預(yù)熱器課程設(shè)計(jì).doc

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課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 日產(chǎn)3200噸熟料現(xiàn)代化干法生產(chǎn)水泥廠初步設(shè)計(jì) （重點(diǎn)車間：預(yù)熱器部分） 學(xué) 院： 　材料與化學(xué)工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí)： 無(wú)機(jī)非金屬材班 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 設(shè)計(jì)時(shí)間： 摘 要 迄今為止，水泥是全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展最重要的建筑材料之一，并且在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)是難以用其他材料替代的基礎(chǔ)經(jīng)濟(jì)建設(shè)材料，對(duì)整個(gè)人類文明的延存和發(fā)展都有極其重要的作用。在其生產(chǎn)過(guò)程中，生料的預(yù)熱起著相當(dāng)重要的作用，而對(duì)生料預(yù)熱的設(shè)備就是懸浮預(yù)熱器。 懸浮預(yù)熱器主要有旋風(fēng)預(yù)熱器及立筒預(yù)熱器兩種。現(xiàn)在立筒預(yù)熱器已趨于淘汰。預(yù)分解窯采用旋風(fēng)預(yù)熱器作為預(yù)熱單元裝備 構(gòu)成旋風(fēng)預(yù)熱器的熱交換單元設(shè)備主要是旋風(fēng)筒及各級(jí)旋風(fēng)筒之間的連接管道（亦稱換熱管道）。 懸浮預(yù)熱器的主要功能在于充分利用回轉(zhuǎn)窯及分解爐內(nèi)排出的熾熱氣流中所具有的熱焓（或熱）加熱生料，使之進(jìn)行預(yù)熱及部分碳酸鹽分解，然后進(jìn)入分解爐或回轉(zhuǎn)窯內(nèi)繼續(xù)加熱分解，完成熟料燒成任務(wù)。因此它必須具備使氣、固兩相能充分分散均布、迅速換熱、高效分離等三個(gè)功能。只有兼?zhèn)溥@三個(gè)功能，并且盡力使之高效化，方可最大限度地提高換熱效率（或效率），為全窯系統(tǒng)優(yōu)質(zhì)、高效、低耗和穩(wěn)定生產(chǎn)創(chuàng)造條件。 關(guān)鍵詞：3200噸熟料干法生產(chǎn)線；預(yù)熱器；回轉(zhuǎn)窯 設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 一、設(shè)計(jì)題目 日產(chǎn)3200噸熟料現(xiàn)代化干法生產(chǎn)水泥廠初步設(shè)計(jì)。（重點(diǎn)車間：預(yù)熱器部分） 二、設(shè)計(jì)目的 此次課程設(shè)計(jì)是進(jìn)入大學(xué)以來(lái)的第一次設(shè)計(jì)課程，也是在參加了生產(chǎn)實(shí)習(xí)后的一次總結(jié)?；谠趯W(xué)校學(xué)習(xí)的專業(yè)知識(shí)，并結(jié)合本專業(yè)的發(fā)展特色而開(kāi)設(shè)的一項(xiàng)重要的實(shí)踐學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)。其目的在于通過(guò)課程設(shè)計(jì)的鍛煉，樹(shù)立正確的設(shè)計(jì)思想，培養(yǎng)我們認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度和嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的工作作風(fēng)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中培養(yǎng)我們學(xué)生掌握繪圖、計(jì)算、研究等科學(xué)設(shè)計(jì)方法，提高工程設(shè)計(jì)計(jì)算，鍛煉我們分析解決實(shí)際問(wèn)題的能力。 三、本設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)任務(wù) 1.建設(shè)項(xiàng)目：日產(chǎn)3200噸水泥熟料生產(chǎn)線（重點(diǎn)：預(yù)熱器部分） 2.建廠規(guī)模：日產(chǎn)水泥熟料3200噸 3.產(chǎn)品品種： 普通硅酸鹽水泥 4.生產(chǎn)方法：新型干法回轉(zhuǎn)窯 5.三廢處理要求：符合《水泥工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB4915—2004）和《工業(yè)企業(yè)設(shè)計(jì)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（TJ36—79）的規(guī)定 四、原料的原始資料(%) 表1.1 原料與煤灰的化學(xué)成分(%) 數(shù)據(jù) 物料 燒失量 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO 總和 石灰石 41.55 2.29 1.86 0.84 50.65 0.76 98.63 砂頁(yè)巖 2.29 89.03 2.38 2.55 2.18 0.65 99.08 粉煤灰 2.49 52.98 30.29 5.42 4.6 0.51 96.29 鐵礦石 2.79 51.39 6.17 30.19 1.86 1.88 94.28 煙煤煤灰 0 49 34.09 7.68 2.39 1.6 94.76 設(shè)定比例為：石灰石 ----0.844 砂頁(yè)巖 ----0.090 粉煤灰 ----0.032 鐵礦石 ----0.035 山西陽(yáng)泉無(wú)煙煤，收到基元素分析的成分為Mar=8.0%，Aar=19.02%，Car=65.65%，Har=2.64%，Oar=3.19%，Nar=0.99%，Sar=0.51% 五、設(shè)計(jì)原理和設(shè)計(jì)內(nèi)容 （1）設(shè)計(jì)原理 根據(jù)《材料工廠設(shè)計(jì)概論》和《水泥生產(chǎn)工藝及設(shè)備》上的原理對(duì)日產(chǎn)3200噸熟料現(xiàn)代化干法生產(chǎn)水泥廠的預(yù)熱器部分進(jìn)行初步設(shè)計(jì)。 （2）設(shè)計(jì)內(nèi)容 1）配料計(jì)算； 2）生料消耗定額（理論料耗與實(shí)際料耗）計(jì)算； 3）年產(chǎn)熟料計(jì)算（窯年運(yùn)轉(zhuǎn)率自行擬定）； 4）要求窯尾預(yù)熱器系統(tǒng)廢氣量計(jì)算 5）各級(jí)預(yù)熱器主要結(jié)構(gòu)參數(shù)計(jì)算 目錄 1 配料計(jì)算 1.1煤灰的摻入量…………………………………………… 1.2計(jì)算干燥原料配合比…………………………………… 1.3率值計(jì)算…………………………………………………… 1.4計(jì)算濕原料的配合比…………………………………… 2 物料平衡計(jì)算 2.1干原料消耗定額計(jì)算…………………………………… 2.2濕原料消耗定額計(jì)算…………………………………… 2.3制定物料平衡表………………………………………… 3 廢氣量的計(jì)算 3.1窯尾排出廢氣量………………………………………… 3.2分解爐內(nèi)廢氣量………………………………………… 4 預(yù)熱器尺寸計(jì)算 4.1旋風(fēng)筒直徑及高度…………………………………… 4.2旋風(fēng)筒進(jìn)風(fēng)口的形式和尺寸………………………… 4.3排氣管尺寸及插入深度……………………………… 4.4錐體參數(shù)………………………………………………… 5 窯尾工藝流程簡(jiǎn)介 6 參考文獻(xiàn) 7 設(shè)計(jì)評(píng)述與體會(huì) 8 致謝 1 配料計(jì)算 生料配比計(jì)算,經(jīng)查閱《無(wú)機(jī)非金屬材料工學(xué)》如下： 表1 各窯型三率值及熟料熱耗表 窯型 KH SM IM 熟料熱耗（kJ/kg） 預(yù)分解窯 0.86～0.95 2.2～2.6 1.4～1.8 2920～3750 現(xiàn)代立窯 0.92～0.97 1.6～2.2 1.1～1.5 3150～5000 干法窯 0.86～0.89 2.0～2.4 1.0～1.6 5850～7520 對(duì)于分解窯，KH取值為0.86-0.95，SM為2.4-2.8之間，IM為1.4-1.9之間，熱耗為2920-3750KJ/Kg，用煤的干燥基低熱值大于20900 KJ/Kg。 在水泥熟料生產(chǎn)工藝中，KH取值越大，則硅酸鹽礦物中的C3S的比例越高，熟料強(qiáng)度越好。硅率SM除了表示熟料的Si2O與Al2O3和Fe2O3的比例之外，還表示熟料中硅酸鹽礦物熔劑礦物的比例關(guān)系，相應(yīng)的反映了熟料的質(zhì)量和易燒性。硅率過(guò)高則高溫液相量顯著減少，熟料煅燒困難，C3S不易形成；硅率過(guò)低則熟料中硅酸鹽礦物減少而強(qiáng)度降低，且液相量過(guò)多，易出現(xiàn)結(jié)大塊、結(jié)爐瘤、結(jié)圈等，影響操作。鋁率值過(guò)大，熟料中C3A多，液相粘度大，物料難燒，不利于C3S 的形成，易引起熟料快凝，鋁率過(guò)低，雖然液相粘度小，液相中質(zhì)點(diǎn)擴(kuò)散對(duì)C3S形成有利，但C4AF量相對(duì)較多，窯內(nèi)燒結(jié)范圍窄，窯內(nèi)易結(jié)大塊，對(duì)煅燒不利，不易掌握煅燒操作。 在熟料中摻加石膏煅燒，石膏中的硫?qū)κ炝闲纬捎袕?qiáng)化作用：SO3能降低液相粘度，增加液相數(shù)量，有利于C3S 的形成，而且在燒成中可形成硫鋁酸鈣早強(qiáng)礦物，對(duì)熟料強(qiáng)度是有利的。摻和的石膏，以熟料中含SO3 1.5%~2.5%為好。 摻和石膏等礦物的熟料多采用高飽和率、高鋁率和低硅鋁率的配料方案。 為保證順利燒成、熟料質(zhì)量和礦物組成穩(wěn)定，本設(shè)計(jì)選的工藝要求為： KH=0.900.02 SM=2.40. 1 IM=1.70.1; 熟料熱耗q=3350kJ/kg熟料； 1.1煤灰摻入量計(jì)算 因?yàn)檫x用新型干法窯，采用袋式收塵器。所以可知 S=100%。所以:熟料中的煤灰摻入量： Ga== 式中：Ga——熟料中煤灰摻入量，%； q——單位熟料熱耗，kJ/kg熟料； Qnet,ad——煤的干燥基低位熱值，kJ/kg煤； Qnet.ar——煤的收到基低位熱值，kJ/kg煤； Aar——煤的收到基灰份含量， %； Aad——煤的干燥基灰份含量， %，可選100%； Ga= =(3350kJ/kg 19.02 100%)/ (23684.37kJ/kg 100)=2.69% 其中， Qnet,ar=32793Car+98320Har-9100（Oar-Sar）-2450Mar =3279365.65%+983202.64%-9100（3.19%-0.51%）-24508.0% =23684.37KJ/Kg 1.2計(jì)算干燥原料配合比 設(shè)干燥原料配合比為： 表2 原料配合比 石灰石 砂頁(yè)巖 粉煤灰 鐵礦石 84.4% 9% 3.2% 3.5% 計(jì)算灼燒生料數(shù)值如下表： 表3 灼燒生料的計(jì)算 物料 燒失量 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO 設(shè)定比例 石灰石 35.07 2.51 1.57 0.71 42.74 0.64 84.4% 砂頁(yè)巖 0.21 8.00 0.21 0.23 0.20 0.06 0.090 粉煤灰 0.08 1.67 0.96 0.17 0.15 0.02 0.032 鐵礦石 0.10 1.78 0.21 1.05 0.06 0.07 0.035 總計(jì) 35.45 13.96 2.95 2.16 43.15 0.78 — 灼燒生料 — 21.62 4.58 3.34 66.84 1.21 — 計(jì)算熟料化學(xué)成分 由煤灰的摻入量GA=2.69%,得灼燒生料的配合比為：1－2.69%=97.31% 表4 熟料的化學(xué)成分 名稱 配合比 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO 灼燒生料 97.31 21.04 4.46 3.25 65.04 1.18 煙煤煤灰 2.69 1.32 0.92 0.21 0.06 0.04 熟料 100 22.36 5.38 3.46 65.10 1.22 1.3率值計(jì)算 計(jì)算率值： KH===0.88 SM===2.5 IM===1.6 表5 熟料的率值 率值 計(jì)算率值 率值取值范圍 KH 0.88 0.86～0.95 SM 2.5 2.2～2.6 IM 1.6 1.4～1.8 由上表可以看出，此率值是在其取值范圍內(nèi)，所以干燥原料配合比為： 石灰石84.4% 砂頁(yè)巖9.0% 粉煤灰3.2% 鐵礦石3.5% 1.4計(jì)算濕原料配合比 假設(shè)各原料的含水率為：石灰石1% 砂頁(yè)巖8% 粉煤灰7% 鐵礦石5% 將上述質(zhì)量比換算為百分比： 各物料含水量及百分比見(jiàn)下表： 表6 各物料含水量及百分比 濕物料名稱 含水率% 濕原料質(zhì)量配合比% 濕原料質(zhì)量百分比% 石灰石 1 83.45 83.46 砂頁(yè)巖 8 9.57 9.57 粉煤灰 7 3.37 3.37 鐵礦石 5 3.60 3.60 2 物料平衡計(jì)算 要求設(shè)計(jì)日產(chǎn)3200噸熟料生產(chǎn)線的石灰石破碎，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，各原料生產(chǎn)損失P生設(shè)為 3%；物料平衡計(jì)算以年平衡法計(jì)算。 2.1干原料消耗定額計(jì)算 首先計(jì)算生料燒失量 生料燒失量=石灰石燒失量+砂頁(yè)巖燒失量+粉煤灰燒失量+鐵礦石燒失量 =84.4%41.55%+9%2.29%+3.2%2.49% +3.5%2.79% = 35.0682%+ 0.2061%+0.07968%+0.09765% = 35.45% 干生料燒失量：35.45% 煤灰的摻入量：2.69% 考慮煤灰摻入時(shí)，1t 熟料的干生料理論消耗量： K干===1.508t/t熟料 則干生料消耗量：KT===1.555 t/t熟料 式中: KT—干生料消耗定額，t/t熟料； K干—干生料的理論消耗量，t/t 熟料； S—煤灰摻入量,%； I—干生料的燒失量,%； —生產(chǎn)損失, 參考下列數(shù)值：回轉(zhuǎn)窯為 3%～5%，本設(shè)計(jì)取3% 2.2濕生料消耗定額 K生===1.56（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0.5，%； （1）各種干原料的消耗定額： 石灰石消耗定額： K干石灰石= KTX1=1.55584.4%= 1.312(t/t熟料) 砂頁(yè)巖消耗定額： K干砂頁(yè)巖= KTX2=1.5559%= 0.140(t/t熟料) 粉煤灰消耗定額： K干粉煤灰= KTX3= 1.5553.2% =0.050(t/t熟料) 鐵礦石消耗定額： K干鐵礦石= KTX4=1.5553.5%=0.054(t/t熟料) （2）各種濕原料的消耗定額： 燒成用干煤消耗定額： 先計(jì)算煤的干燥基低位熱值： QDWg=(QDWg+25Wy)=(23684.37+8.0)=25961.27(Qar/KJ/Kg) 則燒成用干煤消耗定額為： t/t熟料 則濕煤量為： 0.146t/t熟料 各物料干料時(shí)、日、年消耗量: 由于設(shè)計(jì)日產(chǎn)3200噸熟料生產(chǎn)線，窯的年運(yùn)轉(zhuǎn)率為85%，所以熟料的日產(chǎn)量為3200t/d，時(shí)產(chǎn)量為320024=133.33t/h a 石灰石干料消耗定額為1.312 石灰石時(shí)消耗量：1.312133.33=174.93 (t/h) 石灰石日消耗量：1.312133.3324=4198.30 (t/d) 石灰石年消耗量：1.312133.332436585%=1302521.04 (t/y) b 砂頁(yè)巖干料消耗定額為0.140 砂頁(yè)巖時(shí)消耗量： 0.140133.33=18.67 (t/h) 砂頁(yè)巖日消耗量： 0.140133.3324=447.99 (t/d) 砂頁(yè)巖年消耗量： 0.140133.332436585%=138988.53 (t/y) c 粉煤灰干料消耗定額為0.050 粉煤灰時(shí)消耗量： 0.050133.33=6.25 (t/h) 粉煤灰日消耗量： 0.050133.3324=150 (t/d) 粉煤灰年消耗量： 0.050133.332436585%=46537.5 (t/y) d 鐵礦石干料消耗定額為0.054 鐵礦石時(shí)消耗量： 0.054133.33=6.67(t/h) 鐵礦石日消耗量：0.054133.3324=160.00 (t/d) 鐵礦石年消耗量：0.054133.332436585%=49638.76 (t/y) e 生料干料消耗定額為1.555 生料時(shí)消耗量：1.555133.33=207.33 (t/h) 生料日消耗量：1.555133.3324=4975.88 (t/d) 生料年消耗量：1.555133.332436585%=1543765.40 (t/y) f 燒成用煤干料消耗定額為0.133 燒成用煤時(shí)消耗量：0.133133.33=17.73 (t/h) 燒成用煤日消耗量：0.133133.3324=425.59 (t/d) 燒成用煤年消耗量：0.133133.332436585%=132039.10 (t/y) 各物料濕料時(shí)、日、年消耗量： a 石灰石濕料消耗定額1.325 石灰石時(shí)消耗量：1.325133.33=176.67 (t/h) 石灰石日消耗量：1.325133.3324=4239.89 (t/d) 石灰石年消耗量：1.325133.332436585%=1315427.11 (t/y) b 砂頁(yè)巖濕料消耗定額0.151 砂頁(yè)巖時(shí)消耗量： 0.151133.33=20.13 (t/h) 砂頁(yè)巖日消耗量： 0.151133.3324=483.19 (t/d) 砂頁(yè)巖年消耗量： 0.151133.332436585%=149909.05 (t/y) c 粉煤灰濕料消耗定額0.054 粉煤灰時(shí)消耗量： 0.054133.33=7.20 (t/h) 粉煤灰日消耗量： 0.054133.3324=172.80 (t/d) 粉煤灰年消耗量： 0.054133.332436585%=53609.9 (t/y) d 鐵礦石濕料消耗定額0.057 鐵礦石時(shí)消耗量： 0.057133.33=7.60 (t/h) 鐵礦石日消耗量：0.057133.3324=182.40 (t/d) 鐵礦石年消耗量：0.057133.332436585%=56588.19 (t/y) e 生料濕料消耗定額1.56 生料時(shí)消耗量1.56133.33=207.99 (t/h) 生料日消耗量：1.56133.3324=4991.88 (t/d) 生料年消耗量：1.56133.332436585%=1548729.28 (t/y) f 燒成用煤濕料消耗定額0.146 燒成用煤時(shí)消耗量：0.146133.33=19.47 (t/h) 燒成用煤日消耗量：0.146133.3324=467.19 (t/d) 燒成用煤年消耗量：0.146133.332436585%=144945.17 (t/y) 2.3制定物料平衡表 依據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，綜合之后得出以下物料平衡表 表7 物料平衡表 欄 原 目 料 消耗定額 （t/t熟料） 物料需要量 干料 濕料 干料 濕料 時(shí) 日 年 時(shí) 日 年 石灰石 1.312 1.325 174.93 4198.30 1302521.04 176.67 4239.89 1315427.11 砂頁(yè)巖 0.140 0.151 18.67 447.99 138988.53 20.13 483.19 149909.5 粉煤灰 0.050 0.054 6.25 150 46537.5 7.20 172.80 53609.9 鐵礦石 0.054 0.057 6.67 160.00 49638.76 7.60 182.40 56588.19 生料 1.555 1.56 207.33 4975.88 1543765.40 207.99 4991.88 1548729.28 熟料 --- --- 125 3000 930750 -- -- -- 燒成用煤 0.133 0.146 17.73 425.59 132039.10 19.47 467.19 144945.17 3 廢氣量計(jì)算 預(yù)熱器的主要功能是充分利用回轉(zhuǎn)窯和分解爐排出的廢氣余熱加熱生料，所以預(yù)熱器的廢氣來(lái)源主要是燃料燃燒放出的廢氣及生料分解產(chǎn)生的廢氣和漏入的氣體量。 由前面的計(jì)算數(shù)據(jù)可知： 熟料煤耗量：=0.146 生料的額定消耗量：K=1.56kg/kg熟料 查閱相關(guān)資料，預(yù)分解窯相關(guān)數(shù)據(jù)如下： 表8 原始參數(shù) 溫度/℃ 負(fù)壓/pa 空氣系數(shù)α 分解率/% 風(fēng)速（m/s） 窯尾 1050 350 1.02 5 分解爐 880 2000 1.05 80 7.9 880 2000 1.03 95 4.8 800 2800 1.05 30 4.7 700 3400 1.10 10 4.7 550 4000 1.15 3 4.2 310 4500 1.20 0 3.7 空氣系數(shù)1.2，漏風(fēng)量5% 則：理論空氣量：==0.903/kg 理論廢氣量：==0.977/kg 生料分解廢氣量：V=KJ%=0.262/kg 3.1窯尾排出廢氣量 1　 窯內(nèi)煤燃燒產(chǎn)生的廢氣量 =40%=0.3908 /kg (40%為回轉(zhuǎn)窯用燃料比) 2　 窯尾過(guò)?？諝饬? =（α-1）40%=0.0722/kg 3　 生料分解產(chǎn)生的廢氣量 =V5%=0.0131/kg 所以窯尾廢氣量為：=++=0.4761/kg 化為工作態(tài)： ==2.3153/kg熟料 3.2分解爐內(nèi)廢氣量 1　 煤燃燒的廢氣量： =（爐內(nèi)煤+窯內(nèi)煤）燃燒的廢氣量==0.977/kg 2　 生料分解產(chǎn)生的的量： =生料全部分解產(chǎn)生的的量（爐內(nèi)分解率+窯內(nèi)分解率） =V（80%+5%） =0.2227/kg 3　 過(guò)剩空氣量： =（α-1）=（1.05-1）0.903=0.0452/kg 所以爐內(nèi)廢氣量為：=++=1.2449/kg， 化為工作態(tài)： ==5.3636 /kg熟料 C5廢氣量： ① 出爐廢氣量： ==1.2449/kg ② 漏入空氣量：=5%=0.0452/kg ③ C5分解產(chǎn)生的量：=V=0.2699/kg 所以C5廢氣量為：=++=1.5600/kg， 化為工作態(tài)為： ==6.7212 /kg熟料 C4廢氣量： ① 來(lái)自C5的廢氣量： ==1.5600/kg ② 漏入空氣量：=5%=0.0780/kg C4廢氣量：=+=1.6380/kg 化為標(biāo)準(zhǔn)態(tài)為： ==6.6208 /kg熟料 C3廢氣量： C3廢氣量：=（1+5%）=1.7199/kg 化為標(biāo)準(zhǔn)態(tài)為： ==6.3427 /kg熟料 C2廢氣量： C2廢氣量： =（1+5%）=1.8059/kg 化為標(biāo)準(zhǔn)態(tài)為： ==5.6680 /kg熟料 C1廢氣量： C2廢氣量：=（1+5%）=1.8962/kg 化為標(biāo)準(zhǔn)態(tài)為： ==4.2375 /kg熟料 注解：CaCO3在825-896.6℃時(shí)分解，所以在計(jì)算C1、C2、C3、C4的廢氣量時(shí),忽略了生料分解產(chǎn)生的二氧化碳?xì)怏w的量。 窯的小時(shí)產(chǎn)量為133.33t/h。所以根據(jù)產(chǎn)量、煤耗等列出窯尾的廢氣量為： 表9 窯尾廢氣量 名稱 標(biāo)況 工況 負(fù)壓/pa 溫度℃ 總風(fēng)量/ 單位風(fēng)量/ 窯尾 0.4760 2.3153 350 1050 308.71 85.75 分解爐 1.2449 5.3636 2000 880 715.13 198.65 C5 1.5600 6.7212 2000 880 896.14 248.93 C4 1.6380 6.6208 2800 800 882.75 245.21 C3 1.7199 6.3427 3400 700 845.67 234.91 C2 1.8059 5.6680 4000 550 755.71 209.92 C1 1.8962 4.2375 4500 310 564.99 156.94 4 預(yù)熱器尺寸計(jì)算 旋風(fēng)預(yù)熱器主要由旋風(fēng)筒、排氣管、下料管、撒料器、換熱管道、內(nèi)筒、鎖風(fēng)閥等部件組成。預(yù)熱器的主要功能是充分利用回轉(zhuǎn)窯和分解爐排出的廢氣余熱加熱生料，使生料預(yù)熱，及部分碳酸鈣分解。 4.1旋風(fēng)筒直徑及高度 旋風(fēng)筒的處理能力主要取決于通過(guò)的風(fēng)量和截面風(fēng)速。各級(jí)旋風(fēng)筒圓筒斷面風(fēng)速如下： 表10 各級(jí)旋風(fēng)筒圓筒斷面風(fēng)速 項(xiàng)目 C1 C2 C3 C4 C5 圓筒斷面風(fēng)速（m/s） 3-4 5.5-6 5-5.5 所以，對(duì)于C2，由公式 D=2 式中：D-旋風(fēng)筒圓柱體直徑，m Q-旋風(fēng)筒內(nèi)氣體流量，m/s -假想截面風(fēng)速，m/s(取6m/s) 所以：D=2=6.68m 則：=D+20.2 =6.68+20.2 =7.08m （根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選擇耐火磚厚度為0.2m） 設(shè)計(jì)C2是氣固分離效率要求不是很高，所以采用低型旋風(fēng)筒，即：H/D=1.5～2。（H=）且。所以： 圓柱體高度=5.69m 圓錐體高度=6.33m 4.2旋風(fēng)筒進(jìn)風(fēng)口的形式和尺寸 旋風(fēng)筒進(jìn)風(fēng)口的類型一般有兩種：直入式和蝸殼式。由于蝸殼式進(jìn)風(fēng)口能使進(jìn)、出旋風(fēng)筒的內(nèi)、外氣流干擾小，減少了形成渦流的可能性，降低了旋風(fēng)筒的阻力損失，所以一般選用蝸殼式。而蝸殼式又分為90切、180切、270切三中主要的蝸殼形式。由于本次設(shè)計(jì)的進(jìn)風(fēng)口處理的風(fēng)量較大，綜合考慮后，選用180切蝸殼式旋風(fēng)筒進(jìn)風(fēng)口。 根據(jù)進(jìn)風(fēng)量計(jì)算進(jìn)風(fēng)口的橫截面積F: ㎡ 式中：旋風(fēng)筒的進(jìn)口風(fēng)速，m/s。目前一般為17-19m/s，這里選擇18m/s。 所以： ==11.66㎡ 由經(jīng)驗(yàn)可知b/a=1.5～2.此處取1.6，則高寬分別為： b=5.36m a=3.35m 4.3排氣管尺寸及插入深度 排氣管也稱出風(fēng)管或者出口導(dǎo)管或中心風(fēng)管，簡(jiǎn)稱內(nèi)筒或套筒。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，內(nèi)筒外徑與旋風(fēng)筒內(nèi)徑之比d/D=0.6-0.7,還要注意旋風(fēng)筒內(nèi)的氣流速度達(dá)到13-20m/s，這樣有利于上一級(jí)換熱單元中粉料的分散與懸浮。一般來(lái)說(shuō)，中間各級(jí)的內(nèi)筒插入深度可?。?.6-0.75）b,以降低壓損。綜合各方面因素，選取d/D=0.6，=0.65b。所以： =0.6D=0.66.68=4.01m =0.65=0.655.36=3.48m 4.4錐體參數(shù) 旋風(fēng)筒錐體部分的作用是將捕獲的固體顆粒向排料口輸送，并且提供旋轉(zhuǎn)氣體轉(zhuǎn)折向上的空間。錐角可由下式計(jì)算： 式中：-排料口的直徑，m 經(jīng)計(jì)算得：=0.67m =64.61 其他參數(shù)： 下料管位置：=24.01=8.02m 下料管內(nèi)徑：=0.87m 式中：M-下料管內(nèi)的下料量，kg-生料/h 旋風(fēng)筒的鋼板厚度：=0.00868m=8.68mm 旋風(fēng)筒之間連接管道的內(nèi)徑：=3.66m 表11 C1～C5級(jí)預(yù)熱器的參數(shù)列表 C1 C2 C3 C4 C5 旋風(fēng)筒直筒內(nèi)徑D(m) 5.77 6.68 7.06 7.25 7.96 旋風(fēng)筒直外徑(m) 6.17 7.08 7.46 7.65 8.36 旋風(fēng)筒直筒高度(m) 5.26 5.69 6.69 5.48 7.12 旋風(fēng)筒圓錐體高度(m) 5.85 6.33 7.43 6.08 6.41 旋風(fēng)筒圓錐體錐角（） 66.07 64.61 66.85 61.78 60.80 排氣管外徑（m） 3.46 4.01 4.24 4.35 4.78 排氣管插入深度（m） 2.81 3.48 3.72 3.91 4.15 旋風(fēng)筒進(jìn)風(fēng)口橫截面積F(㎡) 8.72 11.66 13.05 13.62 13.83 旋風(fēng)筒進(jìn)風(fēng)口高b（m） 4.32 5.36 5.72 6.02 6.38 旋風(fēng)筒進(jìn)風(fēng)口寬a(m) 2.7 3.35 3.58 3.76 3.54 下料管位置（m） 11.54 8.02 14.12 14.50 9.56 下料管內(nèi)徑（m） 0.87 0.87 0.87 0.87 0.87 排料口直徑（m） 0.58 0.67 0.71 0.73 0.80 旋風(fēng)筒鋼板厚度（mm） 7.80 8.68 9.10 9.25 9.96 旋風(fēng)筒之間連接管道內(nèi)徑（m） 3.16 3.66 3.87 3.92 3.98 5 窯尾系統(tǒng)工藝流程簡(jiǎn)介 圖1 窯尾系統(tǒng)工藝流程圖 窯尾系統(tǒng)由預(yù)分解窯、分解爐、回轉(zhuǎn)窯、篦冷機(jī)組成。生料經(jīng)預(yù)熱器提高溫度，完成預(yù)熱和部分分解后，進(jìn)入分解爐內(nèi)進(jìn)行碳酸鈣分解，然后在窯內(nèi)完成燒結(jié)成熟料的任務(wù)，出窯高溫熟料則在冷卻中被冷卻。 預(yù)熱器充分利用逆流和懸浮兩種熱交換方式提高熱交換效果，如圖一所示，氣流方向?yàn)椋焊G尾煙室→分解爐→C5→C4→C3→C2→C1;料流方向：C1→C2→C3→C4→C5→分解爐→回轉(zhuǎn)窯。逆流熱交換主要在各級(jí)旋風(fēng)筒連接風(fēng)管內(nèi)進(jìn)行，旋風(fēng)筒主要起物料的收集作用，并通過(guò)下料管將收集的物料喂入下一級(jí)旋風(fēng)筒。 參考文獻(xiàn) [1] 李海濤.《新型干法水泥生產(chǎn)技術(shù)與設(shè)備》[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2012.32～37 [2] 陳景華，張長(zhǎng)森，蔡樹(shù)元.《無(wú)機(jī)非金屬材料熱工過(guò)程及設(shè)備》[M].華東理工大學(xué)出版社，2014.45～51 [3] 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在這設(shè)計(jì)中充分了解了旋風(fēng)預(yù)熱器是新型干法水泥生產(chǎn)技術(shù)的核心設(shè)備，它是把生料的預(yù)熱和部分分解采用懸浮預(yù)熱方式來(lái)完成，以縮短回轉(zhuǎn)窯長(zhǎng)度，同時(shí)使生料與窯內(nèi)熾熱氣流充分混合，提高熱交換效率，從而達(dá)到提高整個(gè)窯系統(tǒng)生產(chǎn)效率、降低熟料燒成熱耗的目的，它利用窯內(nèi)堆積翻滾的高溫氣流，采用多級(jí)循環(huán)懸浮預(yù)熱方式，使生料粉與熾熱氣流進(jìn)行充分的熱交換，完成懸浮預(yù)熱和部分生料分解，為生料入窯煅燒做準(zhǔn)備。旋風(fēng)預(yù)熱器能充分利用窯內(nèi)熱量，降低熟料燒成熱耗，減少燒成設(shè)備占地面積。懸浮預(yù)熱器是構(gòu)成預(yù)分解系統(tǒng)的主要?dú)夤谭磻?yīng)單元。懸浮預(yù)熱器充分利用窯尾排出的高溫廢氣或分解爐底部燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔?，然后?jīng)最下級(jí)旋風(fēng)筒收集入窯，提高系統(tǒng)的熱效率，以降低系統(tǒng)熱耗，提高熟料產(chǎn)量，是預(yù)熱器的主要任務(wù)。預(yù)熱器的產(chǎn)生帶動(dòng)了經(jīng)濟(jì)的快速的發(fā)展，降低了能耗，提高了經(jīng)濟(jì)，改善了環(huán)境，間接的提高建筑行業(yè)的安全。 從設(shè)計(jì)中更深一步了解設(shè)計(jì)的重要性，是水泥生產(chǎn)重要部分，充分利用了窯尾的余熱，利用了逐步預(yù)熱的原理。利用了廢氣的發(fā)電等。懸浮時(shí)間的長(zhǎng)短有利于物料的充分分解，風(fēng)速大小對(duì)物料的控制。溫度的控制也是最關(guān)鍵的。 預(yù)熱器的設(shè)計(jì)是必須滿足產(chǎn)量、質(zhì)量的前提下，對(duì)每級(jí)預(yù)熱器的優(yōu)勝劣汰下產(chǎn)生。 這次課程設(shè)計(jì)讓我獲益良多，主要是知識(shí)和體會(huì)兩個(gè)方面。首先，整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程的經(jīng)歷讓我初步接觸水泥熟料預(yù)分解窯的分解爐設(shè)計(jì)理念，學(xué)習(xí)到配料計(jì)算方法，配料平衡計(jì)算，熱平衡計(jì)算以及工藝尺寸的計(jì)算等一系列知識(shí)。各種計(jì)算設(shè)計(jì)分析是我受益匪淺。 致謝 此次課程設(shè)計(jì)是在張老師的精心指導(dǎo)和悉心教誨下完成的，從設(shè)計(jì)的開(kāi)始，到具體的計(jì)算，中后期設(shè)計(jì)的修改，直到設(shè)計(jì)的完成，老師不厭其煩地給予了我們不同的講解，并進(jìn)行深入細(xì)致地修改。嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕虒W(xué)態(tài)度，使我事半功倍的完成了此次設(shè)計(jì)。在此對(duì)他表示衷心的感謝。 并且在這次課程設(shè)計(jì)當(dāng)中，也有著許多的同學(xué)幫忙排憂解難，大家互相幫助，互相愛(ài)護(hù)，在大家的共同努力下，我們突破了一個(gè)又一個(gè)的難題，在此也是對(duì)同學(xué)們表示萬(wàn)分的感謝，正是有了大家的幫助和老師的細(xì)心教導(dǎo)，才使得我們這次課程設(shè)計(jì)的順利完成，在此一一謝過(guò)。