日产5200吨熟料预分解窑的预热器系统设计书

工程设计任务书题目日产5200吨熟料预分解窑的预热器系统设计一初始条件1原料的化学分析结果物料烧失量SIO2AL2O3FE2O3CAOMGOSO3K2ONA2OH2O石灰石42411450630335463055101粘土47967791474595413037123100100铁粉10037513145301369165410煤灰589825379033291212122燃料煤的元素分析结果CADHADNADOADSADAADMAD635942011676203122111013各种物料损失均按3计算4其它资料本设计工厂有自己的矿山，其它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温度440，相对湿度7080，地下水位2M25M二要求完成的主要任务（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1设计计算说明书应包括以下内容配料计算，物料平衡计算和热量平衡计算、有关设备的选型计算或结构尺寸计算、附属设备的选型计算、耐火材料选材计算与散热计算，有关性能指标计算，设计及附属设备一览表、设计评述，参考资料。2画出有关设备的工艺布置图和主要剖面图（A2图纸）三设计要求1要求每个人独立完成，允许讨论，但不能抄袭，鼓励创新。2说明书要求设计说明书必须包括有关计算部分的方法、步骤和结果。有关设备的选型,设计说明书中应说明其选取依据，有关经验数据的选取，亦应说明其来源。3图纸的要求图纸必须按工程图标准绘制，鼓励用计算机绘图。图纸上必须注明设备主要尺寸及有关说明，图面应清洁、整齐。四时间安排20136172013623（第1周）查阅有关资料，进行有关设计计算；20136242013631（第2周）绘制相关的图纸；201371201375（第3周）整理提交计算说明书、图纸以及其它设计资料，答辩。指导教师签名2013年6月14日系主任（或责任教师）签名2013年6月14日目录1配料计算111计算煤灰掺入量1111煤的低位发热量1112煤灰的掺入量112根据熟料率值，估算熟料化学成分213累加试凑过程214配比结果22燃烧计算33物料与热量平衡计算431物料平衡5311收入项目53111燃料总消耗量53112生料消耗量53113入窑系统空气量7312支出项目93121熟料93122出预热器废气量93123出预热器飞灰量1232热量平衡计算12321收入项目123211燃料燃烧生成热123212燃料带入物理热123213生料带入物理热123214入窑回灰带入热量133215空气带入热量13322支出项目143221熟料形成热143222蒸发生料中水分耗热量143223废气带走的热量143224出窑熟料带走热量153225出预热器飞灰带走热量153226系统表面散热损失1533主要热工技术参数1534物料平衡表1635热量平衡表164悬浮预热器的尺寸计算1741旋风筒尺寸17411各级旋风筒处理的气体量17412旋风筒的直径和高度18413旋风筒进风口尺寸1942排气管（内筒）尺寸1943旋风筒其他相关尺寸2044旋风筒结构尺寸表205耐火材料选材与散热计算2151耐火材料的设计理念2152耐火材料的主要参数2153材料的厚度计算22531已知参数22532材料厚度计算225321热流密度Q的计算225322厚度计算23533散热量计算246预热器尺寸修正257设计评述与体会268参考资料26日产5200吨熟料预分解窑的预热器系统设计1配料计算燃料煤的元素分析结果CADHADNADOADSADAADMAD635942116762031221110111计算煤灰掺入量111煤的低位发热量QNETAR339CAR1030HAR109OARSAR25MARKJ/KGQNETAR3390635910300042109007620003125001012506097KJ/KG112煤灰的掺入量100KG熟料中煤灰掺入量可按下式近似计算100,100式中GA熟料中煤灰掺入量，；Q单位熟料热值，KJ/KG熟料，选3350；QNET,AR煤的热值，KJ/KG；AAR煤的空气干燥基灰分含量，；S煤灰沉落率，可选100；P熟料烧成的煤耗，KG/KG熟料；物料烧失量SIO2AL2O3FE2O3CAOMGOSO3K2ONA2OH2O石灰石42411450630335463055101粘土47967791474595413037123100100铁粉10037513145301369165410煤灰589825379033291212129627250611310R,ANETAQSQAG12根据熟料率值，估算熟料化学成分已知KH09，SM26，IM17，975，熟料化学成分计算如下193526IM1SI28KH3OFEAL2O3IMFE2O3542SIO2SMAL2O3FE2O32239CAOSIO2AL2O3FE2O366513累加试凑过程计算率值897037928165065148235065132SIOFEALCAKH165793232ELSM1632OFAI将验证得的率值与题意要求目标值相比，可以看出各率值的误差KH09008970003001；SM262588001201；IM177617007601；其误差值均在要求的范围之内且较小，即配料结果符合要求。计算步骤质量SIO2AL2O3FE2O3CAOMGO其他合计煤灰2961746075102670097003600632960石灰石1193173007520394651740656120569910粘土27183033980160711150099087225976铁粉160600005008480059002600661650累计熟料成分2237955333116664450817220610049514配比结果由上表，配置100KG孰料所需干原料如下K718049513G（石灰石267粘土0铁粉计算干生料配比68015987261石灰石2粘土铁粉湿基成分W10干基成分湿基成分48106石灰石28粘土34铁粉物料水分为石灰石101，粘土1，铁粉41，求得湿物料配比为LS8063042411825004791120013508湿基中的含水量0814800101018440010011300411054单位熟料烧成热耗Q3350100/1003350KJ/KG孰料单位熟料烧成煤耗P3350/2506097013367KG烟煤/（KG孰料）2燃烧计算粉煤燃烧空气过剩系数106110取108理论空气量VA089CAR267HAR33SAROAR890635926700420330003100762名称湿基用量湿基配比（）湿石灰石81488063湿粘土18441825湿铁粉113112总计10105100006540NM3/KG烟煤实际空气量VAVA065401087063NM3/KG烟煤理论烟气量V079042812ARRARRARVNSMHC790546281300463596848NM3KG烟煤实际烟气量VV01VA06848108165407371NM3/KG烟煤烟气组成510371246594AR2CO303R2VSA561071428/02/418/ARAR2MHO9356802V8275107142/7948/AR2AN3物料与热量平衡计算窑型预分解窑基准1KG熟料；温度0平衡范围系统预热器分解炉回转窑冷却机温度1入预热器生料温度502入回转窑回灰温度503入窑一次空气温度304入窑二次空气温度13005环境温度306入回转窑和分解炉燃料的温度都为607入分解炉三次风温度11008气力提升泵输送生料空气温度509熟料出窑温度136010废气出预热器温度30011飞灰出预热器温度340入窑风量比（）一次空气（K1）二次空气（K2）窑头漏风K38902燃料比（）回转窑（KY）分解炉（KF）4060出预热器飞灰量01KG/KG熟料出预热器飞灰烧失量3500各处过剩空气系数窑尾081Y分解炉出口5L预热器出口3F其中预热器漏风量占理论空气量的比例K4016气力提升泵喂料带入空气量占理论空气量的比例K5009折合料风比为198KG/NM3分解炉及窑尾漏风占分解炉用燃料理论空气量的比例K6005电收尘和增湿塔综合收尘效率为999系统表面散热损失500KJ/KG熟料生料水分含量1054窑的产量G5200T/D21667T/H31物料平衡311收入项目3111燃料总消耗量MR（KG/KG熟料）其中熟料/窑头燃料量KGMKRYR熟料分解炉燃料量F3112生料消耗量，即入预热器物料量计算A干生料理论消耗量熟料/3410518210ARKGMLAMMRSGSLMGSL干生料理论消耗量，KG/KG熟料AAR燃料应用基灰分含量，燃料灰分掺入量,取100LS生料的烧失量，B出袋收尘飞损及回灰量/019熟料KGMFHF/熟料KFHFYHMYH入窑回灰量，KG/KG熟料MFH出预热器飞灰量，KG/KG熟料MFH出收尘器飞灰损失量，KG/KG熟料收尘器，增湿塔综合收尘效率，C考虑飞损后干生料实际消耗量熟料/3410510835101KGMLMRSFKFHGSLMGS考虑飞损后干料实际消耗量，KG/KG熟料LFH飞灰烧失量，D考虑飞损生料实际消耗量熟料/345061054110KGMWMRSGSMS考虑飞损后生料实际消耗量，KG/KG熟料WS生料中水分含量，E入预热器物料量/34506110熟料入预热器物料量KGMRYHS3113入窑系统空气量A燃料燃烧理论空气量煤）（KGVLK/N65403煤）（KGM/4568291B入窑实际干空气量熟料）（KGNMKVRRRYLYK/825406013熟料）（KRRYYK/639其中入窑一次空气量，二次空气量及漏风量分别为熟料）（GNMVKVYKYKYK/0831熟料）（KGNMVKVYKYKYK/9032熟料）（LO31C分解炉从冷却机抽空气量出分解炉混合室过剩空气量熟料）（KGNMVRRLK/9810540631分解炉燃料燃烧空气量熟料）/（924360532KGNMKVRRRFL窑尾过剩空气量熟料）/（209340561833KGNMMKVVRRRYLY分解炉及窑尾漏入的空气量熟料）/（196206054364KGNMKVRRRFL分解炉从冷却机抽空气量熟料）（KGMRRRRKF/495196202834212熟料）（KMVRRKFKF/81722D气力提升泵喂料带入空气量熟料）（KGNMVKRRLSK/5890463熟料）（KRRSSK/7621E漏入空气量预热器漏入空气量熟料）（KGNMVKRRL/0461535窑尾系统漏入空气总量熟料）（KGRRLOK/241935全系统漏入空气总量熟料）（KGNMVRRLOKLOK/29871241503熟料）（KRRLOKLOK/6312支出项目3121熟料1KGSHM3122出预热器废气量生料中物理水含量熟料）/（0416105435KGMWMRSWS熟料）/（05284163KGNMMVRWSWS生料中化学水含量熟料）/（07305334505132KGMMOALMRRSGHS熟料）/（0937843KGNMMVRHSHS生料分解放出CO2气体量153340826422MGOCSCAOSMCO熟料）/（18010350153422KGMLCOMRFKGSSCO熟料）/（092417322KGNMMVRSCOSCOCAOS,MGOS分别为干生料中CAO,MGO的含量，燃料燃烧生成理论烟气量熟料）/（18956307ART2KGNMCVRRCO熟料）/（1765102864093ARTN2KGNMMNVRRRLK熟料）/（4830108421243R2KGNMMMHVRRARATOH熟料）/（023232KGNMSVRRATSO熟料）/（8506）0481769（3TSOHTN2222KGMMVRRC熟料）/（2359102468KGMMARRADLKT烟气中过剩空气量熟料/（9621540）3（3KGNMVVRRLKFK熟料）（5379MRK其中熟料/（501962KN2KGMVRRK熟料/（93814250822KGMVMRKN熟料/（4120632KGNMVRKKO熟料/（58904241322KGNMVMROKO总废气量熟料/（70684102410）83093752516518922222KGNMMMVVRRRRRRRSOOHNCOF3123出预热器飞灰量/10熟料（KGMFH32热量平衡计算321收入项目3211燃料燃烧生成热熟料/（972506RKGJMQMRANETRR3212燃料带入物理热熟料/（24069615KGJMCRRR（060时熟料平均比热CR1154KJ/KG）3213生料带入物理热熟料/（8150750182401687034KGJMMTCMQRRSWSGS（050时，水的平均比热CW4182KJ/KG，干生料平均比热CS0878KJ/KG熟料）3214入窑回灰带入热量熟料/（1804536KGJTMQYHYH（050时，回灰平均比热CYH0836KJ/KG）3215空气带入热量A入窑一次空气带入热量熟料/（8302981520111KGJMTCVQRRYKYKY（030时，空气平均比热CY1K1298KJ/NM3）B入窑二次空气带入热量熟料/（26437130485901222KGJMTVCQRYKYKYKY（01300时，空气平均比热CY2K1403KJ/NM3）C入分解炉二次空气带入热量熟料/（3968151074222KGJMTCVQRKFKFKF（01100时，空气平均比热CF2K1377KJ/NM3）D气力提升泵喂料空气带入热量熟料/256385091KGJMTCVQRSKSK（050时，空气平均比热CSK1299KJ/NM3）E系统漏风带入热量熟料/（53603029817KGJMTCVQRLOKLOK（030时，空气平均比热CLOK1298KJ/NM3）总收入热量熟料/63418755360263898152681410790KGJMMMQQQQQRRRRRRLOKSKFKYHYSRRZS322支出项目3221熟料形成热熟料/517163472394021560132870127397422KGJMMMMMQSHOFESHSIOSHCAOSHMGOSHOALSH3222蒸发生料中水分耗热量熟料/182641092380073KGJMMQMQRRHSWS（50时，水的汽化热QQH2380KJ/KG）3223废气带走的热量熟料/2836092530）96510714501483319）76（22222KGJMMMTCVCVCVQRRRRRRRRFSOOOHNOF（0300各气体平均比热CCO21921KJ/KGCN21319KJ/KGCH2O1550KJ/KGCO21370KJ/KGCSO21965KJ/KG）3224出窑熟料带走热量熟料/0814637KGJTQSHYSH（01300时，熟料平均比热CSH1058KJ/KG）3225出预热器飞灰带走热量/43048951熟料KGJTCMQFHFFH（0340时，飞灰平均比热CFH0895KJ/KG）3226系统表面散热损失熟料/50KGJQB支出总热量熟料/13654128040283609258297KGJMMQQRRRBFHYSFSHZC列出收支热量平衡方程式ZCSQ熟料/1280求得KGJMR即烧成1KG熟料需要消耗01228KG燃料。33主要热工技术参数熟料单位烧成热耗RRMM136541286375熟料）/49307128972506,RKGJQMARNETR熟料烧成热效率5431SRRH窑的发热能力/1067210972612808,HKJGQMKQADNEYRYR34物料平衡表单位/熟料收入项目数量支出项目数量燃料消耗量012283964440237熟料量12953316338入预热器生料量16136345209410062出预热器飞灰量012953316338入窑实际干空气量0346911119954367出预热器废气量分解炉抽空气量0714438122306471685生料中物理水量001550880458023924气力提升泵送空气量00935736302090346生料中化学水量002914040860608194窑尾系统漏入空气量020618126656295157生料分解CO2量079577322350169993燃料燃烧理论烟气量1134058334923202烟气中过剩空气量031154369200868039合计309753692100合计338602410035热量平衡表单位KJ/熟料收入项目数量支出项目数量燃料燃烧热30774876722927111熟料形成热1757553757376316燃料显热85026720185745194蒸发生料水分耗热10626512271787175生料带入热69059761508645578废气带出热量8172741747208279回灰带入热4180091314226熟料带出热量14660831342575入窑一次空气带入热108064002360713飞灰带出热量30430650547417入窑二次空气带入热5694563124400617系统散热损失5001068924445入分解炉空气带入热83692991828315911气力提升泵送风带入热46978370102626634系统总漏风带入热62058210135569311合计45776100合计46775991004悬浮预热器的尺寸计算41旋风筒尺寸411各级旋风筒处理的气体量预热器出口废气总量VF04718706MR1540NM3/KG熟料喂料带入空气量VSK0589MR0072NM3/KG熟料（1）第一级旋风筒（300，4500PA）V1V2VSK56945MRVF/2077NM3/KG熟料换算为工作态077273300273101325959904500136173/孰料单位时间出口风量17258/361218M3/S（2）第二级旋风筒（500，3500PA）由（1）得V2VF/256945MRVSK07274NM3/KG熟料换算为工作态072742735002731013259599035001362183/孰料单位时间出口风量218258/3615623M3/S（3）第三级旋风筒（650，2700PA）V3V256945MR06848NM3/KG熟料换算为工作态068482736502731013259599027001362453/孰料单位时间出口风量245258/3617558M3/S（4）第四级旋风筒（780，2100PA）V4V356945MR06422NM3/KG熟料换算为工作态064222737802731013259599021001362623/孰料单位时间出口风量262258/3618777M3/S（5）第五级旋风筒（860，1500PA）V5V456945MR05998NM3/KG熟料换算为工作态059982738602731013259599015001362633/孰料单位时间出口风量263258/3618848M3/S旋风筒级数C1C2C3C4C5单位时间出口风量（M3/S）121815623175581877718848412旋风筒的直径和高度根据公式，式中A表观截面流速（M/S）；可得A4VD旋风筒级数C1C2C3C4C5A（M/S）364146485直径D（M）6670707169参照国外部分公司的旋风筒结构尺寸，进行旋风筒高度设计。设计时对于第一级旋风筒C1，一般H/D2（HH1H2）；对于其他级则选用H/D152。（1）圆柱体的高度第一级旋风筒C1，H111D73M；第二三级旋风筒,H1075D53M；第四级旋风筒，H1075D53M；第五级旋风筒，H1075D52M。（2）锥体高度第一级旋风筒C1，一般取H2H173M；其他级旋风筒,H20912D；第二三级旋风筒，取H270M；第四级旋风筒，取H271M；第五级旋风筒，H269M。（3）锥角根据，得1691，234669，5667。2EHTANDD式中DE排料口的直径（M）；统一取DE1M。413旋风筒进风口尺寸（1）进风口的横截面积根据，可以算得F1338（M2），F2868（M2），INVFF3975（M2），F41043（M2），F51047（M2）。式中IN旋风筒进口风速（M/S）；一般取1520M/S；这里取18M/S。（2）旋风筒进风口高、宽一般取B/A12；旋风筒各级尺寸为B125M,A114M；B240M,A222M；B342M,A323M；B443M,A424M；B543M,A524M；42排气管（内筒）尺寸（1）内筒外径D0506D；取D120M；D2D342M；D442M；D541M。（2）内筒插入深度最上一级H3/B约为18；中间各级H3可取（06075）B最上一级旋风筒C1H318B145M；中间级旋风筒C2H306B224M；C3H306B325M；C4H306B426M；最下一级旋风筒C5H3025B511M。43旋风筒其他相关尺寸（1）下料管位置及内径联接处高度H4/D2C2,C3,C4H484M；C5H482M。内径000019200019211871268715952001000100242077（2）旋风筒之间联接管道的内径。4VD可得D121M；D2333M；D3353M；D4365M；D5365M；式中V管道内气体的流量（M3/S）；管道内气体的流速（M/S）；一般在1020，取18M/S。（3）旋风筒的钢板厚度M3D021第一级D153MM；D2D390MM；D491MM；D589MM；综合考虑，可取各级的钢板厚度为001M。（4）由于本设计悬浮预热器的旋风筒进风口处理的风量较大，故综合考虑后，选择180蜗壳式旋风筒进风口。其尺寸扩张度FACDD/2；偏心度EF/2；偏心圆半径R1ED/2。其中C在0DD/2内。旋风筒C1C2C3C4C5扩张度F125136156167178偏心度E063068078084089偏心圆半径R122841845542843844旋风筒结构尺寸表旋风筒级数一级二级三级四级五级筒数42222旋风筒直径DM3370707169内筒外径DM2042424241内筒深度H3M4524252611圆柱体高度H1M7353535352锥体高度H2M7370707169锥角691669669669667进风口尺寸M高度B宽度A25144022422343244324排料口直径DEM1下料管内径D0M077下料管联接处高度H4M8482联接管道内径DLM21333353365365钢板厚度（MM）105耐火材料选材与散热计算51耐火材料的设计理念预热器外层一般为导热系数低，强度也较低的保温材料，如轻质粘土砖；内层的工作面为有一定强度且能够较好抵抗碱性物质侵蚀的耐火材料；筒体最外层为钢板，厚度取10MM。3对于一、二级预热器，其耐火材料可采用黏土质耐碱耐火材料，以降低成本和提高保温效果；在碱含量达到一定数量并有可能逐步富集的部位，如三级以下的预热器，应考虑耐火度为1100以上的耐碱耐火材料。52耐火材料的主要参数导热系数3456W/MK53材料的厚度计算531已知参数假设环境温度为T125；预热器钢板内外壁温度为TW2TW185，耐火层外壁温度T2；耐火层内壁温度T3钢板厚度取10MM；旋风筒外径D1；保温层外径D2；耐火层外径D3；耐火层内外侧温度差为30C可以得到各级旋风筒的耐火材料、保温材料的选择以及各种材料的导热率如下表1粘土砖密度3207KG/M最高使用温度13001400平均比热38461J/KGPCT导热系数10350WK2轻质粘土砖最高使用温度1150平均比热308210KJ/GPCT导热系数293钢板旋风筒级数C1C2C3C4C5耐火材料选择黏土砖黏土砖黏土砖黏土砖黏土砖保温材料选择轻质粘土砖轻质粘土砖轻质粘土砖轻质粘土砖轻质粘土砖耐火材料导热率K11007311262120621282213222保温材料导热率K20121401378014880159301648532材料厚度计算5321热流密度Q的计算侧壁和锥体热流密度计算公式为21111W/MLNWIIITTDDK顶盖热流密度为2211/WNITQTK式中1外壁面与周围空间之间的对流辐射综合换热系数，2W/M；其他各参数含义如前所述对于对流辐射综合换热系数有44111241273273500/WWTTAT对于侧壁和顶盖的取值分别为256和326，因此可求得侧壁的综合换热系数113176CW/M2顶盖综合换热系数2151245322厚度计算参考德国洪堡公司旋风筒结构尺寸的资料，可以查到钢板厚度与旋风筒内径的比，从而得到各级旋风筒的耐火层厚度。利用试凑法，得出各级保温D/层厚度，利用各层热流密度相等，即侧壁利用公式123213LNLNWKTKTQDDD顶盖利用公式1IITQK计算耐火层与保温层之间的温度，并进行校核。试凑结果如下表旋风筒级数C1C2C3C4C5钢板外壁温度TW1/8585858585环境温度T1/2525252525耐火层内侧温T3/300500650780860旋风筒内径D/M66777169/D00110032003200320032钢板/M001001001001001耐火层/M00726022402240227202208侧壁/M00470068007301040158保温层顶盖/M00220042006700950111侧壁/M01296030203070341203888厚度总厚度顶盖/M01046027603010332203418总直径/M68592760476147782476776侧壁W/M1755774419464236194898331992089319652632热流密度顶盖W/M2932095932095932095932095932095侧壁/239208327846490083626185713569耐火层外壁温度T2顶盖/232350312963476486614385704686侧壁/82008312843183908432钢板温度顶盖/84798479847984798479钢板预设温度/8585858585根据试凑结果可知，由设定的保温层厚度所算得的耐火层外壁温度与筒内温度的差值约为30C，所得钢板温度约为85C，均与假设温度相符，故所得各层材料的厚度符合要求。533散热量计算由532中的热流密度公式可以计算出耐火材料和钢板的散热量。其中，侧壁及锥体散热量计算公式为KJ/SQQL顶盖散热量计算公式为KJ/SQS由于设计旋风筒为双列结构，故各级旋风筒的散热量为一列时的两倍，各级旋风预热器的散热量计算结果如下旋风筒级数C1C2C3C4C5侧壁及锥体散热高度M14601230123012401210顶盖散热面积M234193847384739573737侧壁及锥体散热量J/S2563430623941010239724952470190723779685顶盖散热量J/S31872633585305358530536884743483599一列合计KJ/S13955935侧壁及锥体散热高度M29202460246024802420顶盖散热面积M268397693769379147475侧壁及锥体散热量J/S5126861347882020479449904940381447559371顶盖散热量J/S63745257170609717060973769476967198双列合计KJ/S27911870每小时由预热器设备散失的热量约为1005107KJ/H。又系统表面散热损失QB500KJ/KG熟料，设计窑的熟料产量为21667T/H；所以每小时系统表面散热为1083108KJ/H。预热器表面散热所占百分比为；1。005107/1083108/100928可见由预热器表面散失的热量很少，主要散热是由回转窑、分解炉和冷却机引起的，同时也说明预热器耐火材料种类及砖厚度选择合理。6预热器尺寸修正旋风筒级数一级二级三级四级五级筒数42222旋风筒直径DM33777169内筒外径DM242424241内筒深度H3M4524252611圆柱体高度H1M7353535352锥体高度H2M73777169锥角691669669669667进风口尺寸M高度B宽度A25144022422343244324排料口直径DEM1下料管内径D0M077下料管联接处高度H4M8482联接管道内径DLM21333353365365耐火层72622422422722208保温层476873104158侧壁及锥体衬里厚度MM总厚度129630230734