【導讀】4其它資料:本設計工廠有自己的礦山，其它條件均符合建廠要求，工廠氣象條件符合設計要求。大氣壓強（夏季）：720mmHg. 材料選材計算與散熱計算，有關性能指標計算，設計及附屬設備一覽表、設計評述，參考資料。1)要求每個人獨立完成，允許討論，但不能抄襲，鼓勵創(chuàng)新。②有關設備的選型,設計說明書中應說明其選取依據(jù)，有關經(jīng)驗數(shù)據(jù)的選取，亦應說明其來源。①圖紙必須按工程圖標準繪制，鼓勵用計算機繪圖。②圖紙上必須注明設備主要尺寸及有關說明，圖面應清潔、整齊?！?-（第3周）：整理提交計算說明書、圖紙以及其它設計資料，答辯。

　　

【正文】 ； 第二級旋風筒 C2, h1== ； 第三級旋風筒 C3， h1== 第四級旋風筒 C4, h1== 第五級旋風筒 C5, h1== 。 （ 2） 錐體高度 第一級旋風筒 C1，一般取 h2=h1 = m ；其他級旋風筒 , h2=(~ )D； 武 漢理工大學《工程設計訓練》課程設計說明書 22 第二級旋風筒，取 h2= ； 第三級旋風筒，取 h2= ； 第四級旋風筒，取 h2= ； 第五級旋風筒，取 h2= ； （ 3） 錐角 根據(jù) 2e2htan = Dd? ， 得 α 1= 176。， α 2=α 4=α 3=α 5=176。 式中： de—— 排料口的直徑（ m） ；統(tǒng)一取 de= 1m 。 旋風筒進風口尺寸 （ 1） 進風口的橫截面積 根據(jù)inVF?? ，可以算得 F1= （ m2） ， F2= （ m2） ， F3= （ m2） ， F4= （ m2） ， F5= （ m2） 。 式中： ω in—— 旋風筒進口風速（ m/s）；一般取 15~20 m/s；這里取 18 m/s 。 （ 2）旋風筒進風口高、寬一般取 b/a =1~2 ；旋風筒各級尺寸為： b1= , a1= ； b2= , a2= ； b3= , a3= ； b4= , a4= ； b5= , a5= ； 旋風筒進風口尺寸 進旋風筒的風量 V(m3/s) 旋風筒進口風速 win(m/s) 18 18 18 18 18 進風口截面積 F(m2) 高寬比 b/a 高 b（ m) 寬 a(m) 武 漢理工大學《工程設計訓練》課程設計說明書 23 排氣管（內筒）尺寸 （ 1） 內筒外徑 d =(~)D； 取 d1= d2= d3= d4= d5= 。 （ 2）內筒插入深度：最上一級 h3 /b 約為 ；中間各級 h3 可?。?） b 最上一級旋風筒 C1 ： h3 == ；中間級旋風筒 C2 ： h3== m ； C3 ： h3== m ； C4 ： h3== ； 最下一級旋風筒 C5 ： h3 == 排氣管（內筒）尺寸 d/D d(m) h3/b h3 旋風筒其他相關尺寸 （ 1）下料管位置及內徑 聯(lián)接處高度 h4/d≈ 2 ；各級 h4= m 。 內徑 d0 = ????（ 1 1 7 .6 8 + 2 7 + 2 .5 6 ） 6 0 0 0 1 0 0 00 .0 0 1 9 2 M = 0 . 0 0 1 9 2 = 1 . 0 8 7 4 9 41 0 0 2 4 2 m （ 2） 旋風筒之間聯(lián)接管道 的內徑： 4Vd=?? 可得： d1= ； d2= ； d3= m ； d4= m ； d5= m ； 式中： V—— 管道內氣體的流量（ m3/s）； ω —— 管道內氣體的流速（ m/s）；一般在 10~20，取 ω =18 m/s 。 （ 3）旋風筒的鋼板厚度 3D= +? m 第一級 D1= D2= mm D4= D3= D5= ； （ 4） 由于本設計懸浮預熱器的旋風筒進風口處理的風量較大，故綜合考慮后，選擇 180176。蝸殼式旋風筒進風口。其尺寸：擴張度 f=a+c(Dd)/2 ；偏心度武 漢理工大學《工程設計訓練》課程設計說明書 24 e=f/2 ； 偏心圓半徑 R1= e+D/2。其中 c 在 0 ~ (Dd)/2 內 。 表 51 旋風筒進風口結構尺寸表 旋風筒 C1 C2 C3 C4 C5 擴張度 f 偏心度 e 偏心圓半徑 R1 旋風筒 結構尺寸表 表 52 旋風筒結構尺寸表 旋風筒級數(shù) 一級 二級 三級 四級 五級 筒數(shù) 1 1 1 1 1 旋風筒直徑 D(m) 內筒外徑 d (m) 內筒深度 h3(m) 圓柱體高度 h1 (m) 錐體高度 h2 (m) 錐角α ( 176。 ) 進風口高度 b (m) 進風口寬度 a (m) 排料口直徑 de (m) 1 下料管內徑 d0 (m) 下料管聯(lián)接處高度 h4 (m) 聯(lián)接管道內徑 dl (m) 鋼板厚度（ mm） 武 漢理工大學《工程設計訓練》課程設計說明書 25 耐火材料的設計理念 查參考資料【 6】 P12 可知 預熱器對耐火材料一般有以下要求： 預熱器 外層 一般 為導熱系數(shù)低，強度也較低的保 溫材料， 如輕質粘土磚； 內層的 工作面為有一定強度且能夠較好抵抗堿性物質侵蝕的耐火材料 ；筒 體最外層為鋼板，厚度取3? =10mm。 對于一、二級預熱器， 其耐火材料 可采用黏土質耐堿耐火材料，以降低成本和提高保溫效果；在堿含量達到一定數(shù)量并有可能逐步富集的部位， 如 三級以下的預熱器，應考慮耐火度為 1100℃以上的耐堿耐火材料。 耐火材料的主要參數(shù) 導熱系數(shù)： ? ?3 4 5 .3 6 W / mk ??????℃ 材料的 厚度計算 根據(jù)參考資 料【 3】附錄中 的相關知識，查得如下參數(shù)： ： 密度： 32070kg/m? ? 最高使用溫度： 1300～ 1400℃ 平均比熱： ? ?30 . 8 4 0 . 2 6 1 0 k J / k gpCt ?? ? ? ?????℃ 導熱系數(shù)： ? ?31 0 . 8 3 5 0 . 5 8 1 0 W / mkt ?? ? ? ?????℃ ： 最高使用溫度： 1150℃ 平均比熱： ? ?30 . 8 4 0 . 2 6 1 0 k J / k gpCt ?? ? ? ?????℃ 導熱系數(shù)： ? ?32 0 . 0 9 2 0 . 1 6 1 0 W / mkt ?? ? ? ?????℃ ： 武 漢理工大學《工程設計訓練》課程設計說明書 26 假設： 環(huán)境溫度為： t1=30℃ ； 預熱器鋼板 內外壁 溫度為： tw2=tw1=70℃， 耐火層外壁溫度： t2； 耐火層內壁溫度（ 筒內溫度 , 見表 ） ： t3 耐鋼板厚度取： ? =10mm； 旋風筒外徑： d1； 保溫層外徑： d2； 耐火層外徑： d3； 耐火層內外側溫度差為 30176。C 由 以及 中的 數(shù)據(jù) 可以得到各級旋風筒的耐火材料、保溫材料的選擇以及各種材料的導熱率如下表： 表 旋風筒材料的選擇以及材料導熱率 旋風筒級數(shù) C1 C2 C3 C4 C5 耐火材料選擇 黏土磚 黏土磚 黏土磚 黏土磚 黏土磚 保溫材料選擇 輕質粘土磚 輕質粘土磚 輕質粘土磚 輕質粘土磚 輕質粘土磚 耐火材料導熱率 k1 保溫材料導熱率 k2 熱流密度 q 的計算 參考材工 P193~194 可知， 側壁和錐體熱流密度 計算公式為： 21 1 1 1 11 1 1 1( ) ( W / m)11ln2 π π wi iiittq t t ddk d d?????? ? ? ? ? ??? 頂蓋熱流密度 為： 221 1 1 11 1( ) ( W / m )1 wniittq t tk????? ? ? ??? 式中： α1—— 外 壁面與周圍空間之間的對流輻射綜合換熱系數(shù) ， 2W/m?℃ ； 其他各參數(shù)含義如前所述 武 漢理工大學《工程設計訓練》課程設計說明書 27 對于 對流輻射綜合換熱系數(shù) 有： 441 11241 1 111273 [ ( ) ( ) ]100 100( ) [ W / ( m ) ]wwwt tA t t tt??? ??? ? ? ? ?? ℃ A? 對于側壁和頂蓋的取值分別為 和 ，因此可 求 得 ： 側壁的綜合換熱系數(shù) 21 1 7 6 [W /(m )]C? ? ?? 頂蓋 綜合換熱系數(shù) 22 1 2 4 [W /(m )]C? ? ?? 厚度計算 參考【 3】 p38 表 中 德國洪堡公司旋風筒 結構尺寸的資料，可以查到鋼板厚度與旋風筒耐火層厚度的比 D/? ，從而得到各級旋風筒的耐火層厚度。利用試湊法，得出各級保溫層厚度，利用各層熱流密度相等，即 側壁利用公式： 1 2 3 2 1 23232 ( ) 2 ( )l n ( )l n ( )wk t t k t tq dddD?????? 頂蓋利用公式： 1 iii it t q k???? 計算 耐火層與保溫層之間的 溫度 ，并 進行校核 ，使得所得溫度與 中設定的溫度相符 。試湊結果如下 表 ： 表 旋風筒各層材料的厚度以及壁面溫度 旋風筒級數(shù) C1 C2 C3 C4 C5 鋼板外壁溫度 tw1/℃ 70 70 70 70 70 環(huán)境溫度 t1/℃ 30 30 30 30 30 耐火層內側溫 t3/℃ 300 500 650 780 860 旋風筒內徑 D/m ? /D 厚 度 鋼板 /m 耐火層 /m 保 溫 層 側壁 /m 頂蓋 /m 武 漢理工大學《工程設計訓練》課程設計說明書 28 總 厚 度 側壁 /m 頂蓋 /m 總直徑 /m 熱流密度 側壁W/m 02 38 03 06 35 頂蓋W/m2 87 87 87 87 87 耐火層外壁溫度t2/℃ 側壁/℃ 05 85 9 68 82 頂蓋/℃ 16 99 56 55 28 鋼板溫度 側壁/℃ 頂蓋/℃ 45 45 45 45 45 根據(jù)試湊結果可知，由設定的保溫層厚度所算得的耐火層外壁溫度與筒內溫度的差值約為 30176。C，所得鋼板溫度約為 70176。C ，均與假設溫度相符，故所得各層材料的厚度符合要求。 由 中的熱流密度公式可以計算出 耐火材料和鋼板的散熱量 。 其中， 側壁及錐體 散熱量計算公式為： (kJ/s)Q q l? ? ? 頂蓋 散熱量計算公式為： (kJ/s)Q q S? ? ? 由于設計旋風筒為單列結構，故各級旋風預熱器的散熱量計算結果如下： 表 散熱量計算 旋風筒級數(shù) C1 C2 C3 C4 C5 側壁及錐體散熱高度(m) 頂蓋散熱面積 (m2) 側壁及錐體散熱量 (J/s) 頂蓋散熱量 (J/s) 合計 (kJ/s) 武 漢理工大學《工程設計訓練》課程設計說明書 29 旋風筒尺寸的修正 表 旋風筒主要尺寸修正表 旋風筒級數(shù) C1 C2 C3 C4 C5 修正前 旋風筒圓筒內徑/m 直筒高度 /m 旋風筒鋼板厚度/mm 修正厚度 鋼板厚度 /m 耐火層 /m 保溫層 側壁 /m 頂蓋 /m 總厚度 側壁 /m 頂蓋 /m 修正后 圓筒外徑 /m 圓筒高度 /m [1]謝俊林 主編，《材料工程基礎》，武漢理工大學出版社， 20xx 年 [2]李堅利 主編，《水泥工藝學》，武漢理工大學出版社， 1999 年 [3]胡道和 主編，《水泥工業(yè)熱工熱備》，武漢工業(yè)大學出版社， 1992 年 [4]姜洪舟 主編，《無機非金屬材料熱工熱備》，武漢理工大學出版社， 20xx 年 [5] 隨良志 主編，《水泥工業(yè)耐火材料》，中國建材工業(yè)出版社， 20xx 年 [6]《 AutoCAD20xx 完全自學手冊》龍馬工作室 編著 人民郵電出版社 20xx 年