【正文】 890 93五級筒入口1100880五級筒出口1650860 95四級筒入口1800790四級筒出口235076020～40三級筒入口2500675三級筒出口30506505～10二級筒入口3200560二級筒出口3800525一級筒入口4150335一級筒出口4800300高溫風(fēng)機(jī)入口5000290高溫風(fēng)機(jī)出口300280增濕塔入口100260增濕塔出口900130三次風(fēng)入口200850袋收塵器入口100090袋收塵器出口250075以上數(shù)據(jù)設(shè)定參考池州海螺5000t/d熟料生產(chǎn)線、白馬山5000t/d熟料生產(chǎn)線、東華水泥生產(chǎn)線、臺泥（英德）5000t/d熟料生產(chǎn)線的生產(chǎn)參數(shù)以及《新型干法水泥技術(shù)原理與應(yīng)用》和《新型干法水泥生產(chǎn)技術(shù)與設(shè)備》。窯系統(tǒng)各處溫度及負(fù)壓如下：天津院第三代旋風(fēng)筒總壓降為（4800177。300）Pa，旋風(fēng)筒單體具有低阻耗，550~650Pa，加上上升連接管道取為（800177。200）Pa，各級壓降取760Pa左右（參考東華水泥公司）窯尾各段分解率表 63 窯尾各段分解率C3旋風(fēng)筒C4旋風(fēng)筒C5旋風(fēng)筒分解爐回轉(zhuǎn)窯5155705 分解爐設(shè)計(jì)計(jì)算 分解爐設(shè)計(jì)方案選擇本設(shè)計(jì)選用天津水泥設(shè)計(jì)研究院的TDF分解爐，該分解爐已在近60條5000D/T生產(chǎn)線上投入運(yùn)行，經(jīng)調(diào)試均已達(dá)到設(shè)計(jì)產(chǎn)量，連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。TDF分解爐是在DD爐的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國原、燃料特點(diǎn)設(shè)計(jì)開發(fā)而成，是天津院的主推爐型。其特點(diǎn)如下：1） 分解爐坐落在窯尾煙室之上，爐與煙室之間縮口在尺寸優(yōu)化后可以不設(shè)調(diào)節(jié)閥板，結(jié)構(gòu)簡單2） 爐中部設(shè)有縮口，保證爐內(nèi)氣固流產(chǎn)生第二次“噴騰效應(yīng)”3） 三次風(fēng)切線入口設(shè)于爐下錐體的上部，使三次風(fēng)渦旋入爐；爐的兩個三通道燃燒器分別設(shè)于三次風(fēng)入口上部或側(cè)部，以便入爐燃料斜噴入三次風(fēng)氣流之中，迅速起火燃燒4） 在爐的下部，圓筒體內(nèi)不同的高度設(shè)置四個喂料管入口，以利物料分散均布及爐溫控制5） 爐的下錐體部位的適當(dāng)位置設(shè)置有脫氮燃燒噴嘴，以還原窯氣中的NOX，滿足環(huán)保要求6） 爐的頂部設(shè)有氣固流反彈室，Shiite氣固流產(chǎn)生碰頂反彈效應(yīng)，延長物料在爐內(nèi)滯留時間7） 氣固流出口設(shè)置在爐上錐體部位的反彈室下部8） 由于爐容較DD爐增大，氣流、物料在爐內(nèi)滯留時間增加，有利于燃料完全燃燒和物料碳酸鹽分解。例如：YXDD爐（引進(jìn)裝備） m3/t/h，爐內(nèi)氣流滯留時間（τg），物料滯留時間（τs），固氣滯留時間比（K=τs/τg）。，~，τs12~14s，K在4~5之間，爐內(nèi)截面風(fēng)速8~10m/s常規(guī)的TDF爐適合煙煤，由于爐容太小，在實(shí)際應(yīng)用中也發(fā)現(xiàn)，如果燒的是無煙煤則會導(dǎo)致煤粉燃燒不充分，出現(xiàn)還原氣氛，C5旋風(fēng)筒內(nèi)存在部分未燃盡煤的繼續(xù)燃燒，預(yù)熱器出口CO超標(biāo)，易出現(xiàn)旋風(fēng)筒結(jié)皮堵塞，所以不適應(yīng)無煙煤。一般采取加大爐容的措施，天津院也在TDF基礎(chǔ)上開發(fā)出多種路爐型以適應(yīng)無煙煤。本設(shè)計(jì)燃煤揮發(fā)份較高，揮發(fā)份在25%以上，并且TDF爐技術(shù)比較成熟，所以選用TDF爐，設(shè)計(jì)時適當(dāng)加大爐容以保證燃煤充分燃燒。TDF爐結(jié)構(gòu)示意圖如下： 分解爐規(guī)格計(jì)算分解爐內(nèi)通過煙氣量分解爐內(nèi)通過氣體量=分解爐內(nèi)生料分解產(chǎn)生CO2量+分解爐出口過剩空氣量+分解爐產(chǎn)生理論煙氣量+窯尾廢氣量1） 分解爐內(nèi)生料分解產(chǎn)生CO2量： mFCO2== kg/kgcl2）分解爐出口過?？諝饬浚? == kg/kgcl3）分解爐產(chǎn)生理論煙氣量： mFly== kg/kgcl4）窯尾煙氣量 窯尾過?？諝饬浚? mywg=() = kg/kgcl窯尾理論煙氣量： myly== kg/kgcl窯內(nèi)生料分解產(chǎn)生CO2量： my CO2== kg/kgcl 窯尾煙氣量：mywf=++= kg/kgcl分解爐內(nèi)通過總氣體量 mFq= mF++ mFly+ mywf=+++= kg/kgcl分解爐工況下風(fēng)量 =分解爐內(nèi)平均溫度取950℃。分解爐直筒部分有效內(nèi)徑==分解爐有效內(nèi)徑，m分解爐工況下風(fēng)量。m3/h分解爐直筒部分截面風(fēng)速，m/s，取9m/s。要求筒體壁厚度：δ=+2，加上內(nèi)砌耐火磚總厚度取300mm，則分解爐直筒部分外徑： D=6831+2300=7431mm≈分解爐有效高度：=9=27m分解爐內(nèi)有效高度，m分解爐直筒部分截面風(fēng)速，m/s，分解爐內(nèi)氣體滯留時間，s。固氣滯留比=，為了保證燃料燃盡率，擴(kuò)大爐容。分解爐有效截面積： == m2分解爐有效容積： ==989 m3相比于池州海螺同規(guī)格窯（CZTDF爐容為848m3），加之本設(shè)計(jì)所采用的燃料為煙煤，完全能夠滿足煤燃燒所需空間。同時可以考慮原煤搭配品質(zhì)較差的煙煤，最大限度的利用TDF分解爐的潛能和降低成本。分解爐的容積熱負(fù)荷 = =105 kJ/(m3h)滿足凈空氣預(yù)燃型（NSF、DD等）的容積熱力強(qiáng)度設(shè)計(jì)參考值：~105 kJ/(m3h)，本設(shè)計(jì)所選分解爐的容積熱負(fù)荷校核正好在這個范圍內(nèi)，說明該TDF分解爐設(shè)計(jì)合理，能適應(yīng)工廠生產(chǎn)要求。分解爐進(jìn)口直徑 工況下窯尾廢氣流量 = m3/h則分解爐進(jìn)口內(nèi)徑== 窯尾廢氣工況風(fēng)量，m3/h窯尾廢氣進(jìn)口風(fēng)速，m/s，一般在30~40m/s間，取35m/s。要求筒體壁厚度：δ=+2，加上內(nèi)砌耐火磚總厚度取300mm，則分解爐進(jìn)口外徑： =1906+2300=2506mm分解爐出口直徑分解爐出口煙氣工況流量= m3/h則分解爐出口內(nèi)徑 ==分解爐出口煙氣工況流量，m3/h，本設(shè)計(jì)采用雙系列，分解爐有兩個出風(fēng)口，所以風(fēng)量除以2。分解爐出口風(fēng)速，m/s，取20 m/s要求筒體壁厚度：δ=+2，加上內(nèi)砌耐火磚總厚度取300mm，則分解爐出口外徑： =2578+2300=3678mm分解爐縮口直徑由經(jīng)驗(yàn)縮口風(fēng)速一般為直筒截面風(fēng)速的2倍（《新型干法水泥技術(shù)原理與應(yīng)用》P124），即為17m/s則縮口內(nèi)徑： ==加上內(nèi)砌耐火磚和保溫層厚度，因?yàn)榭s口出風(fēng)速比較大，氣流對內(nèi)壁的磨蝕也較大，加之縮口受力特殊，所以考慮加大耐火磚和鋼板的總厚度以平衡分解爐內(nèi)各處耐火磚的磨蝕速率。取其厚度為450mm。分解爐縮口處外徑：=4830+2450=5730mm縮口處上下高度 上筒體下縮口高度： H3== 下筒體上縮口高度： H4==分解爐高度HF =直筒部分H1+錐體部分H2參考《水泥生產(chǎn)工藝計(jì)算手冊》P180，一般H2=（~1）DF 所以分解爐錐體部分高度：H2== 分解爐直筒部分高度： H1= HFH2==1三次風(fēng)管直徑工況下三次風(fēng)流量 = m3/h則三次風(fēng)管內(nèi)徑： ==三次風(fēng)工況流量，m3/h三次風(fēng)風(fēng)速，m/s，取30 m/s加上三次風(fēng)管內(nèi)砌筑的耐火磚厚度，取300mm。則三次風(fēng)管外徑： =1660+2300=2260mm1噴煤管直徑 采用氣流輸送泵分別從頭煤倉和尾煤倉向窯頭和分解爐送煤，送煤風(fēng)速Wm=50m/s，送煤標(biāo)況風(fēng)量： Qm== Nm3/kgcl工況下風(fēng)量： =噴煤管內(nèi)徑： ==參考《新型干法水泥廠工藝設(shè)計(jì)手冊》P633，輸送管道壁厚取3m則噴煤管外徑： =182+23=188mm1分解爐進(jìn)料口直徑進(jìn)料管處直徑dx（—6m/s），取風(fēng)速wA=6m/sC4筒出口氣體工況流量：= m3/hC4筒的直徑D=C4旋風(fēng)筒下料管直徑：dx=(—)D==分解爐進(jìn)料口外徑：=1000+23=1006mm 旋風(fēng)預(yù)熱器設(shè)計(jì)計(jì)算 旋風(fēng)預(yù)熱器設(shè)計(jì)方案選擇天津院的第三代TC旋風(fēng)預(yù)熱器采用了分離效率高、結(jié)構(gòu)形式合理270o大蝸殼型式的旋風(fēng)筒，以高分離效率保證較好的換熱效果。數(shù)值模擬研究CFD計(jì)算表面，該旋風(fēng)筒C1分離效率達(dá)到94%~96%，其他各級~90%，較第二代（分離效率C1在93%~95%，其他88%）有一定幅度提高，而系統(tǒng)阻力相當(dāng)。錐體部分偏錐可以有效的防止堵塞，便于清堵。其結(jié)構(gòu)示意如下：旋風(fēng)筒進(jìn)口風(fēng)速對旋風(fēng)筒的收塵效率影響很大，一般進(jìn)風(fēng)口風(fēng)速提高，收塵效率也提高，但阻力也隨同增加。研究表面，如果風(fēng)速超過20m/s后，分離效率提高不明顯，而阻力損失卻增加很快。TC型旋風(fēng)筒進(jìn)風(fēng)口風(fēng)速在15~18m/s。以前旋風(fēng)筒截面風(fēng)速設(shè)計(jì)為3~5m/s，而新型旋風(fēng)筒風(fēng)速一般為5~6m/s。利用CFD模擬計(jì)算得出，雖然旋風(fēng)筒結(jié)構(gòu)減小了，但是會引起系統(tǒng)阻力的迅速增加，對節(jié)能降耗反而不利。旋風(fēng)筒出口風(fēng)速一般為10~20m/s，換熱管道風(fēng)速一般取12~18m/s。而TC型新型旋風(fēng)筒出口風(fēng)速為11~14m/s，~。進(jìn)風(fēng)口采用菱形進(jìn)風(fēng)口，減小寬高比都可以提高其分離效率、降低壓力損失。確定各級旋風(fēng)筒分離效率為：C1旋風(fēng)筒96%，C2旋風(fēng)筒89%，C3旋風(fēng)筒87%，C4旋風(fēng)筒88%，C5旋風(fēng)筒90%。其中C2級旋風(fēng)筒取90%的高分離效率主要是為了減輕C1級旋風(fēng)筒的負(fù)荷，因?yàn)镃1級旋風(fēng)筒設(shè)計(jì)分離效率達(dá)到96%，在目前是比較高的。表 64 各級旋風(fēng)筒風(fēng)速部位C1C2C3C4C5旋風(fēng)筒有效截面風(fēng)速m/s旋風(fēng)筒入口風(fēng)速m/s旋風(fēng)筒出口風(fēng)速m/s連接管道風(fēng)速m/s————注：參考《新型干法水泥技術(shù)原理與應(yīng)用》P299的池州海螺數(shù)據(jù)。旋風(fēng)筒內(nèi)筒插入深度對旋風(fēng)筒分離效率影響非常大，插入深度越大，分離效率越高。但其變化規(guī)律卻不是線性的，隨插入深度的增加，分離效率的變化率逐漸減小，但壓力損失卻迅速增加。一般來講，內(nèi)筒的插入深度有三種：第一種是插入深度達(dá)到進(jìn)氣管中心附近；第二種是與排氣管徑相等；第三種是約達(dá)到進(jìn)氣管外緣以下。插入深度深，分離效率高，但阻力損失大，反之內(nèi)同插入深度小，雖然阻力小，但分離效率低，易造成短路。因此、第一級應(yīng)插入深些，可大于進(jìn)風(fēng)口高度（b），以提高分離效率；中間各級可取b/2，以減少阻力損失；最下級由于氣流溫度較高，除了在材質(zhì)上進(jìn)一步改善外，插入深度應(yīng)適當(dāng)縮短。但目前材質(zhì)有了極大的改善因此為了提高分離效率內(nèi)筒也可以稍深一些。參考《新型干法水泥技術(shù)原理與應(yīng)用》P87—~，C2~~（進(jìn)風(fēng)口尺寸長度）。內(nèi)筒直徑小，帶走的塵粒減少，分離效率提高，但阻力也增大，反之亦然。因此一般內(nèi)同直徑為筒體直徑D的50~55%。根據(jù) TJ型旋風(fēng)筒適當(dāng)增大旋風(fēng)筒內(nèi)徑，可以縮短旋風(fēng)筒內(nèi)氣流的無效行程，在此取d/D=55%。適當(dāng)增大旋風(fēng)筒的高徑比，可以減少氣流的擾動，有利于分離效率的提高，~，C2 ~，C2，C5的分離效率要求較高，在以上參數(shù)確定時，取值均偏高于其它兩級。一般要求C1和C5旋風(fēng)筒有較高的分離效率。對C5旋風(fēng)筒因其工作溫度在870℃左右，所以高溫下對內(nèi)筒的腐蝕特別嚴(yán)重，且更換維修麻煩。所以C5旋風(fēng)筒采用新型的耐高溫陶瓷分片內(nèi)筒，使用是壽命延長，也便于更換。表 65 各級旋風(fēng)筒比例尺寸級數(shù)C1C2C3C4C5旋風(fēng)筒高徑比H/D內(nèi)筒插入深度h3/b內(nèi)筒直徑d/D直筒高度與筒徑的比h1/D錐體高度與筒徑的h2/D 旋風(fēng)預(yù)熱器規(guī)格計(jì)算C5旋風(fēng)預(yù)熱器C5旋風(fēng)筒入口煙氣量=分解爐出口煙氣量= kg/kgcl漏風(fēng)量== kg/kgcl碳酸鹽分解產(chǎn)生CO2量== kg/kgcl通過C5旋風(fēng)筒的總煙氣量= kg/kgcl通過C5旋風(fēng)筒煙氣標(biāo)況流量 = m3/hC5旋風(fēng)筒筒體直徑： ==旋風(fēng)筒筒壁包括內(nèi)砌耐火磚、保溫層和鋼板，壁厚取250mm,則C5旋風(fēng)預(yù)熱器筒體外徑： =6266+2250=6766mm≈旋風(fēng)筒高度： =6266=12532mm≈。則直筒部分高度： HC5,1=6266=5000mm 錐體部分高度： HC5,2=6266=7500mm參考《新型干法水泥生產(chǎn)技術(shù)與設(shè)備》P115傾斜角一般在65o~75o，取錐體部分的傾斜角α=71o進(jìn)風(fēng)口截面積： == m2有效高寬： ab= a/b=解得： a= b=進(jìn)風(fēng)口外徑 aw=2216+2150=2516mm bw=4029+2150=4329mm內(nèi)筒直徑： dn==6266=3446mm內(nèi)筒插入深度： HC5,3===換熱管道直徑： ==換熱管道外徑=3710+2150=4010mm換熱管道高度： HC5,4=WC5,4TC5,4==WC5,4換熱管道內(nèi)氣流速度，m/sTC5,h煙氣通過換熱管道的時間，s。C4級旋風(fēng)預(yù)熱器進(jìn)入C4旋風(fēng)筒煙氣量=出C5旋風(fēng)筒煙氣量= kg/kgcl漏風(fēng)量=（）=