回转窑设计手册样本

回转窑的设计

一、窑型和长径比

1. 窑型

所谓窑型是指筒体各段直径的变化。按筒体形状有以下几种窑型:

(1) 直筒型: 制造安装方便, 物料在窑内移动速度较均匀一致, 操作控制较易掌握, 同时窑体砌造及维护较方便;

(2) 热端扩大型: 加大单位时间内燃烧的燃料量及传热量, 在原窑直径偏小的情况下, 扩大热端将相应提高产量, 适用于烧成温度高的物料;

(3) 冷端扩大型: 便于安装热交换器, 增大干燥受热面, 加速料浆水分蒸发, 降低热耗及细尘飞损, 适用于处理蒸发量大、烘干困难的物料;

(4) 两端扩大型(哑铃型): 中间的填充系数提高, 使物料流动的机会减少, 还能够节约部分钢材; 还有单独扩大烧成带或分解带的”大肚窑” , 这种窑型易挂窑皮, 在干燥带及烧成带能力足够时, 能够显著提高产量。但这种窑型操作不便。

总之, 不论扩大哪一带, 必须保持预烧能力和烧结能力趋于平衡。只有在生产窑上, 经过生产实践和充分调查研究(包括必要的热工测定和计算), 发现某一带确为热工上的薄弱环节, 在这种特定条件下将该带扩大, 才会得出较明显的效果。

当前国内外发展趋势仍以直筒型窑为主, 而且尺寸向大型方面发展。其它有色金属工业用回转窑(还原、挥发、硫化精矿焙烧、氯化焙烧、离析、烧结转化等)多采用较短的直筒窑。

2. 长径比

要得长径比有两种表示方法: 一是筒体长度L与筒体公称直径D 之比; 另一是筒体长度L与窑的平均有效直径D均之比。L/D便于计算, L/D均反映要的热工特点更加确切, 为了区别起见, 称 L/D均为有效长径比。窑

的长径比是根据窑的用途、喂料方式及加热方法来确定的。根据中国生产实践的不完全统计, 各类窑的长径比示于表1中。长径比太大, 窑尾废气温度低, 蒸发预热能力降低, 对干燥不利; 长径比太小, 则窑尾温度高, 热效率低。同类窑的长径比与窑的规格有关, 小窑取下限, 大窑取上限。

表 1 各类窑的长径比

二、回转窑的生产率

回转窑生产是一个综合热工过程, 其生产率受多方面因素影响。分析其内在规律性,

能够建立以下几个方面的数量

关系。

1. 按窑内物料流通能力: G=0.785D

均2×ψ×ω

料

×γ

料

吨/小时 (1)

式中:

G——单位生产率, 吨/小时; D均——窑的平均有效内径, 米;

ψ——物料在窑内的平均填充系数, 一般为 0.04~0.12 。各类窑的填充系数见表2。

γ料——物料堆比重, 吨/米; 某些物料的堆比重见表3;

ω 料——物料轴向移动速度, 米/小时; 其值取决于窑运转情况, 可按

式(12)、式(13)及式(14)计算或测定。

表 2 各类窑的平均填充系数

表 3 某些物料的堆比重

2. 按物料反应时间

有些工艺过程要求物料有一定的高温持续时间, 以完成物理化

学反应。若经过实验或生产实践得知物料必须在窑内停留的时间, 则 :

G=0.785×L/τ×D均2×ψ×γ料吨 /小时 (2)

式中: L——窑长 ( 或某带长度 ) , 米; τ ——物料在窑内( 或某带) 停留

时间, 小时; 其它符号同前。

3. 按正常排烟能力

为了控制窑灰带出的循环量, 往往选择一个适宜的窑尾排气

速度范围。

G=2826×D均干2×ωt×(1-ψ干)/V0×(1+βt 尾) 吨/小时 (3)

式中: V0 ——每吨产品的窑气量, 标米3/吨;

t尾——烟气离窑温度, ℃;

β——气体体积膨胀系数, β=1/273;

ωt ——窑尾排气速度, m/s , 一般3~8m/s ;

ψ干——干燥带物料填充系数;

D均干——干燥带平均有效内径, 米。

4. 按供热能力

G=K×B×Q低×η/q料吨/小时 (4) 式中: B——燃料消耗量, 公斤/小时或标米3/小时;

Q低——燃料低发热量, 千卡/公斤或千卡/ 标米3;

K——系数, 对铝厂用窑预热二次空气时, K=1.1~1.15 ; 不预热时, K＝1.0 ; η ——窑的热效率, 一般为55~65%;

q料——每吨产品必须消耗的有效热, 千卡/ 吨。

q料=( G干料+A)(q吸+C×t高+600w/100-w)×103千卡/吨

式中: G干料——每公斤产品理论消耗干生料量 (不包括水分) , 公斤/公斤; A——每公斤产品不可返回的飞尘损失, 公斤/公斤

q 吸——每公斤产品吸热反应吸热量 (除去放热反应放热量) , 千卡/公斤;

C × t高——将物料加热到最高温度(烧成带) 所需物理热, 千卡/公斤;

W——湿生料中所含水分, % 。

5. 按窑内传热能力: G=∑Q÷q料或G=Qi÷[q料]i 千卡/小时(5)

式中: ∑Q——窑内各带对物料的总给热量, 千卡/小时;

Qi ——窑内某一工作带中对物料的传热量, 千卡/小时;

q料——物料必须在窑内吸收的总有效热量, 千卡/吨;

[q料]i ——物料在某一工作带内必须吸收的有效热量, 千卡/吨。

所谓有效热量指的是不考虑非生产性消耗和热损失的热量。

回转窑内传热过程比较复杂, 各工作带内传热方式也不尽相同。在干燥带, 气体温度较低, 传热以对流为主。另外, 窑壁及热交换装置对物料也有传导作用, 因传导的计算较繁杂, 而辐射的份量又不大, 为简化计算, 往往将两种热交换综合在对流给热系数之中, 用一个经验公式表示: Q干=α干×F干×Δt干式中: α干——干燥带给热系数, 千卡/米2 . 小时 . ℃, 根据热交换装置类型不同, 有各种经验公式, 如在挂链条情况下: ( 式中ω0 为窑全断面的平均流速, Nm/S); F干——干燥带中总传热面积( 窑的内衬表面 + 热交换装置总表面) , m2 ;

Δt干——干燥带两端炉气与物料温度差的对数平均值, ℃。

图 1 回转窑内传示意图