预热器课程设计文档格式.docx
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烧失量
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
总和
石灰石
砂页岩
粉煤灰
铁矿石
烟煤煤灰
49
设定比例为:
石灰石
砂页岩
粉煤灰
铁矿石
山西阳泉无烟煤,收到基元素分析的成分为Mar=%,Aar=%,Car=%,Har=%,Oar=%,Nar=%,Sar=%
五、设计原理和设计内容
(1)设计原理
根据《材料工厂设计概论》和《水泥生产工艺及设备》上的原理对日产3200吨熟料现代化干法生产水泥厂的预热器部分进行初步设计。
(2)设计内容
1)配料计算;
2)生料消耗定额(理论料耗与实际料耗)计算;
3)年产熟料计算(窑年运转率自行拟定);
4)要求窑尾预热器系统废气量计算
5)各级预热器主要结构参数计算
1配料计算
煤灰的掺入量……………………………………………
计算干燥原料配合比……………………………………
率值计算……………………………………………………
计算湿原料的配合比……………………………………
2物料平衡计算
干原料消耗定额计算……………………………………
湿原料消耗定额计算……………………………………
制定物料平衡表…………………………………………
3废气量的计算
窑尾排出废气量…………………………………………
分解炉内废气量…………………………………………
4预热器尺寸计算
旋风筒直径及高度……………………………………
旋风筒进风口的形式和尺寸…………………………
排气管尺寸及插入深度………………………………
锥体参数…………………………………………………
5窑尾工艺流程简介
6参考文献
7设计评述与体会
8致谢
生料配比计算,经查阅《无机非金属材料工学》如下:
表1各窑型三率值及熟料热耗表
窑型
KH
SM
IM
熟料热耗(kJ/kg)
预分解窑
~
2920~3750
现代立窑
3150~5000
干法窑
5850~7520
对于分解窑,KH取值为,SM为之间,IM为之间,热耗为2920-3750KJ/Kg,用煤的干燥基低热值大于20900KJ/Kg。
在水泥熟料生产工艺中,KH取值越大,则硅酸盐矿物中的C3S的比例越高,熟料强度越好。
硅率SM除了表示熟料的Si2O与Al2O3和Fe2O3的比例之外,还表示熟料中硅酸盐矿物熔剂矿物的比例关系,相应的反映了熟料的质量和易烧性。
硅率过高则高温液相量显著减少,熟料煅烧困难,C3S不易形成;
硅率过低则熟料中硅酸盐矿物减少而强度降低,且液相量过多,易出现结大块、结炉瘤、结圈等,影响操作。
铝率值过大,熟料中C3A多,液相粘度大,物料难烧,不利于C3S的形成,易引起熟料快凝,铝率过低,虽然液相粘度小,液相中质点扩散对C3S形成有利,但C4AF量相对较多,窑内烧结范围窄,窑内易结大块,对煅烧不利,不易掌握煅烧操作。
在熟料中掺加石膏煅烧,石膏中的硫对熟料形成有强化作用:
SO3能降低液相粘度,增加液相数量,有利于C3S的形成,而且在烧成中可形成硫铝酸钙早强矿物,对熟料强度是有利的。
掺和的石膏,以熟料中含SO3%~%为好。
掺和石膏等矿物的熟料多采用高饱和率、高铝率和低硅铝率的配料方案。
为保证顺利烧成、熟料质量和矿物组成稳定,本设计选的工艺要求为:
KH=±
SM=±
0.1IM=±
;
熟料热耗q=3350kJ/kg熟料;
煤灰掺入量计算
因为选用新型干法窑,采用袋式收尘器。
所以可知S=100%。
所以:
熟料中的煤灰掺入量:
Ga=
=
式中:
Ga——熟料中煤灰掺入量,%;
q——单位熟料热耗,kJ/kg熟料;
Qnet,ad——煤的干燥基低位热值,kJ/kg煤;
——煤的收到基低位热值,kJ/kg煤;
Aar——煤的收到基灰份含量,%;
Aad——煤的干燥基灰份含量,%,可选100%;
=(3350kJ/kg×
×
100%)/kg×
100)=%
其中,
Qnet,ar=32793Car+98320Har-9100(Oar-Sar)-2450Mar
=32793×
%+98320×
%-9100×
(%%)-2450×
%
=Kg
计算干燥原料配合比
设干燥原料配合比为:
表2原料配合比
9%
计算灼烧生料数值如下表:
表3灼烧生料的计算
物料
设定比例
总计
—
灼烧生料
计算熟料化学成分
由煤灰的掺入量GA=%,得灼烧生料的配合比为:
1-%=%
表4熟料的化学成分
名称
配合比
熟料
100
率值计算
计算率值:
KH===
SM===
IM===
表5熟料的率值
率值
计算率值
率值取值范围
由上表可以看出,此率值是在其取值范围内,所以干燥原料配合比为:
石灰石%砂页岩%粉煤灰%铁矿石%
计算湿原料配合比
假设各原料的含水率为:
石灰石1%砂页岩8%粉煤灰7%铁矿石5%
将上述质量比换算为百分比:
各物料含水量及百分比见下表:
表6各物料含水量及百分比
湿物料名称
含水率%
湿原料质量配合比%
湿原料质量百分比%
1
8
7
5
要求设计日产3200吨熟料生产线的石灰石破碎,根据设计要求,各原料生产损失P生设为3%;
物料平衡计算以年平衡法计算。
干原料消耗定额计算
首先计算生料烧失量
生料烧失量=石灰石烧失量+砂页岩烧失量+粉煤灰烧失量+铁矿石烧失量
=%×
%+9%×
%+%×
%+%×
=%+%+%+%
=%
干生料烧失量:
煤灰的掺入量:
考虑煤灰掺入时,1t熟料的干生料理论消耗量:
K干===t熟料
则干生料消耗量:
KT=×
=×
=t/t熟料
式中:
KT—干生料消耗定额,t/t熟料;
K干—干生料的理论消耗量,t/t熟料;
S—煤灰掺入量,%;
I—干生料的烧失量,%;
—生产损失,参考下列数值:
回转窑为3%~5%,本设计取3%
湿生料消耗定额
K生===(t/t熟料)
式中
KT—干生料消耗量,t/t熟料;
—生料的含水量,一般取,%;
(1)各种干原料的消耗定额:
石灰石消耗定额:
K干石灰石=KT×
X1=×
%=(t/t熟料)
砂页岩消耗定额:
K干砂页岩=KT×
X2=×
9%=(t/t熟料)
粉煤灰消耗定额:
K干粉煤灰=KT×
X3=×
%=(t/t熟料)
铁矿石消耗定额:
K干铁矿石=KT×
X4=×
%=(t/t熟料)
(2)各种湿原料的消耗定额:
烧成用干煤消耗定额:
先计算煤的干燥基低位热值:
QDWg=(QDWg+25Wy)=+×
=(Qar/KJ/Kg)
则烧成用干煤消耗定额为:
t/t熟料
则湿煤量为:
t熟料
各物料干料时、日、年消耗量:
由于设计日产3200吨熟料生产线,窑的年运转率为85%,所以熟料的日产量为3200t/d,时产量为3200÷
24=h
a石灰石干料消耗定额为
石灰石时消耗量:
×
=(t/h)
石灰石日消耗量:
24=(t/d)
石灰石年消耗量:
24×
365×
85%=(t/y)
b砂页岩干料消耗定额为
砂页岩时消耗量:
砂页岩日消耗量:
砂页岩年消耗量:
c粉煤灰干料消耗定额为
粉煤灰时消耗量:
粉煤灰日消耗量:
24=150(t/d)
粉煤灰年消耗量:
d铁矿石干料消耗定额为
铁矿石时消耗量:
=(t/h)
铁矿石日消耗量:
铁矿石年消耗量:
e生料干料消耗定额为
生料时消耗量:
生料日消耗量:
24=(t/d)
生料年消耗量:
f烧成用煤干料消耗定额为
烧成用煤时消耗量:
烧成用煤日消耗量:
烧成用煤年消耗量:
各物料湿料时、日、年消耗量:
a石灰石湿料消耗定额
=(t/h)
b砂页岩湿料消耗定额
c粉煤灰湿料消耗定额
d铁矿石湿料消耗定额
e生料湿料消耗定额
生料时消耗量×
f烧成用煤湿料消耗定额
制定物料平衡表
依据以上计算结果,综合之后得出以下物料平衡表
表7物料平衡表
栏
原目
料
消耗定额
(t/t熟料)
物料需要量
干料
湿料
时
日
年
150
生料
---
125
3000
930750
--
烧成用煤
3废气量计算
预热器的主要功能是充分利用回转窑和分解炉排出的废气余热加热生料,所以预热器的废气来源主要是燃料燃烧放出的废气及生料分解产生的废气和漏入的气体量。
由前面的计算数据可知:
熟料煤耗量:
=
生料的额定消耗量:
K=kg熟料
查阅相关资料,预分解窑相关数据如下:
表8原始参数
温度/℃
负压/pa
空气系数α
分解率/%
风速(m/s)
窑尾
1050
350
分解炉
880
2000
80
95
800
2800
30
700
3400
10
550
4000
3
310
4500
空气系数,漏风量5%
则:
理论空气量:
=kg
理论废气量:
==kg
生料分解废气量:
V=K×
J%×
窑尾排出废气量
1 窑内煤燃烧产生的废气量
=×
40%=/kg(40%为回转窑用燃料比)
2 窑尾过剩空气量
=(α-1)×
40%=kg
3 生料分解产生的废气量
=V×
5%=kg
所以窑尾废气量为:
=++=kg化为工作态:
==kg熟料
分解炉内废气量
1 煤燃烧的废气量:
=(炉内煤+窑内煤)燃烧的废气量=
=kg
2 生料分解产生的
的量:
=生料全部分解产生的的量×
(炉内分解率+窑内分解率)
(80%+5%)
=kg
3 过剩空气量:
=(α-1)=()×
所以炉内废气量为:
=++=kg,化为工作态:
==/kg熟料
C5废气量:
①出炉废气量:
==kg
②漏入空气量:
③C5分解产生的量:
=V×
所以C5废气量为:
=++=kg,化为工作态为:
==/kg熟料
C4废气量:
①来自C5的废气量:
C4废气量:
=+=kg化为标准态为:
C3废气量:
=(1+5%)=kg化为标准态为:
C2废气量:
=(1+5%)=kg化为标准态为:
C1废气量:
==/kg熟料
注解:
CaCO3在℃时分解,所以在计算C1、C2、C3、C4的废气量时,忽略了生料分解产生的二氧化碳气体的量。
窑的小时产量为h。
所以根据产量、煤耗等列出窑尾的废气量为:
表9窑尾废气量
标况
工况
温度℃
总风量/
单位风量/
C5
C4
C3
C2
C1
旋风预热器主要由旋风筒、排气管、下料管、撒料器、换热管道、内筒、锁风阀等部件组成。
预热器的主要功能是充分利用回转窑和分解炉排出的废气余热加热生料,使生料预热,及部分碳酸钙分解。
旋风筒直径及高度
旋风筒的处理能力主要取决于通过的风量和截面风速。
各级旋风筒圆筒断面风速如下:
表10各级旋风筒圆筒断面风速
项目
圆筒断面风速(m/s)
3-4
所以,对于C2,由公式
D=2
D-旋风筒圆柱体直径,m
Q-旋风筒内气体流量,m/s
-假想截面风速,m/s(取6m/s)
所以:
D=2
=D+2×
=+2×
=
(根据经验选择耐火砖厚度为)
设计C2是气固分离效率要求不是很高,所以采用低型旋风筒,即:
H/D=~2。
(H=
)且
。
圆柱体高度=圆锥体高度=
旋风筒进风口的形式和尺寸
旋风筒进风口的类型一般有两种:
直入式和蜗壳式。
由于蜗壳式进风口能使进、出旋风筒的内、外气流干扰小,减少了形成涡流的可能性,降低了旋风筒的阻力损失,所以一般选用蜗壳式。
而蜗壳式又分为90º
切、180º
切、270º
切三中主要的蜗壳形式。
由于本次设计的进风口处理的风量较大,综合考虑后,选用180º
切蜗壳式旋风筒进风口。
根据进风量计算进风口的横截面积F:
㎡
旋风筒的进口风速,m/s。
目前一般为17-19m/s,这里选择18m/s。
=㎡
由经验可知b/a=~2.此处取,则高宽分别为:
b=a=
排气管尺寸及插入深度
排气管也称出风管或者出口导管或中心风管,简称内筒或套筒。
根据经验,内筒外径与旋风筒内径之比d/D=还要注意旋风筒内的气流速度达到13-20m/s,这样有利于上一级换热单元中粉料的分散与悬浮。
一般来说,中间各级的内筒插入深度可取()b,以降低压损。
综合各方面因素,选取d/D=,
=。
==×
锥体参数
旋风筒锥体部分的作用是将捕获的固体颗粒向排料口输送,并且提供旋转气体转折向上的空间。
锥角可由下式计算:
-排料口的直径,m
经计算得:
==º
其他参数:
下料管位置:
=2×
下料管内径:
式中:
M-下料管内的下料量,kg-生料/h
旋风筒的钢板厚度:
==
旋风筒之间连接管道的内径:
表11C1~C5级预热器的参数列表
旋风筒直筒内径D(m)
旋风筒直外径(m)
旋风筒直筒高度
(m)
旋风筒圆锥体高度
旋风筒圆锥体锥角
(º
)
排气管外径
排气管插入深度
旋风筒进风口横截面积F(㎡)
旋风筒进风口高b(m)
旋风筒进风口宽a(m)
下料管位置(m)
下料管内径(m)
排料口直径
旋风筒钢板厚度(mm)
旋风筒之间连接管道内径
5窑尾系统工艺流程简介
图1窑尾系统工艺流程图
窑尾系统由预分解窑、分解炉、回转窑、篦冷机组成。
生料经预热器提高温度,完成预热和部分分解后,进入分解炉内进行碳酸钙分解,然后在窑内完成烧结成熟料的任务,出窑高温熟料则在冷却中被冷却。
预热器充分利用逆流和悬浮两种热交换方式提高热交换效果,如图一所示,气流方向为:
窑尾烟室→分解炉→C5→C4→C3→C2→C1;
料流方向:
C1→C2→C3→C4→C5→分解炉→回转窑。
逆流热交换主要在各级旋风筒连接风管内进行,旋风筒主要起物料的收集作用,并通过下料管将收集的物料喂入下一级旋风筒。
参考文献
[1]李海涛.《新型干法水泥生产技术与设备》[M].化学工业出版社,~37
[2]陈景华,张长森,蔡树元.《无机非金属材料热工过程及设备》[M].华东理工大学出版社,~51
[3]姜洪舟.《无机非金属材料热工设备》[M].武汉理工大学出版社,~98
[4]刘述祖.《水泥工业热工基础》[M].武汉工业出版社,~42
[5]金容容.《水泥厂工艺概论》[M].武汉工业大学出版社,~134
[6]严生,常捷,程麟.《新型干法水泥厂工艺设计手册》[M].中国建材工业出版社,~242
[7]肖争鸣,李坚利.《水泥工艺技术》[M].化学工业出版社,~73
[8]胡道和.《水泥工业热工设备》[M].武汉理工大学出版社,~82
[9]熊会思,熊然.《新型干法水泥厂设备选型使用手册》[M].中国建材工业出版社,~146
[10]林宗寿.《水泥工艺学》[M].武汉理工大学出版社,~46
设计评述与体会
在这设计中充分了解了旋风预热器是新型干法水泥生产技术的核心设备,它是把生料的预热和部分分解采用悬浮预热方式来完成,以缩短回转窑长度,同时使生料与窑内炽热气流充分混合,提高热交换效率,从而达到提高整个窑系统生产效率、降低熟料烧成热耗的目的,它利用窑内堆积翻滚的高温气流,采用多级循环悬浮预热方式,使生料粉与炽热气流进行充分的热交换,完成悬浮预热和部分生料分解,为生料入窑煅烧做准备。
旋风预热器能充分利用窑内热量,降低熟料烧成热耗,减少烧成设备占地面积。
悬浮预热器是构成预分解系统的主要气固反应单元。
悬浮预热器充分利用窑尾排出的高温废气或分解炉底部燃烧产生的高温烟气,然后经最下级旋风筒收集入窑,提高系统的热效率,以降低系统热耗,提高熟料产量,是预热器的主要任务。
预热器的产生带动了经济的快速的发展,降低了能耗,提高了经济,改善了环境,间接的提高建筑行业的安全。
从设计中更深一步了解设计的重要性,是水泥生产重要部分,充分利用了窑尾的余热,利用了逐步预热的原理。
利用了废气的发电等。
悬浮时间的长短有利于物料的充分分解,风速大小对物料的控制。
温度的控制也是最关键的。
预热器的设计是必须满足产量、质量的前提下,对每级预热器的优胜劣汰下产生。
这次课程设计让我获益良多,主要是知识和体会两个方面。
首先,整个设计过程的经历让我初步接触水泥熟料预分解窑的分解炉设计理念,学习到配料计算方法,配料平衡计算,热平衡计算以及工艺尺寸的计算等
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- 预热器 课程设计