日产3000吨熟料预分解窑的分解炉设计081045.docx
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日产3000吨熟料预分解窑的分解炉设计081045
1初始条件5
1.1原料的原始数据5...
1.2燃料煤的原始数据5...
1.3其他资料5...
2配料量的计算5...
2.1煤的低位发热量的计算5...
2.2煤灰掺入量的计算6...
2.3率值的选取及水泥化学成分的计算6..
2.4累加试凑计算6...
2.5熟料料耗的计算7...
2.6生料配比计算7...
3燃料燃烧计算8...
3.1理论空气量、烟气量及烟气组成的计算8..
3.2空气过剩系数的选取1..0.
3.3实际空气量、烟气量及烟气组成的计算1..0
4物料平衡、热量平衡计算11
4.1理论干生料消耗量mgy与水泥熟料形成热Qsh的计算11
1.293列出配料计算的结果11
4.1.2理论干生料消耗量mgy的计算1..2
4.1.3水泥熟料形成热Qsh的计算13
4.2热平衡的计算1..3.
1.293原始资料1..4.
1.293物料的化学成分1..4
4.2.1.2煤的元素分析组成1..4
4.2.1.3其他原始资料1..4
4.2.2确定平衡系统与平衡计算的依据1..5
5设备尺寸的计算2..6.
5.1设备的选型2..6.
5.2相关参数2..6.
5.3尺寸设计2..7.
5.3.1分解炉的有效容积VF的计算2..7
532直筒部位有效直径Df的计算27
533.1分解炉实际烟气量Vf的计算28
533.2分解炉中碳酸盐分解CO2的量Vco的计算28
1.293窑尾出来的废气量Vk的计算2..8
5.3.3.4漏风量的计算2..8
5.3.3.5分解炉工作态气体量的计算2..8
5.3.4分解炉缩口直径dF的计算29
5.3.5分解炉的有效高度的计算2..9
5.3.6三次风管直径di的计算2..9
5.3.7生料进口直径的计算3..0
5.3.8分解炉燃料进口直径的计算3..0
5.4分解炉主要结构尺寸一览表3..0
6耐火材料3..0..
6.1耐火材料的选择3..0.
6.2耐火材料的主要参数3..1.
6.3耐火砖厚度的计算3..1.
6.4钢板厚度的计算3..1.
6.5散热量计算3..1.
7技术参数3..2..
7.1水泥熟料的实际烧成热耗3..3
7.2回转窑系统的热效率n33
7.3分解炉的热负荷QFr3..3.
7.4回转窑的发热能力Qyr3..3.
7.5技术参数一览表3..3.
8设计评述3..3..
9参考资料3..4..
10附录3..5..
日产3000吨熟料预分解窑
的分解炉设计
1初始条件
i.i原料的原始数据
成分
物料、\
烧失量
（%）
SiO2
（%）
AI2O3
（%）
Fe2O3
（%）
CaO
（%）
MgO
（%）
SO3
（%）
K2O
（%）
Na2O
（%）
H2O
（%）
石灰石
43.26
1.73
0.65
0.33
53.51
0.52
1.00
黏土
4.92
67.26
14.66
5.90
4.12
0.92
1.11
1.11
1.00
铁粉
1.06
38.61
2.54
52.49
3.62
1.68
4.00
煤灰
57.82
26.55
9.12
3.21
1.20
2.10
1.2燃料煤的原始数据
煤元素分析结果：
Cad
Had
Nad
Oad
Sad
Aad
Mad
65.1
5.5
1.1
7.1
0.3
20.7
1.2
1.3其他资料
各种物料损失均按3%计算
设计工厂有自己的矿山，其它条件均符合建厂要求，工厂所在地的气象条件均符合设计要求。
大气压强（夏季）：
720mmHg柱温度：
-4C〜40C
相对湿度：
70%〜80%地下水位：
2m〜2.5m
[1]姜洪舟等.
《无机非金属材料热工基础》[M].武汉：
武汉理工大学岀版
社，2012
2配料量的计算
2.1煤的低位发热量的计算
根据参考书目[1]P13式（1.11）可计算出煤的低位发热量：
Qnet,et339Cad1030Had109（Oad-Sad）-25Mad
33965.110305.5-1097.1-0.3-251.2
26962.7kJ/kg-煤
2.2煤灰掺入量的计算
根据参考书目[2]P175，假定单位熟料热耗为3075kJ/kg-熟料，100kg熟料中的煤灰掺入量可按下式近似计算：
cqAadSPAadS307520.7100…
Ga236
100Qnet,ad10010026962.7
式中Ga—熟料中煤灰掺入量，%；
q—单位熟料热耗，kJ/kg-熟料；
Qnet,ac—煤的热值，kJ/kg；
Aad—煤的空气干燥基，%；
S—煤灰沉落率，％，可选100%;
P—煤耗，kg/kg-熟料；
2.3率值的选取及水泥化学成分的计算
根据参考书目[2]P174表10.2中预分解窑窑型所对应的的率值范围，初步
取石灰饱和系数kH.90、硅率SM=2.6、铝率IM=1.6，根据参考书目[2]P171式（10.29）〜式（10.32）,假设刀=97.5%，熟料化学成分计算如下：
Fe2O3
2.8kh1IM1SM2.65IM135
975
2.80.9011.7012.602.651.701.353.19%
[2]林宗寿.
《无机非金
属材料工学》
[M].武汉：
武
汉理工大学
出版社，2008
[2]林宗寿.
《无机非金
属材料工学》
[M].武汉：
武
汉理工大学
出版社，2008
AI2O3
IMFe2O3
1.703.19%
542%
SiO2SMAI2O3Fe2O3
2.605.423.19
22.39%
CaO-SiO2Al2O3Fe2O3
97.5%2238%5.48%3.13%
66.49%
2.4累加试凑计算
累加试凑计算如表2.1所示:
表2.1累加试凑过程（以100kg熟料为基准）
计算步骤
SiO2
AI2O3
Fe2O3
CaO
MgO
SO3
K2O
Na2O
合计
备注
设计熟料成分
22.39
5.42
3.19
66.49
97.5
煤灰
（+2.36）
1.37
0.63
0.22
0.08
0.03
0.05
石灰石
（+124.13）
2.15
0.81
0.41
66.42
0.65
（66.49-0.076）/0.5351=124.1
粘土
（+28.1）
18.88
4.12
1.66
1.16
0.26
0.31
0.31
（22.39-1.365-2.147）/0.6726=28.1
铁粉
（+1.73）
0.67
0.04
0.91
0.06
0.03
（3.19-0.22-0.41-1.67）/52.49=1.7
累积熟料成分
23.06
5.59
3.19
67.7
0.96
0.05
0.31
0.31
101.19
KH.888,SM=2.626,IM=1.753
粘土
（-0.44）
-0.30
-0.07
-0.03
-0.02
-0.0
-0.01
-0.01
K=0.902,SM=2.619,IM=1.747
热耗=100X3000/100.77=3051.41
累计熟料成分
22.77
5.53
3.164
67.7
0.96
0.05
0.31
0.31
100.77
铁粉
（+0.17）
0.07
0.00
0.09
0.01
0.00
K=0.898,SM=2.599,IM=1.701
热耗=100X3000/100.94=3046.39
累积熟料成分
22.83
5.53
3.25
67.70
0.96
0.05
0.31
0.31
100.94
2.5熟料料耗的计算
由表2.1可知，100kg熟料所需的干生料如下:
124.12
石灰石
粘土
100122.97kg
100.94
28.070.44
铁粉
100.94
1.730.17
10027.37kg
100.94
100
1.88kg
2.6生料配比计算
实际生料中含有少量水分，需要转换成含水分的配料比，计算如下:
124铁粉100%1.29%
1-4%
百分化之后为：
石灰石
81.60
100%80.75
81.6018.16
1.29
粘土—
18.16
一100%17.98%
81
.6018.161
.29
铁粉
1.29
100%1.27%
81.6018.161.29
计算出的干湿基用量百分比，如表2.2所示:
表2.2生料配料百分比
物料名称
干基用量（%）
湿基用量（%）
石灰石
80.78
80.75
粘土
17.98
17.98
铁粉
1.24
1.27
总量
100
100
湿生料的含水量WS为：
Ws80.751%17.981%1.274%
1.04%
3燃料燃烧计算
3.1理论空气量、烟气量及烟气组成的计算
根据参考书目[1]P19〜P20式（1-20a）〜式（1.22）,1kg煤完全燃烧所需的理
论氧气量的标态体积vO2为:
0mol22.4
7.027（Nm3/kg-煤）
燃烧产生的C02量:
Voo2
Cad22.4
~V2100
65.1224
~V2Too
1.215（Nm3/kg-煤）
燃烧产生及燃料带入的H2O（水蒸气）量:
0
Had
Mad
224
彳2。
2
18
100
5.5
1.2
224
2
18
100
0.631（Nm3/kg-煤）
燃烧产生的
S02
量:
vSO
Sad
224
SO2
32
100
0.3
22.4
32
100
0.002（Nm3/kg-煤）
燃烧产生及空气带入的N2量:
Nad22.4Vo79
28100a100
79
100
V0为:
组成的百分含量，即:
0
ng
VcO2
100%
1.215
100%
16.40%
V0
7.408
nH2o
vH°2o
100%
0.631
100%
8.52%
v0
7.408
0
nS°2
0
VsO2
100%
0.002
7.408
100%
0.03%
0VN25.560
nN2竽100%100%75.05%
V7.408
烟气组成如表3.1所示：
表3.1理论烟气组成
烟气组成
CO2
H2O
SO2
N2
总量
烟气量（mol/kg-煤）
1.215
0.631
0.002
5.560
7.408
组成百分比（%）
16.400
8.52
0.03
75.05
100
3.2空气过剩系数的选取
空气过剩系数a的选择，与燃料的种类、燃烧方式、燃料和氧气的混合程
度、燃烧设备以及燃烧气氛的要求等众多因素有关。
a取值过小或过大对燃烧
都不利：
a过小，会有不安全燃烧想象出现，从而降低燃烧效率；a取值过大,
会有较多的多余冷空气进入热烟气中，从而浪费了很多热量，也降低了燃烧
效率。
所以，从燃烧的角度来看，a的取值原则是：
在保证燃料完全燃烧的前提下，a值越小（越接近1）越好。
根据参考书目[1]P24关于空气过剩系数的经验数据参考值，煤粉燃烧的空气过剩系数在1.06~1.10之间，这里取中间值
1.08。
3.3实际空气量、烟气量及烟气组成的计算
根据参考书目[1]P24〜P26式（1.29a）〜式（1.32），实际空气量Va为:
VaVa0
1.087.027
7.589Nm3/kg-煤
实际烟气量V为：
VV01Va0
7.4081.0817.027
7.970（Nm3/kg-煤）
实际烟气中各个组成含量计算如下：
Cad2241.215（Nm3/kg-煤）
12100
HadMad224介—仆|3”煤0-631（Nm/kg-煤）218100
Sad2240.002（Nm3/kg-煤）
32100
CO2量:
H2O量:
SO2量:
Vco2
Vh2o
VSO2
[1]姜洪舟等.
《无机非金属材料热工基础》[M].武汉：
武汉理工大学岀版
社，2012
N2量：
Vn2Nd竺Va。
空
228100100
11224
——一一1.087.027
28100
6.004（Nm/kg-煤）
79
100
7.027-210.118（Nm3/kg-煤）
100
各个组分组成百分含量为：
Vco2
1.215
ncO2
100%
100%
15.25%
V
7.970
VH2O
0.631
“H2O
丄100%
100%
7.92%
V
7.970
nsO2
Vs02100%
0.002
100%
0.03%
V
7.970
“No
Vn2100%
6.004
100%
75.33%
V
7.970
V02
0.118
no2
—1100%
100%
1.48%
V
7.970
1.08-1
02量：
V°2-1Va0盒
实际烟气组成如表3.2所示
烟气组成
CO2
H2O
SO2
N2
O2
总量
烟气量（mol/kg-煤）
1.215
0.631
0.002
5.56
0.118
7.970
组成百分比（%
15.25
7.92
0.03
75.33
1.48
100
表3.2实际烟气组成
计算得到燃烧所需空气量和产生烟气量分别如表3.3所示:
空气过剩系数
1.080
理论所需空气量（Nm3/kg-熟料）
7.027
理论产生烟气量（Nm3/kg-熟料）
7.970
实际所需空气量（Nm3/kg-熟料）
7.589
实际产生烟气量（Nm3/kg-熟料）
7.970
表3.3燃烧计算结果
4物料平衡、热量平衡计算
4.1理论干生料消耗量mgy与水泥熟料形成热Qsh的计算
4.1.1列出配料计算的结果
经过配料计算后，其原料配合比、生料成分、熟料成分的计算结果如表4.1
所示。
表4.1配料计算结果（％）
名称
配合比
烧失量
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
SO3
K2O
Na2O
石灰石
80.78
34.95
1.40
0.53
0.27
43.23
0.42
粘土
17.98
0.88
12.10
2.64
1.06
0.74
0.17
0.20
0.20
铁粉
1.24
0.01
0.48
0.03
0.65
0.04
0.02
生料
100.00
35.84
13.97
3.19
1.98
44.01
0.61
0.20
0.20
灼烧生料
100.00
21.77
4.98
3.08
68.60
0.94
0.31
0.31
灼烧生料
97.66
21.27
4.86
3.01
67.00
0.92
0.30
0.30
煤灰
2.34
1.35
0.62
0.21
0.08
0.03
0.05
熟料
100.00
22.62
5.48
3.22
67.07
0.95
0.05
0.30
0.30
4.1.2理论干生料消耗量mgy的计算
由2.2可知，煤灰掺入量mA2340.0234（kg-煤/kg-熟料）
100
根据参考书目[1]P250〜251式（3.2）〜式（3.7）,生成1kg熟料所需的生料中
碳酸钙的消耗量mCaCO3为:
mCaCO3
mC；omAaomA100
10056
67.073.220.0234100
10056
1.1964（kg-CaCO3/kg-熟料）
生成1kg熟料所需的生料中二氧化碳的消耗量讥。
2为：
shAshA
mCaOmCaOmA44mMgomMgomA44mco2——A
21005610040.3
67.073.210.0234440.951.200.022544
1005610040.3
0.5365（kg-CO2/kg-熟料）
shA
mH2O
mAl2O3mAl2O3mA36
100102
5.4826.550.023436
100102
0.0172（kg-H2O/kg-熟料）
于是，得到生成1kg熟料所需理论干生料的消耗量mgy为：
mgy1mH2OmCO2
10.01720.5365
1.5536（kg-生料/kg-熟料）
4.1.3水泥熟料形成热Qsh的计算
根据参考书目[1]P254式（3.25），水泥熟料形成热Qsh的经验计算公式为：
shshshshsh
Qsh17.19mAl2O327.10mMgO32.01mca。
21.40msQ22.47mFe2O3
17.195.4827.100.9532.0167.0721.4022.622.473.221774.98（kJ/kg-熟料）
shshshshsh
式中叫2。
3，mMgO，mCaO，，Eg—熟料中所对应各个氧化物的质量百分含量，％。
根据参考书目[1]P255式（3.26），考虑碱、硫的影响，则可以得到:
QshQsh107.90（mNa2OmN：
?
。
）71.09（mJ。
m；：
。
）83.64（mS°3
1774.98107.90（1.55360.200.30）71.09（1.55360.200.30）83.64（1.553600.05）
1769.75（kJ/kg-熟料）
sshsshssh
式中叽2。
，叽2。
，mK2。
，mK2。
，mSO3，mSO3—以1kg熟料为基准的生料中与1kg熟料中N：
2O、K2O、SO3的百分含量（具体为：
带上角标s的量需要将其在生料中本来的百分含量再乘以mgy，带上角标sh的量则是熟料中本身的百分含量值），%。
4.2热平衡的计算
《无机非金属材料热工基础》[M].武汉：
武汉理工大学岀版社，2012
421原始资料
成分物料、、\
烧失量
（%）
SiO2
（%）
Al2。
3
（%）
Fe2O3
（%）
CaO
（%）
MgO
（%）
SO3
（%）
K2O
（%）
Na2O
（%）
H2O
（%）
石灰石
43.26
1.73
0.65
0.33
53.51
0.52
1.00
黏土
4.92
67.26
14.66
5.90
4.12
0.92
1.11
1.11
1.00
铁粉
1.06
38.61
2.54
52.49
3.62
1.68
4.00
煤灰
57.82
26.55
9.12
3.21
1.20
2.10
4.2.1.2煤的元素分析组成
4.2.1.1物料的化学成分
煤元素分析结果:
Cad
Had
Nad
Oad
Sad
Aad
Mad
65.1
5.5
1.1
7.1
0.3
20.7
1.2
4.2.1.3其他原始资料
根据参考书目[1]P259〜260设定相关数据如下：
1.293环境温度：
30C；
1.294入预热器系统的生料粉（水分1.04%，温度ts=50C）用提升机与气
力输送斜槽来输送（喂料系统所带入的空气量按照理论空气量的3%来考虑）;
1.295入窑回灰的温度：
50C；
1.296入窑一次空气的温度：
30C；
1.297入窑二次空气的温度：
1300C；
1.298入窑、入炉煤粉的温度：
60C；
1.299入分解炉三次空气的温度：
1100C；
1.300气力提升煤粉入分解炉所用高压空气的温度：
50°C（由此带入分解炉的空气量可以按分解炉内理论空气量的0.7%来考虑）；
1.301出窑熟料的温度：
1360C；
1.302出预热器废气的温度：
300C；
1.303出预热器飞灰的温度：
340C；
1.304入窑的风量比（%）:
一次风量/二次风量/三次风量=8/90/2；
1.305窑内与炉内的燃料比：
40/60;
1.306出预热器的飞灰量：
0.1kg/kg-熟料；
1.307出预热器飞灰的烧失量：
35.50%;
1.308回转窑内的空气过剩系数y1.08；
1.309分解炉出口处的空气过剩系数L1.15；
1.310预热器出口处的空气过剩系数f1.3；
1.311分解炉及窑尾漏风量占分解炉用燃料燃烧时理论空气量的比例
K60.05
1.312收尘系统综合收尘率：
99.9%；
1.313熟料形成热Qsh1769.75kJ/kg-熟料；
1.314单位熟料所对应的的系统表面散热损失：
约500kg/kg-熟料
4.2.2确定平衡系统与平衡计算的依据
平衡系统：
回转窑+分解炉+预热器系统
平衡基准：
计算基准：
1kg熟料；温度基准：
0C
4.2.3物料平衡计算（根据参考书目[1]P260〜P264）
首先绘制出物料平衡图，如图4.1所示。
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