搜索
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，还可以节约部分钢材；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，可以显著提高产量。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。目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。其他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。根据我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，可以建立以下几个方面的数量关系。窑的名称公称长径比有效长径比氧化铝熟料窑(喷入法)20~2522~27氧化铝焙烧窑20~2321.5~24碳素煅烧窑13.5~1917~24干法和半干法水泥窑11~15——湿法水泥窑30~42——单筒冷却机8~12——铅锌挥发窑14~1716.7~18.3铜离析窑——15~16氯化焙烧窑——12~17.71.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。若通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；其他符号同前。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；窑名称平均填充系数ψ铜离析窑0.06~0.08铅锌挥发窑0.04~0.08氧化焙烧窑0.04~0.07氯化焙烧窑0.04~0.07氧化铝熟料窑0.06~0.08氧化铝焙烧窑0.06~0.08物料名称堆比重锌浸出渣1.6~1.65锌浸出残渣与50%焦粉混合料1.2~1.3铅鼓风炉水碎渣与50%焦粉混合料1.4~1.5氯化铜矿1.16锌沸腾焙烧细尘1.80硫化镍精矿1.6~1.8硫化镍焙砂1.2~2.0氧化铝和干氢氧化铝1.0碱石灰铝土矿干生料1.2碱石灰铝土矿熟料1.3~1.4ψ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回转窑内传示意图图2回转窑内壁示意图其他带内，对物料裸露表面的传热可近似按火焰炉内传热公式计算；对与窑衬接砝的物料表面，窑衬表面将通过辐射与传导向物料传热，但随着窑衬温度升高及物料颗粒变粗（由粉料变成小球进而烧结成块），其间传导作用将越来越小，传热量按下式计算：Qi=αΣ×Δt×F弦×C壁料[(T壁/100)4-(T料/100)4]×F弧式中：αΣ——综合给热系政，等于α对+α辐，千卡/米2.小时.℃；α对——炉气对物料的对流给热系数，千卡/米2.小时.℃；α辐——炉气及窑壁对物料的辐射给热系数，千卡/米2.小时.℃。α辐=C气料壁[(T1/100)4-(T2/100)4]/t气-t料式中：C气料壁=4.88ε料(F壁/F弦+1-ε气)/[ε料+ε气(1-ε料)]1-ε气/ε气+F壁/F弦千米/小时式中：ε料，ε气——物料及炉气的黑度；F壁/F弦=π×D-L弧/L弦Δt——该带内炉气与物料的平均温度差，℃，取始末两端温差的对数平均值：Δt=Δt′-Δt″/ln(Δt′/Δt″)℃其中：Δt′、Δt″——始端及末端的气与料的温度差，℃；当Δt′与Δt〃之值相差不大(不超过一倍)时，可用算术平均值，即：Δt=1/2(Δt′+Δt″)℃式(7)中第二项系考虑窑衬遮蔽表面与接触物料弧形表面间的辐射(视为两平行表面组成的封闭体系)，式中有关参数确定如下：C壁料=4.88÷（1/ε壁+1/ε料-1）千卡/米2.小时.K4式中：ε壁——窑壁黑度；另外T壁为窑衬遮蔽表面在该带内的平均温度，K；考虑到与物料接触过程中的温度降低，此值可近似取以下平均值：T壁=1/2（T料+T′壁）其中未遮蔽的窑壁表面温度T壁可近似按火焰炉内炉墙表面温度公式确定：式中符号意义及单位同前。[附]F弦、F弧、F壁的计算：①计算出各带的填充系数ψ：ψ＝4G÷(π×D2均×ω料×γ料)(a)②计算物料填充的弓形面积：f料=ψ×π×R2(b)③计算物料填充中心角θ：因f料=0.5×R2×(π÷180θ-sinθ)联解(b)、(c)两式得：2π×ψ=π÷180θ-sinθ参考弓形几何尺寸表，由f填÷R2之值可查出对应的θ值，其中间值可按试算逼近法求出。④求弦长及弧长：L弦＝D均×sinθ/2米；L弧＝θ÷360×π×D均米；L壁＝π×D均×(1-θ÷360)米⑤求面积：F弦＝L弦×L带m2；F弧＝L弧×L带m2；F壁＝L壁×L带m2；式中L带为各相应带的窑长，米。以上五个方面确立的生产率关系式是确定窑体尺寸、运转参数及操作条件的理论依据。热工设计的任务就是综合五个方面的关系，合理确定各参数，使上述各式反映出的生产能力达到平衡(即设计的生产能力水平)。生产中必然由于某一参数的波动或突破，引起原来平衡的破坏，再经过操作中对有关参数的调整，使达到新的水平上的平衡(实际生产能力)。6.按经验公式在计算窑的实际生产能力时，往往用一些具体化了的简化公式。在具体条件相同时，这些简化公式能简明、准确地反映生产率与其中1~2个参数的关系。(1)回转窑产能与筒体尺寸之间关系：G=K×D1.5均×L吨/小时式中：D均——窑的平均有效内径，米；L——窑的有效长度，米；K——经验系数，受多方面因素的影响。根据我国生产实践的统计，各类窑的数据列于表4中。表4经验系数K(2)按单位面积产能计算：G=GF×F÷1000吨/日式中：F——窑的有效内表面积，m2；GF——窑的单位内表面积产能，公斤/米2.小时。根据我国生产实践统计：铅锌挥发窑：GF=23~30公斤/米2.小时；氧化铝熟料窑GF=41~48公斤/米2.小时；氧化铝焙烧窑：GF=33~40公斤/米2.小时；单筒冷却机：GF=120公斤/米2.小时。(3)按单位容积产能计算：G=GV×V吨/日式中：V——窑的工作容积，米3；Gv——窑的单位容积产量，吨/日.米3。根据我国生产实践的不完全统计，Gv的数值推荐如下：氧化铝熟料窑：Gv=1.3~1.5吨/日.米3；氧化铝焙烧窑：Gv=1.4~1.6吨/日米3；铅锌挥发窑：Gv=1.0~1.2吨/日.米3。应该指出，按经验公式计算，虽然简单也较准确，但它是统计某一时期的某些厂具体窑的产量得出来的，随着窑型及运转情况的变化和生产技术水平的提高，式中的经验数据就会有某种程度的差别。窑类K值铅锌挥发窑0.05~0.07铜矿离析窑0.05~0.07氧化铝焙烧窑0.07~0.08(有热交换器时氧化铝熟料窑0.055~0.065(无热交换器时0.071~0.074(有热交换器时0.09~0.10(热端扩大时)湿法水泥长窑0.028~0.032干法水泥窑0.048~0.056三运转参数的确定1.转速(n)的确定回转窑转速对窑内物料活性表面、物料停留时间、物料轴向移动速度、物料的混合程度以及窑的填充系数等都有密切关系。窑的转动起到翻动物料的作用，在一定条件下，提高转速可以强化物料与气流间的热交换。近来趋向“放平快转”，国内某氧化铝熟料窑的转速达到4.5转/分。但转速太大，则物料在窑内停留时间短，反应不完全，产品质量不能保证，设备维修困难；转速大小，会降低窑的生产率。根据我国生产实践，各类回转窑的常用转速n(转/分)推荐如下，供选用时参考。表5回转窑常用转速n窑类常用转速n值铅锌挥发窑0.0667~0.75离析窑0.8~1.2黄铁矿烧渣球团焙烧窑0.5~1.3氧化焙烧窑2~4.5氧化铝熟料窑1.83~3氧化铝焙烧窑1.71~2.74碳素窑1.1~2.1水泥窑0.5~1.842.斜度(i)的确定回转窑的斜度i一般指窑轴线升高与窑长的比值，习惯上取窑倾角β的正弦sinβ，一般范围为2~5%。斜度过高会影响窑体在托轮上的稳定性。对于物料流动性强的窑，如氧化铝焙烧窑，斜度不宜过大，取2~2.5%；水泥及氧化铝熟料窑通常采用3~4%；铅锌挥发窑多采用5%；氧化及氯化焙烧窑多用2~3%。斜度与转速的关系密切，选择时应满足下列关系式：n×i=G×si