日产5000吨熟料预分解窑的分解炉设计.doc

日产5000吨分解窑的分解炉设计1 原料配比过程1.1煤灰掺入量计算：查阅参考资料，先选取q为3350kJ/kg-熟料。每kg煤发热量为：Qy =339Cad+1030Had-109(Oad-Sad)-25Mad =27754.3(KJ/Kg)煤灰掺入量：GA=qAyS/Qy100=335018.7100%/27754.3100=2.26%1.2 确定熟料组成预设KH=0.89;n=2.2;p=1.21.3 计算湿原料的配合比设定湿原料的配合比为：石灰石79%、黏土17%、铁粉4%。以此计算生料的化学成分，如表1所示：表1 生料的化学成分名称配合比烧失量SiO2Al2O3Fe2O3CaO石灰石7931.621.350.510.2544.94粘土170.8211.442.700.8330.833铁粉40.0421.580.0542.030.15生料10032.4814.373.2643.11345.923燃烧生料21.284.834.6168.00煤灰掺入量GA=2.26%，则灼烧生料配合比为100%-2.22%=97.74%。按此计算熟料的化学成分如表2：表2 熟料的化学成分名称配合比SiO2Al2O3Fe2O3CaO灼烧生料97.7420.804.724.5166.46煤灰2.261.390.510.230.06熟料10022.195.234.7466.52则熟料的率值计算如下：KH=0.91SM=2.23IM=1.10由计算结果知，KH、SM、IM与设定值均很接近。因此，可按此配料进行生产。考虑到生产波动，熟料率值控制指标课定为：KH=0.890.02;SM=2.20.1;IM=1.20.1。按上述计算结果，干燥原料配合比为：石灰石79%；粘土17%；铁粉4%。1.4 计算干燥原料配合比湿石灰石=79（100-1）/100=78.21湿粘土=17（100-1）/100=16.83湿铁粉=4（100-4）/100=3.84将上述质量比换算成百分比湿石灰石=79.10%湿粘土=17.02%湿铁粉=3.88%2 物料平衡计算2.1 收入项目2.1.1 燃料总消耗量：mr（kg/kg-熟料）其中：窑头燃料量：myr=kymr=0.4mr分解炉燃料量：mFr=kFmr=0.6mr取 窑头燃料量:分解炉燃料量=40:602.1.2 生料消耗量，即入预热器物料量计算2.1.2.1 干生料理论消耗量：mgs1=(100-mrAada)/(100-Ls) =(100-mr18.71)/(100-32.48) =1.48-0.277mr(kg/kg-熟料）2.1.2.2 出收尘器飞损量及回灰量：烟自飞损飞灰量：mFh=mfh(1-) =0.141(1-0.9928) =0.001(kg/kg-熟料）入窑回灰量：myh=mfh-mFh=0.141-0.001=0.14(kg/kg-熟料）2.1.2.3 考虑飞损后干生料实际消耗量：mgs=mgs1+mFh(100-Lfh)/(100-Ls) =1.48-0.277mr+0.001(100-33.40)/(100-32.48)=1.48-0.277 mr2.1.2.4 考虑飞损后湿生料实际消耗量：ms=mgs100/(100-Ws) =(1.48-0.277 mr)100/(100-1.05) =1.4957-0.2799mr所以，入预热器物料量=ms+myh =1.4957-0.2799mr +0.14 =1.6357-0.2799 mr 2.1.3 入窑系统空气量2.1.3.1 煤粉燃烧理论空气量：Va0=0.089Cad+0.267Had+0.033(Sad-Oad) =0.08968.1+0.2675.4+0.033(0.2-8.1) =7.242mlk=1.293Va0 =1.2937.242 =9.36392.1.3.2 入窑实际干空气量：Vyk=ayVa0myr =1.077.2420.4mr =3.0996mr(Nm3/kg-熟料）myk=1.293Vyk=1.2933.0996mr=4.008mr(kg/kg-熟料）取窑头的空气过剩系数ay=1.07其中：入窑一次空气量：Vyk1=3.09960.15mr =0.464mr(Nm3/kg-熟料）入窑二次空气量：Vyk2=3.09960.8mr =2.472mr(Nm3/kg-熟料）入窑漏风量：VLOK1=3.0996mr0.05=0.155mr(Nm3/kg-熟料）2.1.3.3 旋风预热器系统漏风量：VxLOK=0.0547.242mr=1.448mr(Nm3/kg-熟料）mxLOK=1.293VxLOK=1.2931.448mr =1.872mr（kg/kg-熟料）2.1.3.4 分解炉从冷却机抽空气量 出分解炉过剩空气量：V1=（aL-1)Va0mr =（1.25-1）7.242mr =1.8105mr(Nm3/kg-熟料）分解炉燃料燃烧空气量：V2=Va0mFr =7.2420.60mr =4.3452mr（Nm3/kg-熟料）窑尾过剩空气量：V3=（ay-1)Va0myr =(1.07-1)7.2420.40mr =0.2028mr(Nm3/kg-熟料）分解炉及窑尾漏入空气量：V4=K6Va0mFr =0.057.2420.60mr =0.217mr(Nm3/kg-熟料）取分解炉及窑尾漏入空气量为煤粉理论燃烧空气量的0.05。 m4=1.293V4=1.2930.217mr=0.2801mr(kg/kg-熟料）进入冷却机空气量：VLK=2.14Nm3/kg-熟料mLk=1.293VLK=1.2932.14=2.767kg/kg-熟料分解炉从冷却机抽空气量：VF2K=V1+V2-V3-V4 =1.8105mr+4.3452mr-0.2028mr-0.217mr =5.7359mr(Nm3/kg-熟料）2.1.3.5气力提升泵喂料带入空气量:Vsk= 0.1136-0.0194msk=1.293Vsk=0.147-0.025mr(kg/kg-熟料）2.1.4 漏入空气量预热器漏入空气量：V5=K4Va0mr =0.167.242mr =1.1587mr(Nm3/kg-熟料）取预热器漏入空气量为理论燃料燃烧理论空气量的16%。窑尾系统漏入空气总量：VLOK2=V4+V5 =0.217mr+1.1587mr =1.3757mr(Nm3/kg-熟料）全系统漏入空气量：VLOK=VLOK1+VLOK2 =0.155mr+1.3757mr =1.5307mr(Nm3/kg-熟料）mLOK=1.293VLOK=1.2931.5307mr=1.9792mr(kg/kg-熟料）2.2 支出项目2.2.1 熟料：msh=1kg2.2.2 出预热器废气量2.2.2.1 生料中物理水含量：mws=msWs/100 =(1.4957-0.2799mr)1.05/100 =0.0157-0.0029mr(kg/kg-熟料）Vws=mws/0.804=(0.0157-0.0029mr)/0.804 =0.0195-0.0036mr(Nm3/kg-熟料）2.2.2.2 生料中化学水含量：mhs=0.00353mgsAl2O3gs =0.00353(1.48-0.277 mr)5.04 =0.026-0.0049mr(kg/kg-熟料）Vhs=mhs/0.804=0.0323-0.0062mr(Nm3/kg-熟料）2.2.2.3 生料分解出的CO2气体量：CO2=CaOsMCO2/MCaO+MgOsMCO2/MMgO =39.6844/56+2.8144/40 =34.25%msCO2=mgsCO2/100-mFh(Lfh/100) =(1.48-0.277mr)34.25/100-0.001(33.40/100) =0.506-0.0949mr(kg/kg-熟料）VsCO2=msCO2 =(0.506-0.0949mr) =0.26-0.048mr(Nm3/kg-熟料）2.2.2.4 根据参考文献，得出燃料燃烧生成烟气量为：V0CO2=mr=mr=1.27mr(Nm3/kg-熟料）V0N2=0.79VLKmr+mr =0.797.242mr+mr =5.73mr(Nm3/kg-熟料）V0H2O=(22.4/2)mr+mr =11.2mr+mr =0.621 mr(Nm3/kg-熟料）V0SO2=0.0014mr(Nm3/kg-熟料）V0=(1.27+5.73+0.621 +0.0014)mr=7.62mr(Nm3/kg-熟料）M0=(mLK+1-Aad/100)mr =(9.3639+1-19.5/100)mr =10.169mr(kg/kg-熟料）2.2.2.5 烟气中过剩空气量：Vk=(-1)V0amr =(1.45-1)7.242mr =3.2589mr(Nm3/kg-熟料）取出一级旋风筒处的空气过剩系数=1.45Mk=1.293Vk=1.2933.2589mr=4.2138mr(kg/kg-熟料）其中：N2:VkN2=0.79Vk=2.5745mr(Nm3/kg-熟料） mkN2=VkN228/22.4=3.218mr(kg/kg-熟料）O2:VkO2=0.21Vk=0.6844mr(Nm3/kg-熟料） mkO2=VkO232/22.4=0.9778mr(kg/kg-熟料）Vf=Vws+Vhs+VsCO2+V0+Vk =0.0195-0.0036mr+0.0323-0.0062mr+0.26-0.048mr +7.62mr+3.2589mr =0.3118+10.821mr(Nm3/kg-熟料）2.2.3 出预热器飞灰量：mfh=0.141(kg/kg-熟料）3 热量平衡计算3.1 收入项目3.1.1 煤粉燃烧生成热：QrR=mrQy=27754.3mr(kg/kg-熟料）3.1.2 煤粉带入显热：Qr=mrCrtr=mr1.16040=46.4mr(kJ/kg-熟料）取煤粉的热容Cr=1.160kJ/kgC,取煤粉的温度tr=40C3.1.3 生料带入显热：Qs=msCsts =(1.4957-0.2799mr)0.90050 =67.31-12.60 mr(kJ/kg-熟料）Cs-生料的热容，取0.900kJ/kgCts-喂料带入空气温度，取50C3.1.4 入窑回灰带入显热：Qyh=myhCyhtyh =0.140.83750 =5.9 kJ/kg-熟料Cyh-入窑回灰的热容，取0.837kJ/kgCtyh-回收飞灰入窑温度，取50C3.1.5 空气带入显热：3.1.5.1 窑头一次空气带入显热：Qy1k=Vy1kCy1kty1k =0.4649mr1.29736 =21.71 mr(kJ/kg-熟料）Cy1k-入窑一次空气的热容，取1.297kJ/kgCty1k-一次空气入窑温度，取36C3.1.5.2 进入冷却机冷空气带入显热：QLK=VLKCKtK=2.141.29736=99.2（kJ/kg-熟料）CLK-空气的比热，取1.297kJ/kgCtLK-入冷却机冷空气温度，取36C3.1.5.3 气力提升泵喂料带入空气显热：Qsk=VskCsktsk =(0.1136-0.0194mr)1.29850 =(7.3726-1.2591mr)kJ/kg-熟料3.1.5.4 窑头漏风带入显热：QLOK1=VLOK1CLOK1tLOK1 =0.155mr1.29736 =7.2373mr(kJ/kg-熟料）3.1.5.5 分解炉漏风带入显热：Q4=V4C4t4=0.217mr1.29736=10.13mr（kJ/kg-熟料）3.1.5.6 旋风预热器系统漏风带入显热：QxLOK=VxLOKCxLOKtxLOK =1.448mr1.29736 =67.61mr(kJ/kg-熟料）热量总收入：Qzs=QrR+Qr+Qs+Qyh+Qy1k+QLK+Qsk+QLOK1+Q4+QxLOK=27754.3mr+46.4mr+67.31-12.60mr+5.9+21.71mr+99.2+7.3726-1.2591mr+7.2373mr+10.13mr+67.61mr=179.7826+27893.5282mr(kJ/kg-熟料）3.2 支出项目3.2.1 熟料形成热：Qsh=1931.24(kJ/kg-熟料）3.2.2 蒸发生料中水分消耗热量：Qss=(mws+mhs)Qqk =(0.0157-0.0029 mr)+(0.026-0.0049mr)2380 =99.246-18.564mr(kJ/kg-熟料）3.2.3 废弃带走热量：Qf=(VCO2CCO2+VN2CN2+VH2OCH2O+VO2CO2+VSO2CSO2)tf =(0.26-0.048mr+1.27mr)1.92+(5.73mr+2.5745mr)1.319+0.621mr1.550+0.6844mr1.370+ 0.0014mr1.965370 =184.704+5625.0377mr(kJ/kg-熟料）3.2.4 出窑熟料带走热量：Qysh=mshCshtsh=11.0781360=1466.08(kJ/kg-熟料）3.2.5 出预热器飞灰带走热量：Qfh=mfhCfhtf =0.1410.895370 =46.69(kJ/kg-熟料）取整个水泥系统表面散热损失：QB=460(kJ/kg-熟料）热量总支出：Qzc=Qsh+Qss+Qc+Qysh+Qfh+QB=1931.24+99.246-18.564mr+184.704+5625.0377mr +1466.08+46.69+460 =4187.96+5606.4737mr(kJ/kg-熟料）根据能量守恒原理，列出收支热量平衡方程：Qzs=Qzc179.7826+27893.5282mr=4187.96+5606.4737mr mr=0.1798(kg/kg-熟料）将mr=0.1798（kg/kg-熟料）代入以上物料平衡和热量平衡全部有关计算式中，可以得到热量平衡和物料平衡的全部计算结果，将热量平衡和物料平衡的全部计算全部列于下列表中：物料平衡表收入项目数量%支出项目数量%物料消耗量0.17984.48熟料量123.1入预热器生料量1.585439.48出预热器飞灰量0.1413.31入窑实际干空气量0.720617.95出预热器空气量：分解炉抽空气量1.031325，68生料中物理水量0.01520.36气力提升泵送空气量0.14253.35生料中化学水量0.02510.59窑尾系统漏入空气量0.35598.86生料分解CO2量0.488911.5燃料燃烧理论烟气量1.828442.96烟气中过剩空气量0.757617.78合计4.0155100.00合计4.2562100.00热量平衡表收入项目数量%支出项目数量%燃料燃烧热5008.73796.07熟料形成热1931.2437.04燃料带入显热84030.16蒸发生料水分耗热97.0741.86生料带入显热64.543691.48废气带出热量1214.1323.29入窑回灰带入显热5.90.12熟料带出热量1466.0828.12窑头一次空气带入显热3.92440.08飞灰带出热量46.690.90入冷却机冷空气带入显热99.21.90系统散热损失460.08.89生料带入空气显热7.095660.14系统漏入空气显热16.061250.31合5213.865100.00合计5213.865100.00由以上表格可以看出，则可知热量是平衡的，物料是大致平衡的。3.3 熟料单位耗热及热效率3.3.1 熟料的单位耗热：QrR=mrQy=0.179827754.3=4990.223 (kJ/kg-熟料）3.3.2 窑的热效率：=38.7%4 分解炉尺寸计算与设计4.1 查阅相关资料，选择KSV型分解炉，窑气通过分解炉，取分解炉温度为900C，则分解炉工作风量为：VFL=V0amr+(L-1)V0aKymrG+VCO2G =(7.2420.1798+0.257.2420.60.1798) +(0.26-0.0480.1798+1.270.1798) =4.119105(Nm3/h)Vf=VFL(273.15+t)/273.15P0/P =4.119105(273.15+900)/273.15760/(720-400/13.6) =19.47105(Nm3/h)4.2 分解炉的有效截面积和内径（f=5m/s)有效截面积AF=Vf/(3600f)=19.47105/(36005)=108.17(m2/s)有效内径为DF=11.74(m)4.3 下部锥体口流量：V=V0a(y-1)+V00.4mrG =7.242(1.07-1)+7.590.40.1798/3600 =33.7(m/s)取此处风速为=20m/s,则：此处有效直径：dF= =433.7/(3.1420)1/2 =1.47(m)锥体部分高H2=0.5DF=0.511.74=5.87(m)4.4 取分解炉内轴向平均流速=6m/s,停留时间t=3s.分解炉高：H=t=63=18(m)直筒部位的有效高度H1=H-H2=18-5.87=12.13(m)4.5 下料管直径d=0.0019 =0.0019(1.4957-0.27990.1798)1/2 =1.04(m)4.6取此处风速3a=20m/s.则：V03a=G0.6VF2K=0.65.73590.1798/3600=35.81(m3/s)三次风管直径（该分解炉有两个三次风管）：di=dF=1.47(m)根据上述计算将本次设计分解炉几个主要尺寸计算值如下：分解炉的有效内径DF=11.74m;下部锥体口直径dF=1.51m;锥体部分有效筒高H2=5.87m;直筒部分有效高度H1=12.12m；分解炉总高度H=18m；下料管直径d=1.04m;三次风管直径di=1.51m5 耐火衬料选材与散热计算根据参考文献，设计如下：分解炉采用290mm厚，密度为400kg/m3的轻质粘土砖保温，其导热系数1=（0.092+0.1610-3t)W/(mC)；外侧用厚度为5mm（C1.5%）的碳钢保护层，其导热系数2=36.6W/(mC)。由于碳钢保护层导热系数大，壁薄，所以它在总热阻中作用小，可以忽略，可将分解炉看作单层圆筒壁导热。取分解炉内壁温度为900，轻质粘土砖保温层外壁温度为100，1=0.092+0.1610-3t =0.092+0.1610-3(900+100)/2 =0.172W/(mC)为简化计算，将锥体看作筒体计算，则根据参考文献，可得筒体散热： =23.140.172(900-100)18/ln(8.515-8.25) =492(KW)根据参考文献，可得分解炉顶盖散热： =0.172(900-100)3.143.76752/(3.7675-3.62) =41.58(KW)分解炉总散热损失：=428+41.58=469.58（KW）单位熟料的散热损失为：Q=Qz/G=469.58/50001000/(243600)=8.114(kJ/kg-熟料）6 有关性能指标计算根据参考文献计算如下：6.1 窑的发热能力：= =0.40.168327754.3 =3.879108(kJ/h)6.2 燃烧带衬砖断面热负荷：根据参考文献和本设计日产水泥熟料5000t，可知：回转窑筒体内径：D=5m衬砖内径：Di=D-2d=5-20.18=4.64(m)燃烧带衬砖断面热负荷： =2.40108/(3.144.642/4) =1.42107(kJ/kgh)6.3 燃烧带表面热力强度：参考文献可知：所以，=80.5（m)燃烧带表面热力强度： = =（）6.4 回转窑容积热力强度：取物料填充率f=12% = =2490.2(kJ/m3h)6.5 生料分解率：由分解炉锥体下部位的直径设计计算可知，已取真实分解率et=72%。