分解炉设计.doc

武汉理工大学无机非金属材料热工设备课程设计说明书目录一、初始条件41.1 原料的原始资料41.2燃料煤的原始资料41.3 各种物料损失均按3%计算41.4 其他资料4二、配料计算42.1 计算煤的低位发热量42.2 计算煤灰掺入量52.3 根据熟料率值估算熟料化学成分52.4 累加试凑计算52.5 计算熟料料耗62.6 计算干生料配合比62.7 校验熟料化学成分与率值62.8 计算湿生料的配比及含水量7三、燃料燃烧计算8四、物料平衡、热量平衡计算84.1 原始资料84.2 物料平衡与热量平衡计算94.2.1物料平衡计算94.2.2 热量平衡计算134.2.3 列出收支热量平衡方程式154.2.4物料、热量平衡表154.2.5 主要热工技术参数16五、分解炉的设计165.1 选择窑型165.2 相关参数165.3 分解炉的工作风量的计算175.3.1 分解炉实际烟气量175.3.2 分解炉中分解的量175.3.3 窑尾出来的废气量185.3.4 分解炉工作态气体量185.4 分解炉直筒部位有效截面积与有效内径的计算185.5 分解炉椎体部分的高度185.6 分解炉有效高度H的计算185.7 分解炉圆筒高度185.8 分解炉椎体下端直径195.9 分解炉缩口处直径195.10 生料进口直径195.11 分解炉燃料进口直径195.12 入分解炉三次风管直径195.13 分解炉主要结构尺寸一览表19六、耐火材料选材计算与散热计算206.1 耐火材料的设计理念206.2 耐火材料的主要参数206.3 厚度计算206.3.1 已知参数206.3.2 厚度计算206.3.3 校核216.4 散热量计算226.5 耐火材料厚度对分解炉筒体尺寸的修正22七、设计评述22八、参考文献23日产5000吨熟料预分解窑的分解炉设计一、初始条件1.1 原料的原始资料表1.1 原料与煤灰的化学成分（%）数据物料烧失量SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3K2ONa2OH2O石灰石42.931.410.600.3254.110.621.01粘土4.7365.7016.955.964.070.331.241.011.00铁粉1.0737.053.0553.663.741.424.10煤灰59.1025.159.113.251.302.091.2燃料煤的原始资料表1.2 煤的工业分析结果合计焦渣特性41.430.03.125.510061.3 各种物料损失均按3%计算1.4 其他资料本设计工厂有自己的矿山，其他条件均符合建厂要求，工厂气象条件符合设计要求。大气压强（夏季）：720mmHg汞柱 温度：-440相对湿度：70%80% 地下水位：2m2.5m二、配料计算2.1 计算煤的低位发热量 查阅【1】P274表6.2，计算干燥无灰基表示的挥发分含量： 查阅【1】P273，判断此煤为烟煤 ，再根据焦渣特性，参照【1】P266表6.6，取K1为333。查【1】P277，烟煤的低位发热量计算公式：2.2 计算煤灰掺入量 查阅【2】P196,取 (煤灰沉落率)=100%，则100kg熟料中的煤灰掺入量2.3 根据熟料率值估算熟料化学成分假设=98%，设计熟料热耗kJ/-熟料，KH=0.90, SM=2.30, IM=1.70则熟料化学成分计算如下：2.4 累加试凑计算由参考资料【2】P197，用累加法计算配料（以100kg熟料为基准）：表2.1 累加试凑过程计算步骤SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgO其他合计备注设计熟料成分21.966.013.5466.4998.00煤灰（+3.26）1.9270.82002970.1060.0420.068石灰石（+121）1.6990.7230.38665.2090.7470.000粘土（+27）17.7414.57716091.0990.0890.608铁粉（+2.5）0.9260.0761.3420.0940.0360.000KH=0.881SM=2.27 IM=1.71 累计熟料成分22.2936.1963.63466.5080.9140.676100.22粘土（-0.5）0.3290.0850.0300.0200.0020.011热耗=2907KH=0.897SM=2.26IM=1.70累计熟料成分21.9656.1123.60466.4870.9130.66599.74铁粉（-0.1）0.0370.0030.0540.0040.0010.000热耗=2910KH=0.898SM=2.27IM=1.72累计熟料成分21.9286.1083.55066.4830.9110.66599.652.5 计算熟料料耗根据上表，可求得煅烧100熟料所需的原料用量如下： 干生料：石灰石=粘土=铁粉=湿生料：石灰石= 粘土= 铁粉=2.6 计算干生料配合比石灰石=粘土=铁粉=2.7 校验熟料化学成分与率值 查阅参考资料【3】P68-69,根据所得配合比，计算出生料和熟料的化学成分，如下表所示：表2.2 生料、熟料的化学成分名称配合比（%）烧失量SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgO其他石灰石80.6634.631.140.480.2643.650.500.00粘土17.740.8411.653.011.060.720.060.40铁粉1.610.020.600.050.860.060.020.00生料10035.4913.393.542.1844.430.580.40灼烧生料100-20.755.493.3868.870.900.62灼烧生料96.74-20.075.313.2766.620.870.60煤灰3.26-1.930.820.300.110.040.07熟料100-22.006.133.5666.730.910.67 三率值均在误差允许的范围之内，表明所取配合比合适。2.8 计算湿生料的配比及含水量 根据2.5中的数据，计算出湿基用量及配比，如下表所示:表2.3 湿基配比名称湿基用量（份）湿基配比（%）石灰石81.4880.56粘土17.9217.71铁粉1.681.73合计101.08100.00湿生料的含水量：三、燃料燃烧计算 由于实际燃烧煤粉之前都会先干燥煤粉，所以可近似认为：燃料比（%）： 回转窑（）：分解炉（）=40:60燃料为褐煤，取过剩空气系数：窑尾 分解炉混合式出口 （以上数据，参考【4】P124）参考【5】P249表4-15中的经验公式：燃料燃烧所需的理论空气量：产生的理论烟气量：参考【5】P243公式（4-24）和P245公式（4-27）实际空气量 实际烟气量 四、物料平衡、热量平衡计算4.1 原始资料（1）物料的化学成分 表4.1 物料的化学成分烧失量SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgO其它总和干生料35.4913.393.542.1844.430.580.40100熟料-22.206.133.5666.730.910.67100煤灰-59.1025.259.113.251.302.09100（2） 燃料的组成及工业分析 表4.2 煤的工业分析41.430.03.125.522681（3） 根据相关资料【4】【6】设定相关温度如下a.入预热器生料温度：50b.入窑回灰温度：50c.入窑一次空气温度：30d.入窑二次空气温度：1150e.环境温度：30f.入窑、分解炉燃料温度：60g.入分解炉三次空气温度：1050h.气力提升泵输送生料空气温度：50i.熟料出窑温度：1360j.废气出预热器温度：300k.飞灰出预热器温度：340（4） 入窑风量比（%）一次空气（）：二次空气（）：窑头漏风（）= 8:90:2（5） 燃料比（%）回转窑():分解炉（)= 40:60（6） 出预热器飞灰量: 0.1kg/kg-熟料（7） 出预热器飞灰烧失量: 35.00%（8） 各处过剩空气系数：窑尾 = 1.05分解炉混合室出口 = 1.15预热器出口 = 1.40预热器漏风量占理论空气量的比例= 0.15气力提升泵喂料带入空气量占理论空气量的比例 = 0.09，折合料风比为19.8（9） 分解炉及窑尾漏风占分解炉用燃料理论空气量的比例= 0.05电收尘和增湿塔综合收尘效率99.9%（10）熟料形成热= 1777.7（11）系统表面散热损失：450（12）生料水分含量：1.06%（13）窑的产量: 5000t/d(或者208.3 t/h)4.2 物料平衡与热量平衡计算基准：1kg熟料，温度0。4.2.1物料平衡计算+界线界面1kg熟料ms+VskmFrmf+mfhmFhmyhVF3kVLOK1+VLOK2Vy2k回转窑预热器与分解炉收尘器图4.1物料平衡图4.2.1.1收入项目（1） 燃料的总消耗量： (kg/kg-熟料)窑头燃料量：(kg/kg-熟料)分解炉燃料量：(kg/kg-熟料)（2） 生料消耗量、入预热器物料量a.干生料的理论消耗量 (kg/kg-熟料) b.出电收尘飞损量及回灰量：c.考虑飞损后干生料的实际消耗量：d.考虑飞损后生料实际消耗量e.入预热器物料量：(3)入窑空气量 a.燃料燃烧理论空气量：b.入窑实际干空气量：其中入窑一次空气量、二次空气量及漏风量：c.分解炉从冷却机抽空气量：出分解炉混合室过剩空气量：分解炉燃料燃烧空气量：窑尾过剩空气量分解炉及窑尾漏入空气量：分解炉从冷却机抽空气量：d.气力提升泵喂料带入空气量：e.漏入空气量：预热器漏入空气量：窑尾系统漏入空气量：全系统漏入空气量：4.2.1.2 支出项目（1）熟料: 1kg（2）出预热器废气量：a.生料中物理水含量： b.生料中化学水成分：c.生料分解放出CO2气体量：d.燃料燃烧生成理论烟气量e.烟气中过剩空气量f.总废气量（3） 出预热器飞灰量 4.2.2 热量平衡计算Qy1k 收尘器界线界线QyshQs+QskQrR+QrQf+QfhQyhQF3kQLOKQy2kQBQBQBQshQss回转窑预热器与分解炉图4.2 热量平衡图4.2.2.1 收入项目（1）燃料燃烧生成热 (-熟料)（2）燃料带入显热 （060时熟料平均比热）（3）生料带入热量（050时，水的平均比热，干生料平均比热/kg-熟料）（4）入窑灰带入热量(050时，回灰平均比热)（5）空气带入热量a.入窑一次空气带入热量：（-熟料）（030时，空气的平均比热）b.入窑二次空气带入量：（-熟料）（01150时，空气的平均比热）c.入分解炉三次空气带入热量（01050时，空气的平均比热）d.气力提升泵喂料空气带入热量（050时，空气的平均比热）e.系统漏风带入的热量（030时，空气的平均比热）总收入热量4.2.2.2 支出项目（1）熟料形成热（2）蒸发生料中水分耗热量(3)废气带走的热量(4)出窑熟料带走热量(5)出预热器飞灰带走热量(6)系统表面散失热量支出总热量4.2.3 列出收支热量平衡方程式求得： 即烧成1kg熟料需要消耗0.1289kg燃料。4.2.4物料、热量平衡表 表4.3 物料平衡表收入项目数量%支出项目数量%（1）燃料消耗量0.1294.12（1）熟料量1.00031.69（2）入预热器生料量1.61551.63（2）出预热器飞灰量0.1003.17（3）入窑实际干空气量0.41813.37（3）出预热器废气量（4）分解炉抽空气量0.69722.28生料中物理水量0.0150.49（5）气力提升泵送空气量0.0892.86生料中化学水量0.0180.58（6)窑尾系统漏入空气量0.1795.73生料分解CO2量0.53316.89燃料燃烧理论烟气量1.09134.57烟气中过剩空气量0.39812.61合计3.127100合计3.156100.00表4.4 热量平衡表收入项目数量%支出项目数量%（1）燃料燃烧热2923.268.06（1）熟料形成热1777.741.39（2）燃料显热8.930.21（2）蒸发生料水分耗热82.541.87（3）生料带入热69.051.61(3）废气带出热量489.9711.41（4）回灰带入热4.180.10（4）熟料带出热量1466.1034.14（5）入窑一次空气带入热1.010.02（5）飞灰带出热量30.430.71（6）入窑二次空气带入热477.6111.12（6）系统散热损失450.0010.48（7）入分解炉空气带入热800.8018.65（8）气力提升泵送风带入热4.500.10（9）系统总漏风带入热5.650.13合计4294.910000合计4294.7100.004.2.5 主要热工技术参数熟料单位烧成热耗： 熟料烧成热效率： 窑的发热能力： 五、分解炉的设计5.1 选择窑型由参考资料【7】【8】可知，CDC-I型分解炉是一种“喷旋结合”型分解炉，具有多种分解炉的结构特征与低压损旋风筒进风口的结构特点。该炉型的优点为：第一，增强喷腾效果，增大炉内生料返混度，还可消除一些流动死角；第二，减缓物料在稀相悬浮区的速度，延长物料在炉内的停留时间，均化其内固相浓度场和温度场，提高容积利用率。本设计选择CDC-I型分解炉。5.2 相关参数（1）烧成单位质量熟料所消耗的煤粉量kg/kg-熟料（2）生料实际消耗量kg/kg-熟料（3）回转窑的熟料产量（4）燃料燃烧所需理论空气量-煤（5）燃料燃烧所需理论烟气量-煤（6）生料烧成1kg熟料过程中碳酸盐分解出的CO2总量-熟料（7）向分解炉内的漏风量（8）入分解炉三次风的标态风量（9）分解炉内气体的平均温度=900（10）三次风管内气体的平均温度（11）气体在标准状态下的绝对压强Pa（12）气体在分解炉内的平均绝对压强 =95592Pa（13）分解炉直筒部位的截面风速（14）气体在分解炉内的平均截面风速（15）入分解炉三次风管内的平均风速（16）分解炉进风口处气体流速（17）分解炉缩口处的风速（18）分解炉内生料的真实分解率（19）入窑生料的真实分解率（20）气体在分解炉内所需的停留时间=2.6（21）分解炉内的过剩空气系数（22）回转窑燃烧带内的过剩空气系数=1.05（23）分解炉用燃料占总燃料比例=0.6（24）分解炉锥体部位的有效高度与直筒部位的有效高度的比值=0.65.3 分解炉的工作风量的计算5.3.1 分解炉实际烟气量 5.3.2 分解炉中分解的量 5.3.3 窑尾出来的废气量 5.3.4 分解炉工作态气体量 5.4 分解炉直筒部位有效截面积与有效内径的计算 查阅有关资料【9】， CDC-I型分解炉=69m/s，取分解炉直筒部位的截面风速为，则分解炉直筒有效截面积： 5.5 分解炉椎体部分的高度 5.6 分解炉有效高度H的计算 查阅【7】P85，设定气流在分解炉内的轴向平均流速，气流在分解炉内所需要的停留时间烧煤粉去=2.6s 5.7 分解炉圆筒高度 5.8 分解炉椎体下端直径 查阅有关资料【9】，分解炉喷口处气流速度为2530m/s,取=25m/s 5.9 分解炉缩口处直径5.10 生料进口直径 查阅资料【7】，CDC-I型分解炉有4根生料的进料管，所以 5.11 分解炉燃料进口直径 因为CDC-I型分解炉有4根燃料的进料管，所以 5.12 入分解炉三次风管直径 5.13 分解炉主要结构尺寸一览表表5.1 分解炉主要结构尺寸40.817.2121.8417.514.331.6432.7740.5340.121六、耐火材料选材计算与散热计算6.1 耐火材料的设计理念 根据参考资料【7】P165，耐火材料的耐高温和隔热保温性能对于预热器系统非常重要，本设计中对下面几级预热器及联接管道、分解炉耐火层采用耐磨及耐碱的粘土砖，中间隔热层采用轻质粘土砖,筒体最外层为钢板，厚度取=10mm。6.2 耐火材料的主要参数 根据参考资料【10】中的相关知识，设定如下参数：1. 粘土砖：2. 密度： 最高使用温度：13001400 平均比热： 导热系数： 2.轻质粘土砖： 最高使用温度：1150 平均比热： 导热系数：3.钢板： 导热系数：6.3 厚度计算6.3.1 已知参数 假设：分解炉外壁与空气间的散热系数耐火层内侧温度为 ，外侧温度钢板温度（假设内外壁温度相等）环境温度=30耐火层外直径为：钢板内侧直径为： 粘土砖的厚度为： 6.3.2 厚度计算 粘土砖的导热系数为： 轻质粘土砖的导热系数： 设单位长度分解炉圆筒的传热量为,则 查阅【1】相关知识，可知： 即 解得： 所以，耐火层的厚度 保温层的厚度6.3.3 校核 相对误差： 在工程误差要求范围内，符合要求。 综上所述：t2=720符合要求。6.4 散热量计算 根据以上参数，由公式可计算出分解炉耐火材料和钢板的单位传热量（即散热量）为： 6.5 耐火材料厚度对分解炉筒体尺寸的修正耐火材料在分解炉内表面均匀铺盖，考虑其厚度（300mm）得到分解炉的实际技术尺寸，如下表：表6.1 分解炉的实际技术尺寸项目理论尺寸/内尺寸（mm）修正尺寸/外尺寸（mm）分解炉直筒部分直径72107664高度1751017510分解炉锥体部分下端口直径16432097高度43304330三次风管直径27743228生料进料口直径534988喷煤管直径121121七、设计评述 为期三周的工程设计训练课程设计马上要接近尾声了，我们的设计任务也即将圆满地完成。在这三周里我们经历了很多， 也学到了很多。这次工程设计训练课程设计是对大学三年中所学知识的综合运用，全面地考察了我们对知识的综合运用能力。在设计过程中我们对相关知识进行了系统的复习，提升了自己在这些方面对知识的掌握和应用。 在这次设计中，我们首先进行了配料计算、两大平衡的计算以及相关热工技术参数的计算，为设计分解炉打好基础。进行这些计算必须综合运用我们所学的各科知识，我们在摸索中前进，不懂的就认真看书和资料、大家一起讨论、通过电话请教老师来解决。第二阶段是分解炉的选择和尺寸计算以及分解炉耐火材料的选材和散热计算等问题。我们需要查找相关的设计资料，然后进行试探性的设计，直到最后满足要求。设计过程不可能一帆风顺的，走到现在我们经历了很