炭素回转窑的工艺设计与计算

炭素回转窑的工艺设计与计算

崔东生

摘要：通过对各种参数的计算，导出回转窑的长度、内径、煤气量、空气量，并对回转窑的物料平衡和热平衡进行计算，最终计算出烟气量、烟气成分及温度。

关键词：回转窑;煅烧;煤气量;空气量;物料平衡;热平衡 中图分类号：TQ127.1＋1 文献标识码：A 文章编号：1001-3741(2000)01-0034-06

THE PROCESS DESIGN AND CALCULATION FOR

ROTARY KILN

CUI Dong-sheng

(Shenyang Aluminium ＆ Magnesium Engineering ＆ Research,Shenyang

110001 ,China) Abstract: During the design of rotary kiln,the length,the diameter,gas consumption,air consumption could be got through the calculation of all

kinds of parameters.The balance of material and heat,the fume amount and its composition and its temperature are calculated to guide the engineering design for the kiln.

Key words: Rotary kiln;calcining;gas consumption;air consumption;material balance;heat balance

对焦炭的煅烧而言，大规模生产的煅烧设备一般都选用回转窑和回转床，小规模生产的煅烧设备一般都选用罐式煅烧炉。本文对山东济宁煤炭化学公司年产2万t煅烧针状焦用回转窑设备的设计过程做以介绍。

1 设计参数[1]

煅烧物料：针状焦（挥发分10％，水分10％）； 煅烧针状焦产量：3t/h；

煅烧最高温度：1400～1500℃（平均1450℃）； 烧损质量分数：7％；

物料在窑内煅烧时间：2h；

燃气热值：18192kJ/m3(4350kcal/m3)；

燃气成分：CO（9.0％)、H2(50.5％)、CO2(2.6％)、CH4(25.9％)、CmHn(3.9％)、O2(0.1％)、N2(8.0％)； 挥发分热值:39924kJ/kg；

挥发分成分:CO2(0.5％)、O2(2.6％)、CmHn(0.9％）CH4(9.4％)、H2(77.4％)、CO(2.0％)、N2(7.2％)；

针焦发热量：38074kJ/kg;

.

针焦平均比热容：1.88kJ/(kg℃); 空气平均比热容：1.3kJ/(m3.℃);

3

针焦堆积密度：0.8g/cm； 针焦安息角：38°；

回转窑斜度：3％（倾斜角为1.72°）; 回转窑的转速：1.6r/min;

回转窑的填充率：7％～9％（取8％）; 煅烧实收率：73％;

煅前针状焦：4110kg/h; 煅烧焦最高温度：1400℃。

2 设计条件

2.1 物料在窑内的移动速度

⑴

式中：vm——物料在窑内的移动速度，m/min；n——窑转速，r/min；D——窑内径，m；β——窑倾斜角，（°）；α——物料安息角，（°）。 2.2 物料在窑内的停留时间

⑵

式中：t——停留时间，min;L——窑长，m；vm,α，D，n见式⑴ 2.3 填充率

平均填充率：

(3)

式中：G为窑产量；γ为物料堆积密度，kg/m3；C″为1.1～1.45（水分10％，可取1.3）。 2.4 窑的产能公式

（4）

3 回转窑的长度和内径的计算[2,3]

根据煅烧物料来确定煅烧时间，煅烧延迟石油焦时间为60～70min，针状焦煅烧时间为100～120min。根据公式（1）～（4）可计算出针状焦在窑内移动速度：

(5)

针状焦在窑内停留时间：

(6)

则L=28.25D

填充率：

(7)

则L=155.25/D 窑的产能：

2

(8)

则L=158/D2

由公式（6）、（8）得：L=50m,D=1.78m，vm=0.445m/min；L=120×0.445=53.4m，取窑长50m，窑内径1.8m。

4 回转窑的煤气量与空气量

4.1 回转窑的热效率与热耗

根据YS/T131－1－94回转窑等级标准，回转窑热效率：一等为19.0％;二等为17.3％;三等为15.8％。煅烧焦热耗：一级为11.0×106kJ/t;二级为12.0×106kJ/t;三级为13.4×106kJ/t。 回转窑热效率公式：

(9)

式中：

mcbj——针状焦在tk与tbi之间平均质量，kg/h；

Ck——状焦在tk与tbi之间的平均比热容，kJ/(kg·℃)； tk——针状焦煅烧温度，℃（1450℃）； tbi——针状焦煅烧前温度，℃（20℃）； QrR——燃料的燃烧热，kJ/m3； Qx——燃料带入的物理热，kJ/h； Qsjhx——针状焦燃烧的燃烧热，kJ/h。 单位煅烧焦热耗:

（10）

式中：QB——回转窑单位产量煅烧焦热耗，kJ/t； Mdj——煅后焦合格产品每小时产量，kg/h；

公式(9)(10)中Qsjhx中应包括焦炭中挥发分燃烧产生的燃烧热，

(11)

式中：Qjr——焦炭烧损热，kJ/h； Qhr——挥发分燃烧热，kJ/h。

对于回转窑热效率计算公式应修正为

η″=〔(焦炭带走热＋水分蒸发热（原料中）－原料显热）/ （燃料燃烧热＋挥发分燃烧热＋焦炭烧损热－空气显热）〕×100％ 4.2 燃气量与空气量 4.2.1 燃气量

根据回转窑热效率规定一等为19％，三等为15.8％，煤气量在

3

η=19％时，燃气量Vm=420m/t；

η″=19％时，燃气量Vm″=252m3/t； η=16％时，燃气量Vm=593m3/t；

3

η″=16％时，燃气量Vm″=368m/t。 4.2.2 空气量

当η″=19％时，燃气量为252×3=756m3/h，煤气燃烧需理论空气量为3688m3/h；焦炭烧损理论需空气量为2557m3/h；挥发分燃烧需理论空气量为3714m3/h。因此，总的理论空气量为(3688＋2557＋

3714)=9959m3/h。

5 回转窑物料平衡与热平衡

5.1 物料平衡与热平衡

回转窑物料平衡与热平衡如表1～3。

表1 回转窑物料平衡表m3/h 项目 CO2 H2O O2 N2 2967 2907 产生气体 湿气体 干气体 4141 3309 焦炉煤气 342 832 －773 挥发分 182 854 －780 烧损 水分 小计 3029 4065 3211 2934 537 －537 2020 2557 2557 511 511 1061 2197 －2090 8016 11274 9077 1430 5378 6808 6808 过剩空气 总计 1061 2197 1430 13394 18082 15885 总烟气含氧气量为9％，则过剩空气： （9077＋A′）(0.09)=0.21A′

3

A′=6808m/h

表2 排烟组成表

m3/h

项目 CO2 H2O O2 N2 湿 5.87 12.15 7.91 74.07 干 6.68 9.0 84.32

表3 热平衡计算表kJ/h

项目 原料显热 空气显热 收入 3热量/10kJ 质量分数/％ 105 435 0.25 1.04 33.03 39.38 项目 支出 热量/10kJ 质量分数/％ 16.27 2.23 20.49 61.01 3焦炭带走热 6783 水分蒸发热 929 回转窑散热 8541 排气显热 25439 煤气燃烧热 13761 挥发分燃烧热 16410

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