文献综述-生产10万t矿粉级一氧化锰项目用设备-干燥窑的设计.doc

文献综述一 回转窑的发展在建材、冶金、化工、环保等许多生产行业中，广泛地使用回转圆备对固体物料进行机械、物理或化学处理，这类设备被称为回转窑。 回转窑的应用起源于水泥生产，1824年英国水泥工J阿斯普发明了间歇操作的土立窑;1883年德国狄茨世发明了连续操作的多层立窑;1885英国人兰萨姆发明了回转窑，在英、美取得专利后将它投入生产，很快获得可观的经济效益。回转窑的发明，使得水泥工业迅速发展，同时也促进了人们对回转窑应用的研究，很快回转窑被广泛应用到许多工业领域，并在这些生产中越来越重要，成为相应企业生产的核心设备。它的技术性能和运转情况，在很大程度上决定着企业产品的质量、产量和成本。“只要大窑转，就有千千万”这句民谣就是对生产中回转窑重要程度的生动描述。在回转窑的应用领域，水泥工业中的数量最多。水泥的整个生产工艺概括为“两磨一烧”，其中“一烧”就是把经过粉磨配制好的生料，在回转窑的高温作用下烧成为熟料的工艺过程。因此，回转窑是水泥生产中的主机，俗称水泥工厂的“心脏”。建材行业中，回转窑除锻烧水泥熟 料外，还用来锻烧粘土、石灰石和进行矿渣烘干等;耐火材料生产中，采用回转窑锻烧原料，使其尺寸稳定、强度增加，再加工成型。有色和黑色冶金中，铁、铝、铜、锌、锡、镍、钨、铬、锉等金属以回转窑为冶炼设备，对矿石、精矿、中间物等进行烧结、焙烧。如:铝生产中用它将氢氧化铝焙烧成氧化铝;炼铁中用它生产供高炉炼铁的球团矿;国外的“SL/RN法”、“Krupp法”用它对铁矿石进行直接还原;氯化挥发焙烧法采用它提取锡和铅等。选矿过程中，用回转窑对贫铁矿 进行磁化焙烧，使矿石原来的弱磁性改变为强磁性，以利于磁选。化学工业中，用回转窑生产苏打，锻烧磷肥、硫化钡等。上世纪60年代，美国LapPle等发明了用回转窑生产磷酸的新工艺。该法具有能耗低、用电少、不用硫酸和可利用中低品位磷矿的优点，很快得到推广。 此外，在环保方面，世界上发达国家利用水泥窑焚烧危险废物、垃圾已有20余年的历史，这不仅使废物减量化、无害化，而且将废物作为燃料利用，节省煤粉，做到废物的资源化。二、回转窑的组成与分类 1.回转窑的组成 回转窑是对散状或浆状物料进行加热处理的热工设备，问世已逾百年。回转窑广泛用于有色冶金、黑色冶金、耐火材料、水泥、化工和造纸等工业部门。 回转窑的外形与结构组成见图1一1. 图1一1回转窑简图 1-燃烧器，2-窑头罩，3一筒体;4-窑衬，5-热交换器，6-滚圈，7-窑尾罩.8一喂料装置，9-支承装置，0-带挡轮支承装 置，11-传动装置 回转窑属于回转圆筒类设备。筒体内有耐火砖衬及换热装置，以低速回转。物料与热烟气一般为逆流换热，物料从窑的高端(又称冷端或窑尾端)加人。由于筒体倾斜安装，在回转时，窑内物料在沿周向翻滚的同时沿轴向移动。燃烧器在低端(又称热端或窑头端)喷入燃料，烟气由高端排出。物料在移动过程中得到加热，经过物理与化学变化，成为合格产品从低端卸出。 回转窑一般由下列九部分组成: (l)筒体与窑衬 筒体由钢板卷成，是物料完成物理与化学变化的容器，因而是回转窑的基体。窑内物料温度可达1450“C以上，故筒体内均砌筑耐火材料(即窑衬)，起保护筒体和减少散热的作用。按照物料的变化过程，筒体内划分成各工作带，如烘干带、预热带、分解带、烧成带(或反应带)、冷却带等。工作带的种类和长度随物料的化学反应及处理方法而异。 由支承的需要，筒体又分成若干跨。 (2)换热装置 为增强换热效果，筒体内往往还设有各种换热装置，如链条、格板式热交换器等。 (3)滚圈 筒体、窑衬、物料等所有回转部分的重量通过滚圈传到支承装置上。滚圈传递可达儿百吨重的载荷，其本身的重量也可达到几十吨，是回转窑最重的零件。 (4)支承装置 它承受回转部分的全部重量，由一对托轮轴承组和一个大底座组成。一对托轮支承着滚圈，既允许筒体自由转动，又向基础传递了巨大的荷重。 支承装置的套数称为窑的挡数，一般有27挡。在其中一挡或几挡支承装置上装有挡轮，称为带挡轮支承装置。挡轮的作用是限制或控制窑回转部分的轴向窜动。 (5)传动装置 它的作用是通过没在筒体中部的齿圈使筒体回转。齿圈用弹簧板安装在筒体上。由于操作和维修的需要，较大的窑还设有使窑以极低转速转动的辅助传动。 (6)窑头罩 它是连接窑头端与流程中下道工序设备(如冷却机)的中间体。燃烧器及燃烧所需空气经过窑头罩入窑。这里是看火工进行生产操作的地点，因此窑头罩上设有看火孔及检修门。 窑头罩内也砌有耐火材料。在静止的窑头罩与回转的筒体间有密封装置，称窑头密封。 (7)燃烧器 回转窑的燃烧器大多从筒体窑头端擂入，通过火焰辐射将物料加热到需要的温度。嫩烧器有喷煤管、油喷枪、煤气喷嘴等，因燃料而异。 当反应温度较低时，在窑头罩旁另设燃烧室，将热烟气通入窑内来供给热量。 外热窑是在筒体外砌燃烧室，对物料进行间接加热。 (8)窑尾罩 它是连接窑尾端与物料预处理设备以及烟气处理设备的中间体。烟气经窑排出而入烟道及收尘系统。物料由喂料设备直接喂人窑的尾部，对千带有外部换装置的窑，则经换热装置处理后经窑尾罩人窑。 窑尾罩内也砌有耐火、保温材料。在静止的窑尾罩与回转的筒体间有密封装置，称窑尾密封。 (9)喂料设备 它是回转窑的附属设备。根据物料入窑形态来选用喂料设备。干的粉料(包括窑灰)或块状料由螺旋喂人或经溜管、溜槽馏入。含水分40%左右的水泥生料浆用勺式喂料机舀人流槽流入窑内。水分相似的碱石灰铝矿料浆用喷枪在压力下雾化后喷入窑内。呈过滤机滤饼形态的湿氢氧化铝一类物料，可用板式喂料机、螺旋喂料机喂入容内。对喂料的要求是稳定、均匀、容易控制，以便配合窑的操作。一般用变速电动机驱动来调节喂料量。 回转窑的基本参数有:直径(筒体内径)，长度，安装斜度，转速，产能，热耗以及所需传动功率。 在进行回转窑设计之前，必须掌握下列工艺资料:所处理物料的种类、状态(尤其是水分含量)，相适应的喂料方法，处理物料的要求(温度、物理、化学变化)，对窑产能及其波动范围的要求，窑灰入窑的位置（窑尾还是窑中)，燃料的种类及耗量等。回转窑的机构组成比较简单，一目了然。但由于回转窑形大体重，而且还要转动，给设计、制造、安装带来了一些向题。设计中必需考虑大型零部件的制造、运输和安装条件，尤其是直径4米以上的窑:往往会受到很多限制。人们在解决矛盾的过程中，使回转窑不断发展。 2 回转窑的分类 回转窑可以从不同角度进行分类。 (1)按喂料方法分根据入窑的物料是否带附着水，分干法窑和湿法窑。湿法窑还可分为流入法和喷人法。干生料制成球(含水12-14%)经炉蓖子加热机(又称链蓖机)缎烧后入窑的方法俗称“半干法”。氧化铝焙烧窑的原料氢氧化铝含附着水12-18%，亦可称半干法。 (2)按长径比L/D分长径比是划分长窑和短窑的依据。一般干法窑内工作带数少，L/D16，为短窑。湿法窑一般为长窑，L/D=3042.喷入法窑内烘干过程短，L/D=2025，介于两者之间。 (3)按窑型分按筒体的几何形状，分为直筒窑、冷端扩大窑、热端扩大窑、烧成带扩大窑和两端扩大窑(哑铃窑)等。 (4)按物料冷却方式分在筒体热端固定有多个冷却筒时，称为带多筒冷却机窑，以区别于另设冷却机的窑。 窑和冷却机合一可简化工艺配置，降低窑的安装高度，缺点是冷却效率低，受物料块度限制，一度仅用于中小窑。1965年以后丹麦史密斯公司改进了结构和材料，制造了日产25004000吨水泥熟料的大型多筒冷却机窑。 (5)按加热方式分可分为内热窑与外热窑。多数窑是内热窑。在有色冶金和化工工厂中，当处理物料为剧毒物或要求烟气浓度高及产品纯度高时，还使用外热式回转窑，用电热丝或重油在筒体外对物料进行间接加热。其直径一般较小，所以也称为回转管。有的把整个窑系统安装在一个大钢架.上以便在生产中调节窑的斜度。三、斜度、转速与物料在窑内停留时间 回转窑倾斜安装，以转速n回转，使物料在窑体内由高端向低端作前进运动，满足反应所需的停留时间，一定的料层厚度以及翻动物料的要求。1，斜度为便于计算，回转窑的斜度习惯上取窑轴线倾斜角的正弦。回转窑和冷却机的斜度一般为0.020.05，干燥机为0.030.08。物料流动性好的窑，如氧化铝焙烧窑，斜度不宜过大，取0.020.025。水泥窑及氧化铝熟料窑普遍采用0.0350 .04。 2.转速 窑转动起到翻动物料的作用。提高转速可以强化物料与气流间的传热。氧化铝熟料窑有快速转窑提高产量的成熟经验，某铝厂的窑曾经在4转/分左右运转，和水泥窑及重有色冶金窑一般不大于.转/分有很大区别。但过高的转速会使熟料质量不稳定，设备维护困难，因此建议氧化铝熟料窑转速不大于3转/分，氧化铝焙烧窑不大于2.5转/分。重有色冶金中用的回转窑，有的也要求提高搅动程度以利传热，但更多情况下要求减少搅动，以免排烟中粉尘过多而降低挥发回收物纯度，或减少料层中有用金属的挥发损失，因此常用转速多为0.51.2r转/分。炭素窑常用转速为1.12.1转/分。窑的设计转速一般取常用转速的值，当工艺对加快转速有所要求时，可取设计转速大于常用转速。冷却机和千燥机的转速一般为36转/分，快速干澡机可达810转/分。参 考 文 献1孙桓等主编.机械原理. 北京：高等教育出版社，20012濮良贵等主编.机械设计. 北京：高等教育出版社，20013回转窑编写组回转窑（设计、使用与维修）北京：冶金工业出版社，19784 金国淼等编. 化工设备设计全书 干燥设备设计： 化学机械工业出版社，20025 张泾生, 周光华. 我国锰矿资源及选矿进展评述. 中国锰业, 2006, (01)6 高海亮. 国内外锰矿生产及消费现状. 中国金属通报, 2006, (