分解炉.doc
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武汉理工大学《工程设计训练》课程设计说明书
工程设计任务书
学生姓名:
专业班级:
指导老师:
李洪斌工作单位:
材料学院
题目:
日产3000吨熟料预分解窑的分解炉系统设计
一、初始条件:
1、原料的化学分析结果
烧失量
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
SO3
Na2O
K2O
H2O
石灰
42.800
1.500
0.600
0.300
53.300
0.500
0.000
0.000
0.000
1.000
粘土
4.900
64.500
16.900
6.000
4.100
0.400
0.000
1.200
1.000
1.000
铁粉
1.000
37.100
3.000
49.400
3.800
1.700
0.000
0.000
0.000
4.000
煤灰
58.600
25.400
9.300
3.300
1.200
2.200
0.000
0.000
2、燃料煤的元素分析结果
Cad
Had
Nad
Oad
Sad
Aad
Mad
63.590
4.200
1.160
7.620
0.310
22.110
1.010
3、各种物料损失均按3%计算
4、其他资料:
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柱温度:
-4℃~40℃
相对湿度:
70%~80%地下水位:
2m~2.5m
二、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):
设计计算说明书应包括以下内容:
1、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项取依据,有关经验数据的选取,亦说明其来源。
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:
2009.6.1---2009.6.7(第1周):
查阅有关资料,进行有关设计计算;
2009.6.8---2009.6.14(第2周):
绘制相关的图纸;
2008.6.15--2009.6.20(第3周):
整理提交计算说明书、图纸以及其它设计资料,答辩
指导老师签名:
李洪斌2009年6月1日
系主任(或责任教师)签名:
年月日
本课程设计的设计方案和设计步骤流程
新型干法水泥回转窑系统主要由预热器系统、分解炉、回转窑以及水泥熟料冷却机组成。
按照设计任务书的要求,本设计书进行水泥回转窑分解炉的设计,按照下列流程完成:
物料平衡计算
热量平衡计算
分解炉尺寸计算
有关性能指标
设计评述
参考文献
绘图
配料计算
武汉理工大学《工程设计训练》课程设计说明书
目录
1初始条件 1
2配料计算 1
2.1计算煤灰掺入量 1
2.1.1煤种的选取 1
2.1.2煤灰掺入量的计算 2
2.2设计率值,计算熟料化学成分 3
2.2.1率值的估取 3
2.2.2熟料化学成分计算 4
2.3累加试凑计算求配合比 4
2.4核算熟料化学成分与率值 5
2.4.1生料、熟料化学成分核算 5
2.4.2率值核算 5
2.5计算熟料烧成煤耗 5
3物料平衡计算 5
3.1工厂环境条件和工艺参数选择 5
3.1.1温度 5
3.1.2入窑风量百分比 6
3.1.3燃料百分比 6
3.1.4各处过剩空气系数 6
3.1.5各处漏风比例系数 6
3.1.6其它参数 6
3.2收入项目 6
3.2.1燃料总消耗量 6
3.2.2生料消耗量 6
3.2.3入窑系统空气量 7
3.2.4漏入空气量 10
3.3支出项目 10
3.3.1熟料 10
3.3.2出预热器废气量 10
3.2.3物料损失量 14
4热量平衡计算 14
4.1收入项目 14
4.1.1燃料燃烧生成热 14
4.1.2燃料带入物理热 14
4.1.3生料带入物理热 14
4.1.4空气带入热量 14
4.2支出项目 15
4.2.1熟料形成热 15
4.2.2蒸发生料中水分耗热量 16
4.2.3废气带走的热量 16
4.2.4出冷却机熟料带走热量 16
4.2.5冷却机余风带走热量 16
4.2.6出预热器损失生料带走热量 16
4.2.7系统表面散热损失 17
4.3平衡核算 17
5分解炉尺寸计算 18
5.1选择窑型和工作风量计算 18
5.1.1分解炉用燃料燃烧产生的烟气量 18
5.1.2分解炉内释放出来的CO2量 19
5.1.3入分解炉的出窑废气量 19
5.1.4分解炉的工作风量 19
5.2分解炉直筒的有效截面积和内径 20
5.3分解炉和直筒高 20
5.4分解炉锥体缩口内径 20
5.5入分解炉的三次风管直径 21
5.6生料进料口直径 21
5.7燃烧器选择 21
6耐火材料选材与散热计算 22
6.1耐火材料总体设计 22
6.2材料主要性质 22
6.3散热量计算 22
6.4耐火材料厚度对分解炉筒体尺寸的修正 23
7主要热工技术参数 23
7.1熟料单位烧成热耗 23
7.2熟料烧成热效率 23
7.3分解炉的发热能力 23
8设计评述 24
参考文献 25
武汉理工大学《工程设计训练》课程设计说明书
25
日产3000吨熟料预分解窑
的分解炉系统设计
1初始条件
原料的化学分析结果
烧失量
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
SO3
Na2O
K2O
H2O
石灰
43.810
1.450
0.650
0.320
53.250
0.520
0.000
0.000
0.000
1.000
粘土
4.950
65.530
16.960
5.830
4.140
0.360
0.000
1.210
1.020
1.000
铁粉
1.010
37.090
3.040
53.450
3.750
1.660
0.000
0.000
0.000
4.000
煤灰
58.630
25.350
9.310
3.300
1.250
2.160
0.000
0.000
燃料煤的元素分析结果
Cad
Had
Nad
Oad
Sad
Aad
Mad
63.590
4.200
1.160
7.620
0.310
22.110
1.010
其他资料:
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柱温度:
-4℃~40℃
相对湿度:
70%~80%地下水位:
2m~2.5m
各种物料损失均按3%计算
2配料计算
2.1计算煤灰掺入量
2.1.1煤种的选取
由参考资料[1]P43,新型干法回转窑通常选取烟煤为燃料,其目的是为了保证燃烧时火焰的温度和长度,其中对烟煤的要求一般为:
灰分在20%~30%,挥发分在20%~30%,发热量在21000~25000kJ/kg;由参考资料[2]P173表10.1水泥烧成用煤的质量要求,预分解窑对用煤的要求:
灰分应小于28%,挥发分在18%~30%,干燥基热值应大于20900kJ/kg。
由上述,再根据已知条件中煤元素分析结果,可选定烟煤为燃料,预分解窑的挥发份在18%-30%之间,我选择的是25%,估取烟煤的挥发分Vdaf=25%,则
由参考资料[3]P277,烟煤的低热值计算公式:
式中16750Mad为修正项,仅当Vdaf>35%,且Mad>3%时,才保留,其他情况均不计算;K1为常数,可查[3]P278表6.6,其中估取煤的焦渣特性为3级,则K1=339,故
Qnet,ad=25240kJ/kg在范围内,满足要求。
2.1.2煤灰掺入量的计算
由参考资料[2]P175,100kg熟料中的煤灰掺入量按下式估算:
式中:
GA——熟料中煤灰掺入量;
q——单位熟料热耗,取3300kJ/kg熟料;
Qnet,ad——煤的低位热值;为25240kJ/kg;
Aad——煤的空气干燥基灰分含量,为22.110%;
S——煤灰沉落率,考虑有电收尘,取100%;
P——煤耗,kJ/kg熟料。
代人数据得:
2.2设计率值,计算熟料化学成分
2.2.1率值的估取
硅酸盐水泥熟料是由两种或两种以上的氧化物化和而成,故在水泥生产中控制个氧化物之间的比例(即率值),比单独控制各氧化物的含量更能反映出对熟料矿物组成和性能的影响。
无极工学167
由参考资料[2]P190-P191,可得三个率值的计算式:
石灰饱和系数:
铝率:
硅率:
若KH过高,CaO含量超过酸性氧化物的需求,必然以游离CaO形态存在,游离CaO含量高时将引起水泥安定性不良,造成危害;若KH过低,则熟料中C3S过少,熟料强度必然很低。
故提高KH有利于提高水泥质量,但KH过高,熟料煅烧困难,必须延长煅烧时间,否则会出现f-CaO,同时窑的产量低热耗高,窑村工作条件恶化。
若SM过高,则由于高温液相量显著减少,熟料煅烧困难,C3S不易形成不,如果CaO含量低,那么熟料含C2S量过多而粉化;SM过低,则熟料因硅酸盐矿物少而强度低,且由于液相量过多易出现结大块、结炉瘤、结圈等,影响窑的操作。
若IM值过高,熟料中C3A多,液相粘度大,物料难烧,水泥凝结快;若IM值过低,虽然液相粘度小,液相中的质点易扩散,对C3A形成有利,但烧结范围窄,窑内易结大块,不利于窑的操作。
无机工学168-169
综上述,为使熟料既顺利烧成,又保证质量,保持矿物组成稳定,应根据原料、燃料和设备等具体条件来选择三个率值,使之互相适当配合。
通常,不能三个率值同时都高,或同时都低,三个率值的选取采用“两高一中”方案。
由参考资料[2]P174表10.2,预分解窑三个率值的参考范围分别为:
KH:
0.88~0.92,SM:
2.4~2.8,IM:
1.4~1.8。
预设:
熟料中四种主要矿物总量估取
2.2.2熟料化学成分计算
2.3累加试凑计算求配合比
由参考资料[2]P197,用累加法计算配料(以100kg熟料为基准):
计算步骤
增减质量
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
SO3
K2O
Na2O
合计
备注
设计熟料成分
22.414
6.265
3.480
65.841
98.000
SM=2.300,IM=1.800,KH=0.870
煤灰
2.890kg
1.694
0.733
0.269
0.095
0.036
0.062
0.000
0.000
石灰石
123.467kg
1.790
0.803
0.395
65.746
0.642
0.000
0.000
0.000
(65.841-0.095)/0.5325=123.467
粘土
28.886kg
18.929
4.899
1.684
1.196
0.104
0.000
0.350
0.295
(22.414-1.694-1.790)/0.6553=28.866
铁粉
2.118kg
0.786
0.064
1.132
0.079
0.035
0.000
0.000
0.000
(3.480-0.269-0.395-1.684)/0.5345=2.118
累计熟料成分
23.199
6.499
3.480
67.117
0.817
0.062
0.350
0.295
101.819
SM=2.325,IM=1.867,KH=0.849
石灰石
-1.467kg
-0.021
-0.010
-0.005
-0.781
-0.008
0.000
0.000
0.000
累计熟料成分
23.178
6.489
3.476
66.336
0.810
0.062
0.350
0.295
100.995
SM=2.326,IM=1.867,KH=0.838
粘土
-1.217kg
-0.797
-0.206
-0.071
-0.050
-0.004
0.000
-0.015
-0.012
累计熟料成分
22.381
6.283
3.405
66.285
0.805
0.062
0.335
0.282
99.838
SM=2.310,IM=1.845,KH=0.873
铁粉
0.164kg
0.061
0.005
0.088
0.006
0.003
0.000
0.000
0.000
累计熟料成分
22.441
6.288
3.492
66.291
0.808
0.062
0.335
0.282
100.000
SM=2.295,IM=1.800,KH=0.870
计算结果见下表:
计算配比
石灰石(kg)
粘土(kg)
铁粉(kg)
总和(kg)
H2O(kg)
熟料料耗
122.000
27.669
2.282
151.951
0.000
干生料比
80.289
18.209
1.502
100.000
0.000
生料
123.232
27.948
2.377
153.558
1.607
生料比
80.251
18.201
1.548
100.000
1.046
2.4核算熟料化学成分与率值
2.4.1生料、熟料化学成分核算
名称
烧失量
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
SO3
K2O
Na2O
总和
H2O
生料
36.091
13.654
3.656
2.121
43.564
0.508
0.000
0.220
0.186
100.000
1.046
熟料
0.000
22.441
6.288
3.492
66.291
0.808
0.062
0.335
0.282
100.000
0.000
煤灰
0.000
58.630
25.350
9.310
3.300
1.250
2.160
0.000
0.000
100.000
0.000
2.4.2率值核算
三率值均在误差允许的范围之内,表明所取配比合适。
2.5计算熟料烧成煤耗
按照上述配比,得到:
单位熟料烧成热耗
单位熟料烧成煤耗
3物料平衡计算
由参考资料[4]P124-129进行物料平衡计算。
入回转窑回灰温度:
50℃
3.1工厂环境条件和工艺参数选择
3.1.1温度
(1)环境温度:
30℃(夏天);
(2)入预热器生料温度:
50℃;
(3)入窑一次空气温度:
30℃;
(4)入窑二次空气温度:
一般为800℃~900℃,取850℃;
(5)入回转窑和分解炉燃料的温度都为:
60℃;
(6)入分解炉三次风温度:
一般比二次空气低50℃~100℃,取800℃;
(7)气力提升泵输送生料空气温度:
50℃;
(8)废气出预热器温度:
一般为280℃~300℃,取290℃;
(9)损失生料出预热器温度:
250℃;
(10)冷却机余风温度:
一般为300℃~330℃,取300℃;
(11)熟料出冷却机温度:
一般低于环境温度+65℃,取90℃;
3.1.2入窑风量百分比
一次空气(k1):
二次空气(k2):
窑头漏风(k3)=10:
86:
4
3.1.3燃料百分比
回转窑(Ky):
分解炉(KF)=40:
60
3.1.4各处过剩空气系数
(1)窑尾:
;
(2)分解炉出口:
;
(3)预热器出口:
。
3.1.5各处漏风比例系数
(1)预热器漏风量占理论空气量的比例k4=0.14;
(2)气力提升泵喂料带入空气量占理论空气量的比例k5=0.06;
(3)分解炉及窑尾漏风占分解炉用燃料理论空气量的比例k6=0.04;
(4)冷却机余风量占冷却机总抽风量的55%
3.1.6其它参数
(1)窑的产量:
G=3000t/d=125t/h;
(2)生料水分含量:
1.046%;
(3)各物料损失:
3%;
(4)系统表面散热损失:
占总热耗的8%~15%,取10%(kJ/kg熟料);
3.2收入项目
3.2.1燃料总消耗量
假设燃料总消耗量为mr(kg/kg熟料)
其中:
回转窑燃料量:
分解炉燃料量:
3.2.2生料消耗量
3.2.2.1干生料理论消耗量
3.2.2.2生料理论消耗量
3.2.2.3考虑损失后生料实际消耗量
3.2.3入窑系统空气量
3.2.3.1燃料燃烧理论空气量
3.2.3.2入窑实际干空气量
(1)其中入窑一次空气量:
(2)二次空气量为:
(3)窑漏风量为:
3.2.3.3分解炉从冷却机抽空气量(三次风)
(1)出分解炉混合室过剩空气量:
(2)分解炉燃料燃烧空气量:
(3)窑尾过剩空气量:
(4)分解炉及窑尾漏入的空气量:
故分解炉从冷却机抽空气量(三次风):
3.2.3.4气力提升泵喂料带入空气量
3.2.3.5冷却机抽入空气量
得:
其中冷却机余风量:
3.2.4漏入空气量
预热器漏入空气量:
窑尾系统漏入空气总量:
全系统漏入空气总量:
3.3支出项目
3.3.1熟料
3.3.2出预热器废气量
3.3.2.1生料中物理水含量
3.3.2.2生料中化学水含量
3.3.2.3生料分解放出CO2气体量
(1)理论CO2气体量:
(2)实际CO2气体量:
3.3.2.4燃料燃烧生成理论烟气量
3.3.2.5烟气中过剩空气量
其中:
3.3.2.6总废气量
3.2.3物料损失量
4热量平衡计算
由参考资料[4]P124-129进行热量平衡计算。
4.1收入项目
4.1.1燃料燃烧生成热
4.1.2燃料带入物理热
(0—60℃时熟料平均比热=1.154kJ/kg·℃)
4.1.3生料带入物理热
(0—50℃时,水的平均比热Cw=4.182kJ/kg·℃,干生料平均比热Cs=0.878)
4.1.4空气带入热量
4.1.4.1入窑一次空气带入热量
(0—30℃时,空气平均比热Cy1k=1.298kJ/Nm3·℃)
4.1.4.2冷却机抽入空气带入热量
(0—30℃时,空气平均比热CLQ=1.298kJ/Nm3·℃)
4.1.4.3气力提升泵喂料空气带入热量
(0—50℃时,空气平均比热Csk=1.299kJ/Nm3·℃)
4.1.4.4系统漏风带入热量
(0—30℃时,空气平均比热CLOK=1.298kJ/Nm3·℃)
4.1.4.5总收入热量
4.2支出项目
4.2.1熟料形成热
考虑碱和硫的影响:
4.2.2蒸发生料中水分耗热量
(50℃时,水的汽化热qqh=2380kJ/kg)
4.2.3废气带走的热量
(0-290℃各气体平均比热:
CCO2=1.870kJ/kg·℃,CN2=1.304kJ/kg·℃,CH2O=1.533kJ/kg·℃,CO2=1.353kJ/kg·℃,CSO2=1.954kJ/kg·℃)
4.2.4出冷却机熟料带走热量
(0—90℃时,熟料平均比热CLsh=0.776kJ/kg·℃)
4.2.5冷却机余风带走热量
(0—300℃时,空气平均比热CLOK=1.317kJ/Nm3·℃)
4.2.6出预热器损失生料带走热量
(0—250℃时,损失生料平均比热Cfh=0.983kJ/kg·℃)
4.2.7系统表面散热损失
支出总热量:
列出收支热量平衡方程式:
即烧成1kg熟料需要消耗0.1309kg燃料。
4.3平衡核算
熟料单位烧成热耗:
该值与按照熟料配比计算所得q=3300.000相差小于50,表明设计
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