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水泥行业回转窑的详细结构及工作原理

发布时间:2020-11-06 22:44 作者:福建体彩官网

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  第四节 回转窑结构及其工作原理 一、回转窑的结构 海螺水泥厂 回转窑齿圈 托 轮 挡 轮 窑筒体轴向位移 窑筒体 轮带 挡轮 图2-72 轮带与挡轮 轮 带 回转窑轮带的润滑 轮 带 节 迷宫式密封装置是利用空气多次通过曲折通道增 大流动阻力而防止漏风的。 固定迷宫环 活动迷宫环 窑筒体 图2-73 迷宫式密封装置示意图 水泥回转窑窑尾密封装置 窑 尾 密 封 窑尾密封及冷风套 接触式密封装置 弹簧 摩擦板 筒体 密 封 装 置 二、回转窑的工作原理 物料回转窑内煅烧的过程是生料从窑的冷端喂入,由 于窑有一定的倾斜度,且不断回转,因此使生料连续向热 端移动。燃料自热端喷入,在空气助燃下燃烧放热并产生 高温烟气,热气在风机的驱动下,自热端向次端流动,而 物料和烟气在逆向运动的过程中进行热量交换,使生料烧 成熟料。因此,研究回转窑的工作原理,主要是研究物料 在窑内的运动,窑内气体的流动,燃料燃烧和物料与气体 间传热的现象和规律。 (一)回转窑内物料的运动 1、物料在窑内的运动过程 生料从窑的冷端喂入,在向热端运动的过程中煅烧成熟料。 物料在窑内的运动情况直接影响到物料层温度的均匀性; 物料的运动动速度影响到物料在窑内的停留时间(即 物料的受热时间)和物料在窑内的填充系数(即物料的受 热面积);因此也影响到物料和热气体之间的传热。 为了使回转达到高产,必须了解窑内物料的运动情况。 高端 低端 B F D θ G α β A E C ΔS 图2-75 回转窑内物料充填与运动简图 θ——填充角;β——窑倾斜角; α——物料休止角 窑内的物料仅占据窑容积的一部分,物料颗粒在窑内的运 动过程是比较复杂的。 假设物料颗粒在窑壁上及料层内部没有滑动现象,当窑回 转时,物料颗粒靠着摩擦力被窑带起,带到一定高度,即物料 层表面与水平面形成的角度等于物料的自然休止角时,则物料 颗粒在重力的作用下,沿着料层表面滑落下来。 因为窑体以3~6%的倾斜度安装,所以物料颗粒不会落到原 来的位置,而是向窑的低端移动了一个距离,落在一个新的点, 在该新的点又重新被带到一定高度再落到靠低端的另一点,如此 不断前进。 因此,可以形象地设想各个颗粒运动所经过的路程,象 一根圆形的弹簧。 实际上物料在回转窑内运动时,物料颗粒的运动是有周期 性变化的,物料颗粒或埋在料层里与窑一起向上运动,或到料 层表面上降落下来,但是只有在物料颗粒降落的过程中,才能 沿着窑长方向移动。 2、物料在窑内的运动速度 (1)一般速度公式 回转窑内物料运动的情况比较复杂,影响因素很多,因此要 想用简单的公式来准确计算物料在窑内各带的运动速度是比较复 杂的和困难的。 在对回转窑内物料运动的规律进行分析和模拟试验后,得出 很多计算回转窑内物料运动的速度的公式其中最为常用的一般公 式为: vm ? ?Di n ?Di n L ? , (m / s ) ? , (m / min) 60? m 60 ?1.77 ? 1.77 ? 式中: vm ?m —物料在窑内运动的速度,m/s; L—窑的长度,m; —物料在窑内停留的时间: ?m ? 1.77 ? L , min ?Di n n—窑的转速,rpm; ? —物料的休止角,度; ? tg? —窑的倾斜度(角), ? sin ? ,称为斜度; Di —窑的衬砖内径,m。 关于公式的讨论 ①物料运动速度 vm 与窑的倾斜角 ? ,窑的衬砖内径 Di 的平方根成反比。 vm 与n ? 的积成正比。若使物料的运动 ②当窑径一定时, 速度保持一定,则n与 窑的速度应愈低。 和转速n成正比,与物料休止角 ? ? 成反比,即窑的倾斜角愈大, ③实际生产中, Di 、 ? 、? 已为定值,则 vm 与n 成正比, 即改变窑速,窑内物料的运动速度随之变化。 ④如窑内有结圈或人工砌筑的挡料圈时,物料的运动速度要 降低。 ⑤窑内的热交换装置(如链条、热交换器)也会影响物料的 运动速度。 (2)物料在窑内各带的运动速度 煅烧过程中,窑内各带发生的物理化学变化对物料颗粒的 形状、粒度、松散度及密度均有影响,因此各带物料的运动速 度是不同的。 为了了解窑内各带物料的运动速度,可将放射性同位素掺 入生料中进行测定,如某厂曾在150米的湿法长窑上,通过实 际测定和计算而得的物料运动的平均速度 vm 为: 窑内 各带 速度 冷 却 带 烧 成 带 放热 反 应带 分 解 带 预 热 带 干 燥 带 链 条 带 喂料中 空部分 vm (m/h) 18.4 28.4 41.0 46.0 34.5 27.0 28.8 29.3 由上述测定结果得到,各带物料的运动速度相差很大。从干 燥带向热端,物料的运动速度不断增加,分解带物料的运动 速度最快,之后又不断降低。 (3)影响窑内物料运动的因素 窑内物料运动速度与其物理性质、窑径和窑内热交换装 置等有关。 ? 物料的粒度愈小,运动速度愈小,如粉料的运动速度高 于料球运动速度。 ? 干燥带的运动速度与链条的悬挂方式、悬挂密度有关。 ? 预热带的物料运动速度与窑内热交换装置有关。 ? 分解带,由于碳酸盐分解放出的二氧化碳气体使物料呈 流态化,因此物料运动速度最快,在分解带,碳酸盐分 解需要吸收大量的热,但是物料流速又快,所以窑的分 解带比较长。 ? 窑内料层厚度不同,物料被带起的高度也不同,料层厚, 带起高,在窑回转一周时,物料被带起的次数少,即翻动 的次数少,受热的均匀性就差;但料层过薄,窑的产量降 低,因此必须选择合适的料层厚度,通常窑内物料的填充 系数为6~15%。当窑内物料流量稳定时,移动速度快的地 带,其填充系数小。 因此在实际生产上,为了稳定窑的热工制度,必须稳定窑 速,若因煅烧不良而降低窑速时,需相应地减少喂料量,以保 持窑内物料的填充系数不变。 因此,一般回转窑的传动电机和喂料机的电机是同步的,以便 于控制。 (二)回转窑内气体的流动 1、回转窑内气体的流动过程 为了使回转窑内燃料燃烧完全,必须不断地从窑头送入 大量的助燃空气,而燃料燃烧后产生的烟气和生料分解出来 的气体,在向窑的冷端流动的过程中,将热量传给与之相对 运动的物为以后,从窑尾排出。 窑内气体在沿长度方向流动的过程中,气体的温度、流量 和组成都在变化,因此流速和阻力是不同的。通常有窑尾负压 表示窑的流体阻力,在窑操作正常时,窑尾负压应在不大的范 围内波动,如窑内有结圈,则窑尾负压会显著升高。在生产在 当排风机抽风能力相同时,根据窑尾负压可以判断窑的工作情 况。 2、窑内气流速度的大小对窑内传热的影响 ?影响换热系数:因而影响传热速率、窑的产量和热耗; ?影响窑内飞灰生成量:即影响料耗。 当流速过大时,传热系数增大,但气体与物料的接触 时间减少,总传热量有时反而会减少,表现为废气温度升 高、热耗增大、飞灰增多、料耗加大,不经济。 相反,当流速低时,传热效率降低,产量会显著下降, 也不合适。 窑内气流速度,各带不同,一般以窑尾风速来表 达,如直径为3米的湿法窑,以5(米/秒)左右为宜。 干法窑的窑尾风速相应大一些,一般约10(米/秒)左 右。 窑尾风速增大,回转窑的飞灰量增多,一般,窑 内的飞灰量与窑尾风速的2.5~4次方成正比。 (三)回转窑内燃料的燃烧 在回转窑的烧成带,物料进行的主要物理化学反应是 C 2 S 吸收 f ? CaO 生成 C3 S ,这是微吸热反应。为了使生成 C3 S 的反应完全,必须使物料在1400~1450℃的高温下停留 一定的时间。 (关于燃料的燃烧过程已在《硅酸盐工业热工基础》中燃烧学 部分讨论,要课程不再重复) 回 转 窑 喂 煤 系 统 1、燃料在回转窑内燃烧应满足的要求 为了使生成 C3 S 的反应完全,使生料烧成熟料并获得 较高的产量,燃料在转窑内的燃烧必须满足一定的要求: ?燃料燃烧的火焰温度要达到1600~1800℃;(保持高温) ?火焰要有适当的长度;(保持物料高温时间) ?处于适当的位置。(适合 C3 S 的形成的反应) 2、回转窑对入窑煤粉和助燃空气的要求 (1)对入窑煤粉的质量要求 ?低热值: g QDW ? 20600 kJ / kg ?挥发份: ?灰分: ?水分: vg Ag W y =18~30% <25~30% <1~2% ?细度:<15%(0.08mm方孔筛筛余) 这些要求都是为了保证烧成带温度和热力强度以 及火焰的稳定性而提出的,当采取有效措施(如提高 助燃空气温度等)改善燃烧条件时,对煤质的要求也 可适当放宽。 另外,现国内有不少企业已成功采用无烟煤作为 回转窑生产燃料,这是一项目前在水泥行业的新技术, 对提高水泥企业经济效益效果显著。 (2)对入窑助燃空气的要求 煤粉自喷煤管以较高气速(40~80m/s)送入窑内。 通过喷煤管输送煤粉的空气,习惯上称为一次风。 从安全角度考虑,一般一次风不预热。因此其用量不宜 过多,因窑型和燃烧器的不同,其量约占总燃烧空气量 的10~30%,大量的二次风由冷却机提供,故已被预热 到600~1000℃,它既能回收熟料中的热量,又可促进 燃烧反应完全并提高实际燃烧温度。 为了确保窑内燃料燃烧完全和燃烧安全,一、二次风用 量的总和应略高于理论空气需要量,控制过剩空气系数 为1.05~1.10为宜。 3、回转窑内的燃烧带与烧成带 火焰覆盖的区域,称为燃烧带。 火焰中部区域温度高,达1600~1800℃,此时熟料被加 热到1300~1450℃,其中有相当量(约25~30%)的组分熔 融成液相,粘附在窑内耐火材料的表面上形成一定厚度的粘 稠状物料,即俗称的主窑皮。 窑内这一区域称为烧成带。通常烧成带的长度用主窑皮的长 度来判定。 由此可见,烧成带是燃烧带中高温部分。 平整的窑皮、合适的厚度和长度,是窑内煅烧制度正常 稳定的标志。窑皮的形成还可以保护窑内耐火衬料,延长回 转窑的运转周期。 4、窑内火焰长度与火焰温度分布(火焰形状) 对烧成的影响 (1)火焰长度 火焰长度及火焰长度对烧成的影响: 火焰的长度一般是指从喷煤管口到火焰终止断面的距离, 燃烧条件的变化则火焰长度会有很大的变化。 火焰长度对烧成工艺影响很大,当发热量一定时,如火 焰过长,烧成带的温度就会降低,物料过早出现液相,易引 起结圈,此外还会造成不完全燃烧,废气温度会提高,煤耗 加大等。 相反,火焰过短,高温部分过于集中,容易烧垮窑皮及 衬料,不利于窑的长期安全运转。 因此,火火焰长度应根据窑的实际操作条件,加以调整与控 制。 影响窑内火焰长度的因素:有很多。主要有:燃烧速度和窑 内气体的流速。 燃烧速度: ?粉煤的细度、煤粉与空气混合情况、一、二次风的温度 等因素有关。 ?煤粉粉愈细,或在喷煤管内加装风翅,以加还煤与空气 的混合,或提高一、二次空气的温度,均能提高燃烧速度, 而使火焰短。 ?风煤的混合速度和均匀程度也是影响燃烧速度的关键。 气体流速:主要指一次风 一次空气主要供挥发分燃烧,因此一次风量主要决定 于煤粉中挥发的含量。挥发分多的煤粉,如一次风量少燃 烧速度就减慢,会使火焰拉长。 回转窑的直径愈大,一次风速愈高,直么2.5~4.0米 的回转窑,一次风速为50~70米/秒。一次风速增加,一 方面能增加煤粉单位时间的有效射程,另一方面又使煤粉 的燃烧速度加快,燃烧时间缩短,因此在实际操作中,一 次风速增加后,火焰变长或变短,应视两者的影响程度而 定。 (2)火焰温度分布(火焰形状) 窑内火焰温度分布,通常是两头低、中间高。热端较低温度 区就是窑内的冷却带。 煤粉从喷管喷出后,须经过干燥预热至700~800℃才着 火燃烧,回转窑中所看到的黑火头就是煤粉从喷出后至着火 燃烧前气流所移动的距离。黑火头长则使回转窑的传热面积 减小,对产量、质量不利,黑火头过短则冷却带短,熟料离 窑的温度提高,增加冷却机的负荷。 影响黑火头长度的因素有: ?煤粉的组成与细度、一次空气的温度和流速、二次风量与 风温等。 煤粉愈细,煤粉中挥发分的含量越高,提高一次风温, 增加一次空气的比例,都会使黑火头缩短。 在窑的操作中,应形成适合烧成需要的好火焰,即高温 部分较长,黑火头较短,火焰平稳。 燃 烧 器 5、煤粉燃烧器(喷嘴)—喷煤管 煤粉在窑内的燃烧情况与喷煤管的结构尺寸和参数选择 有很大关系。喷嘴的形状和出口尺寸主要影响煤粉和一次风 的混合程度和喷出速度。 (1)传统喷嘴 ①传统喷嘴的形状 如图所示为 常用的几种 传统喷嘴。 直管型 拔哨型 缩口型 风翅型 直管型:风煤直线喷出,不利 于风煤混合,不利于煤粉充分 燃烧。 直管型 拔哨型 缩口型:有一节1~6°的缩口 (也称拔哨),其作用是使煤 粉和空气接触机会增加,混合 较好,从而使火焰集中,适用 于烟煤。 直管型 缩口型 拔哨型 风翅型 缩口型 风翅型 拔哨型:在缩口外再加一节平 头,能延长火焰,且使火焰平 衡。 直管型 拔哨型 风翅型:为加速风煤的混合,在 缩口型 喷煤管内加装风翅,翅片与管壁 中心线°,角度大,火 焰短,但流股发生旋转,会扫伤 缩口型 窑皮。 直管型 拔哨型 风翅型 风翅型 目前大多数窑上的喷煤管装成活动的,在操作时可以根据窑 内煅烧情况前后移动,以改变喷嘴在窑体中位置。 ②喷嘴的直径 这种传统简单喷嘴直径可以用下式计算: 1.30V 1 d ? 1000 v 式中: d—喷嘴直径,mm; V1 —一次风用量,m 3 / s ? ? v—喷嘴内风速,m/s。 在常规情况下,一次空气量约占总空气用量15~20%。 因此 Va ?GP V1 ? 3600 ? 100 ? ? 式中: Va ? —燃烧1kg煤所需实际空气量,N m 3 / kg —单位熟料煤耗,kg煤/kg熟料; G—每小时熟料产量kg/h; P—一次空气占总空气用量的百分率。 ? 例:在下述条件下,计算喷煤管的直径d。 G=300吨/日=12500kg/h; ? =0.2 kg煤/kg熟料; 3 Va =7.8 N m / kg 煤; ? P=20% 【解】v=60m/s V1 ? ? Va ?GP 3600 ? 100 ? ? 7.8 ? 0.20 ? 12500 ? 20 = 3600 ? 100 3 =1.08N m / s 1.30V 1 d ? 1000 v =1000 1.30 ? 1.08 60 =153(mm) 此为喷嘴有效内径的估算值。 (2)新型燃烧器(三通道、多通道喷煤管) 随着窑外分解技术的发展,窑的单机产量增大以及为了适 应煤质的变化,近年来各国水泥设备制造公司对于喷煤管的结 构作了大量的开发与研究工作,取得了卓有成效的成就。主要 是开发的多通道喷煤管。 新型喷煤管很多,共同的特点是喷出的空气分成多股,即 内风、外风和煤风,各有不同的风速和方向,从而形成多个通 道。最常用的是三通道喷煤管。 这种喷煤管,内、外两个通道为净风道,分别称内风和外风。 内风通道的出口端装有旋流叶片,所以又 称为旋流风。 中间通道为输送煤粉的通道,称为煤风。 三股风在出口处汇合形成了同轴旋转的复杂射流。操作时 通过改变内、外风速和风量的比例,可以灵活调节火焰形状和 燃烧强度,以满足窑内煅烧熟料温度分布的要求。 当旋风强度大,火焰变得粗而短,高温带会相对更集 中。反之,火焰会被拉长。 煤风采用浓相低速喷射,通常在保证不发生回火的条 件下取接近输送粉料的速度20~30m/s。由于粉粒体的存 在强化了射流中的湍流强度,因而改善了煤粉与一、二次 风的微观混合。 内外净风出口风速可高达75~150m/s 。煤风浓度允 许有较大波动(经验为3.5~8.0kg煤粉/m3空气)。故在窑 用煤量有所变动时,输送煤粉的空气量也可保持稳定不变。 这对喷煤管的空气动力学设计是有利的。 当喷煤管喷射流动动量很大时,会引射下游区域的高温 燃气而形成回流。这种回流一方面会提高上游火焰温度,提 高燃烧速度,从而使煤粉着火稳定,另一方面又可能冲淡可 燃混合物中氧气含量,使燃烧速度降低,从而增长了火焰长 度。 另外还有多种形式 的喷煤管,其目的是加 强风煤混合、一、二次 的混合,减少一次风用 量,加快燃烧速度。目 前我国一些水泥厂采用 无烟煤技术,其关键是 用好三通道或多通道喷 煤管。 6、窑的发热能力、燃烧带的热力强度(热力强 度也称窑的热负荷) (1)回转窑的发热能力:就是窑单位时间内发出的热量。 为了满足生产熟料所需的热量,回转窑必须具有一定的 发热能力,其大小为: y Q ? mq ? BQ DW 式中: Q—窑的发热能力,kJ/h; m—窑的小时产量,kg/h; q—熟料烧成热耗,kJ/kg熟料; B—窑小时用煤量,kg/h; y QDW —煤的应用基低热值,kJ/kg煤。 (2)燃烧带的容积热力强度(也称容积热负荷): ——指燃烧带内单位时间、单位容积所发出的热量。 显然,提高窑的发热能力,能为回转窑增产创造条件。 但发热能力受到燃烧空间的限制,因回转窑燃烧带的容积 热力强度是有限的,过高会损坏窑的内衬,会使熟料中液 相增多。多数工厂回转窑燃烧带的容积热力强度控制在 1.2~1.5×106 kJ/m3h左右,个别的也有高达2.1×106 kJ/m3h。 容积热力强度的计算公式为: Q qv ? 式中: ? 4 D2 1??? f Lf ? qv ? Df —窑内物料的填充系数,一般为0.06~0.15; —窑内物料的填充系数,一般为0.06~0.15; —燃烧带的直径,m; —燃烧带的长度,m。 Lf 燃烧带长度: 根据实际生产情况,燃烧带的长度可按下式计算: 湿法长窑: 带多筒冷却机, L f =4.9 D f 带单筒冷却机, L f =4.2 D f 立波尔窑: L f =3.2 D f 烧成带长度: 燃烧带只是烧成带中温度最高的部分,烧成带长度 可按下式计算: Ls Ls =(0.60~0.65) L f (3)燃烧带的表面积热力强度(也称表面积热负荷) 和截面积热力强度(也称截面积热负荷) 表面积热力强度:燃烧带单位表面积上所发出的热量。 截面积热力强度:燃烧带单位截面积上所发出的热量。 计算公式分别为: qF ? qA ? Q ?D f L f Q ? 4 D2 f 式中: q F —燃烧带表面积热力强度,kJ/m2h; q A —燃烧带截面积热力强度,kJ/m2h。 的数值增高。 随着窑径增大, q F 、 q A (五)回转窑内的传热 回转窑是个高温反应器,因此回转窑的传热问题对于回转窑 的产质量至关重要。 1、研究回转窑内传热的目的 (1)对窑内各带传热机制进行理论分析,从而理解窑的下列因 素对传热过程的影响,达到提供调节控制窑内各带传热条件与措 施的理论依据。 ? 结构参数:如窑的直径、窑型及窑内特殊构件等; ? 操作参数:如气体与物料运动速度,气体、物料及进出口 温度;窑的转速;物料在窑内的填充系数等; ? 物性参数:如气体、物料及衬料的导热系数、黑度、热容、 密度等; (2)对已投产运行的窑(规格尺寸已知、生产条件相对固 定),可根据给定的操作情况通过传热计算,分别求得窑内 各带相应点处气体、物料与窑衬的温度,从而绘出沿窑长温 度分布曲线,作为评价分析窑内煅烧工艺和热工制度的依据。 (3)在设计时根据生料煅烧过程中复杂的物理化学变化所需 的总热量和窑内各带高温气体通过各种途径传给物料按单位 长度计的传热总量,再结合设计生产条件和烧成工艺要求而 确定回转窑的规格和尺寸。 2、研究的难度 上述要求是对于化学反应器传热计算的一般要求,但对于 水泥窑来说,却具有特殊的难度: ? 要对高温下气—固、固—固间稳态和非稳态传热量精确计 算; ? 涉及到所有反应的速度和完成度等高温工业反应动力学问 题; ? 涉及到各种反应在给定条件下物性参数的确定问题。 这些问题至今尚未解决,还有待理论和实践两方面的深入研究 与探讨。 3、回转窑内的传热机制 仅从热力学和传热学的观点出发讨论。 回转窑内的传热源是燃料燃烧后的高温烟气,受热体是生料 和窑内壁。是典型的气—固传热,传给生料的热量供煅烧过程中 干燥、预热、分解和煅烧,用以完成全部艺要求。 (1)窑内传热的综合分析与传热方式 高温气体中具有辐射传热能力的组成,主要是 CO2 和 H 2 O (汽),但由于烟气中夹带着粉体物料,因此增大了气体的辐 射率。 同时因为窑内流动气体和湍流作用,产生了有效的对流传热。 堆积生料之间以及窑回转时物料周期性地与受热升温的窑 体内壁相接触而有辐射与传导传热共存。 总之,窑内气—固与固—固之间同时存在辐射、对 流、传导三种传热方式。其间关系错综复杂。再加上回 转窑系统中,预热器和冷却机都与窑首尾相衔,在一定 程度上对窑内气固温度分布也会产生一定影响。以及回 转窑作为输送设备,物料运动规律,粉尘飞扬循环等也 对传热有影响,从而更增加计算难度和复杂性。 (2)传热机制 经简化后,取回转窑内某一断面1m长的范围内,综合传 热机制关系如下图所示: 窑 体 转 动 方 向 Qshc(对流) Qshr(辐射) Lw Qgwr 高温气 Qgwc Qwsr 体Tg Qgsr Tw Qgsc Qshc(导热) B点 Tsh Ls Qssd (不稳定导热) A点 Tss Ts Lws 图2-82a 窑内传热机制分析—传热流流图 高温气体Tg Qgsc Qgsr (气体辐射) Qwsr Qgwc(对流) Qgwr(辐射) 筒体内壁Tw Qwshd 筒体外壁Tsh Qshc(对流) 大气Ta Qshr(辐射) 原料表面Tssr (不稳定导热) (不稳定导热) 原料内部Ts 图2-82b 窑内传热机制分析—传热框图 讨论: ? 由于窑的回转运动,因此窑内衬板上某一点B,在不同时间 内依次分别和高温气体接触(蓄积热量)和被覆盖在物料 内(放出热量),其本身温度周期性地变化。其变化规律 如下图所示。 温度 蓄热 A 放热 Tw2 (平均温度) B Tw1 B 窑周展开(窑周长) 图2-83 窑内转一周衬料蓄热放热情况示意图 ? 在窑回转过程中,物料由表面向内部导热 和衬料表面向堆于其上的物料内部导热都 是不稳定导热,即其传导热量随时间而变 化。 (3)传热计算 基于上述分析,原则上可根据各自的传热方式进行传热量 的计算,然后按图17传热框图所示的传热机制进行综合(串联、 并联)计算。 根据热量传递的基本规律,将各类传热量Q(W/m)有统一 方程式表达。即以1m长度的窑体作为计算标准。 Q1?2 ? Ah?T / m ? Ah?T1 ? T2 ? / m 式中: Q 1? 2 (W/m)………(1) —由物体1传给物理2的总热量,(W/m); A—物体1与物体2之间的传热面积,m2; h—各种方式传热系数,(W/m2· ℃); T1 ? T2 —两物体间的温度差,℃。 由此可知传热量的计算,关键可集中在传热系数h的确定。 ①气体对物料表面的传热 Qgsc 、Qgsr 、Qsrt Qgsc —气体(g)以辐射方式(c)传给物料表面(s)的热量,W; Qgsr —气体(g)以辐射方式(r)传给物料表面(s)的热量,W; Qgsrt —气体(g)以辐射方式(r)传给窑内衬,再折射(rt)给 物料表面(s)的热量,W。 根据各自传热方式计算如下: Qgsc ? Ls hgsc ?Tg ? Tss ? (W/m)……… ( 2) 式中:对流换热系数: hgsc ? g ? G? g ? 0.0027 ? Di ? ? ?g ? ? ? ? 0.8 ? c pg ? ? g ? ? ? g ? ? (W/m2· ℃)…(3) ? ? ? 0.4 G—气体的质量流量,kJ/ m2· h; c pg —气体定压比热,kJ/kg· ℃; ?g ?g —气体粘度,kg/m· H; —气体的导热系数,W/m· ℃; Ls —在1m窑长内,气体与物料的接触面积,m2。 一般 hgsc 为1.1(W/m2· ℃)左右。 Qgsr ? Ls hgsr ?Tg ? Tss ? 式中:辐射系数: (W/m)… ( 4) hgsr ? 2 0.566? g ? s ?Tg ? Tss ? Tg2 ? Tss 10 8 1 ? ?1 ? ? g ??1 ? ? s ? ? ? ? ? (W/m2· ℃)… (5) ?g —气体黑度; ?s —物体黑度。 Qgsrt ? Ls hgsrt ?Tg ? Tss ? 式中:考虑折射的辐射系数 (W/m)……… ( 6) hgsrt ? * 2 0.566? g ? s ?Tg ? Tss ? Tg2 ? Tss 10 1 ? 1 ? ? 8 ? ? * g ??1 ? ? ?? s ? ? (W/m2· ℃)……(7) * ?g —考虑折射后气体的相当黑度。 ? g ??1 ? ? g ?LS ? Lw ? ? ? ?1 ? ? g ?Ls ? ? g Lw * g ……… ( 8) ②气体传给窑壁衬料的热量 Qgwc 、Qgwr Qgwc ? Lw hgwc ?Tg ? Tw ? (W/m)……… 式中:对流换热系数 ( 9) hgwc ? hgsc (10) Qgwr ? Lw hgwr ?Tg ? Tw ? (W/m)……… 式中:辐射换热系数 hgwr ? 0.566? g ? w ?Tg ? Tw ? Tg2 ? Tw2 10 1 ? ?1 ? ? g ??1 ? ? w ? 8 ? ? ? ? (W/m2· ℃)……… (11) ?w —窑内衬料黑度。 ③窑内衬料以辐射方式通过气层传给物料表面之热量 Qwsr (W/m)……… Qwsr ? Ls hwsr ?Tw ? Tss ? 式中修正后辐射传热系数 2 0.566? s ? w ?1 ? ? g ??Tw ? Tss ? Tw2 ? Tss (12) hwsr ? 10 8 1 ? ?1 ? ? w ??1 ? ? g ?? 1 ? ?? s ? ? g ? ? g ? s ??Ls / Lw ?? ? ? ? ? (W/m2· ℃)…… (13) ④窑内衬料传给物料的不稳定导热 Qwsd Qwsd ? Lws hwsd ?Tw ? Ts ? (W/m)……… (14) 考虑到对物料粉粒内部不稳定导热的复杂性,实际计算 时推荐用以下经验式: hwsd hwsd ? 0.14k s ?s cs ? s ? ws (W/m2· ℃)…… (15) 式中系数: ks ? ?w cw ? w ?w cw ? w ? ?s cs ? s Lws L ? ws N ?Lw ? Lws ? N?Di …… (16) ? ws ? …… (17) ? w 、 ?s ——衬料与物料的导热系数,W/m2· ℃; cw 、 cs ——衬料与物料的比热,kJ/kg· ℃; ? ws ——在通过单位长度窑体时,特定物料与衬料的接触时间,s; ? w 、 ? s ——衬料与物料密度,kg/m3; ks ——在窑回转时,衬料与物料接触后温度不断降低对非稳态 导热产生影响的校正系数; N——窑回转次数,次/s。 ⑤物料表面向内部的非稳态导热 Qssd Qssd ? Ls hssd ?Tss ? Ts ? 式中: (W/m)……… (18) hssd ?s c s ? s ? 0.14 ? ss (W/m2· ℃)…… (19) ? ss ——原料在表面上停留时间,s。 ⑥衬料通过窑壁向大气散热量 Qwsh 、Qshc 、 Qshr Qwsh ——窑内衬料向窑外壳传导传热量; ——窑外壳向大气对流散热量; ——窑外壳向大气辐射散热量。 Qshc Qshr Qwsh ? Lsh hwsh ?Tw ? Tsh ? ? ?Dsh hwsh ?Tw ? Tsh ? (W/m)…(20) Qshc ? ?Dsh hshc ?Tsh ? Ta ? Qshr ? ?Dsh hshr ?Tsh ? Ta ? (W/m)……… (W/m)……… (21) (22) 窑筒体表面散热总量: Qsh = Qwsh + Qshc + Qshr (23) (W/m)……… 在稳定运转情况下: Qsh = Qwsh (W/m)……… (24) 综上分析,不难发现,在真正进行计算时,尚存在许多困难, 主要是有许多数据难于确定。如窑内内衬的温度 Tw ,有辉 火焰时气体的黑度以及生料的有效导热系数等诸多与温度有关的 物理性常数以及与运行有关的参数如 系数 ? ws 、 ? ss 等和一些修正 ks 。通常还需要通过实验或参考有关资料选定。 因此上述计算方法更重要的现实意义在于掌握分析和处理 复杂传热问题的方法以及了解影响传热速率的诸因素。


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