炭素回轉(zhuǎn)窯的工藝設(shè)計(jì)與計(jì)算

1、-作者xxxx-日期xxxx炭素回轉(zhuǎn)窯的工藝設(shè)計(jì)與計(jì)算【精品文檔】炭素回轉(zhuǎn)窯的工藝設(shè)計(jì)與計(jì)算崔東生摘要：通過對(duì)各種參數(shù)的計(jì)算，導(dǎo)出回轉(zhuǎn)窯的長度、內(nèi)徑、煤氣量、空氣量，并對(duì)回轉(zhuǎn)窯的物料平衡和熱平衡進(jìn)行計(jì)算，最終計(jì)算出煙氣量、煙氣成分及溫度。關(guān)鍵詞：回轉(zhuǎn)窯;煅燒;煤氣量;空氣量;物料平衡;熱平衡中圖分類號(hào)：1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1001-3741(2000)01-0034-06THE PROCESS DESIGN AND CALCULATION FOR ROTARY KILNCUI Dong-sheng (Shenyang Aluminium Magnesium Engineering Res

2、earch,Shenyang 110001 ,China) Abstract: During the design of rotary kiln,the length,the diameter,gas consumption,air consumption could be got through the calculation of all kinds of parameters.The balance of material and heat,the fume amount and its composition and its temperature are calculated to

3、guide the engineering design for the kiln.Key words: Rotary kiln;calcining;gas consumption;air consumption;material balance;heat balance對(duì)焦炭的煅燒而言，大規(guī)模生產(chǎn)的煅燒設(shè)備一般都選用回轉(zhuǎn)窯和回轉(zhuǎn)床，小規(guī)模生產(chǎn)的煅燒設(shè)備一般都選用罐式煅燒爐。本文對(duì)山東濟(jì)寧煤炭化學(xué)公司年產(chǎn)2萬t煅燒針狀焦用回轉(zhuǎn)窯設(shè)備的設(shè)計(jì)過程做以介紹。1設(shè)計(jì)參數(shù)1煅燒物料：針狀焦（揮發(fā)分10，水分10）；煅燒針狀焦產(chǎn)量：3t/h；煅燒最高溫度：14001500（平均1450）；燒損質(zhì)量分?jǐn)?shù)：7

4、；物料在窯內(nèi)煅燒時(shí)間：2h；燃?xì)鉄嶂担?8192kJ/m3(4350kcal/m3)；燃?xì)獬煞郑篊O（9.0)、H2(50.5)、CO2(2.6)、CH4(25.9)、CmHn(3.9)、O2(0.1)、N2(8.0)；揮發(fā)分熱值:39924kJ/kg；揮發(fā)分成分:CO2(0.5)、O2(2.6)、CmHn(0.9）CH4(9.4)、H2(77.4)、CO(2.0)、N2(7.2)；針焦發(fā)熱量：38074kJ/kg;針焦平均比熱容：1.88kJ/(kg.);空氣平均比熱容：1.3kJ/(m3.3；針焦安息角：38°；回轉(zhuǎn)窯斜度：3（傾斜角為1.72°）;回轉(zhuǎn)窯的轉(zhuǎn)速：1.6

5、r/min;回轉(zhuǎn)窯的填充率：79（取8）;煅燒實(shí)收率：73;煅前針狀焦：4110kg/h;煅燒焦最高溫度：1400。2設(shè)計(jì)條件2.1物料在窯內(nèi)的移動(dòng)速度式中：vm物料在窯內(nèi)的移動(dòng)速度，m/min；n窯轉(zhuǎn)速，r/min；D窯內(nèi)徑，m；窯傾斜角，（°）；物料安息角，（°）。2.2物料在窯內(nèi)的停留時(shí)間式中：t停留時(shí)間，min;L窯長，m；vm,，D，n見式2.3填充率平均填充率：(3)式中：G為窯產(chǎn)量；為物料堆積密度，kg/m3；C為1.11.45（水分10，可取1.3）。2.4窯的產(chǎn)能公式（4）3回轉(zhuǎn)窯的長度和內(nèi)徑的計(jì)算2,3根據(jù)煅燒物料來確定煅燒時(shí)間，煅燒延遲石油焦時(shí)間為60

6、70min，針狀焦煅燒時(shí)間為100120min。根據(jù)公式（1）（4）可計(jì)算出針狀焦在窯內(nèi)移動(dòng)速度：(5)針狀焦在窯內(nèi)停留時(shí)間：(6)填充率：(7)2窯的產(chǎn)能：(8)則L=158/D2由公式（6）、（8）得：L=50m,D=1.78m，vm=0.445m/min；L=120×0.445=53.4m，取窯長50m，窯內(nèi)徑1.8m。4回轉(zhuǎn)窯的煤氣量與空氣量4.1回轉(zhuǎn)窯的熱效率與熱耗根據(jù)YS/T131194回轉(zhuǎn)窯等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，回轉(zhuǎn)窯熱效率：一等為19.0;二等為17.3;三等為15.8。煅燒焦熱耗：一級(jí)為11.0×106kJ/t;二級(jí)為12.0×106kJ/t;三級(jí)為13.4

7、×106kJ/t。回轉(zhuǎn)窯熱效率公式：(9)式中：mcbj針狀焦在tk與tbi之間平均質(zhì)量，kg/h；Ck狀焦在tk與tbi之間的平均比熱容，kJ/(kg·)；tk針狀焦煅燒溫度，（1450）；tbi針狀焦煅燒前溫度，（20）；QrR燃料的燃燒熱，kJ/m3；Qx燃料帶入的物理熱，kJ/h；Qsjhx針狀焦燃燒的燃燒熱，kJ/h。單位煅燒焦熱耗:（10）式中：QB回轉(zhuǎn)窯單位產(chǎn)量煅燒焦熱耗，kJ/t；Mdj煅后焦合格產(chǎn)品每小時(shí)產(chǎn)量，kg/h；公式(9)(10)中Qsjhx中應(yīng)包括焦炭中揮發(fā)分燃燒產(chǎn)生的燃燒熱，(11)式中：Qjr焦炭燒損熱，kJ/h；Qhr揮發(fā)分燃燒熱，kJ/h

8、。對(duì)于回轉(zhuǎn)窯熱效率計(jì)算公式應(yīng)修正為=(焦炭帶走熱水分蒸發(fā)熱（原料中）原料顯熱）/（燃料燃燒熱揮發(fā)分燃燒熱焦炭燒損熱空氣顯熱）×1004.2燃?xì)饬颗c空氣量4.2.1燃?xì)饬扛鶕?jù)回轉(zhuǎn)窯熱效率規(guī)定一等為19，三等為15.8，煤氣量在=19時(shí)，燃?xì)饬縑m=420m3/t；=19時(shí)，燃?xì)饬縑m=252m3/t；=16時(shí)，燃?xì)饬縑m=593m3/t；=16時(shí)，燃?xì)饬縑m=368m3/t。4.2.2空氣量當(dāng)=19時(shí)，燃?xì)饬繛?52×3=756m3/h，煤氣燃燒需理論空氣量為3688m3/h；焦炭燒損理論需空氣量為2557m3/h；揮發(fā)分燃燒需理論空氣量為3714m3/h。因此，總的理論空氣

9、量為(368825573714)=9959m3/h。5回轉(zhuǎn)窯物料平衡與熱平衡5.1 物料平衡與熱平衡回轉(zhuǎn)窯物料平衡與熱平衡如表13。表1回轉(zhuǎn)窯物料平衡表m3/h項(xiàng)目CO2H2OO2N2產(chǎn)生氣體濕氣體干氣體焦?fàn)t煤氣3428327732967290741413309揮發(fā)分1828547803029293440653211燒損537537202025572557水分511511小計(jì)1061219720908016112749077過?？諝?430537868086808總計(jì)106121971430133941808215885總煙氣含氧氣量為9，則過?？諝猓海?077A）(0.09)=0.21AA=

10、6808m3/h表2排煙組成表m3/h項(xiàng)目CO2H2OO2N2濕干表3熱平衡計(jì)算表kJ/h項(xiàng)目收入項(xiàng)目支出熱量/103kJ質(zhì)量分?jǐn)?shù)/熱量/103kJ質(zhì)量分?jǐn)?shù)/原料顯熱105焦炭帶走熱6783空氣顯熱435水分蒸發(fā)熱929煤氣燃燒熱13761回轉(zhuǎn)窯散熱8541揮發(fā)分燃燒熱16410排氣顯熱25439燒損熱10961小計(jì)41692100小計(jì)416921005.2熱收支5.2.1入熱燃?xì)馊紵裏?8200×756=13761×103kJ/h揮發(fā)分燃燒熱39924×411=16410×103kJ/h燒損38074×4110×0.07=10954

11、×103kJ/h送入空氣顯熱（取20CP=1.3kJ/（m3）(99596806)×20×1.3=436×103kJ/h原料顯熱（按20CP=1.256kJ/（kg）1.256×20×4110=105×103kJ/h5.2.2出熱煅燒焦帶走的熱量（回轉(zhuǎn)窯出口焦子溫度1200CP=1.884kJ/（kg.）1.884×1200×3000=6783×103kJ/h水分蒸發(fā)熱539×411=927×103kJ/h煙氣帶走的熱量（CP=1.482kJ/（m3.），t=950煙氣熱容i

12、m=1407kJ/m3）1407×18082=25437×103kJ/h窯皮散熱8541kJ/h 6傳熱計(jì)算步驟以被煅燒物料的狀態(tài)為基準(zhǔn)，按圖1分成5個(gè)帶。收縮帶，焦炭由13701100進(jìn)行冷卻；煅燒帶，大部分揮發(fā)分燃燒；加熱帶，部分揮發(fā)分燃燒；干燥帶，水分蒸發(fā)；預(yù)熱帶，把原料預(yù)熱到100。圖1煅燒物料傳熱示意圖計(jì)算時(shí)先由至按順序進(jìn)行。分別假定各帶的窯長Li及焦炭的入口、出口溫度。揮發(fā)分發(fā)生量按上述的灼減量特性數(shù)據(jù)及各帶焦炭的溫度分布推定。列出各帶熱平衡的基本式揮發(fā)分燃燒的煅燒帶的熱平衡（如下式所示）式中：B燃燒的揮發(fā)分的量，kg/h；H揮發(fā)分的發(fā)熱量，kJ/kg；Qa入窯

13、空氣的顯熱，kJ/h；QG(i1)從前面一個(gè)帶來的熱氣帶來的熱量，kJ/h；QGi去帶熱風(fēng)帶走的熱量，kJ/h；QCi加熱物料的熱量，kJ/h；QCOSS熱損失，kJ/（m.h）。求出被煅燒物料平均溫度后確定輻射、對(duì)流傳熱量qGcqGc，根據(jù)5.2.2基本考慮方法，輻射傳熱是由下式求出的，首先按下式?jīng)Q定煙氣的輻射能UG：（12）(13)式中：UcCO2氣的輻射能；UW水蒸汽的輻射能;l煙氣有效厚度;TW煙氣平均溫度（K）;UCO2與H2O的熱輻射共存修正項(xiàng)0.022;PCCO2氣的分壓;PW水蒸汽的分壓。考慮反射面?zhèn)鬟f系數(shù)(14)式中：AG煙氣的表面積；AC受熱面AC=（AG/AR）FCR；A

14、R輻射面；AT全壁（窯體內(nèi)表面積），面積=ARAC=AG，F(xiàn)CR=1。因此，總吸收率CG為：（15）式中：0.85受熱面的黑度，故輻射傳熱量qGC=AC·CG(EGEC)（16）EG=4.88(TG/100)4（17）EC=4.88(TC/100)4（18）另外對(duì)流傳熱系數(shù)用Nusselt公式求得：（19）式中：Li窯長，m；D內(nèi)徑，m；v這種溫度中的流速，m/s；溫度函數(shù)（見表4）。表4溫度函數(shù)表t/2004006008001000根據(jù)被煅燒物料的輻射、對(duì)流傳熱量計(jì)算求得Li值，即按下式計(jì)算： （20）如果Li與Li基本相同，即可進(jìn)行下一個(gè)帶的計(jì)算，如果差別較大,應(yīng)再次假定Li與被

15、煅燒的物料溫度，然后進(jìn)行同樣計(jì)算，直到Li和Li達(dá)到近似為止。對(duì)各帶進(jìn)行以上的計(jì)算，便可得出窯長（各段）及溫度分布。7傳熱計(jì)算7.1受熱面和輻射面計(jì)算（見圖2）圖2受熱面與輻射面的示意圖焦炭的斷面積=R2(/360)1/2R2sin回轉(zhuǎn)窯的斷面積=R22=R2(/360)1/2R2sin得：=86°因此：AC=2sin(86/2)×0.9=1.23AR=(2/360)×(36086)=4.787.2熱損失外壁面溫度按高溫帶200和低溫帶150平均分布算出熱損失。熱損失Qcoss按下式求出：式中：d窯的外徑,2.5m;hc自然對(duì)流傳熱系數(shù)，kJ/(m2.h.)；hr

16、輻射傳熱系數(shù)，kJ/(m2h.)；to外壁表面溫度，；ta窯外氣溫，；hc=20931424WW風(fēng)速，m/s，取2m/s；To窯壁表面溫度，K；Ta窯外氣溫，K。當(dāng)窯壁溫度為200時(shí)：當(dāng)窯壁溫度為150時(shí)：8回轉(zhuǎn)窯物料平衡和熱平衡計(jì)算在二段煅燒的情況下，按前述計(jì)算順序進(jìn)行以下的傳熱計(jì)算。8.1收縮帶本收縮帶設(shè)定長12m。在本帶內(nèi)，從窯頭來的空氣使焦炭氧化，供給氧化用的空氣按圖推定。物料平衡按以下求出。a.物料平衡（見表5）表5物料平衡表m3/h收入量支出量焦?fàn)t煤氣756CHCO2342H2O832煤氣燃燒用空氣3688×125=4610N2 3642O2 968N23642O2195

17、焦炭燒損在1000m3CO2105從窯頭來的空氣1000N2 790O2 210N2790O2105b.熱平衡收入：Qin×103kJ/h焦?fàn)t煤氣：18200×756=13760焦炭燒損：38074×56.25=2142空氣：13×20×5610=147焦炭：1884×3000×(14001200)=1130小計(jì)：17179支出：Qout×103kJ/h熱損失135×12=1620排煙帶走的熱量×103kJ/hCO2：(0.3420.105)×2.294t=1.025tH2O：0.83

18、2×1.788t=1.487tN2：(3.4620.790)×1.424t=6.053tO2：(0.1950.105)×1.495t=0.448t水分帶走的熱量：832÷22.4×18×(3352257)=1733小計(jì)：9014t3353因?yàn)镼in=Qout，則t=1534即收縮帶往煅燒帶排的煙氣溫度推定為1534。8.2煅燒帶將本煅燒帶和加熱帶更為詳細(xì)地劃分后，再計(jì)算傳熱量。這兩個(gè)帶的各分帶的窯長和被煅燒的焦炭溫度，假定如表6。按前述揮發(fā)分的發(fā)生量為，在煅燒帶內(nèi)，約占全部揮發(fā)分的50；在加熱帶內(nèi)，約產(chǎn)生余下的50，上述揮發(fā)分量適當(dāng)分

19、配給各帶。二、三次風(fēng)設(shè)置在A，B和A分帶。各處空氣量為2000。根據(jù)以上基礎(chǔ)資料，做如下計(jì)算：a.物料平衡見表7。表6窯長與假定溫度三次風(fēng)二次風(fēng)干燥帶加熱帶煅燒帶收縮帶BAEDCBA窯長/m10443333312假定溫度/20030050080010001200127013701370表7物料平衡表m3/h收入量支出量從收縮帶排出的煙氣CO2447H2O832N24252O2300CO2447H2O832N24252O2300揮發(fā)分的發(fā)生量占總量的15CO227H2O128N2454O2117CO227H2O128N2454O2183噴入空氣量為2000N21580O2420N21580O26

20、03燒損：按40kg計(jì)算CO275O2528b.熱平衡收入：Qin×103kJ/h從收縮帶排出的熱量：171791620=15559揮發(fā)分發(fā)熱量：39924×411×15=2461空氣顯熱：2000×1302×20=52燒損熱：38074×40=1523小計(jì)：19595支出：Qout×103kJ/h煙氣帶走的熱量：CO2:(044700270075)×2294t=1259tH2O：(08320128)×1788t=1716tN2：(42521580)×1424t=8302tO2：0528×1406t=0742t水分帶走的熱量：960÷22.4×18×(3352257)=2001焦炭顯熱：3000×1.884×(14001320)=452熱損失：135×3=405小計(jì)：286012.019t根據(jù)熱平衡Qin=Qout，求得煙氣溫度。理論最高溫度為200112.019tt=1459最低溫度286012.019tt=1388煙氣平均溫度：(14591388)÷2=142