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600t_d套筒窑燃烧系统设计及计算

时间:2020-06-24 03:35

  60 DOI:10.3969/j.issn. 1002-1639.2012.04.021 INDUSTRIAL HEATING 600 t/d 套筒窑燃烧系统设计及计算 2012 年 第 41 卷 第 4 期 Vol. 41 No. 4 2012 赵义琴 (哈尔滨金鑫电气有限责任公司, 北京 100023) 摘要:介绍了日产量 600 t 的套筒石灰窑燃烧系统的设计和计算过程,以及主要设备选型。 关键词:套筒窑;燃烧系统;设备选型 中图分类号:TQ177.2 文献标志码:A 文章编号:1002-1639(2012)04-0060-03 Design and Calculation of Combustion System for 600 t/d Beckenbach Vertical Kiln ZHAO Yi-qin (Harbin Gensin Electric Co. Ltd., Beijing 100023, China) Abstract:Introduced combustion system design, calculation process and equipment selection of 600t/d beckenbach vertical kiln. Key words:beckenbach vertical kiln; combustion system; equipment selection 国际上生产活性石灰的窑型有两大类:一类是回转 窑,如美国 KVS 公司的回转窑、美国幅勒矿业公司的回 转窑等;另一类是竖窑,如瑞士麦尔兹公司的并流蓄热 式双膛竖窑、意大利弗卡斯公司的双梁竖窑和环形套筒 竖窑、意大利西姆公司的双 D 窑等。随着国内近几年石 灰窑技术的发展,环形套筒竖窑(又称 Beckenbach 竖窑, 以下简称套筒窑) 做为一种技术性能优越,价格又日益 合理的窑型,越来越受到业界的青睐。而套筒窑的特色 和核心技术就是其巧妙的气流组织形式。下文以日产量 600 t 的套筒窑为例,阐述套筒窑燃烧系统的设计及主要 计算过程。 1 设计条件 生产规模 产能:约 2 × 105 t/a 收稿日期:2012-02-21;修回日期:2012-03-27 作者简介:赵义琴(1980—),女,本科,工程师,主要从事工业炉 窑的工艺设计及技术开发. 年作业时间:不少于 330 d 日产量:600 t 燃料 燃料种类:净化加压后的电石炉尾气 低位发热值:10 450 kJ/m3(标准) 接点压力:15 kPa 原料 原料种类:合格无杂质的石灰石 原料粒径范围:30 ~ 60 mm 原料理化指标:见表 1 表 1 原料石灰石的理化指标 % 成分名称 (CaCO3) 成分含量 ≥95 (Fe2O3)+ (Al2O3) ≤1.0 (SiO2) (Mg) (S) (P) ≤1.0 ≤1.0 ≤0.1 ≤0.02 产品要求 活性度:≥360 mL(4N-HL-10 min) 生过烧率:≤5%(灼减法) 理化指标:见表 2 3结论 通过对感应炉熔炼过程金属液、熔渣喷溅与爆炸等 事故原因分析,提出了事故预防措施,有利于操作者加 强对感应熔炼炉的认识和了解,从而在更大的可能上避 免事故的发生,为感应熔炼的规范操作提供指导。 参考文献: [1] 唱鹤鸣,杨小平,张德惠. 感应炉熔炼与特种铸造技术 [M]. 北京:冶金工业出版社,2005: 1-5. [2] 王振东,曹孔健,何纪龙. 感应炉冶炼 [M]. 北京:化学工 业出版社,2007: 18-43. [3] 黄希祜. 钢铁冶金原理 [M]. 北京:冶金工业出版社,1990. [4] 朱苗勇. 现代冶金学(钢铁冶金卷)[M]. 北京:冶金工业 出版社,2005: 177,181-182. [5] 王小恩,付德报,马玉龙. 中频感应炉的故障分析与处理 [J]. 湖南有色金属,2010,26(4):54-56. [6] 顾斌基,孙 彤. 一种感应炉漏钢报警装置 [J]. 铸造,2001, 50(6):363-364. [7] 傅 清. 新型高可靠性中频感应炉漏炉检测报警装置 [J]. 工 业加热,2009,38 (3):75-76. 2012 年 第 41 卷 第 4 期 61 Vol. 41 No. 4 2012 INDUSTRIAL HEATING 冶金石灰理化指标(YB/T 042—2004)见表 3 1 。 表 2 活性石灰理化指标 % 成分名称 成分含量 (CaO) (SiO2) (MgO) (S) 残余 (CO2) ≥92 ≤1.5 ≤1 ≤0.05 ≤1.5 表 3 冶金石灰理化指标 (YB/T 042—2004) 类 别 品级 (CaO)/% (CaO)+ (MgO)/% (MgO) /% (SiO2) (S)/% 酌减/% 活性度/ /% ml 特级 ≥92.0 ≤1.5 ≤0.020 ≤2 ≥360 普 一级 通 石 0 二级 灰 三级 ≥90.0 ≥88.0 ≥85.0 5.0 ≤2.0 ≤0.030 ≤4 ≥320 ≤2.5 ≤0.050 ≤5 ≥280 ≤3.5 ≤0.100 ≤7 ≥250 四级 ≥88.0 ≤5.0 ≤0.100 ≤9 ≥180 特级 镁 质 一级 石 二级 灰 三级 ≥93.0 ≥91.0 ≥86.0 ≥81.0 ≤1.5 ≤0.025 ≤2 ≥360 ≤2.5 ≤0.050 ≤4 ≥280 ≤3.5 ≤0.100 ≤6 ≥230 ≤5.0 ≤0.200 ≤8 ≥200 2 燃烧系统设计及计算 总述 600 t/d 套筒窑的总高度 52.09 m,窑体高度 43.12 m, 窑壳外径 9.12 m,内筒外径 4.9 m。套筒窑从窑顶到窑 底共分为五个功能带,依次是预热带、上部逆流煅烧带、 中部逆流煅烧带、下部并流煅烧带及石灰冷却带。石灰 石由窑外的上料系统运输到窑顶,送入窑内,依次通过 五个功能带煅烧成成品石灰并从窑底排出。600 t/d 套筒 窑的烧嘴及燃烧室布置在窑体的中部位置,分为上下两 层。上层共有 7 个燃烧室,沿圆周方向均匀布置,下层 也有 7 个燃烧室,沿圆周均匀布置,上下两层燃烧室在 垂直方向上的投影间隔均匀,夹角均为 25.7°。两层燃烧 室将窑体煅烧带分成两个逆流操作的煅烧带和一个并流 操作的煅烧带:上层燃烧室到上内套筒底部为上部逆流 煅烧带;上层燃烧室到下层燃烧室之间为中部逆流煅烧 带;下层燃烧室到下内套筒底部为并流煅烧带。上燃烧 室为不完全燃烧,助燃空气供给不足,只有 50%左右。下 部燃烧室为完全燃烧,空气过剩系数为 1.8 ~ 2.0 左右。 燃烧系统包括燃气系统、配风系统及排烟系统。下面分 别讲述各系统的设计方法。 燃气系统 燃气系统设计范围包括从窑区燃气管道接点到套筒 窑燃烧器燃气接口的所有管道、阀门、检测控制仪表、吹 扫放散系统及管道支架等。接点的电石炉尾气进入窑区 煤气总管后,沿合理的工艺路线输送到套筒窑中下部煤 气环管,上下层燃烧室所需的煤气均由煤气支管从煤气 环管中接出 2 。 燃气流量计算公式: Nr= / (1) r=(1.1 ~ 1.2)× Nr (2) 式(1) ~式(2) 中: Nr为额定燃气流量,m3/h(标 准); N 为总管接点燃气流量,m3/h(标准); 为套 筒窑小时产量,kg/h; 为套筒窑额定单耗,kJ/kg,套 筒窑的单耗一般在 355 3 ~ 397 1 kJ/kg 之间;Q 为燃气 低位发热值,kJ/m3 (标准)。 根据本文的设计条件和式(1) ~式(2) 计算可 得,燃气总管的额定流量为 9 000 m3/h(标准),接点 流量为 10 350 m 3/h(标准)。 烧嘴能力计算:上层烧嘴平台共有 7 个烧嘴,燃烧 所需的燃气量占总燃气量的三分之一,下层燃烧平台的 7 个烧嘴所需的燃气量占总燃气量的三分之二,由总管燃 气量计算可得:上烧嘴额定能力 429 m3/h(标准);下烧 嘴额定能力 858 m3/h(标准)。 供风系统 套筒窑供风系统包括三路风: 内套筒冷却风、驱动风 及石灰冷却风。内套筒冷却风由一台离心风机提供。离 心风机产生压力约为 10 kPa 的空气,通过空气总管送到 套筒窑前,然后分作 3 路供给:下内套筒、上内套筒及 清洁空气管路。下内套筒冷却风量约占总管风量的 78% 左右,经下内套筒预热的空气温度能达到 250 ℃左右,预 热后的空气收集到冷却空气环管,提供给上烧嘴和下烧 嘴,作为一次助燃风。供给上内套筒的冷却风数量较少, 预热温度低,能量回收价值不大,工程上都直接放散。如 果有多座套筒窑一起运行,这部分能量加在一起也可考 虑用低温余热发电等方式综合回收。清洁空气管路提供 烧嘴除垢用空气及 UV 火焰探测器传感器的冷却用空气。 驱动风由罗茨风机提供,罗茨风机产生约 50 kPa 的高压 空气,通过一根总管送到套筒窑换热器前,通过换热器 被高温烟气预热到 450 ℃左右后供给下烧嘴,作为循环 气体的引射风。石灰冷却风通入套筒窑冷却带用于对已 煅烧好的石灰进行冷却。此路风由一根总管送入窑底部, 靠窑内负压自动吸入。三路供风系统管道上均设有阀门 和检测控制用仪表。 供风系统风量计算: zk=1.37 Nr (3) kL=0.37 Nr (4) ks=0.6 (5) zk= kL+ kq+ ks (6) kLz=1.28 kL (7) 式(3)~式(7)中: Nr为额定燃气流量,m3/h(标准); zk 为总风量,m3/h(标准); kL为下内套筒冷却风量,m3/h 62 2012 年 第 41 卷 第 4 期 INDUSTRIAL HEATING Vol. 41 No. 4 2012 (标准); ks为石灰冷却风量,m3/h(标准); kq为驱动 风量,m3/h(标准); kLz为内套筒冷却风总量,m3/h(标 准); 为套筒窑小时产量,kg/h; 为理论空气系数, m3/m3,热值为 10 450 kJ/ m3(标准)的电石炉尾气 值 取 2.12 m3/m3。 式 (3)~式(7) 中的系数都是笔者按照工程热力学 理论和套筒窑的供风系统原理推算出来的经验系数,符 合工程实际情况,应用简单快捷,适用于各种燃料和产 量的套筒窑供风系统计算。由式(3)~式(7) 联合求解 可得 600 t/d 套筒窑的内套筒冷却风总量为 9 037 m3/h(标 准),驱动风量为 4 080 m3/h(标准),石灰冷却风量为 15 000 m3/h(标准)。 排烟系统 套筒窑内产生的烟气来自两部分,一部分是电石炉 尾气燃烧产生的烟气,另一部分是 CaCO3和 MgCO3等分 解产生的 CO2气体。套筒窑内烟气经煅烧带对石灰石加 热后从窑顶分两路排出,一路(约占总烟气量的 30%)从 上内套筒顶部排出,通过换热器余热驱动空气;另一路 (约占总烟气量的 70%)经套筒窑预热带预热石灰石后从 窑顶排出。两路烟气最终混合并由引风机抽入除尘器,经 除尘净化的清洁烟气由烟囱排入大气。 MgCO3 分 解 生 产 气 量 很 少,计 算 中 可 忽 略 不 计, CaCO3的化学分解式为 CaCO3=CaO+CO2-176.68kJ 由石灰石的化学分解式可知其分解的烟气生成量为 yf =0.4m 燃烧产生的烟气量为 (8) yr=3.82 Nr (9) y= yf+ yr (10) 式(8)~式(10)中: yf为分解生成的烟气量,m3/h(标 准); yr为燃烧生成的烟气量, m3/h (标准); y为总烟 气量,m3/h(标准); 为套筒窑小时产量,kg/h; 式(9)中系数 3.82 只适用于电石炉尾气,对于其 它燃料可由气体成分参照《工业炉设计手册》 3 燃料与 燃烧计算的相关公式计算,需要特别说明的一点是:套 筒窑总的空气系数取 1.37 ~ 1.5。由式(8)~式(10) 联合求解可得 600 t/d 套筒窑的总烟气量为 44 380 m3/h (标准). 3 主要设备选型 套筒窑燃烧系统的主要设备包括冷却风机、罗茨风 机及烟气引风机。三种风机的选取均以系统流量和全压 为主要选型依据,并考虑介质温度、电机类型及风机的 综合性能。表 3 中为 600 t/d 套筒窑燃烧系统风机的主要 性能参数。 表 3 600t/d 套筒窑风机参数 风机 名称 风机 型号 风量(标准)/ m3·h 1 全压/Pa 电机 参数 介质温 度/℃ 冷却 离心风机 9- 12 577 ~ 风机 19No12.5D 18 447 驱动 罗茨风机 风机 4 500 烟气 引风 机 W6-30 No23F 130 000 9 229 ~ 9 310 58 000 10 500 恒速电机,功 率 75 kW,电 压 380 V 常温 变频电机,功 率 132 kW,电 压 380V 常温 变频电机,功 率 560 kW,电 250 ~ 300 压 690 V 4结语 套筒窑燃烧系统的计算及设计应该包括气路系统的 流量计算、压力计算,管道计算以及窑内温度场及流场 的模拟计算等。在套筒窑实际工程设计中,流量计算是 主要内容,系统压力参数可参照同类型工程样例选取并 进行校核计算。管道计算主要是在流量计算的基础上依 据相关手册选取合适的设计流速即可得出结论。温度场 及流场的模拟及优化属于更复杂更高级的热工分析过程, 需要利用传热学和流体力学方程及计算机程序另设专门 的课题来完成。 参考文献: [1] 郁永章. 容积式压缩机技术手册 [M]. 北京:机械工业出版 社,2000: 803-809. [2] 初建民,高士林. 冶金石灰生产技术手册 [M]. 北京:冶金 工业出版社,2009: 14-15. [3] 王 秉 . 工业炉设计 手册 [M]. 北京:机械工 业出版社, 2010: 81-88. WZ003496 日本制钢公司安装板材平整度测量及控制系统— 《MPT International》, 2011, No. 6, p8-9(英) 日本制钢公司 Oita 板材厂最近在板材生产线上安装了一套 板材平整度测量及控制系统。这种基于激光原理的平整度测量 控制系统是用来测量及控制宽度为 5.5 m 板材的平整度。在日本 钢铁企业中,这是首次采用激光原理的板材平整度测量及控制 系统,该系统将于 2012 年 6 月底投产。 [花 皑 摘] WZ003497 日本住友金属工业集团订购 140 t 康斯迪电弧炉— 《MPT International》,2011, No. 6, P8(英) 日本住友金属工业集团巴西无缝钢管厂最近向意大利特诺 恩集团订购一台 140 t 康斯迪电弧炉和排烟除尘设备,以上设备 放在冶炼车间;另外该厂热处理车间还向特诺恩集团 LOI 公司 订购辊底式炉、罩式炉和步进式炉。其中,140 t 康斯迪电弧炉 在南美洲是首次使用。 [花 皑 摘]

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