600tpd預熱器窯用四通道煤粉燃燒器設計計算方案書

一方案設計前的準備工作窯燒成系統(tǒng)的工藝流程及特點生料由提升機或氣力提升泵經(jīng)管道送入各級預熱器之間，逐步通過各級預熱進入回轉(zhuǎn)窯內(nèi)煅燒，煅燒好的熟料進入篦冷機冷卻后有鏈板機輸送至熟料庫儲存。窯速較快，一般正常在3.0~4.2r/min煤粉從窯頭噴入，二次風溫為950℃熟料熱耗為1250Kcol/Kg.cl回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)與燃燒器相關的技術參數(shù)回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)幾個關鍵的尺寸序號尺寸名稱參數(shù)單位備注1回轉(zhuǎn)窯的旋向逆時針從窯頭看2回轉(zhuǎn)窯的斜度4%正弦3窯口到窯門外罩的距離2800mm4噴嘴端面道窯口的距離2000mm5前吊裝中心到窯門外罩的距離8000mm6前后吊裝的距離2000mm7連接的銷子的直徑mm8銷孔的直徑mm9中心線到小車鋼軌的距離2412mm10煤風對接法蘭的尺寸mm11凈風對接法蘭的尺寸mm12回轉(zhuǎn)窯所處當?shù)氐暮０胃叨萴13送煤風管管徑DN150mm

14助燃風管管徑DN250mm15燃氣風管管徑mm1.2.2回轉(zhuǎn)窯的相關參數(shù)序號名稱參數(shù)單位備注1回轉(zhuǎn)窯規(guī)格“4X60m2熟料類型石灰3回轉(zhuǎn)窯產(chǎn)量600t/dMax32504熟料熱耗900Kcol/Kg.cl5回轉(zhuǎn)窯煅燒帶溫度1450℃6固體燃料（煤粉）低位熱值5500kcal/kgQydw揮發(fā)份20?30%灰份才18%細度才10%0.08mm篩余水份才2.0%固定碳%含硫量才1%7氣體燃料低位熱值kcal/Nm3接口壓力KPa1.2.3原用燃燒器技術參數(shù)序號名稱參數(shù)單位備注1燃燒器型號2正常噴煤量t/h3能力調(diào)節(jié)范圍t/h4燃燒器熱端長度mm5燃燒器伸進窯口長度mm6點火用油槍規(guī)格mm7點火用油量Kg/h8燃燒器移動范圍mm9燃燒器擺動角上下左右各3°1.2.4原用風機或配套風機參數(shù)助燃風機送煤風機備注流量m3/min6533.4壓力KPa29.458.8轉(zhuǎn)速rpm功率kW二燃燒器各參數(shù)的確定確定窯的日產(chǎn)量G和熟料熱耗QhG=600t/d=25t/h=25X103kg/hQh=1250Kcol/Kg確定理論時耗煤量GcoGQHG=1250X25X103/5500coQydw=5681.118kg/h確定燃燒器煤風通道時耗煤量Gt因為燃燒器是用在窯頭部分，煤粉完全從窯頭噴入窯內(nèi)Gt=G1=5681.118kg/hco確定煤粉燃燒所需要的空氣量L煤粉完全燃燒時所需要的單位理論空氣量Lo0.5m3/kg.co0.5m3/kg.coDW1000=1.01X5500/1000+0.5m3/kg.co=6.055m3/kgCo確定煤粉完全燃燒所需要的風量L=Lo*Gtm3/h=6.055X5681.118m3/h=34399.17m3/h=573.3m3/min確定燃燒器內(nèi)的一次風量L1L1=K1*LK1為一次風量系數(shù)，與窯型、冷卻機形式、燃燒器形式等因素有關，見下表:窯型濕法窯干法中空窯立波爾窯預熱器窯預分解窯冷卻機形式單筒、篦冷單筒、篦冷單筒單筒篦冷燃燒器形式單通道0.2?0.40.2~0.30.1?0.150.1?0.150.2?0.35雙通道0.15?0.30.15?0.280.15?0.280.15?0.280.13?0.25三通道0.12?0.180.12?0.180.12?0.180.12?0.180.12~0.18四通道0.04?0.080.04?0.080.04?0.080.04?0.080.03~0.08如上表中可知K1=0.03?0.08，考慮到設計中應保證一次風量足夠裕量，這里取K1=0.15所以一次風量為L1=0.15X573.3m3/min=85.995m3/min2.3.42.3.4確定煤風風量及煤風風速確定煤風風速為了使煤粉在燃燒器風道內(nèi)不沉積下來，必須要保證煤風通道的風速＞=20m/s,其取值范圍為22m/s?25m/s之間。這里取煤風管道的風速為Vm=24m/s.確定煤風濃度煤風與凈風不同，而是風中混有煤粉，煤粉的濃度不大于10kg/Bm3,一般情況下，都在2?6kg/Bm3,煤粉的濃度越小，煤粉在窯內(nèi)燃燒越完全，根據(jù)經(jīng)驗值，取煤風濃度為3.5kg/Bm33)確定煤風風量Qm為了滿足在單位時間內(nèi)進入窯內(nèi)燃燒的煤粉用量，就必須提供足夠的煤風風量，以滿足熟料燒成的要求。Qm—Gt—=5681/3.5=1623m3/h煤粉度=27m3/min27x1==32.4m3/min2.3.5確定助燃風風量、各風道風量及各風道風速由燃燒器進入窯內(nèi)對燃料進行混合和提供助燃的空氣稱為一次風，一次風量由煤風風量和助燃風量組成，助燃風量由軸流風、旋流風和中心風組成。確定助燃風風量Qj=L1—Qm=85.995m3/min―27m3/min=58.995m3/min58.995x1.2=64.89m3/min確定各風道風量為了使火焰形狀規(guī)則完整，提高溫度，在結(jié)構(gòu)上增加了軸流風道、旋流風道和中心風道。各風道的風速和進風量與燃燒器的火焰形狀有很大的關系，根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)和實際測量可知，軸流風量、旋流風量和中心風量的比例關系為Qz:Qx:Qzx=5:4:1⑴軸流風量Qz=QjX50%=64.89X50%=32.45m3/min(2)旋流風量Qx=QjX40%=64.89X40%=25.95m3/min(3)中心風量Qzx=QjX10%=64.89X10%=6.489m3/min確定各風道噴口風速實踐表明，火焰形成的關鍵參數(shù)是軸流風速Vz與一次風量L1的百分比之乘積，稱為相對沖量或稱為動量。最佳火焰的形成所需的相對沖量為1200-1500%?m/s。根據(jù)這個公式可以選定軸流風的風速Vz=(1200?1500)%?m/s/15%=80?1000m/s旋流風最高風速應達到100?120m/s以上。Vx=100?120m/s中心風的作用是防止煤粉回流堵塞燃燒器噴出口；冷卻燃燒器端部，保護噴頭;使火焰更加穩(wěn)定；減少Nox有害氣體的生成。中心風的風量不易過大，過大會增大中心處谷底的軸向速度，縮小馬鞍形雙峰峰值與谷底之間的速度差，對煤粉的混合和燃燒都不完全。一般情況下，中心風速為Vzx=50?60m/s。確定各風道管內(nèi)流速軸流風、旋流風和中心風的管道內(nèi)流速主要依據(jù)風機的出口流速確定。一般情況下鼓風機出口的流速為Vc=15?20m/s。為使煤粉順暢地輸送到噴頭，避免煤粉沉積，煤風的管道風速應三20?25m/s三燃燒器各管徑的確定中心風管管徑的確定中心風量為Qzx==6.489m3/min,中心風噴頭處風速Vzx=60m/s中心風管噴頭處過流面積的確定由公式Q=A?V可知AzxQzx=6.489=1802.5mm260Vzx60x60由公式A=kD2/4可知D=:空■=@47.9mm3.1.23.1.2中心風管管道內(nèi)過流面積的確定由公式Q=A?V可知Azx=Qzx/60Vc=6.489/(20X60)=5407.5mm24A由公式A=kD2/4可知D=:—="82.9mm兀3.1.3中心風管徑的設定由上式可知，中心風管的內(nèi)徑應不小于77.98mm,由于中心風管內(nèi)部套裝有燃油霧化器，霧化器套管的尺寸為d=60mm,在根據(jù)公式人冗(D2-d2)4AJ4義5407.5A=1可知D=——+d2='+602="102.39mm41，冗、，冗確定中心風管的內(nèi)徑值不小于"102.39mm,查找型材庫選擇鋼管直徑為"114X8的管材。3.2煤風風管管徑的確定煤風風量Qm=33.4m3/min,煤風的管道風速應三20?30m/s設定Vm=30m/s由公式Q=A?V可知Am=Qm/60Vm=(33.4/30)/60=18555mm2由公式Am="0111"外)可知Dm=;4Am+1142="191mm,查找型材4、冗庫，選定鋼管外徑為"203X8煤風接口處的管道直徑由公式A=兀D2/4可知D='4Am-=、：’4*18555="153.7mm接丫兀\兀匹配送煤風機的出口管路，選取鋼管的直徑為"168X8旋流風風管管徑的確定旋流風量Qx=25.95m3/min,旋流風最高風速應達到100~130m/s以上，設定旋流風風速為Vx=110m/s,旋流風管道風速為Vc=15~20m/s,取Vc=20m/s旋流風管噴頭處過流面積的確定Qx2595由公式Q=A?V可知Ax=-Q—=———=3931.8mm260Vx60x110旋流風管管道內(nèi)過流面積的確定Qx2595由公式Q=A?V可知A、產(chǎn)-Q—=-9—=21625mm2旋60Vc60x20旋流風管管道內(nèi)徑的確定?一冗(Dx2-D22)i1f4A.4x21625由公式A=_2外^可知Dx=■—旋+2032=、;+2032旋4、冗、冗="262mm,查找型材庫，選定鋼管直徑為“273X8軸流風管管徑的確定軸流風量Qx=32.45m3/min，軸流風Vz=140?160m/s，設定軸流風速為Vz=140m/s,軸流風管道風速為Vc=15~20m/s,取Vc=20m/s軸流風管噴頭處過流面積的確定Qz3245由公式Q=A?V可知Az=-Q—=——=3863.1mm260Vz60x140軸流風管管道內(nèi)過流面積的確定Qz3245由公式Q=A?V可知A4=-Q—==27041mm260Vc60x20軸流風管管道內(nèi)徑的確定由公式A4="(Dz2-2992)可知Dz=,：把+27324冗

4義4義27041+2732="330mm查找型材庫，選定鋼管外徑為“351X83.5側(cè)風管管徑的確定側(cè)風管是助燃風的主進氣管，助燃風由側(cè)風管引進后進入各級風道內(nèi)。其助燃風量為Qj=64.89m3/min,側(cè)風管風速設定為Vc=20m/s。確定側(cè)風管管徑由公式Q=A?V可知Ac=-QL=64.89=54075mm260Vc60x20由公式A=kD2/4可知Dc='±竺二：54075x4=“262.4mm兀Y兀匹配助燃風管出口管路，這里選定鋼管外徑為“273X8確定側(cè)風管各變徑管徑產(chǎn)法門十"比anu'4(A4+AQ'4x(27041+21625)1)旋流風變徑管徑D5=j—旋=1\'兀、兀=“248.9mm為方便設計，選定管道的外徑為“273X82)軸流風變徑管徑D6=\；含=、：14*704：“185.5mm為方便設計，選定管道的外徑為“219X83)旋流風支路管管徑D7、"A4、：’4421625二“Msgmm兀、兀為方便設計，選定管道的外徑為“219X83.6各管道的裝配各管道的部裝圖及焊件圖，從圖紙上給出，見附圖四燃燒器噴頭的設計穩(wěn)流器的設計中心風通過穩(wěn)流器進入窯內(nèi)，規(guī)定了中心風在噴口的速度為，Vzx=60m/s中心風量為Qzx==6.489m3/min計算出中心風在噴口的過流截面積為1802.5mm2,穩(wěn)流器的形狀為多孔組成的端蓋板，設定小孔的直徑為“6,根據(jù)過流截面積可求出小孔的個數(shù)，并均勻排布，如下圖煤風內(nèi)噴頭的設計為了保證煤粉從燃燒器內(nèi)噴出均勻，能與各風道很好的混合，在煤風管道噴口出，做成帶有一定角度的內(nèi)噴頭，一般情況下角度為5~6度。然后確定內(nèi)噴頭端面外直徑“166，根據(jù)煤風在噴頭處的過流截面積來確定旋流風內(nèi)筒內(nèi)圓的直徑。具體外形圖如下圖4.3■■■■■■對回轉(zhuǎn)窯多風道煤粉燃燒器而言，旋流度■過大就會使火焰發(fā)散，掃窯皮，過小則起不到應有的作用，這里所討論的僅僅是其中的一個帶切向速度分量的環(huán)形射流，實際上還有不帶切向速度分量的外風圓環(huán)形射流和煤風兩相流的圓環(huán)形射流，對于四風道煤粉燃燒器，還有中心風一個圓環(huán)形射流，由此可見，回轉(zhuǎn)窯四風道煤粉燃燒器的火焰是一個多環(huán)含塵燃燒湍流的受限射流，即含有非旋轉(zhuǎn)射流，也含有旋轉(zhuǎn)射流，既有壓力和溫度的變化也有流動譜型或流場的變化，但其中旋流的形成和參數(shù)控制卻是最重要的基礎，由此可見，多風道煤粉燃燒器涉及的理論學科較多，如物理學、化學、燃燒學、空氣動力學、機械學和水泥工藝學等，最好還有一定的看火經(jīng)驗，否則就難以搞好。根據(jù)窯的旋向，確定旋流器螺旋器的旋向，從窯頭看逆時針旋轉(zhuǎn)所以螺旋器為左旋。根據(jù)窯的規(guī)格和燒成產(chǎn)品以及燃料的特性，確定螺旋器的旋轉(zhuǎn)角度，這里選定為左旋28度。根據(jù)旋流風在噴頭的過流面積確定旋流風筒壓蓋外圓的直徑，和旋流風外筒端面圓的內(nèi)徑。

均風器的設計均風器，是為外軸流風設計的，設計的目的是為了使軸流風均勻噴出，以保證與煤粉的混合均勻。這種設計改變了軸向外凈風的連續(xù)環(huán)形間隙噴射，而且這種均風器的小孔不同于某些燃燒器的小圓孔，為均勻排列的小扇形孔，設計采用機加工單獨設計，裝配時與煤粉管間隙配合。設定小孔的數(shù)量為24個，根據(jù)軸流風在噴頭處的過流面積來確定扇形孔的尺寸。外形尺寸如下圖攏焰罩的設計攏焰罩是在頭部結(jié)構(gòu)中不可缺少的一個部件，攏焰罩的主要作用是產(chǎn)生碗狀效應(Bowleffect),可避免空氣的過早擴散，在火焰根部形成一股縮頸，降低窯口溫度，使窯體溫度分布更加合理，火焰的峰值溫度降低。這樣，一方面能延長窯口護板的使用壽命，另一方面還可避免窯口筒體出現(xiàn)喇叭形。而且攏焰罩可以使直流風在噴出的瞬間，與煤粉和旋流風在攏焰罩所形成的半封閉空間達到充分的混合，使煤粉與空氣的混合比例更加均勻，從而使火焰的形狀更趨穩(wěn)定。攏焰罩的設計就是根據(jù)此原理設計的。設計采用耐高溫材料的鋼管，在其管徑的端部用機加工處理，使其與外軸流風管間隙配合噴頭的裝配煤風進口處的設計燃燒器總圖方案設計五助燃風機與送煤風機的選型已知海拔高度370m,最高氣溫35℃,相對濕度，=69%,經(jīng)計算，標準狀態(tài)下助燃風機需要空氣的容積流量為114.418m3/min,助燃風管道的風壓不低于12?15Kpa;標準狀態(tài)下送煤風機需要空氣的容積流量為79.1m3/min，煤風管道的風壓控制在15~20Kpa。計算各管道的總壓力損失概述管道壓力降為管道摩擦壓力降、靜壓力降以及速度壓力降之和。管道摩擦壓力降包括直管、管件和閥門等的壓力降,同時亦包括孔板、突然擴大、突然縮小以及接管口等產(chǎn)生的局部壓力降；靜壓力降是由于管道始端和終端標高差而產(chǎn)生的；速度壓力降是指管道始端和終端流體流速不等而產(chǎn)生的壓力降。流體在管道中流動的型態(tài)分為層流和湍流兩種流型,層流與湍流間有一段不穩(wěn)定的臨界區(qū)。湍流區(qū)又可分為過渡區(qū)和完全湍流區(qū)。工業(yè)生產(chǎn)中流體流型大多屬于過渡區(qū)。過渡區(qū)摩擦系數(shù)（入）是雷諾數(shù)（Re）和管壁相對粗糙度（￡/d）的函數(shù),在工業(yè)生產(chǎn)中,除粘度較大的某些液體（如稠厚的油類等）外,為提高流量或傳熱、傳質(zhì)速率，要求Re>104o因此，工程設計中管內(nèi)的流體流型多處于湍流過渡區(qū)范圍內(nèi)。在管道系統(tǒng)中，計算流體壓力降的理論基礎是能量平衡方程。假設流體是在絕熱、不對外作功和等焓條件下流動，對不可壓縮流體密度是常數(shù)，則得：力P=NPS+力PN+^Pf(5—1)式中力P—管道系統(tǒng)總壓力降，kPa；NPS一靜壓力降，kPa；力PN-速度壓力降，kPa；力Pf-摩擦壓力降，kPa；1)壓力降計算(1)摩擦壓力降由于流體和管道管件等內(nèi)壁摩擦產(chǎn)生的壓力降稱為摩擦力壓降。摩擦壓力降都是正值.正值表示壓力下降。可由當量長度法表示，如式(1.2，4—5)的最末項。亦可以阻力系數(shù)法表示，即AP/義+ZK］筌*10一3fID12(5—2)此式稱為范寧(Fanning)方程式，為圓截面管道摩擦壓力降計算的通式，對層流和湍流兩種流動型態(tài)均適用。式中力Pf一管道總摩擦壓力降，kPa；一摩擦系數(shù)，0.02；L一管道長度，m；D一管道內(nèi)直徑，m；EK一管件、閥門等阻力系數(shù)之和，無因次；u一流體平均流速，m/s；一流體密度，kg/m3。通常，將直管摩擦壓力降和管件、閥門等的局部壓力降分開計算，對直管段用以下公式計算。(2)湍流狀態(tài)下按此公式計算

APf入Lu2APf入Lu2P萬2X1036.26x104入LW2

d5p入LV2p=6.26x104——fd5（5－3）式中d管道內(nèi)直徑，mm；W——流體質(zhì)量流量，kg/h；Vf——流體體積流量，m3/h；其余符號意義同前。靜壓力降由于管道出口端和進口端標高不同而產(chǎn)生的壓力降稱為靜壓力降。靜壓力降可以是正值或負值，正值表示出口端標高大于進口端標高，負值則相反。其計算式為：（5－4）AP=（Z-Z）pgx10（5－4）式中NPS一靜壓力降，kPa；Z2、Z1一管道出口端、進口端的標高，m；——流體密度，kg/m3；g——重力加速度，9.81m/s2速度壓力降由于管道或系統(tǒng)的進、出口端截面不等使流體流速變化所產(chǎn)生的壓差稱速度壓力降。速度壓力降可以是正值，亦可以是負值。其計算式為：APNu2-APN（5－5）=TU（5－5）2NPn—速度壓力降，kPa；u2、u1一出口端、進口端流體流速，m/s；流體密度，kg/m3?！觥觥觥觥觥觥觥觥觥隹諝獾拿芏却笮∨c氣溫，海拔等因素有關，海拔越高密度越低，我們一般采用的空氣密度是指在0攝氏度、絕對標準指標下，密度為1.293g/L

通常情況下，即20攝氏度時，取1.205kg/m3。1）計算其摩擦壓力降由公式（5-3）可知入LV2Pfs0.02義25*19472*1.205,AP=6.26義104f=6.26義104=26.8X10-3kPafd535152）計算其靜壓力降設定風機出口距燃燒器的助燃風機進風口的高度為3m,由公式（5-4）可知AP=AZpgx10-3=10x1.205x9.81x103=118.2X103kPas3）計算其速度壓力降.管道內(nèi)風速為20m/s，出口出的風速為140m/s，由公式（5-5）可知u2-u2902-202AP=_2__PX10-3=x1.205x10-3=4.639kPaN224）計算軸流風道總的壓力降由公式（5-1）可知PPPP=4.784kPaFfsN旋流風管道的壓力損失1）計算其摩擦壓力降0.02x10x15572x1.205由公式（5-3）可知P=6.26x104=0.0581kPaf27552）計算其速度壓力降管道內(nèi)風速為20m/s，出口出的風速為130m/s，由公式（5-5）可知1102-202…，AP=x1.205x10-3=7.049kPaN23）計算旋流風道總的壓力降由上述計算可知，其總的壓力降為7.107kPa5.1.4煤風管道的壓力損失煤風是煤粉混合著空氣，其煤粉濃度取最大值10kg/m3所以煤風的密度為10kg/m3+1.205kg/m3=11.205kg/m3。煤風在管道的流速沒有明顯變化，設定煤風噴口速度為32m/s。1）計算其摩擦壓力降

由公式（5-3）可知A由公式（5-3）可知AP=6.26義104義0.02義25*20042*11.2051525=6.944kPa2）計算其靜壓力降由公式（5-4）可知Ap=10x11.205x9.81x10-3=1.099kPa計算其速度壓力降322302由公式（5-5）可知AP=x11.205x10-3=13.446kPan2計算其總的壓力降由公式（5-1）可知P=21.489kPaF5.1.5中心風管道的壓力損失1）計算其摩擦壓力降由公式（5-3）可A由公式（5-3）可APf=6.26x104x0.02x10x389.342x1.205102^=0.2071kPa計算其速度壓力降管道內(nèi)風速為20m/s，出口出的風速為60m/s，由公式（5-5）可知602—202T，AP=x1.205x10-3=1.982kPaN2計算旋流風道總的壓力降由上述計算可知，其總的壓力降為2.189kPa5.1.6計算助燃風道和煤風通道的總壓力損失AP=14.08kPa助AP=21.489kPa煤