每小时20吨矿渣烘干系统计算.docx
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每小时20吨矿渣烘干系统计算
20t/h矿渣烘干系统的计算
唐山黎河实业有限公司常晖064200
近两年，随着我国经济的持续增长和基础设施建设规模的增大，水泥和水泥制品持续走俏；同时，水泥行业新标准的执行和水泥技术的提高，水泥中矿渣掺入量也有提高。
这就要求矿渣烘干和矿渣粉磨技术的对应提高。
这里我就20t/h矿渣烘干系统的烘干设备、热风设备及配套的风机管道等进行简单的计算选型。
一、设定条件：
1、矿渣初水分4-20%（平均按12%），终水分2%。
钢厂来的矿渣水分一般在20-25%左右，但随着矿渣的堆积，水分沉入土地和蒸发到空气中，因此设定这个参数。
2、烘干产量：
20t/h。
这个产量是基于上述矿渣水分，如果原料水分再低些或控制出料水分稍高，产量可以更高。
3、进烘干机热气体温度t1=750℃，出烘干机气体温度t3=120℃；进烘干机物料温度（等于环境温度）t2=20℃，出料温度t4=110℃；筒体表面温度取120℃，筒体表面与环境温差△t=100℃；
4、采用沸腾炉燃烧室供热，燃煤采用唐山本地石煤，煤的低位发热值为7536kJ/kg（1800kcal/kg）；其中固定碳16.2%，挥发份15.6%，灰分67.8%，内水0.4%，外水2.5%。
密度按1800kg/m3。
二、烘干机的选型和计算：
由设定条件知：
采用转筒式烘干机，烘干矿渣。
W1=12%；W2=2%；
t1=750℃；t2=20℃；t3=120℃；t4=110℃；△t=100℃；
表1筒式烘干机单位容积的蒸发强度A
物料名称
初水分W1，%
不同规格烘干机的蒸发强度，kg水/m3·h
φ1.5×12
φ2.2×12-14
φ2.4×18
石灰石
4
20.5
17.2
17.9
5
24.4
22.8
21.5
6
26.5
25.5
23.6
10
35.0
33.7
34.0
黏土
10
28.5
28.5
19.5
15
38
38
26
20
43
43
32
25
47
47
39
矿渣
10
35
35
30
15
40
40
35
20
45
45
37
25
49
49
39
30
52
52
40
表2：
出烘干机物料的比热c4
物料名称
石灰石
黏土
矿渣
煤
比热，kJ/kg
0.92
0.84
0.84
1.26
表3：
筒式烘干机筒表传热系数K
△t，℃
40
50
100
150
200
250
K，W/m2·k
47
58
116
175
233
291
1、烘干机容积的计算
由公式
式中：
G—物料终水分为W2时的烘干机产量，25t/h；
V—烘干机筒体容积，m3；
W1—物料的初水分，%；12%
W2—物料的终水分，%；2%
A—烘干机单位容积蒸发强度，kg水/m3·h；45；见表1
V=50.5m3
根据筒式烘干机的标准系列，选用φ2.2×14米转筒式烘干机，D=2.2m；L=14m。
2、烘干机小时烘干水量计算：
见公式
其中：
W—烘干机小时烘干水量，kg水/h；
W=2288kg水/h
3、湿物料中水分（被蒸发部分，1kg）带入热量q2：
见公式
q2=c2·t2，kJ/kg水
式中：
c2—水的比热，c2=4.1868kJ/kg·K
t2—进烘干机物料温度（等于环境温度），℃
q2=83.7kJ/kg
4、蒸发水分所消耗的热量qw，kJ/kg水
见公式
qw=2490+1.8922t3-4.1868t2，kJ/kg水
式中：
t3—出烘干机气体温度，℃
qw=2633kJ/kg水
5、加热物料消耗的热量q4，kJ/kg水
见公式
式中：
c4—出烘干机物料的比热，kJ/kg·K
t4—出烘干机物料温度，℃
q4=266kJ/kg水
6、筒体表面散失的热量q5，kJ/kg水
见公式
式中：
1.15—烘干机齿轮及轮带增加散热面积系数；
D—烘干机筒体直径，米；
L—烘干机筒体长度，米；
K—表面传热系数，W/m2·K；116
△t—筒体表面与环境温差，℃；
W—烘干机小时烘干水量，kg水/h；
q5=564.16kJ/kg水
7、蒸发1kg水所需的热气体量l，kg/kg水
见公式
式中：
c3—出烘干机气体比热，kJ/kg·K；1.3
t3—出烘干机气体温度，℃；120
c1—入烘干机气体比热，kJ/kg·K；1.4
t1—入烘干机气体温度，℃；750
l=3.78kg/kg水
三、沸腾炉的参数选取及计算：
1、沸腾炉热效率η的选定：
q2—排烟热损失，在蒸发1kg水所消耗的热气体量计算中已考虑排烟损失，此处取0%；
q3—化学不完全燃烧热损失，忽略不计，取0%；
q4—机械不完全燃烧热损失，一般为20-35%，取25%
q5—锅炉本体散热损失，3%；
q6—排渣热损失，1.5%；
沸腾炉热效率取η=70.5%；
2、蒸发1kg水的耗煤量
：
q=l*c1*t1/（ηQydw）
式中：
—蒸发1kg水的耗煤量，kg/kg水；
—燃烧室的热效率，%，（人工加煤按0.8，机械加煤按0.85）；取70.5%
—煤的应用基低位发热值，kJ/kg煤；7536
q=0.747kg/kg水
Gc=Wq=2288×0.747=1709kg（作为沸腾炉的B计用）
3、沸腾炉空气系数选择：
垂直段过量空气系数取1.1；
扩散段实际空气系数取1.2；
悬浮段漏风系数取0.05。
4、理论空气量的计算：
v0=2.28Nm3/kg
5、烟气量的计算：
V0烟=1.04Qgd/1000+0.54
V0烟=2.412Nm3/kg
6、垂直段截面积的计算：
F底=（B计*α沸虚*V°）/3600W底+（273+t送）/273
B计——计算燃料消耗量，kg/h；
V°——燃料燃烧所需理论空气量，Nm3/h；
W底——底部垂直段冷态沸腾工作风速，m/s；0.95
t送——送风温度，℃；
α沸虚——沸腾段的虚假过量空气系数；1.1；
F底=1.588m2
7、小孔风速的计算与选取：
考虑到在低负荷下运行时，要保证在降低鼓风量后，小孔风速仍能保证流化质量，小孔风速取计算风速（颗粒在布风板上不滞留的风速）的2倍。
取小孔风速32m/s。
8、根据小孔风速计算风帽各小孔截面积的总合即小孔总面积：
47946.6平方毫米
9、布风板的排列：
布风板采用风帽式，布风板上风帽孔为φ34.5；排列为正三角排列，边长为65；
风帽总数402=9×24+8×25-14（冷料排口各占7个风帽口）；冷料排口2-φ110；
布风板的长宽=1635×980；每个风帽钻6个小孔；
风帽上的小孔直径计算：
结果φ5；
帽沿风速的核算：
1.887m/s（符合1.8-2.2m/s的范围）
10、风箱进口处风速：
≤5m/s；
风箱断面风速：
≤1.5m/s；
风箱结构采用等压风箱，进口截面积大于0.36平米，风箱截面积大于1.43平米；
11、悬浮段截面积的计算：
公式
F悬=（B计*V烟）/3600W悬+（273+θ悬）/273
B计——计算燃料消耗量，kg/h；
V烟——悬浮段平均烟气量，Nm3/h；
V烟=V°烟+（α沸+0.5△α悬-1）v0，α沸——沸腾段过量空气系数，取1.1
△α悬——悬浮段漏风系数，取0.05（28页）
W悬——悬浮段的热态风速，m/s；0.95
θ悬——悬浮段的平均烟温，℃；θ悬=0.5（θ悬入+θ悬出）=0.5（θ沸出+θ对出）
=0.5×（900/950+700/800）
取850
F悬=6.656m2
12、炉体各段高度的选取：
见四、计算选取的技术参数
13、风机选取：
鼓风机：
风量计算：
V=1.1α沸B计V0［（273+t）/273］×（760/b）
1.1—风量储备系数；
α沸—沸腾层的过量空气系数；
B计—计算的燃料消耗量；
V0—每公斤燃料燃烧所需的理论空气量
t—进入风机的空气温度，20℃
b—当地大气压，mmHg；海拔高度低于200米，取760。
V=5060m3/h
风压估算：
布风板阻力：
200mmH2O
料层阻力：
450mmH2O
风管及局部阻力：
10mmH2O
风压储备系数：
1.2
总风压：
H=792mmH2O=7920Pa
引风机：
风量计算：
V=1.2（1+K1）（1+K2）（1+K3）B计V烟［（273+t）/273］×（760/b）
1.2—风量储备系数；
K1—烘干机入口迷宫密封漏风系数；
K2—烘干机出口迷宫密封漏风系数；
K3—旋风除尘器翻板阀漏风系数；
B计—计算的燃料消耗量；
V烟—每公斤燃料燃烧所产生的烟气量；
t—引风机前的烟气温度，120℃；
b—当地大气压，mmHg；海拔高度低于200米，取760。
V=25029m3/h
风压估算：
旋风除尘器阻力：
120mmH2O
风管及局部阻力：
10mmH2O
烘干机阻力：
0mmH2O
风压储备系数：
1.2
总风压：
H=156mmH2O=1560Pa
四、计算机及选取的技术参数：
1、烘干机
设备规格
φ2.2×14m
物料初水分%
4-20%，取12%
物料终水分%
2%
设计干料产量
20t/h（烘干强度取45kg水/m3h）
2、热风炉风速：
风箱进口处风速
≤5m/s
布风板下的风箱断面风速
1.5m/s
风帽帽头之间间隙的断面风速
2-2.5m/s
垂直段冷态风速
0.90m/s
扩散段冷态风速
0.45m/s
悬浮段热态风速
0.95m/s
3、热风炉炉体各段高度：
垂直段
510mm
扩散段
800mm
悬浮段
2500mm
炉体总高度
3810mm
4、热风炉各段截面积：
垂直段
1.6=1.635×0.98
扩散段上口
悬浮段
6.65655
5、热风炉、烘干机、旋风除尘器的空气系数：
垂直段假空气系数
1.1
扩散段实际空气系数
1.2
悬浮段漏风系数
0.05
烘干机入口迷宫密封漏风系数
0.5
烘干机出口迷宫密封漏风系数
0.5
旋风除尘器翻板阀漏风系数
0.2
6、热风炉燃料及烟气量：
燃料热值
7536KJ/kg（1800kcal/kg）
燃料小时耗量B计
1709kg
燃烧所需理论空气量
2.28Nm3/kg
燃烧生成理论烟气量
2.41Nm3/kg
沸腾层烟气量
2.99Nm3/kg
悬浮段烟气量
3.14Nm3/kg
7、布风板：
布风板有效面积
1.588m2
耐火混凝土厚度
100mm
混凝土表层至小孔中心高
10mm
风帽个数
402
小孔风速
32m/s
开孔率
2.99%
8、鼓风机
计算风量
5060m3/h
选用风机型号
9-19-6.3A
风机风量
3220-5153m3/h
风机风压
9149-9055Pa
估算风压
7920Pa
风机电机功率
Y180M-222KW
电机转速
2900rpm
风机转速
2900rpm
9、引风机
计算风量
25029m3/h
选用风机型号
C6-48NO10C
风机风量
25610-36417m3/h
风机风压
1787-1381Pa
估算风压
1560Pa
风机电机功率
22KW
风机电机转速
1460rpm
风机转速
1000rpm
10、旋风除尘器
入口尺寸mm
300×750
上节直径×上节高度mm
φ1500×2200
排渣口直径×锥节高度mm
φ500×3000
出口管直径×伸入上节深度mm
φ800×800
11、管道直径
烘干机至旋风除尘器，mm
φ620
旋风除尘器至烟筒，mm
φ800
五、结束语
从计算中可以看到：
烘干机入口和出口的漏风系数选取较大，这是因为烘干机采用简易迷宫密封，又要予留热膨胀间隙，缝隙较大；不好采取其它措施；单位容积的蒸发强度选取偏于保守，目前烘干机扬料板形式日益合理，因此单位容积蒸发强度可以适当放大选取；没有采用二级除尘器，若采用二级除尘器应当保证除尘器内的热风温度高于露点温度10℃以上。
因为每小时烘出2288公斤的水分分布在25000立方的气体中，若低于露点温度，水分在除尘器内凝结，造成布袋除尘器糊袋或电除尘器送不上电。
20070104修改
参照书目：
①《沸腾炉的设计与运行》
②中国建筑工业出版社—《立窑水泥厂工艺设计手册》
刊载于：
中国建材机械工业协会、北京国建科华信息咨询中心主编的《建材工业技术装备采购索引》2008年1月第一版第二卷水泥工业装备卷第1节水泥机械篇第80页至88页
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