楼主 | 收藏 | 举报 2016-09-26 23:44   浏览:217   回复:0

用回转窑煅烧石灰的热工原理

回转窑内的物料运动
回转窑窑尾高,窑头低,斜度为3%左右,以1~3r/min的转速旋转,物料从预热器由窑尾进入,从窑头卸出窑外进入冷却器。石灰石在从窑尾至窑头的运动中受热分解。窑头设有燃烧器向窑内供热。
燃烧所产生的烟气在窑尾负压的作用下,由窑头向窑尾流动,并由窑尾排出。
物料与烟气逆向运动,首先经预热器预热,然后原料由窑尾均匀喂入窑内。在窑体的旋转过程中物料从窑尾向窑头移动,从窑头卸出窑外,进入冷却器内进行冷却。
在回转窑内由于窑的转动物料颗粒在摩擦力、重力及离心力作用下产生运动,其运动的形式有横断面的滚动和由于窑的斜度而形成的轴向运动。
横断面上的物料运动状态依窑的转速不同分有:下滑运动、翻塌运动、滚落运动、抛落运动等形式。
下滑运动是在窑转动速度较低,物料与炉衬间摩擦力较小,不足以带动提升物料或提升高度很小,在物料重力作用下不断产生少量上移和滑落,在物料颗粒之间处于相对静止状态。这种状态下,物料与气流之间的对流传热基本处于停止状态,辐射传热和窑衬对物料的传导传热也只限于物料的表面层。由于物料与窑衬之间长期处于相对运动状态,窑衬易磨损,物料易粉化。下滑运动状态对回转窑煅烧工艺不利,应避免产生。
翻塌运动是在窑转动速度较低,物料与炉衬之间没有足够大的摩擦力,物料可以被提升较大高度,并断续地以颗粒集团方式向下翻落。这种运动状态从传热角度来看是不理想的,而且物料之间、物料与炉衬之间冲击力大,物料易破碎。因此翻塌运动也不是回转窑煅烧工艺理想的运动状态。
滚落运动是当窑的转速不断提高至某一临界速度,物料便从翻塌运动过渡到滚落运动状态。倾斜的料面上物料沿斜面连续滚下,料层中有稳定的运动层,物料与炉衬无相对运动,运动冲击较小。断面上单位时间被提升的物料量相等,物料有一个稳定的倾斜表面。此种情况物料受热均匀,传热效果较好。因此滚落运动是回转窑煅烧工艺理想的运动状态。
抛落运动是在窑的转速进一步加大,物料在离心力作用下,被提升高度加大,又在重力作用下被抛落下来,此时物料立刻离开料面,沿着抛物线轨迹落下。物料之间,物料与炉衬之间冲击力大。这种运动状态也不是回转窑煅烧工艺所希望的。
回转窑内横断面上物料运动状态受窑转速、填充率、物料物理性质及窑半径等多种因素影响。
回转窑内物料的偏析。回转窑内物料分布不均匀的现象称为“偏析”,主要指的是物料粒度分布不均匀。由于偏析可能带来颗粒之间受热效果的差异,受热几率大的可能产生过热,受热几率小的可能产生生烧,从而影响煅烧质量。实验研究表明,回转窑内物料颗粒运动的轨迹为:物料颗粒从物料表面层向下运动,进入下面的提升层,其运动停止点因物料不同而不同。各颗粒的运动轨迹是以回转窑轴线为中心的同心圆,由于颗粒状物料运动过程中的自行筛分作用,大颗粒集中在表面层。大颗粒流动性较好,在斜面上流动速度大,形成了大颗粒停止点在下部,较小颗粒停止在上部,即形成了横断面上物料颗粒分布的不均匀性,大颗粒集中于表面,小颗粒集中于物料层中心。由此看来回转窑所用原料的粒度直径比愈小愈好,必要时采用分级入窑的操作工艺。
回转窑内物料的运动情况直接影响物料在窑内的受热时间、受热面积;影响料层温度的均匀性和气体与物料表面的温差,从而影响传热过程;影响煅烧物料的质量和产量。
物料在回转窑运动情况如下图所示。假设物料处于理想运动情况,即不考虑物料颗粒在窑壁上和料层内的滑动,以及物料颗粒大小对物料运动的影响。随着窑的回转,A点物料由于摩擦力的作用与窑壁一起像一个整体一样慢慢升起,直到倾斜的物料层表面与水平所构成的夹角大于物料运动力学静止角时,物料在重力作用下才会沿料层表面滑落下来。又由于回转窑是倾斜安装的,所以A点的物料颗粒不会落回到原来的A点,而是落在同B点同在一条垂直投影线上的C点。这样物料在筒体的轴线方向就向钱移动了一段距离CA。在C点又重新被带回到D点,落在E点上,如此不断前进。
当然回转窑内物料运动的情况并非那么简单,而是非常复杂的,影响速很多,因此想要用简单的公式来准确计算物料在窑内各带的运动速度也是比较困难的。
回转窑内的气体运动
回转窑内气体流动对燃料燃烧和传热过程有着直接的影响,进而也影响着回转窑的正常操作和产品的产量、质量。
在回转窑内气体流动的方向都是由窑头向窑尾流动。促使这种流动的方法有两种:一是自然抽风,即利用烟囱产生的抽力使窑内气体流动;另一种方法是强制通风,即用风机驱使窑内气体流动。目前绝大多数回转窑采用后一种方法。
窑内气体沿着窑的长度方向由窑头向窑尾流动时,气体的温度和组成都在不断地发生变化,因此流速也在不断发生变化。窑内气体流速的大小,一方面影响对流换热系数,因而影响传热速率、窑的产量和热耗;另一方面也影响窑内飞灰生成量,影响原料消耗系数。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,总传热量反而会减少,表现为废气温度升高,热耗增大,飞灰增多;相反流速低,传热速率低,产量会有显著下降。
气体通过整个窑体的阻力,主要来源于窑内流动的摩擦力,窑内阻力的大小主要决定于气体流速的大小。一般情况下回转窑每米窑长流体阻力位6~10Pa。通常回转窑“零”压点一般控制在窑头附近,这样根据窑筒体的长度大致可以估算窑尾出所需的压力。