日产5200吨熟料预分解窑的预热器系统设计解析.docx
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日产5200吨熟料预分解窑的预热器系统设计解析
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:
i原料的化学分析结果
物料
烧失量
SiO2
AI2O
FaQ
CaO
MgO
SO
KO
NaO
140
石灰石
42.41
1.45
0.63
0.33
54.63
0.55
1.01
粘土
4.79
67.79
14.74
5.95
4.13
0.37
1.23
1.00
1.00
铁粉
1.00
37.51
3.14
53.01
3.69
1.65
4.10
煤灰
58.98
25.37
9.03
3.29
1.21
2.12
2燃料煤的元素分析结果:
Gd
Had
NadOad
Sad
AadMad
63.59
4.20
1.167.620.31
22.11
1.01
3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:
-4C〜40C,相对湿度:
70%〜80%,地下水位:
2m〜2.5m
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
①设计说明书必须包括有关计算部分的方法、步骤和结果
②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
1图纸必须按工程图标准绘制,鼓励用计算机绘图。
2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:
2013.6.17----2013.6.23
(第1周):
查阅有关资料,进行有关设计计算;
2013.6.24----2013.6.31
(第2周):
绘制相关的图纸;
2013.7.1—--2013.7.5
(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
1•配料计算1..
1.1计算煤灰掺入量1.
1.1.1煤的低位发热量1.
1.1.2煤灰的掺入量1.
1.2根据熟料率值,估算熟料化学成分2
1.3累加试凑过程2.
1.4配比结果2.
2.燃烧计算3..
3.物料与热量平衡计算4.
3.1物料平衡.5..
3.1.1收入项目5.
3.1.1.1燃料总消耗量5.
3.1.1.2生料消耗量5.
3.1.1.3入窑系统空气量7.
3.1.2支出项目9.
3.1.2.1熟料9.
3.1.2.2出预热器废气量9.
3.1.2.3出预热器飞灰量12
3.2热量平衡计算12
3.2.1收入项目1.2
3.2.1.1燃料燃烧生成热12
3.2.1.2燃料带入物理热12
3.2.1.3生料带入物理热12
3.2.1.4入窑回灰带入热量1.3
3.2.1.5空气带入热量13
3.2.2支出项目1.4
3.2.2.1熟料形成热14
3.2.2.2蒸发生料中水分耗热量1.4
3.2.2.3废气带走的热量14
3.2.2.4出窑熟料带走热量15
3.2.2.5出预热器飞灰带走热量1.5
3.2.2.6系统表面散热损失1.5
3.3主要热工技术参数15
3.4物料平衡表1.6
3.5热量平衡表1.6
4•悬浮预热器的尺寸计算17
4.1旋风筒尺寸1.7
4.1.1各级旋风筒处理的气体量1.7
4.1.2旋风筒的直径和高度18
4.1.3旋风筒进风口尺寸19
4.2排气管(内筒)尺寸19
4.3旋风筒其他相关尺寸20
4.4旋风筒结构尺寸表20
5.耐火材料选材与散热计算21
5.1耐火材料的设计理念21
5.2耐火材料的主要参数21
5.3材料的厚度计算22
5.3.1已知参数22
5.3.2材料厚度计算22
5.3.2.1热流密度q的计算22
5.3.2.2厚度计算23
5.3.3散热量计算24
6.预热器尺寸修正25
7.设计评述与体会26
8•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
物料
烧失量
SiQ
AI2O3
Fe?
O3
CaO
MgO
SQ
K2O
Na2O
H2O
石灰石
42.41
1.45
0.63
0.33
54.63
0.55
1.01
粘土
4.79
67.79
14.74
5.95
4.13
0.37
1.231
1.00
1.00
铁粉
1.00
37.51
3.14
53.01
3.69
1.65
4.10
煤灰
58.98
25.37
9.03
3.29
1.21
2.12
燃料煤的元素分析结果:
Cad
Had
Nad
Oad
Sad
Aad
Mad
63.59
4.2
1.16
7.62
0.31
22.11
1.01;
1.1计算煤灰掺入量
1.1.1煤的低位发热量
Qnet.ar=339Car+1030Har~109(Oar-Sar)-25Mar(kJ/kg)
Qnet.ar=339X0.6359+10300.042-109>(0.0762-0.0031)-25X).0101=25060.97(kJ/kg)
1.1.2煤灰的掺入量
100kg熟料中煤灰掺入量可按下式近似计算:
尸_qAarS_PAarS
(j—
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;
qAarS
100Qnet,ar
竺22100冷96%
10025060.97
1.2根据熟料率值,估算熟料化学成分
已知KH=0.9,SM=2.6,IM=1.7,刀=97.5%熟料化学成分计算如下:
Fe2O33.19%
(2.8KH+1)(IM+1)SM+2.65IM+1.35
AbO3=IM(Fe2O3)=5.42%
SiQ=SM(A2O3+Fe2O3)=22.39%
CaO=-(SiQ+AbO3+FesO3)=66.5%
1.3累加试凑过程
计算步骤
质量
SiO2
AI2O3
Fe2O3
CaO
MgO
其他
合计
煤灰
2.96
1.746
[0.751
[0.267
0.097:
0.036
0.063
2.960
石灰石
119.3
1.730
0.752
0.394
65.174
0.656
1.205
69.910
粘土
27
18.303
3.980
1.607
1.115
0.099
0.872
25.976
铁粉
1.6
0.600
0.050
0.848
0.059:
0.026
0.066
1.650
累计熟料成分
22.379
5.533
3.116
66.445
0.817
2.206
100.495
计算率值:
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:
△KH=0.90-0.897=0.003<0.01
△SM=2.6-2.588=0.012<0.1
△IM=1.776-1.7=0.076<0.1;
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。
1.4配比结果
由上表,配置100kg孰料所需干原料如下:
1193
石灰石100=118.71(kg)
100.495
—27
粘土100=26.87(kg)
100.495
铁粉兰100=1.59(kg)
100.495
计算干生料配比
118.71
石灰石100%=80.66%
118.71+26.87+1.59
25.87
粘土100%=18.26%
118.71+25.87+1.59
铁粉100%=1.08%
118.71+25.87+1.59
1.59
10080.66…
石灰石81.48%
100-1.01
立一100X18.26“一心
粘土18.44%
100-1
铁粉J001.08=1.13%
100-4.1
物料水分为:
石灰石=1.01%,粘土=1%,铁粉=4.1%,求得湿物料配比为:
名称
湿基用量
湿基配比(%)
湿石灰石
r81.48
—80.63—
湿粘土
18.44
18.25
湿铁粉
r1.13
:
1.12「
总计
101.05
100.00
Ls=80.63x0.4241+18.25X).0479+1.12X).01=35.08%
湿基中的含水量=0.8148X0.0101+0.1844X0.01+0.0113X0.041=1.054%
单位熟料烧成热耗:
q=3350X100/100=3350kJ/k埶料
单位熟料烧成煤耗:
P=3350/25060.97=0.13367kg®煤/(kg孰料)
2.燃烧计算
粉煤燃烧空气过剩系数1.06-1.10取a=1.08
理论空气量:
Va0=8.9Car+26.7Fbr+3.3(Sar-Oar)
=8.9X0.6359+26.7X0.0420+3.3X0.0031-0.0762)
3
=6.540Nm/kg烟煤
实际空气量:
Va=VsiXa=6.540X1.08=7.063Nm3/kg烟煤
理论烟气量:
V°=(cl.丄也•鱼.弘)22.4Va00.79
122183228
0.63590.04200.01010.00310.0116
=()22.46.5400.79
122183228
=6.848Nm3kg烟煤
实际烟气量:
V=V+(a-1)Va°=6.848+(1.08-1)6.540=7.371Nrn/kg烟煤
烟气组成:
CO2=Car22.4=°.635922.4100%=15.85%
12汉V12汉7.371
100%=6.55%
(0.0420/20.0101/18)22.4
7.371
O2=TP^n75^100%g
3.物料与热量平衡计算
窑型:
预分解窑
基准:
1kg熟料;温度:
0C
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:
50r
2.入回转窑回灰温度:
50C
3.入窑一次空气温度:
30r
4.入窑二次空气温度:
1300r
5.环境温度:
30r
6.入回转窑和分解炉燃料的温度都为:
60r
7.入分解炉三次风温度:
1100r
8.气力提升泵输送生料空气温度:
50r
9.熟料出窑温度:
1360r
10•废气出预热器温度:
300r
11•飞灰出预热器温度:
340C
入窑风量比(%):
一次空气(ki):
二次空气(k2):
窑头漏风(k3)=8:
90:
2
燃料比(%):
回转窑(Ky):
分解炉(KF)=40:
60
出预热器飞灰量:
0.1kg/kg熟料
出预热器飞灰烧失量:
35.00%
各处过剩空气系数:
窑尾:
:
y-1.08
分解炉出口:
〉L=1.15
预热器出口:
:
•F=1.3
其中:
预热器漏风量占理论空气量的比例k4=0.16
气力提升泵喂料带入空气量占理论空气量的比例k5=0.09
折合料风比为19.8kg/Nm3
分解炉及窑尾漏风占分解炉用燃料理论空气量的比例k6=0.05
电收尘和增湿塔综合收尘效率为99.9%
系统表面散热损失:
500kJ/kg熟料
生料水分含量:
1.054%
窑的产量:
G=5200t/d=216.67t/h
3.1物料平衡
3.1.1收入项目
3.1.1.1燃料总消耗量:
mr(kg/kg熟料)
其中:
窑头燃料量:
myr二Kym(kg/kg熟料)
分解炉燃料量:
叶r二KFm(kg/kg熟料)
3.1.1.2生料消耗量,即入预热器物料量计算:
a干生料理论消耗量:
mgsL
100—mrAar:
100-Ls
100_22.111mr
100-35.08
1.540一0.341g(kg/kg熟料)
mgs-干生料理论消耗量,kg/kg熟料
Aar-燃料应用基灰分含量,%a-燃料灰分掺入量,取100%
L-生料的烧失量,%
b出袋收尘飞损及回灰量:
mFh二mfh(1-n)
=0.1(1-0.999)
=0・0001(kg/kg熟料)
myh=口巾-mFh
=0.1-0.0001
=0.10(kg/kg熟料)
myh-入窑回灰量,kg/kg熟料
mfh-出预热器飞灰量,kg/kg熟料
mphr出收尘器飞灰损失量,kg/kg熟料
n-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:
%=叫sl+mh;°0-:
k
100-Ls
二1.540-0.341m
0.0001
100-35.00
100-35.08
二1.540-0.341m(kg/kg熟料)
mgs-考虑飞损后干料实际消耗量,kg/kg熟料
飞灰烧失量,%
d考虑飞损生料实际消耗量:
100
ioo_vy
=1.556—0.345m(kg/kg熟料)
ms-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:
入预热器物料量
二msmyh
=1.556-0.345mr0.10
二1.656-0.345mr(kg/kg熟料)
3.1.1.3入窑系统空气量:
a燃料燃烧理论空气量:
VLK=6.540(Nm3/Kg煤)
mLK二Vlk1.293
=6.5401.293
=8.456(kg/kg煤)
b入窑实际干空气量:
Vyk=:
yVLKmyr
=:
yVLKKymr
=1.086.5400.40mr
=2.825m「(Nm3/kg熟料)
myk-1.293Vyk
=1.2932.825mr
=3.653mr(kg/kg熟料)
其中入窑一次空气量,二次空气量及漏风量分别为:
Vyk^K1Vyk-0.08V(Nm3/kg熟料)
Vyk2二KzVyk=0.90Vyk(Nm3/kg熟料)
Vlok1二Wk=0.02Vyk(Nm3/kg熟料)
c分解炉从冷却机抽空气量:
1出分解炉混合室过剩空气量:
V1=(-:
九-1)VLKmr
二(1.15-1)6.540mr
=0.98imr(Nm3/kg熟料)
2分解炉燃料燃烧空气量:
V2二Vlk叶r
=VLKKFm
二6.5400.60m
二3.924n((Nm/kg熟料)
3窑尾过剩空气量:
V3=(-:
iy~'
=(:
y-iVLKKymr
=(1.08-1)6.5400.40m
=0.2093m(Nnn/kg熟料)
4分解炉及窑尾漏入的空气量:
V4=K^LK^Fr
-KMkKfm
二0.056.5400.60m
=0.1962m(Nm/kg熟料)
5分解炉从冷却机抽空气量:
VF2K二ViV2-“3-“4
=0.981mr3.924mr-0.2093mr-0.1962mr二4.4995m(Nm3/kg熟料)
mF2K-1.293Vf2K
=1.2934.4995mr
=5.8179mr(kg/kg熟料)
d气力提升泵喂料带入空气量:
Vsk二©VlE
=0.096.540mr
=0.589mr(Nm3/kg熟料)
msk=1.293Vsk
=1.2930.589mr
=0.762m(kg/kg熟料)
e漏入空气量:
预热器漏入空气量:
V5=K4VLK
=0.166.540mr
=1.046mr(Nm3/kg熟料)
窑尾系统漏入空气总量:
VLOK2-V4V5
=0.1962mr1.046mr
=1.2422mr(Nm3/kg熟料)
全系统漏入空气总量:
VLOK=VLOK1'VLOK2
=0.022.825mr1.2422mr二1.2987m(Nm3/kg熟料)
mLOK-1.293Vlok
=1.2931.2987mr
=1.679m(kg/kg熟料)
3.1.2支出项目
3.1.2.1熟料:
Msh=1kg
3.1.2.2出预热器废气量:
1生料中物理水含量:
WS
100
-0.016-0.004m(kg/kg熟料)
=mWs
-0.804
0.016—0.004m)
=0.804
二0.020一0.005m)(Nn3/kg熟料)
2生料中化学水含量:
gs=0.00353mgsAl2Of
二0.00353(1.540-0.345nr)5.53
二0.030-0.007kg/kg熟料)
nhs
0.804
0.030-0.007nr
-0.804
=0.037-0.009n((Nn/kg熟料)
3生料分解放出CO气体量:
co心0McaoMgo橙
=53.11
CQ
100
53.1135.0
=(1.540-0.341n))0.0001
100100
=0.818-0.181m((kg/kg熟料)
VO=—^0^
C01.977_0.818-0.181m
-1.977
二0.414-0.092m((Nnm/kg熟料)
CaCs,MgOs-分别为干生料中CaO,MgO的含量,%
4燃料燃烧生成理论烟气量:
VcO=0.0187Carm
=0.018763.59m
=1.189n((Nnn/kg熟料)
(奠«6乂_bituoggLHSCXI96•LX6卜OH
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(奠«6乂_°EN) 00LX8CXI Id+Eo寸9.9x6卜OH 9LLx寸ZCXI 」00L8CXI e」e次+r卜.0HN>N寸- =1.550mr 28 22.4 =1.938m((kg/kg熟料) VO=0.21Vk =0.211.962mr =0.412m((Nm3/kg熟料) 32 =0.412m22.4 =0.589m((Nn3/kg熟料) 6总废气量: Vf二Vcqvn2vh2o'ovsq =(0.414-0.092mr1.189m)(5.176m1.550m) (0.020-0.005m0.037-0.009叶0.483叶)-0.412叶0.002m -0.4718.706m(Nn3/kg熟料) 3.1.2.3出预热器飞灰量: =0.100(kg/kg熟料) 3.2热量平衡计算 3.2.1收入项目: 3.2.1.1燃料燃烧生成热: Qr=mQet.ar=25060.97n((kJ/kg熟料) 3.2.1.2燃料带入物理热: Q-mrCrtr =mr1.15460 =69.240m((kJ/kg熟料) 0—60r时熟料平均比热G=1.154kJ/kg「C) 3.2.1.3生料带入物理热: Q=(叫sCs-mCwXs =(1.540_0.341m)0.878(0.016_0.004m)4.182】50 =71.0_15.8m(kJ/kg熟料) (0—50r时,水的平均比热Cw=4.182kJ/kg「C,干生料平均比热Cs=0.878kJ/kg熟料) 3.2.1.4入窑回灰带入热量: Qh=E^Cyhtyh =0.100.83650 =4.18(kJ/kg熟料) (0—50C时,回灰平均比热Cyh=0.836kJ/kg・C) 3.2.1.5空气带入热量: =Vy1kCy1kt a入窑一次空气带入热量: y1k 二0.08VykCy1kty1k =0.082.825m1.29830 =8.8m((kJ/kg熟料) (0—30C时,空气平均比热Cy1k=1.298kJ/Nnf・C) b入窑二次空气带入热量: =0.902.825m1.4031300 =4637.266m(kJ/k
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