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 |
| | | | |
△t，℃ | 40 | 50 | 100 | 150 | 200 | 250 |
K，W/m2·k | 47 | 58 | 116 | 175 | 233 | 291 |
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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=lRc1Rt1/(ηQRdw)
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Rα沸虚RV°）/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
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RV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） |
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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 |
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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 |
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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 |
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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 |
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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% |
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8、 鼓风机
计算风量 | 5060m3/h | 烘干炉选用风机型号 | 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 | R180M-222KW |
电机转速 | 2900rpm |
风机转速 | 2900rpm |
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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 |
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10、 旋风除尘器
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