預(yù)分解窯的分解爐設(shè)計.doc

武漢理工大學(xué)無機非金屬熱工設(shè)備課程設(shè)計 日產(chǎn)7000噸熟料預(yù)分解窯的分解爐設(shè)計1 原料配比計算1.1煤的低位發(fā)熱量計算1.1.1燃料煤的原始資料表1-1煤元素分析結(jié)果CadHadNadOadSadAadMad62.594.201.168.120.3122.611.011.1.2低位發(fā)熱量計算 1.2煤灰摻入量計算根據(jù)參考文獻(xiàn)1中p175相關(guān)知識，取水泥熟料的實際形成熱q = 2900kJ/kg-熟料，取煤灰沉落率，可知：1.3配料方案原始數(shù)據(jù)1.3.1率值、熱耗預(yù)設(shè)查閱參考文獻(xiàn)1 中p174相關(guān)信息，預(yù)設(shè)：KH = 0.90，SM = 2.30，IM = 1.70，=97.5%1.3.2熟料成分預(yù)算1.4遞減試湊求配合比過程1.4.1原料的原始資料表1-2 原料的原始資料 數(shù)據(jù)物料燒失量SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3K2ONa2OH2O石灰石42.131.610.64 0.32 53.790.511.00 粘土4.32 64.7916.79 5.915.22 0.93 1.11 1.01 1.00 鐵粉1.2537.072.8952.893.93 1.97 4.00 煤灰58.81 25.75 9.01 3.21 1.11 2.11 1.4.2遞減試湊過程及核算熟料化學(xué)成分與率值根據(jù)參考文獻(xiàn)1中176頁的相關(guān)知識，利用遞減配料計算如下： 表1-3 遞減法配料計算表（以100kg熟料為基準(zhǔn)）計算步驟累加量SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3K2ONa2O設(shè)計熟料成分97.50 21.850 5.980 3.520 66.150 煤灰2.660 1.564 0.685 0.240 0.0850.030 0.056石灰石121.12 1.950 0.7750.38865.1500.618 粘土27.150 17.5634.5581.605 1.417 0.252 0.301 0.274鐵粉2.520 0.9340.073 1.3330.099 0.050 累計熟料成分100.0022.012 6.091 3.565 66.7520.949 0.056 0.3010.274干生料100.00 13.5613.546 2.161 43.142 0.594 0.195 0.177 濕生料100.00 13.419 3.508 2.139 42.688 0.588 0.193 0.175 備注KH=0.90SM=2.30IM=1.70單位熱耗q=2900實際配比率值KH=0.900SM=2.28IM=1.710.9001 2.291 1.700 熱耗=100*2900/100.00=29001.4.3配合比計算1.4.3.1干物料配比及燒失量計算根據(jù)上表可求煅燒100kg熟料所需各種干原料用量為：石灰石 = 121.12kg粘土 = 27.15kg鐵粉 = 2.52kg各種原料配合比為： 干生料燒失量Ls=干生料配比：石灰石121.1280.32%粘土27.1518.01%鐵粉2.52 1.67%合計150.79 100.00%1.4.3.2濕物料配比及水分計算各種濕生料用量= 濕生料總含水率Ws=80.28%1.0%+18.00%1.0%+1.72%4.0%=1.052%濕生料配比：石灰石122.34 80.28%粘土27.42 18.00%鐵粉2.631.72%合計150.39 100.00%各種物料損失均按3%計算，所以不影響各組分的含量。2物料平衡與熱平衡計算：2.1原始資料物料化學(xué)組成.見下表 表1-4 物料化學(xué)組成 成分項目燒失量SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3其他總和干生料35.44 13.56 3.552.16 43.14 0.59 0.00 0.37100.00 累計熟料成分0.00 22.06 6.06 3.57 66.86 0.81 0.05 0.58 100.00 煤灰0.00 58.81 25.65 9.11 3.11 1.21 2.11 100.00 燃料組成，元素分析見下表表1-5燃料元素分析（%）Cad Had Nad Oad Sad Aad Mad62.594.201.168.120.3122.611.01 溫度a. 入預(yù)熱器生料溫度：50；b. 入窯回灰溫度：50；c. 入窯一次空氣溫度：30；d. 入窯二次空氣溫度：1300；e. 環(huán)境溫度：30；f. 入窯、分解爐燃料溫度：60；g. 入分解爐三次空氣溫度：1100；h. 氣力提升泵輸送生料空氣溫度：50；i. 熟料出窯溫度：1360；j. 廢氣出預(yù)熱器溫度：290；k. 飛灰出預(yù)熱器溫度：330； 入窯風(fēng)量比（%）分別取K1=8，K2=90，K3=2； 燃料比（%）回轉(zhuǎn)窯（Ky）：分解爐（KF）=40:60； 出預(yù)熱器飛灰量：0.1 kg/kg熟料； 出預(yù)熱器飛灰燒失量：35.0%； 各處過?？諝庀禂?shù)：窯尾：=1.05 分解爐混合室出口：=1.15 預(yù)熱器出口：=1.3;其中：預(yù)熱器漏風(fēng)量占理論空氣量的比例=0.1，氣力提升泵喂料帶入空氣量占理論空氣量的比例=0.09，折合料風(fēng)比為19.8 kg/Nm； 分解爐及窯尾漏氣量（包括分解爐一次空氣量）占分解爐用燃料理論空氣量的比例=0.05； 電收塵和增濕塔綜合收塵效率為99.99%； 系統(tǒng)表面散熱損失：430 kJ/kg熟料; 生料水分含量：1.052%； 窯的日產(chǎn)量：7000t/d(或291.667t/h)。2.2物料平衡計算基準(zhǔn)：1kg熟料，溫度：0。范圍：回轉(zhuǎn)窯分解爐預(yù)熱器系統(tǒng)。根據(jù)確定的基準(zhǔn)和范圍，繪制物料平衡圖如下：圖1 物料平衡圖2.2.1收入項目按參考文獻(xiàn)2 118頁中的方法，可知：2.2.1.1燃料總消耗量：mr（kg/kg熟料） 窯頭燃料量： 分解爐燃料量：2.2.1.2生料消耗量、入預(yù)熱器物料量 干生料理論消耗量：式中：燃料飛灰摻入量，取100%。 出電收塵飛損量及回灰量： 考慮飛損后干生料實際消耗量： 考慮飛損后濕生料實際消耗量： 入預(yù)熱器物料量：2.2.1.3入窯系統(tǒng)空氣量根據(jù)參考文獻(xiàn)3 242 頁中介紹的計算方法： 燃料燃燒理論空氣量： 入窯實際干空氣量：其中，入窯一次空氣量，二次空氣量及漏風(fēng)量： 分解爐從冷卻機抽空氣量： 出分解爐混合室過剩空氣量： 分解爐燃料燃燒空氣量： 窯尾過?？諝饬浚?分解爐及窯尾漏入的空氣量： 分解爐從冷卻機抽空氣量：氣力提升泵喂料帶入空氣量： 漏入空氣量：預(yù)熱器漏入空氣量：窯尾系統(tǒng)漏入空氣總量：全系統(tǒng)漏入空氣總量：2.2.2支出項目2.2.2.1熟料量：Msh = 1kg2.2.2.2出預(yù)熱器廢氣量 生料中物理水含量： 生料中化學(xué)水含量： 生料分解放出CO2氣體量：燃料燃燒生成理論煙氣量: 煙氣中過?？諝饬浚浩渲校?總廢氣量： 2.2.2.3出預(yù)熱器飛灰量2.3熱量平衡計算按參考文獻(xiàn)2 121 頁中的方法，可知：圖2 熱平衡圖2.3.1收入項目 根據(jù)文獻(xiàn)8中相關(guān)知識計算：2.3.1.1燃料燃燒化學(xué)熱2.3.1.2燃料帶入物理熱（060時熟料平均比熱Cr = 1.154kJ/kg）2.3.1.3生料帶入物理熱（050時，水的平均比熱Cw = 4.182kJ/kg，干生料平均比熱Cs=0.878kJ/kg熟料）2.3.1.4入窯回灰?guī)霟崃浚?50時，回灰平均比熱Cyh = 0.836 kJ/kg）2.3.1.5空氣帶入熱量 入窯一次風(fēng)溫：（030時，空氣平均比熱Cy1k = 1.298 kJ/Nm3） 入窯二次風(fēng)溫：（01300時，空氣平均比熱Cy2k = 1.443 kJ/Nm3） 入分解爐三次風(fēng)溫：（01100時，空氣平均比熱CF2K = 1.422 kJ/Nm3） 氣力提升泵喂料空氣帶入熱量：（050時，空氣平均比熱Csk = 1.299kJ/Nm3） 系統(tǒng)漏風(fēng)帶入熱量：（030時，空氣平均比熱CLOK = 1.298kJ/Nm3）2.3.1.6總收入熱量2.3.2支出項目2.3.2.1熟料形成熱按參考文獻(xiàn)2 121 頁中的方法2.3.2.2蒸發(fā)生料中水分耗熱量（50時，水的汽化熱qqh = 2380kJ/kg）2.3.2.3廢氣帶走熱量（0290時，CO2、N2、H2O、O2、SO2平均比熱分別為1.870kJ/kg、1.310 kJ/kg、1.530 kJ/kg、1.351kJ/kg、1.950kJ/kg）2.3.2.4出窯熟料帶走熱量（01360時，熟料平均比熱Csh = 1.078kJ/kg）2.3.2.5出預(yù)熱器飛灰?guī)ё邿崃浚?330時，飛灰平均比熱Cfh = 0.895kJ/kg）2.3.2.6系統(tǒng)表面散熱損失根據(jù)相關(guān)資料，設(shè)定：2.3.2.7支出總熱量2.3.3列出收支熱量平衡方程式。即：燒成1kg熟料需要消耗0.1172kg燃料。求得燃料的消耗量后，即可列出物料平衡列表和熱量平衡表，并計算一些主要熱工技術(shù)參數(shù)。2.3.4物料平衡、熱量平衡表2.3.4.1物料平衡表（單位：kg/kg熟料）表2-1物料平衡表：收入項目數(shù)量支出項目數(shù)量燃料消耗量0.1172 3.88%熟料量1.00 33.19%入預(yù)熱器生料值1.624 53.80%出預(yù)熱器飛灰量0.100 3.32%入窯實際干空氣量0.409 13.57%出預(yù)熱器廢氣量分解爐抽空氣量0.682 22.60%生料物理水0.0156 0.52%氣力提升泵送空氣量0.0878 2.91%生料化學(xué)水0.0189 0.63%窯尾系統(tǒng)漏人空氣量0.09793.24%生料分解CO20.521 17.29%燃料理論煙氣量1.065 35.35%煙氣過?？諝饬?.292 9.70%合計3.0179 100.00%合計3.013100.00%2.3.4.2熱量平衡表（單位：kg/kg熟料）表2-2 熱量平衡表收入項目數(shù)量支出項目數(shù)量燃料燃燒熱2890.044 66.56%熟料形成熱1805.734 41.59%燃料顯熱8.1120.19%蒸發(fā)生料水分耗熱83.1831.92%生料帶入熱70.374 1.62%廢氣帶出熱量527.2412.14%回灰?guī)霟?.18 0.10%熟料帶出熱量1466.08 33.77%入窯一次空氣帶入熱0.986 0.02%飛灰?guī)С鰺崃?9.5350.68%入窯二次空氣帶入熱534.462 12.31%系統(tǒng)散熱損失430.00 9.90%入分解爐空氣帶入熱825.227 19.01%氣力提升泵風(fēng)帶入熱4.4060.10%系統(tǒng)總漏風(fēng)帶入熱4.060.09%合計4341.851100.00%合計4341.722100.00%2.3.5主要熱工技術(shù)參數(shù)根據(jù)參考文獻(xiàn)4中p22頁的公式，計算主要熱工技術(shù)參數(shù)如下：2.3.5.1水泥熟料的實際燒成熱耗）2.3.5.2窯的發(fā)熱能力： 2.3.5.3分解爐的熱負(fù)荷2.3.5.4熟料燒成熱效率2.3.5.5主要熱工技術(shù)參數(shù)一覽表表2-3 主要熱工技術(shù)參數(shù)一覽表回轉(zhuǎn)窯的發(fā)熱能力Qyr (kJ/h)33.73107分解爐的熱負(fù)荷QFr (kJ/h) 50.59107實際燒成熱耗q (kJ/kg)2891.031理論熱耗Qsh (kJ/kg)1805.734熟料燒成熱效率s62.46煤耗 (kg/kg)0.11723 分解爐尺寸計算與設(shè)計3.1相關(guān)參數(shù)表3-1 相關(guān)參數(shù)（按參考文獻(xiàn)5中p84頁及參考文獻(xiàn)5相關(guān)知識，選擇CDC-I型分解爐。）整個燒成系統(tǒng)的熟料產(chǎn)量291.67103入窯生料的表觀分解率90入窯生料的真實分解率70分解爐內(nèi)截面風(fēng)速9.0分解爐內(nèi)氣流滯留時間3.0分解爐噴口處的氣流速度20入分解爐風(fēng)管(三次風(fēng)管)內(nèi)的平均風(fēng)速20分解爐從冷卻機抽空氣量0.52783.2分解爐工作風(fēng)量3.2.1分解爐用燃料產(chǎn)生的煙氣量3.2.2分解爐內(nèi)釋放出來的CO2量 普通生料燒成1kg熟料由碳酸鹽分解出來的CO2量計算如下： 分解爐內(nèi)釋放出來的CO2量計算如下： 3.2.3入分解爐的出窯廢氣量3.2.4分解爐工作風(fēng)量 取氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的絕對壓強，p0=101325Pa=760mmHg,由已知氣壓為720mmHg 假設(shè)分解爐內(nèi)的負(fù)壓，t為分解爐內(nèi)的平均溫度，取1000。計算如下：3.3分解爐直筒部位的有效截面積AF與有效內(nèi)徑DF3.4分解爐錐體部有效高度3.5分解爐錐體下端口直徑3.6分解爐的有效高度3.7分解爐直筒部位的有效高度 3.8入分解爐三次風(fēng)管直徑di，進(jìn)風(fēng)口寬度a和高度b3.9分解爐生料進(jìn)料口直徑 因CDC-分解爐有4根預(yù)熱生料進(jìn)料管，所以：3.10分解爐燃料進(jìn)口直徑 因CDC-分解爐有4根燃料進(jìn)料管，所以：3.11分解爐主要結(jié)構(gòu)尺寸一覽表表6.1分解爐主要結(jié)構(gòu)尺寸一覽表AF(m2)DF(m)H(m)H1(m)H2(m)dF(m)di(m)ds(m)dr(m)54.1818.3092722.0154.9852.7053.9580.6400.1374 耐火材料選材計算與散熱計算4.1 耐火襯料的設(shè)計理念 根據(jù)參考資料6 中p165，耐火材料的耐高溫和隔熱保溫性能對于預(yù)熱器系統(tǒng)非常重要，本設(shè)計中對下面幾級預(yù)熱器以及聯(lián)結(jié)管道、分解爐可以采用耐堿的及耐磨的粘土磚。中間層為隔熱層厚度取 。，最外層為鋼板，厚度取 。4.2 材料的主要參數(shù) 根據(jù)參考資料7中的相關(guān)知識，設(shè)定一下參數(shù)： 隔熱層導(dǎo)熱系數(shù)：4.3 厚度計算 假設(shè)：鋼板內(nèi)側(cè)直徑為： 分解爐直筒部位外徑為： 隔熱復(fù)合層內(nèi)直徑為： 粘土磚的厚度為： 根據(jù)6分解爐結(jié)構(gòu)尺寸計算與設(shè)計可知，分解爐直筒部位的有效內(nèi)徑為：DF=8.309(m) 查閱參考資料6 中p38 表2.4，取耐火材料與直筒部位的內(nèi)徑比值,則粘土磚的厚度為：所以取 4.4 散熱量計算 取耐火粘土磚內(nèi)壁溫度為tw1=800，外壁溫度為 tw2=80。則粘土磚的導(dǎo)熱系數(shù)為： 根據(jù)以上參數(shù)，由公式可計算出分解爐耐火材料和鋼板的單位傳熱量即散熱量為：4.5 耐火材料厚度對分解爐筒體尺寸的修正耐火材料在分解爐內(nèi)表面均勻鋪蓋，考慮其厚度得到分解爐的實際技術(shù)尺寸，如下表：表4.1 分解爐的實際技術(shù)尺寸項目理論尺寸/內(nèi)尺寸(mm)修正尺寸/外尺寸(mm)分解爐直筒部分直徑DF83099259高度H12201522015分解爐錐體部分下端口直徑dF27053735高度H249854985三次風(fēng)管直徑di39583958生料進(jìn)料口直徑ds640640噴煤管直徑dr1371375 Auto CAD制圖：在進(jìn)行相關(guān)計算后，利用所計算的數(shù)據(jù)，進(jìn)行設(shè)計制圖。根據(jù)參考文獻(xiàn)5中45頁中SLC分解爐的圖對SLC分解爐進(jìn)行制圖。利用參考文獻(xiàn)89中的相關(guān)知識進(jìn)行圖副的設(shè)定、邊框的繪制以及標(biāo)題欄的繪制。做完這些準(zhǔn)備工作后，根據(jù)SLC分解爐的尺寸，選擇1：125的比例對SLC分解爐進(jìn)行主視圖、俯視圖及左視圖的繪制。對SLC分解爐的的筒壁進(jìn)行1：6的放大，實現(xiàn)對筒壁的剖析，對其真實結(jié)構(gòu)進(jìn)行再現(xiàn)。最后對相關(guān)尺寸進(jìn)行標(biāo)注，對整個圖形進(jìn)行相關(guān)尺寸的標(biāo)定。另外，整個設(shè)計過程中的一些理念還參考了參考文獻(xiàn)101112中的相關(guān)知識，對整個設(shè)計起到了指導(dǎo)作用。6 參考資料：1 林宗壽.無機非金屬材料工學(xué)（第3版）.武漢：武漢理工大學(xué)出版社,20082 胡道和.水泥工業(yè)熱工設(shè)備.武漢：武漢工業(yè)大學(xué)出版社，19923 孫晉濤.硅酸鹽工業(yè)熱工基礎(chǔ).武漢：武漢工業(yè)大學(xué)出版社，19914 姜洪舟.無機非金屬材料熱工設(shè)備（第2版）.武漢：武漢理工大學(xué)出版社，20095 陳全德等.新型干法水泥生產(chǎn)技術(shù).北京：中國建筑工業(yè)出版社，19846 李堅利.水泥工藝學(xué).武漢：武漢工業(yè)大學(xué)出版社，19987 錢之容等.耐火材料實用手冊.北京：冶金工業(yè)出版社，19928 JC中華人民共和國建材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JCT 7302007，19967 設(shè)計評述與體會：工程設(shè)計訓(xùn)練已接近尾聲了，三個星期的課程設(shè)計訓(xùn)練既短暫且漫長，恍惚之間所有的工作已經(jīng)完成，其中的點點滴滴累積了一個漫長細(xì)致的過程。無論是學(xué)習(xí)知識還是體會過程的心境，都讓人受益匪淺。這次訓(xùn)練是對大學(xué)三年級所學(xué)的專業(yè)課知識及很多相關(guān)知識的綜合運用，全面的考察了我們對所學(xué)知識的綜合運用能力，涉及了很多內(nèi)容，有無機非金屬材料工學(xué)的配料計算，水泥工藝學(xué)的配料平衡計算以及熱平衡計算，無機非金屬材料熱工設(shè)備的設(shè)備尺寸就散等等，還應(yīng)用cad進(jìn)行繪圖。這次工程設(shè)計訓(xùn)練是對以前知識的一次加深和認(rèn)識，也是對所學(xué)的知識進(jìn)行綜合運用，更是培養(yǎng)了我們掌握知識、綜合運用知識和綜合素質(zhì)的能