石灰窑毕业设计论文.doc

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1、 本 科 毕 业 设 计 第 30 页 共 30 页目 录1 绪论21.1 石灰窑的发展前景212 石灰窑的主要类型213 梁式竖窑的优点414 窑体结构特点62 设计要求与方案确定621 生产规模622 产品方案623 外部条件73 热工计算93.1 基本反应93.2 影响石灰石缎烧的主要因素103 .3 基础热工计算143 . 4 各窑带高度的计算。173.5 热工优化计算193.6热工过程的优化控制214 窑体结构设计224. 1窑体总体设计224. 2 窑体的规格和设计参数254. 3 窑体结构组成25结 论27致 谢29参 考 文 献301 绪论近年来以大型回转窑、双膛竖窑、新型气烧

2、竖窑等为代表的先进石灰窑炉开发应用使我国的冶金石灰生产工业无论是技术装备、能源消耗还是产品规模质量都得到了大幅提升。但是应当看到我国石灰工业整体技术装备水平还不高， 土窑或较落后的石灰窑还占有相当大的比例。这些窑炉突出的问题是产品质量低、能耗高、污染大、单窑产量小等。2008 年金融危机发生后国家针对我国钢铁工业提出了必须以控制总量、淘汰落后、联合重组、技术改造、优化布局为重点， 推动钢铁产业由大变强的政策。石灰工业同样存在淘汰落后装备， 提升整体技术装备水平的迫切要求，石灰生产装备的大型化已成必然。1.1 石灰窑的发展前景 钢铁工业，电石工业，氧化铝工业，耐火材料等工业都是石灰消耗大户， 两

3、年这几个行业都是高速发展的行业。每年的产量基本都是以20%以上的速度增长。可它们需要的主要材料（辅助材料）石灰确没有相应增长，所以造成了石灰的紧张，从而剌激了社会土石灰窑的大量上马，土烧窑的遍地开花又造成了对环境的严重污染，在这种情况下，国家和地方政府相继出台了一糸列整治土烧窑的政策和法规，但很难实现预期效果，原因是有需求的剌激。因此要想沏底治理土烧窑的污染，必须推行现代新技术石灰窑来解决需求的问题。所谓现代新技术石灰窑就是具有环保、节能功能和机械化 、自动化程度较高的现代化石灰窑。它因采用了现代技术，所以它能充分利用廉价能源，特别能利用原来对环境有污染的气体作主要能源，变废为宝。这样不但对环

4、境能达到保护，而且它生产的石灰，不但质量好而且成本低。对利用这一新技术的企业，经济效益会有明显增加。这就是推广新技术石灰窑的现实意义。12 石灰窑的主要类型目前，国内活性石灰生产所使用的先进窑种有回转窑、迈尔兹窑、环形套筒窑以及梁式石灰竖窑四种。其性能对比如表1-1所示。 表1-1 石灰窑性能比较 窑种指标回转窑迈尔兹窑套筒窑梁式竖窑活性度340400ml （50g、石灰、4NHCl 10min)320380ml （50g、石灰、4NHCl 10min)320380ml （50g、石灰、4NHCl l10min)320380ml （50g、石灰、4NHCl 10min)生过烧率26%37%37

5、%37%能耗指标11501660kcal/kg动力消耗大10501150kcal/kg动力消耗一般10501150 kcal/kg动力消耗一般10501150 kcal/kg动力消耗一般粉率2535%58%58%58%环保指标 粉尘含量50mg/m3粉尘含量50mg/m3粉尘含量50mg/m3粉尘含量50mg/m3投资(相对比值)大（1。51。8）更大（22。5）大（1。52）小（1）耐材情况异型砖种类多，砌筑复杂（用摸具）异型砖种类较少，砌筑简单，通火道易坏异型砖种类多，砌筑复杂，拱桥易损异型砖种类少，砌筑简单占地面积大较少少少建设周期810个月810个月810个月67个月维修情况耐材损坏时

6、必须停火、卸料、降温，周期较长。不易损坏，更换燃烧组件时必须停火、卸料、降温，周期较长。耐材损坏时必须停火、卸料、降温，周期较长。不易损坏，更换燃烧梁时不用停火、不用卸料23小时即可更换。 通过上表的对比可以看出，这四种活性石灰窑质量指标当属回转窑突出，但其石灰粉率较高，比较适合水泥行业。其他三种窑型生产石灰质量水平相当。客户可根据其综合性能诸如投资费用、能原消耗、维修材料、停炉冷却等方面权衡。燃烧工艺：目前国内，双梁式竖窑的煅烧工艺方式主要有“三路压力系统”和“两路压力系统”，针对这两系统的不足进行了相应的改进。现分别介绍如下：三路压力系统 ：所谓“三路压力系统”就是在冷却带上方装置一层吸气

7、梁，将冷却过石灰的热气抽出窑外，经换热器将热量传递给助燃空气之后,与窑顶废气汇合。下吸气梁与燃烧梁同样是采用导热油冷却保护的。这样，在下层燃烧梁和下吸气气梁之间，形成了一个有足够高度的后置煅烧带。在后置煅烧带内温度很高（约950-1100C），但无压力变化以及气流干扰，由煅烧带向下运行的石灰，其核心未分解部分可进一步分解，使石灰生烧率大大降低，活性度提高。由于该系统只有一次助燃空气参加燃烧，并使所有燃气在燃烧梁各烧嘴口处烧尽。这样会使燃烧梁烧嘴口处达到温度（2300C），很容易使其附近石料出现过烧现象；燃烧梁常常因氧化烧蚀漏油而失效，故“三路压力系统”的燃烧梁使用寿命较短。二路压力系统：所谓“

8、二路压力系统”就是在窑底部设置冷风管并通入冷空气，也被称作二次助燃空气（约占助燃空气总量的5060%），二次助燃空气冷却石灰并逐渐被加热升至煅烧带与该处的燃气汇合参加燃烧。另外在煅烧带中燃烧梁喷射部分燃气与一次助燃空气（经窑顶废气热交换后的助燃空气，约占助燃空气总量的4050%）混合并在远离燃烧梁的石料的缝隙中燃烧，在上下两层燃烧梁之间形成10501150C的煅烧带，该系统的优点是石灰不易过烧，结构简单耐用，燃烧梁寿命要比“三路压力系统”中的要长些。由于没有后置煅烧带，故其石灰生烧率较高。石灰品质较采用“三路压力系统”的要差许多。对比现有三路或两路压力工艺系统的优点与不足，对三路压力系统煅烧工

9、艺及燃烧梁进行了一些的改进。在改进中保留了三路压力系统的后置煅烧带，又吸纳了两路压力系统分散燃烧的方式。此改进是通过新型燃烧梁来实现的，该梁上部两侧及底部设有组合烧嘴，上部烧嘴口有过量燃气向远处扩散，此处烧嘴口空间设定温度为18001900C；下部烧嘴口空气过量该处烧嘴口设定温度为9501150C，被加热的空气也离开燃烧梁与上部的过量燃气在各处石料缝隙中混合、弥漫燃烧。燃烧梁上部烧嘴口温度设计定值较原三路压力系统的燃烧梁降低400 C，以避免燃烧梁烧损和烧嘴口附近石灰的过烧。另外，新型燃烧梁还采用航天热障抗氧化陶瓷技术，并使用高镍耐热合金材料，其平均使用寿命较两路或三路压力系统燃烧梁分别提高8

10、10倍以上。石灰品质要优于上述二者。13 梁式竖窑的优点双梁式石灰窑是一种结构简单，造价低廉，皮实耐用的现代石灰窑种，也是目前使用较多的石灰窑型之一，由意大利引入我国。这种窑的性能参数，诸如生过烧率、活性度、能耗均优于当时国内其他种类的竖窑。目前国内的多个专业生产企业在为客户建造这种类型的石灰窑。可以说该种窑型是成熟的，也是用户的首选窑型之一。但在消化国外先进技术的过程中，由于国内有关企业的技术水平、工艺能力以及生产理念所限，使得建造的该型窑存在如下问题：该窑的核心部件（燃烧梁）寿命过低，严重影响了石灰产量；石灰的生过烧率过高，往往不能使用户满意。 现在针对以上问题，从热工工艺、燃烧梁的结构及

11、材料上进行改进。在燃烧梁的设计、制造工艺上，经过调查分析，借鉴一些高科技工艺措施，如采用高镍耐热合金钢、航天部门使用的热障陶瓷以及新开发的煅烧工艺。通过对新开发的燃烧梁的试验表明，其整体寿命、耐氧化、抗烧蚀等性能均优于国内现有产品，并已获得了产品专利。使用新型燃烧梁的石灰窑，可大大减少窑体的维护次数，延长了窑体的维护周期。双梁式石灰窑主要技术特点（1） 生产规模100600t/d圆型窑或矩型窑。（2） 窑操作弹性大，从50110%任意调节，均能实现稳定生产，而且不影响石灰质量和消耗指标。（3）适用多种燃料：天然气、煤粉、焦炉煤气、混合煤气、高炉煤气（热值800kcal/m3）或煤粉与煤气的混合

12、燃料。（4）.热耗低，热能利用合理，二次空气通过冷却石灰预热，一次空气通过预热器预热进入燃烧梁，燃料完全燃烧，热值充分利用。（5）采用低热值燃料，空气、煤气双预热；采用高热值燃料，只预热空气。（6）燃用低热值燃料时，除保留原窑型双层烧咀梁外，还设置了周边燃烧系统，还可以采用三层燃烧梁使煅烧截面更加合理。（7）采用全新的煅烧工艺和技术，较传统煅烧工艺系统更加合理、优化，特别适合高热值燃气，使石灰品质以及燃烧梁寿命得以同时保证。（8）采取分别对燃气热值及流量实施检测，并以此检测数据为依据对窑体各系统运行参数进行控制，最终达到以燃气流量动态控制活性石灰产量的目的。从而达到稳定石灰质量的目的。14 窑

13、体结构特点 窑体呈准矩形，窑体设置上下两层烧咀梁和周边烧嘴，窑体上部设置一层吸气梁即上吸气梁，上吸气梁至进料口为储料带，上吸气梁至上层燃烧梁之间为预热带，利用高温煅烧后的窑气预热石灰石至煅烧的温度，上燃烧梁梁至下燃烧梁之间区域为煅烧带，石灰石均匀煅烧成活性石灰，此区域根据石灰质量、产量要求加以调节。 （1）当一定量石灰石通过窑顶加料门进入储备带，均匀分配于窑截面上，窑顶的两道密封门自动密闭阻止空气在加料时进入窑内，因而不影响窑顶的负压。石灰石加入窑内缓慢经5个区域往下移动，煅烧分解成产品活性石灰。整个系统分为：储料带、预热带、煅烧带、后置煅烧带、冷却带。（2）采用两层燃烧梁是该窑燃烧系统的核心

14、部分，燃烧梁采用导热油冷却。根据产量梁内设置若干个可调节的烧嘴，使多点供热的范围覆盖石灰窑整个横截面，通过调节各烧嘴的分配比来保证供热均匀，通过调节空燃比来保证燃烧效率。从而保证了石灰的生过烧率和高的活性度。 （3）窑体上吸气梁，按废气在充满石料的窑中的行程特性，设有多个开口，窑气通过开口由吸气梁抽出，保证窑内整个截面的负压分布均匀，使该窑整个段面的气流分布均匀和顺畅，保持最佳燃烧效果和最低燃料消耗。（4）在窑体下层冷却带位置设置下吸气梁，下吸气梁所设开孔与上吸气梁开口原理相同，亦将使冷却空气均匀流动，这样在下吸气梁以下就形成了冷却带，同时在下吸气梁与下燃烧梁之间形成了一段没有压力干扰后置煅烧

15、带，在后置煅烧带内石灰被充分解，大大提高了活性度及氧化钙含量。（5）窑体除横贯两层吸气梁、两层燃烧梁和出灰机构外无其他内件，耐火材料表面垂直规整无异型，因而该窑结构简单，钢结构和耐材用量小，维修量小，操作费用低，热耗、电耗都比较低。2 设计要求与方案确定21 生产规模根据公司的要求，初步设计拟建设2座500t/d双梁式竖窑，年产活性石灰33万吨。22 产品方案建设2座500t/d石灰竖窑，其主要产品为生石灰，设计产量为33万t/年，CO2不作回收。在保证原料燃气质量、流量、热值，正常稳定操作的条件下，保证33万t/a产量，利用系数可提高到0.70t/m3d以上。要求数值如表2-1所示：表2-1

16、 石灰窑要求数值CaO92%活性度320-370ml（4mol/ml40110min）生过烧率6%产量33万t/a大修周期5年23 外部条件231 原料生产活性石灰原料是一种天然的碳酸钙（俗称石灰石），由于石灰石组成及物理机械性能不尽相同，因此要想生产出高CaO、高活性度石灰，对于石灰石中CaO含量54%（见石灰石质量标准），力度均匀、尽量少含杂质。本工程采用石灰石原料要求3060，经原料场筛分或水洗后直接送至窑前受料仓，年产33万吨石灰需用约61万吨石灰石。化学成分如图2-2及图2-3所示：表2-2 石灰石化学成分名称粒度（）化学成分(%)CaCO3FeO3Al2O3MgOSP石灰石3060

17、961.01.01.01.00.008表2-3 石灰石质量标准(ZBD5300290)类别等级化学成分CaOCaOMgOSiO2PS不小于不大于普通石灰石特级品一级品二级品三级品四级品54.053.052.051.050.03.01.01.52.23.04.00.0050.0100.0200.0300.0400.0250.0800.1000.1200.150镁质石灰石特级品一级品二级品三级品四级品54.554.053.552.551.58.01.01.52.22.53.00.0050.0100.0200.0300.0400.0250.0800.1000.1200.150232燃料燃料情况如图2

18、-4所示图2-4 燃料情况净化电石炉尾气2400Kcal/ m3净化蓝碳炉尾气 1700Kcal/ m3单窑电石炉尾气日用量239500 m3/座/日单窑电石尾气用量/h9980 m3 /h 单窑蓝碳炉尾气日用量338000 m3/座/日 单窑蓝碳尾气用量/h14000 m3 /h 燃气供气压力1825KPa 233氮气（供检修时，置换煤气使用）氮气情况如表2-5所示表2-5 氮气情况供气压力0.8MPa0.20.6Mpa使用压力0.20.6品质N2含量99.99%流量800m3/h 234供水循环水：主要风机和油泵设备冷却水以及环境用水，其情况如表2-6所示表2-6 供水情况入口压力0.20

19、.4MPa入口温度36总硬度15德国硬度流量200300m3/h235电源 电源情况如表2-7所示表2-7 电源情况高压10Kv5% 50Hz低压0.4Kv5%50Hz双回路供电236压缩空气 压缩空气情况如表2-8所示表2-8 压缩空气情况系统阀用仪表用气量5m3/h布袋除尘耗气量16002200m3/h气源压力0.40.8MPa含油量0.6PPm含水量0.5PPm露点40最大灰尘0.1m3 热工计算3.1 基本反应预热区在窑上部, 其作用是使锻烧区升上来的废气与新投人的石灰石和炭材相遇并进行热交换, 对马上要进人锻烧区的石灰石及炭材进行预热, 因为石灰石的分解温度为812, 所以大家把预热

20、区与锻烧区温度分界点定为850。锻烧区是在窑的中部, 是窑内进行化学反应的主要区域, 也是全窑温度集中的地方, 中心温度可达1200, 边缘区域的最低温度为815。由冷却区升上来的空气在此处起助燃作用。缎烧区的温度和位置, 决定于物料下降速度、混合料的粒度、风量大小、风压高低、窑料配比等因素。缎烧区主要反应有（a）燃料燃烧：C+O2=CO2+33777 kj/kg碳C+1/2O2=CO+10216.5 kj/kg碳（b）石灰石分解：CaCO3=CaO+CO2-1788.9kj/kg冷却区是在窑下部, 当缎烧好的生石灰下降到这个区域时, 与鼓风机送入的冷空气相遇产生热交换, 生石灰被冷空气冷却到

21、以下自窑下卸出。进人窑内的空气则被生石灰预加热后, 上升到锻烧区, 参加燃烧反应。3.2 影响石灰石缎烧的主要因素影响石灰石缎烧因素主要有缎烧温度、石灰粒度、石灰石与燃料焦炭的混合均匀程度。3.2.1 温度对石灰石缎烧的影响图3-1 石灰石煅烧速度与温度的关系石灰石锻烧速度与温度有极大关系。图2所示为石灰石锻烧曲线图。由图可见, 锻烧温度在900时, 每小时只能锻烧0.33cm，若在1000时, 则每小时可烧透石灰0.66cm, 加快了1倍，若是在1100，就会每小时烧透1.4cm，快了3倍。通常实际生产活动中石灰窑的锻烧温度基本都控制在1050左右, 故要求窑内温度稳定而且要均匀分布, 要使

22、三个区域的位置适宜, 同一截面的温度最好一致, 这样石灰石分解就可以得到保证。如果缎烧区下移, 将使生成的石灰得不到充分冷却, 空气得不到充分预热, 冷却区缩短如果锻烧区上移了, 石灰石预热不好预热区缩短, 热气就会得不到冷却, 窑气带出的温度量就会增加。窑气温度高, 损失热量比石灰本身温度高损失热量高得多。例如同是150 , 石灰带出热量为70890kj/1000kg, 以同样重量的石灰石产生窑气带出热量为175140kj/1000kg, 要保证窑内温度稳定均匀的正常生产, 必须做到5个均匀，就是：石灰石粒度、焦炭粒度均匀, 混合料分布均匀, 出灰速度均匀, 送风量均匀。3.2.2 石灰石的

23、粒度度对煅烧的影响石灰石的锻烧速度取决于石灰石的粒度, 粒度越大, 锻烧速度就会越慢。这是由于石灰的导热系数小于石灰石的导热系数。所以大块石灰往往存在夹心, 生烧石灰就是这个原因。为了使热量尽快进人石块的中心, 就必须保证窑温。石灰石粒度与煅烧烧时间关系曲线如图所示图3-2 原料粒度与煅烧时间的关系由图3-2可以看出, 煅烧对石灰石粒度有一个适当的需求, 否则其所需的锻烧时间就会相差悬殊, 例如，100mm石灰石在1150时需要缎烧时间4小时, 如果窑温降至950则需要的煅烧时间为17小时, 锻烧速度几乎降低了4倍左右。以直径为4m的灰窑为例, 当缎烧区热电偶显示温度为690到750时窑内实际

24、温度要高出显示温度约200左右,出窑的石灰生烧较多, 约有15%，如果入窑的石灰石粒度超过200mm的较多, 石灰生的生烧现象就会更为严重。由于窑温控制得较低, 石灰石粒度却偏大而导致生产的石灰生烧大约15%以上,很显然是由于缎烧的速度不够所致。提高控制温度在800以上, 严格控制石灰石的粒度必须要小于200mm, 那么生烧率就会降到一个允许的范围内。3.2.3 布料均匀状况对石灰石滚烧过程的影响在缎烧石灰石的过程中, 燃料应与石灰石块相混合均匀, 均匀的分布在窑内, 才能正常锻烧。燃料的粒度过大, 燃烧较慢, 容易在石灰中残存未烧尽的燃料,不但浪费了燃料, 还会出现生烧率增大、锻烧不充分的现

25、象。粒度偏小, 燃烧较快, 锻烧区上移, 也可能出现生烧的石灰。如果石灰石粒度相差悬殊, 那么与燃料混合后, 投人窑内会形成物料分聚现象, 靠窑壁的物料粒度大, 阻力小, 易燃烧, 火层易上移, 形成锻烧区上移, 窑顶窜火。消除这种现象必须采取粒度合适的石灰石和燃料, 例如石灰粒度50mm到150mm。布料器保证运行可靠, 布料均匀。如果石灰窑布料器故障造成布料不均，就会导致石灰窑内缎烧温度不均匀。3.2.4 燃料特征对石灰石缎烧过程的影响石灰窑生产的固体燃料通常用焦炭与无烟煤作燃料, 在生产中燃料的固定炭含量越高越好, 炭分、挥发分越少越好。灰分高燃料发热值虽然降低了,灰分含量高也相应的降低

26、了石灰的质量。挥发份的含量高,造成的火焰就长, 锻烧区就会增长, 因此要求燃料固定炭高。焦炭和无烟煤的比较焦炭及无烟煤燃烧持性曲线见图3-3：图3-3 焦炭及无烟煤燃烧特性曲线3.2.5 通风机送风量对石灰石燃烧过程的影响在燃料配比合适的情况下, 要控制合理的送风量, 一般情况下对空气量的控制用压力表示, 就是送风压力。风压的大与小会影响石灰窑的缎烧和锻烧区的上移、下移, 同时影响缎烧过程窑气的变化。窑气主要成分是：CO2、O2、CO, 从这三个成分的比例可看出石灰窑的缎烧情况（a）二氧化碳含量高40%到42%，, 说明窑内石灰石锻烧良好, 窑况正常。事实上对直径为4m的石灰窑来说, 当窑气中

27、含量为31%到33%时, 锻烧的石灰石就会难以充分分解, 生产的石灰中生烧量可能升高到15%到20%.(b)一氧化碳低, 说明燃料燃烧完全, 反之,则说明燃烧不完全，另一方面也说明了窑内温度高、配比高, 或局部燃料集中, 使生成的二氧化碳还原成为CO（c）一般要求空气要足，一般为所需量的1.05倍，如果氧气的浓度高的话，说明供风量大,不仅浪费, 也造成很多热量损失。对石灰窑而言, 根据窑气的组成可科学合理地控制供风量, 保证石灰石的缎烧分解反应能够正常进行。（d）供风压力上不去也是窑况异常的信号, 要及时的分析处理。综上所述, 影响竖式石灰窑锻烧过程的因素是多方面的, 只有合理控制石灰石缎烧温

28、度, 合理控制石灰石粒度、燃料焦炭粒度, 了解燃料特性, 适时调整配比, 混料布料均匀, 合理供风, 才能保证石灰窑石灰石缎烧过程的稳定正常进行, 避免产生结瘤,减少石灰生烧, 保证生产的石灰氧化钙的质量稳定。3 .3 基础热工计算原始材料：石灰石：CaCO3 96.79%，MgCO3 1.33% 原料块径：40120mm，原料平均块径：80mm 燃料：电石尾气Q 低位=62284.99KJ/公斤，工作质中石灰含量 12.66%，含水量 8.0% 。 计算所需要的一些数值，按照煅烧石灰石时竖窑作业的实际数据，采用： 烧成度 （%） 92 空气消耗系数 a 1.05 物料平衡单位产品干石灰石消耗

29、量： 实际石灰产量，按式（3）： 空气消耗量： 干窑气各组分产量： 干窑气产量： 水蒸气产量： 平衡支出的部分 平衡式两边相当精确的吻合。物料各项平衡（烧制1公斤CaO）列下：消耗量（公斤）干原料 2.006工作燃料 0.162石灰（实物）产量 1.234空气消耗量 （m3） 1.143窑气各组分产量（m3） CO2 0.617 ，CO 0.017 ，O2 0.020 ， N2 0.903干窑气产量 1.557 m3， 2.400公斤水蒸气产量 0.013公斤窑气中 CO2的浓度为39.6%热平衡热量收入 ： 热量支出 ： 分解CaCO3和MgCO3干窑气带走的热损失： 4.19KJ=水蒸气带

30、走的热损失： 石灰带走的热损失： 其他损失：挥发物未燃尽，机械和化学不完全燃烧，散入周围介质。热平衡方程式： 各窑带的物料平衡和热平衡预热带：进入预热带各气体的数量：VCO2 = 0.617-0.2661.330.02006=0.610m3VCO = 0.017m3VO2 = 0.020m3VN2 = 0.903m3 进入预热带的气体体积： V，气体 =1.550m3 从预热带的气体来的石灰石数量：K 原料 =2.006（1-0.5210-21.33）=1.92公斤 从予热带出来的焦渣数量：K燃料=0.16210-2（100-8）=0.149公斤进入预热带的气体带入的热量收入：计算气流的含热量

31、是，可以用下面的公式来进行计算：i气=at-b整理在8001100温度区间中各气体的系数a和b值。气体 CO2 CO O2 N2a 0.603 0.366 0.382 0.359b 74 27 29 26预热带气体含热量的计算可以根据下面的公式来进行计算Q气其他支出项目（由窑的热平衡）：使平衡的收入项等于支出项，解方程得值t，气。预热带=924根据表示分解温度同气体温度及气体中CO2浓度关系的方程，求得：冷却带：燃烧生成的CO2体积等于： V”CO2,冷却带=1.8670.7537y=1.407ym3从冷却带出来的气体中氧的体积正好要减少该值（同入窑的空气相比）。热平衡方程：解方程求得，y=0

32、.0306公斤，或占燃料总值含量的量的19%，冷却带V”CO2 =0.043m33 . 4 各窑带高度的计算。 预热带：气体和物料的平均温度： 气体的平均组成成分 CO2 CO O2 N2 合计V气（m3） 0.614 0.017 0.020 0.903 1.554I气（%） 39.5 1.1 1.3 58.1 100.00气体的平均标准速度气体运动粘滞系数y和导热系数按加成总则计算，每一种成分的数值（y，）按表格或算图查得：气体的导热系数：=Re=放热系数：a=物料的导热系数：总放热系数：原料的视在热容量水当量比：预热带所需要的高度：冷却带：空气和石灰的平均温度气体的平均组成：成分 CO2

33、O2 N2 合计 0.022 0.218 0.903 1.143 1.9 19.1 79.0 100.0气体的标准速度：3.5 热工优化计算在煅烧区中，石灰石经过煅烧变为石灰。由煅烧区内带出来的热量有两个部分: 一部分是煅烧好了的石灰固体所含有的热量, 从煅烧区出来后进入冷却区的石灰初始温度也有900 1000; 另一部分就是从煅烧区进入预热区的炉气, 初始的温度约为950左右。这两部分余热量分别为：Q 1= m 石灰c石灰 t石灰 (1)Q 2= m 炉气c炉气 t炉气 (2)式（1）和式（2）中, c石灰、c炉气分别为石灰、炉气的比热容,m 石灰为石灰的质量流量, 即为石灰的产量; m 炉

34、气为炉气的质量流量, 它由两部分组成, 一部分是燃烧的燃烧产物Vn , 另一部分是石灰石所分解出来的二氧化碳量V CO2； t石灰、 t炉气分别为石灰和炉气进出冷却区、预热区的温差。余热Q 1 将热量交换给从下面上来的助燃空气，助燃空气获得的热量为 Q 1= m 空c空t空 （3）余热Q 2 将热量交换给从上面下来的石灰石和燃料, 它们获得热量为Q 2 = m 石灰石c石灰石+ m 燃料c燃料) t料= m 料c料t料 (4)由两个区的热平衡可得:Q 1= Q 1 + Q 1失 (5)Q 2= Q 2 + Q 2失 (6)式(5)、(6) 中, Q 1失、Q 2失分别为冷却区、预热区的炉体外表

35、面上的散热损失。它们的大小与炉体外壁温度、表面积有关。现在大部分炉体都进行了较好的保温, 保温后这两个区域的外壁的温度一般为50 60, 这部分热损失一般超不过该区热交换量2%。为讨论问题方便, 大可以将这部分热损失忽略。Q 1= Q 1 得m 石灰c石灰t石灰= m 空c空 t空 (7)Q 2= Q 2 得m 炉气c炉气 t炉气= m 料c料 t料 (8)在热工分析中, 常定义m c= Ga为水当量。则:Ga石灰 t石灰= Ga空 t空 (9)Ga炉气 t炉气= Ga料 t料 (10)水当量Ga石灰、Ga空、Ga炉气、Ga料与石灰产量,助燃空气量、炉气生成量, 入炉物料量都有关。石灰立窑中的

36、各水当量沿窑体高度的分布，如图1。图3-4 水当量沿竖窑高度的变化由图1 可知, Ga料 t气，这从理论上给出了窑内余热的可利用程度。以预热区为例: 从理论上讲, 虽然可以通过增加预热区的高度来尽可能地降低出窑炉气温度, 减少热损失, 但出窑废气温度的下降是有极限的, 图2 中料、气温度沿立窑高度的变化就可说明这点。图3-5料、气温度交换强度沿立窑高度的变化3.6热工过程的优化控制对于现有的设备, 如何根据石灰竖窑的上述热工特性, 通过对热工过程的优化, 来达到提高石灰煅烧的质量, 降低煅烧的能耗, 是很有意义的。煅烧区的控制，石灰竖窑的三个区域中，核心是燃烧区, 该区的温度, 高度的确定,

37、对能耗和质量影响颇大。石灰石全部分解为石灰与二氧化碳所需要的时间由H0 塔邦希科夫公式给出:S=qR 块R 块 / f / ( t表- t区) / (2KCaO) +1/A (11)式（11）中: q 为分解每立方米的石灰石(CaCO 3) 和加热石灰(CaO ) 使其中心温度能达到介质温度需要的热量; f 为物料形状系数; KCaO 为石灰的导热系数, 一般这几项变化都不大; 燃料的表面温度与该煅烧区间平均温度之差(t表- t区) , 区间换热系数A比较明显地影响着分解所需要的时间, 所以现场一般都采用强化煅烧来提高生产率。对一具体的窑来说, 如热工温度制度确定, 炉气量也一定, 则变化不太

38、大。现场变化较多的是石灰石的块度, 它会随来料的块度大小变化; 公式中R 块的变化比较显著地影响着煅烧所需的时间(接近于二次方关系)。在热工温度制度已经确定的情况下, 对于S的确定, 可通过煅烧区高度来控制。H 煅= G/(F Q) (12)式中: G 为生产率, Q为每单位体积物料的重量, F为石灰竖窑煅烧区内的横截面积。H 煅过大,或煅烧时间过长, 石灰会呈过烧状态, 其活性度下降; H 煅过小, 煅烧时间就过短，石灰会呈生烧状态, 石灰中CaO的 含量下降; 由上述可知, H 煅应随来料块度的大小,来 作相应的变动, 既不能使煅烧时间S过长, 也不能使S过短, 因为两者都影响着石灰的质量

39、, 而且前者还会增加燃耗的消耗。4 窑体结构设计4. 1窑体总体设计合格料经窑前料仓落入上料小车送入窑上，通过静态多级布料器将石料均匀分布在窑内。经验数据，石灰石经过4小时的煅烧可以充分分解为活石灰，而窑内物料的下行速度为0.7m/h,故煅烧带应为2.8m。如图4-1所示：图4-1 窑内各段高度示意窑体根据功能分四大段。上吸气梁和上燃烧梁之间为预热带，高12.5米。上燃烧梁和下燃烧梁之间为煅烧带，高2.8米、下燃烧梁和下吸气梁之间为后置煅烧带，高后置煅烧带3米、下吸气梁到窑底进风口为冷却带，高3.5米。预热带，来自燃烧梁的高温废气经过预热带石灰石，到达窑顶温度逐渐下降到300以下，石灰石被逐步

40、预热到830的温度；在煅烧带，从燃烧梁上、下部喷出的一部分燃气直接与空气混合燃烧，大部分燃气迅速扩散与被下部烧嘴加热的空气（950以上）相汇合并在石料中弥漫均匀燃烧，使煅烧带温度控制在11001200。在煅烧带与冷却带之间的后置煅烧带中的温度控制在9501100，石灰石在相对恒定的温度下得以充分的分解；下吸气梁至窑下冷风管间为冷却带，由窑下冷却风机经冷风管鼓入冷空气，使石灰温度由9501100降至100以下。被冷却的石灰定时经8个出灰口进行称量后，进入储料斗，再经皮带输送机进入电石工艺系统。几乎所有的双梁式石灰竖窑，他们的每层燃烧梁都是水平的分布在一个高度，如图4-2所示图4-2 原始燃烧梁分

41、布图由于进到窑内的原料的大小不可能完全一致，总是有大有小的，根据边壁效应的原理，较大的石头总是分布在边缘，较小的石头总是分布在中心，所以石灰窑内的原料分布为越靠近边缘，原料的直径越大，从而原料之间的间隙也就越大，那么燃气的扩散也就会越快，温度就会相对的较高，如果画出等温面的话，就会呈现出一定的弧度，如何才能让等温面变的水平，是石灰的受热更加的均衡呢，那就需要相应的调整燃烧梁的安装位置，如图4-3所示，使燃烧梁呈现一定的梯度，但是上梁和下梁的平均距离不变，这样即不会影响石灰的煅烧时间，还会使他们的热平面处于一个平面上，使石灰窑内的温度更加的平均。图4-3 改进燃烧梁分布图4. 2 窑体的规格和设

42、计参数其具体参数如表4-1所示：表4-1 窑体规格参数窑壳总高23.5m竖窑有效高度21m竖窑有效内径66004800竖窑有效容积665m3煅烧温度105012004. 3 窑体结构组成4. 3. 1竖窑窑壳结构竖窑窑壳选用钢结构。功能：a保证竖窑窑衬砌体牢固可靠；b保证窑体的密封性；c辅助支撑窑体上的载荷；竖窑结构合理与否直接影响到石灰的质量、产量和使用寿命。窑壳选用12钢板焊成，为确保钢窑壳强度可靠和密封性，在横向焊缝处增加一圈12厚的箍筋板，内壁增加一圈12厚的水平隔板，为消除四角处内应力，在四角内壁焊了纵向角形筋板，这样设计就保证在煅烧过程窑温上升砌筑材料膨胀、石料分解生成的气体向外膨胀时，窑体不会胀裂和开焊。为了施工和使用检修方便，在不同高度设三个人孔，若干个检修门。4. 3. 2 竖窑窑衬窑衬的作用是形成窑