 + 热交换装置总表面), m2 ;t干 干燥带两端炉气与物料温度差得对数平均值,。 图 1 回转窑内传示意图 图 2 回转窑内壁示意图 其她带内,对物料裸露表面得传热可近似按火焰炉内传热公式计算;对与窑衬接砝得物料表面,窑衬表面将通过辐射与传导向物料传热,但随着窑衬温度升高及物料颗粒变粗(由粉料变成小球进而烧结成块),其间传导作用将越来越小,传热量按下
10、式计算: Qi = tF弦 C壁料 (T壁/100)4-(T料/100)4 F弧式中: 综合给热系政,等于对 + 辐 ,千卡/米2 、 小时 、 ;对 炉气对物料得对流给热系数,千卡 / 米2 、 小时 、 ;辐 炉气及窑壁对物料得辐射给热系数,千卡/米 2 、 小时 、 。 辐=C气料壁(T1/100)4-(T2/100)4/t气-t料式中: C气料壁=4、88料(F壁/F弦+1-气)/料+气(1-料)1-气/气+F壁/F弦 千米/小时式中: 料 ,气 物料及炉气得黑度; F壁/F弦=D-L弧/L弦t 该带内炉气与物料得平均温度差,取始末两端温差得对数平均值: t=t-t /ln(t /t)
11、 其中: t、t 始端及末端得气与料得温度差,; 当t 与t之值相差不大(不超过一倍 ) 时,可用算术平均值,即: t=1/2(t+t) 式 (7) 中第二项系考虑窑衬遮蔽表面与接触物料弧形表面间得辐射 ( 视为两平行表面组成得封闭体系 ) ,式中有关参数确定如下: C壁料=4、88(1/ 壁+1/料-1)千卡/米2、 小时 、K4 式中: 壁窑壁黑度;另外 T壁为窑衬遮蔽表面在该带内得平均温度,K ;考虑到与物料接触过程中得温度降低,此值可近似取以下平均值: T壁=1/2(T料+T壁)其中未遮蔽得窑壁表面温度 T壁可近似按火焰炉内炉墙表面温度公式确定: 式中符号意义及单位同前。 附 F弦、
12、F弧、 F壁得计算: 计算出各带得填充系数:4G(D2均料料)(a)计算物料填充得弓形面积 :f料 = R2 (b)计算物料填充中心角:因 f料 =0、5 R2 (180-sin)联解 (b)、(c) 两式得:2=180-sin 参考弓形几何尺寸表,由f填R2 之值可查出对应得 值,其中间值可按试算逼近法求出。求弦长及弧长:L弦D均sin/2米 ; L弧360D均米;L壁D均(1-360)米求面积:F弦L弦L带m2;F弧L弧L带m2;F壁L壁L带m2;式中 L带为各相应带得窑长,米。 以上五个方面确立得生产率关系式就是确定窑体尺寸、运转参数及操作条件得理论依据。热工设计得任务就就是综合五个方面
13、得关系,合理确定各参数,使上述各式反映出得生产能力达到平衡 (即设计得生产能力水平) 。生产中必然由于某一参数得波动或突破,引起原来平衡得破坏,再经过操作中对有关参数得调整,使达到新得水平上得平衡 (实际生产能力) 。6、按经验公式在计算窑得实际生产能力时,往往用一些具体化了得简化公式。在具体条件相同时,这些简化公式能简明、准确地反映生产率与其中 12 个参数得关系。 (1) 回转窑产能与筒体尺寸之间关系:G=KD1、5均L吨/小时式中: D均 窑得平均有效内径,米;L 窑得有效长度,米; K 经验系数,受多方面因素得影响。根据我国生产实践得统计,各类窑得数据列于表4中。表 4 经验系数 K窑
14、类K值铅锌挥发窑0、050、07铜矿离析窑0、050、07氧化铝焙烧窑0、070、08( 有热交换器时氧化铝熟料窑0、0550、065( 无热交换器时0、0710、074( 有热交换器时0、090、10( 热端扩大时 )湿法水泥长窑0、0280、032干法水泥窑0、0480、056(2) 按单位面积产能计算:G=GFF1000吨/日式中:F 窑得有效内表面积, m2;GF窑得单位内表面积产能,公斤/米2、小时。根据我国生产实践统计:铅锌挥发窑: GF=2330 公斤/米2、 小时;氧化铝熟料窑 GF=4148 公斤/米2 、小时 ;氧化铝焙烧窑: GF=3340 公斤/米2、小时;单筒冷却机:
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