1、回轉窯熱工設計一、窯型和長徑比1.窯型所謂窯型是指筒體各段直徑的變化。按筒體形狀有以下幾種窯型：(1)直筒型：制造安裝方便，物料在窯內移動速度較均勻一致，操作控制較易掌握，同時窯 體砌造及維護較方便；(2)熱端擴大型：加大單位時間內燃燒的燃料量及傳熱量，在原窯直徑偏小的情況下，擴大 熱端將相應提高產量，適用于燒成溫度高的物料；(3)冷端擴大型：便于安裝熱交換器，增大干燥受熱面，加速料漿水分蒸發，降低熱耗及細 塵飛損，適用于處理蒸發量大、烘干困難的物料；(4)兩端擴大型(啞鈴型)：中間的填充系數提高，使物料流動的機會減少，還可以節約部分 鋼材；還有單獨擴大燒成帶或分解帶的 大肚窯”，這種窯型易掛

2、窯皮，在干燥帶及燒成帶能 力足夠時，可以顯著提高產量。但這種窯型操作不便。總之，不論擴大哪一帶，必須保持預燒能力和燒結能力趨于平衡。只有在生產窯上，經 過生產實踐和充分調查研究(包括必要的熱工測定和計算)，發現某一帶確為熱工上的薄弱環節，在這種特定條 件下將該帶擴大，才會得出較明顯的效果。目前國內外發展趨勢仍以直筒型窯為主，而且尺寸向大型方面發展。其他有色金屬工業用回轉窯（還原、揮發、硫化精礦焙燒、氯化焙燒、離析、燒結轉化等）多采用較短的直筒窯。2.長徑比窯的長徑比有兩種表示方法：一是筒體長度L與筒體公稱直徑D之比；另一是筒體長度L與窯的平均有效直徑D均之比。L/D便于計算，L/D均反映要的熱

3、工特點更加確切，為了區 別起見，稱L/D均為有效長徑比。窯的長徑比是根據窯的用途、喂料方式及加熱方法來確定的。根據我國生產實踐的不完 全統計，各類窯的長徑比示于表1中。長徑比太大，窯尾廢氣溫度低，蒸發預熱能力降低， 對干燥不利；長徑比太小，則窯尾溫度高，熱效率低。同類窯的長徑比與窯的規格有關，小窯取下限，大窯取上限。式中:G 單位生產率，噸/小時；D均 窯的平均有效內徑，米；書一一物料在窯內的平均填充系數，一般為0.040.12。各類窯的填充系數見表2窯的名稱公稱長徑比有效長徑比氧化鋁熟料窯（噴入法）20252227氧化鋁焙燒窯202321.524碳素煅燒窯13.5191724干法和半干法水泥

4、窯1115濕法水泥窯3042單筒冷卻機812鉛鋅揮發窯141716.718.3銅離析窯1516氯化焙燒窯1217.7二、回轉 窯的生產 率回轉窯生產是一個綜合熱工過程,受多方面因素影響。分析其內在規律性,可以建立以下幾個方面的數量關系。1.按窯 內物料流 通能力：G=0.78表1各類窯的長徑比丫料 物料堆比重，噸/米；某些物料的堆比重見表3；物料軸向移動速度，米/小時；其值取決于窯運轉情況，可按式(12)、式(13)及式(14)計算或測定。 表2各類窯的平均填充系數窯名稱平均填充系數書銅離析窯0.060.08鉛鋅揮發窯0.040.08氧化焙燒窯0.040.07氯化焙燒窯0.040.07氧化鋁熟

5、料窯0.060.08氧化鋁焙燒窯0.060.08表3某些物料的堆比重物料名稱堆比重鋅浸出渣1.61.65鋅浸出殘渣與50%焦粉混合料1.21.3鉛鼓風爐水碎渣與50%焦粉混合料1.41.5氯化銅礦1.16鋅沸騰焙燒細塵1.80硫化鎳精礦1.61.8硫化鎳焙砂1.22.0氧化鋁和干氫氧化鋁1.0堿石灰鋁土礦干生料1.2堿石灰鋁土礦熟料1.31.42.按物料反應時間有些工藝過程要求物料有 一定的高溫持續時間，以完成物理 化學反應。若通過實驗或生產實踐 得知 物料必須在窯內停留的時間，貝G=0.785XL/TXD均2XX丫料噸/小時(2)式中：L窯長(或某帶長度)，米；T物料在窯內(或 某帶)停留時

6、間，小時；其他符號 同前。3.按正常排煙能力為了控制窯灰帶出的循環量， 往往選擇一個適宜的窯尾排氣速度范圍。G=2826DX均干2Xg X（1-書干）/V oX（1+Bt）噸/小時（3）式中：V0 每噸產品的窯氣量，標米3/噸；t尾煙氣離窯溫度，C;B 體體積膨脹系數,B=1/273;gt窯尾排氣速度，m/s，一般38m/s;書干-干燥帶物料填充系數；D均干 干燥帶平均有效內徑， 米。4.按供熱能力G=KBXQ低Xn/q料噸/小時（4）式中：B燃料消耗量，公斤/小時或標米3/小時；Q低一一燃料低發熱量，千卡/公斤或千卡/標米3;K系數，對鋁廠用窯預熱二次空氣時，K=1.11.15;不預熱時，K

7、=1.0;n的熱效率，一般為5565%;q料每噸產品必須消耗的有效熱，千卡/噸。q料=（G干料+A）（q吸+CXt高+600w/100-w）X103千卡/噸 式中：G干料一一每公斤產品理論消耗干生料量（不包括水分），公斤/公斤；A-每公斤產品不可返回的飛塵損失，公斤/公斤q吸每公斤產品吸熱反應吸熱量（除去放熱反應放熱量），千卡/公斤;CXt高將物料加熱到最高溫度（燒成帶）所需物理熱，千卡/公斤;W濕生料中所含水分，%。5.按窯內傳熱能力：G=EQ-q料或G=Qi-q料i千卡/小時（5）式中：刀Q窯內各帶對物料的總給熱量，千卡/小時；Qi 窯內某一工作帶中對物料的傳熱量，千卡/小時;q料 物料必

8、須在窯內吸收的總有效熱量，千卡/噸；q料i 物料在某一工作帶內必須吸收的有效熱量，千卡/噸。 所謂有效熱量指的是不考慮非生產性消耗和熱損失的熱量。回轉窯內傳熱過程比較復雜，各工作帶內傳熱方式也不盡相同。在干燥帶，氣體溫度較 低，傳熱以 對流為主。另外，窯壁及熱交換裝置對物料也有傳導作用，因傳導的計算較繁雜，而輻射的 份量又不大，為簡化計算，往往將兩種熱交換綜合在對流給熱系數之中，用一個經驗公式表示：Q干=債干XF干XAtF式中：a干一一干燥帶給熱系數，千卡/米2小時C,根據熱交換裝置類型不同，有各種經驗公式，如在掛鏈條情況下：（式中coo為窯全斷面的平均流速，Nm/S）;F干一一干燥帶中總傳熱

9、面積（窯的內襯表面+熱交換裝置總表面），m2;At干一一干燥帶兩端爐氣與物料溫度差的對數平均值，C。圖2回轉窯內壁示意圖其他帶內，對物料裸露表面的傳熱可近似按火焰爐內傳熱公式計算；對與窯襯接砝的物 料表面，窯襯表面將通過輻射與傳導向物料傳熱，但隨著窯襯溫度升高及物料顆粒變粗（由粉料變成 小球進而燒結成塊），其間傳導作用將越來越小，傳熱量按下式計算：Qi=a XAt報XC壁料（T壁/100）4-（T料/100）4 F弧式中：a藝 綜合給熱系政，等于 爐氣對物料的對流給熱系數，千卡a輻一一爐氣及窯壁對物料的輻射給熱系數，千卡/米2小時Ca輻=C氣料壁（Ti/100）4-（T2/100）4/t氣-t

10、料式中：C氣料壁=4.88料（F壁/F弦+1-&氣）/&料+&氣（1-&料）1-&氣/&氣+F壁/F弦千米/小時式中：&料，氣物料及爐氣的黑度；F壁/F弦=nXD-L弧/L弦At該帶內爐氣與物料的平均溫度差，C,取始末兩端溫差的對數平均值：At=A-At/ln（AtC At）其中：At；At 一一臺端及末端的氣與料的溫度差，C；當At與At之值相差不大（不超過一倍）時，可用算術平均值，即：At=1/2（At+AC）式（7）中第二項系考慮窯襯遮蔽表面與接觸物料弧形表面間的輻射（視為兩平行表面組成的封閉體系），式中有關參數確定如下：圖1回轉窯內傳示意圖a對+a輻，千卡/米2.小時.C; a對/米2

11、.小時.C;r:C壁料=4.88寧 （1/壁+1/料-1）千卡/米2.小時.K4式中：壁窯壁黑度；另外T壁為窯襯遮蔽表面在該帶內的平均溫度，K;考慮到與物料接觸過程中的溫度降低, 此值可近似取以下平均值：T壁=1/2（T料+T壁）其中未遮蔽的窯壁表面溫度T壁可近似按火焰爐內爐墻表面溫度公式確定：100式中符號意義及單位同前。附F弦、F弧、F壁的計算：1計算出各帶的填充系數 収 書=4G （nXD2均X料Xy料）（a）2計算物料填充的弓形面積：f料=ipXnxR（b）3計算物料填充中心角因f料=0.5XR2X（n-180Sin9）聯解（b）、（c）兩式得：2nX=n-1809sin9參考弓形幾何

12、尺寸表，由f填-R2之值可查出對應的9值，其中間值可按試算逼近法求出。4求弦長及弧長：L弦=D均Xsin9/2米；L弧=9360XnXD均米；L壁=nXD均X（1-9 -360）米5求面積：F弦=L弦X_帶m；F弧=L弧X_帶m；F壁=L壁XL帶m； 式中L帶為各相應帶的窯長，米。以上五個方面確立的生產率關系式是確定窯體尺寸、運轉參數及操作條件的理論依據。熱工設計的任務就是綜合五個方面的關系，合理確定各參數，使上述各式反映出的生產能力達到平衡（即設計的生產能力水平）。生產中必然由于某一參數的波動或突破，引起原來平衡的破壞，再經過操作中對有 關參數的調整，使達到新的水平上的平衡（實際生產能力）。

13、6.按經驗公式在計算窯的實際生產能力時，往往用一些具體化了的簡化公式。在具體條件相同時，這些 簡化公式能簡明、準確地反映生產率與其中12個參數的關系。（1）回轉窯產能與筒體尺寸之間關系：G=KXD1.5均兒 噸/小時 式中：D均窯的平均有效內徑，米；L窯的有效長度，米；K經驗系數，受多方面因素的影響。根據我國生產實踐的統計，各類窯的 數據列于表4中。表4經驗系數KG=GFXF十1000噸/日式中：F窯的有效內表面積，m2;GF窯的單位內表面積產能，公斤/米2.小時。根據我國生產實踐統計：鉛鋅揮發窯：GF=2330公斤/米2.小時；氧化鋁熟料窯GF=4148公斤/米2.小時；氧化鋁焙燒窯：GF=

14、3340公斤/米2.小時；單筒冷卻機：GF=120公斤/米2.小時。按單位容積產能計算：G=GVXV噸/日式中：V 窯的工作容積，米3；Gv窯的單位容積產量，噸/日.米3。根據我國生產實踐的不完全統計，Gv的數值推薦如下：氧化鋁熟料窯：Gv=1.31.5噸/日.米3;氧化鋁焙燒窯：Gv=1.41.6噸/日.米3；鉛鋅揮發窯：Gv=1.01.2噸/日.米3。應該指出，按經驗公式計算，雖然簡單也較準確，但它是統計某一時期的某些廠具體窯 的產量得出來的，隨著窯型及運轉情況的變化和生產技術水平的提高，式中的經驗數據就會有某種程度的 差別。三運轉參數的確定1.轉速（n）的確定窯類K值鉛鋅揮發窯0.050

15、.07銅礦離析窯0.050.07氧化鋁焙燒窯0.070.08（有熱交換器時氧化鋁熟料窯0.0550.065（無熱交換器時0.0710.074（有熱交換器時0.090.10（熱端擴大時）濕法水泥長窯0.0280.032干法水泥窯0.0480.056按單位面積產能計算:回轉窯轉速對窯內物料活性表面、物料停留時間、物料軸向移動速度、物料的混合程度 以及窯的填充系數等都有密切關系。窯的轉動起到翻動物料的作用，在一定條件下，提高轉速可以強化物 料與氣流間的熱交換。近來趨向 放平快轉”國內某氧化鋁熟料窯的轉速達到4.5轉/分。但轉速太大, 則物料在窯內停留時間短，反應不完全，產品質量不能保證，設備維修困難

16、；轉速大小，會降低窯的生產率。 根據我國生產實踐，各類回轉窯的常用轉速n（轉/分）推薦如下，供選用時參考。表5回轉窯常用轉速n窯類常用轉速n值鉛鋅揮發窯0.06670.75離析窯0.81.2黃鐵礦燒渣球團焙燒窯0.51.3氧化焙燒窯24.5氧化鋁熟料窯1.833氧化鋁焙燒窯1.712.74碳素窯1.12.1水泥窯0.51.842.斜度（i）的確定回轉窯的斜度i一般指窯軸線升高與窯長的比值，習慣上取窯傾角B的正弦sinB，一般范圍為25%。斜度過高會影響窯體在托輪上的穩定性。對于物料流動性強的窯，如氧化鋁焙燒窯，斜度不宜過大，取22.5%;水泥及氧化鋁熟料窯通常采用34%;鉛鋅揮發窯多采用5%;

17、氧化及氯化焙燒窯多用23%。斜度與轉速的關系密切，選擇時應滿足下列關系式：nxi =Gxsina十（1.483揺D33料=2.32XD均XnXi寧sinaXSin /2寧（ S）inB）米/小時 式中：9窯內物料填充中心角，見圖2，度；式中其它符號同前。在窯內各種熱交換裝置影響區，粗略計算時，可在3料公式中乘入校正系數K1,其近似數值如下：）式中：G單位生產率，噸/小時；D均窯的平均有效內徑，米；n 窯的轉速，轉/分；i窯的斜度，%;書物料在窯內的填充系數；丫料物料在窯內的堆比重，噸/米3（見表4）;a窯內物料的自然堆角（安息角），度。某些物料在窯內的自然堆角（安息角）如下：有色重金屬燒結窯：

18、a=5060;有色重金屬焙燒窯：a=3240鉛鋅揮發窯：a= 5060 ； 氧化鋁熟料窯：a=3545 ;氧化鋁焙燒窯：a=3033;貧鐵礦磁化焙燒窯：a=36403.物料在窯內軸向移動速度四料和停留時間T窯內物料軸向移動速度3料與很多因素，特別是與物料的狀態有關。雖然對窯內物料移 動速度3料做過各種研究，得出了不少的經驗公式，但各個公式不是普遍適用的，有其局限 性。下面推薦幾個常用的公式。（1）3料=5.78D均XpXn式中：D均一一窯的平均有效內徑，米；B窯的傾斜角，度；m窯的轉速，轉/分。（2）3料=3.24XD均XnXi寧（24+a）式中：i窯的斜度，%；a料在窯內的自然堆角（安息角）

19、，度；式中：f料i物料層所占弓形面積，米2；Gm物料流通量，噸/小時。在窯的出口 處及冷卻機內，Gm等于窯產量，在窯的入口處，Gm等于原料最；噴入法的氧化鋁熟料窯應 按干生料量近似估算，Gm=1.4G (G為窯的小時產能，噸/小時)；氧化鋁焙燒窯的濕氧氧化鋁量Gm(1.71.87)G(當水分為1018%時)；在窯的中部，Gm可取窯出、入口平均值；D均窯的某處、某段或全窯長的平均有效內徑，米。其他符號意義同前。填充率是筒體及傳動功率計算的依據之一， 它對傳動功率的影響甚大，需通過生產實踐 和必要的測定揚料抄板K1=0.8290.808；格子式熱交換器K1=0.610.99；花環掛鏈K1=0.65

20、90.067；單頭垂掛鏈K1=0.5940.84。在擋料圈或隔板影響范圍內還要乘以系數：K2=2H* （Hh+h）0.5式中：H出口擋料圈作用范圍外的料層高度，米，即弓形鼓面的矢高；h出口擋料圈高度，米。出口擋料圈的作用范圍為100h/i米，其中i為窯的斜度，%。當已知窯體長度L及物料軸向移動速度3料的情況下，停留時間T可按下式求出：T=L*3料小時或（分）重有色冶金回轉窯物料在窯內停留時間介于12小時。4.物料在窯內填充系數書某一截面上的填充率 書等于物料層的截面與整個截面面積之比。某一段窯長的平均填 充率等于該段窯長內裝填物料占有體積與該段窯的有效容積之比。書=f料*（n*4XD均）或 書

21、=4Gm*（n D均X3料Xy料）摸清各項操作條件對填充率的影響，從而確定填充率的準確值。四、回轉窯筒體尺寸的計算1.窯體直徑計算(1)從控制窯灰循環量的觀點，選定窯尾排煙速度cot，由公式(3)得：D=188XVoX(1+Bt)十X(1-書干)0.5米式中： 窯尾在實際溫度下的排氣速度， 米/秒，一般3 8米/秒，對細料多取2.5 5米/秒。近來有些氧化鋁廠，為了強化窯的 干燥能力，有意加大窯灰循環量，在這種情況下應適當提高流速，多取6 8米/秒。(2)按物料流通能力，即由公式(1)及(4)，可得：D=0.82XGXsinaX-(si(n9)-nXiXXXSig/21/3米式中符號同前。由于

22、影響物料流通能力的因素較多，求出的直徑有一定誤差，故式(8)僅能作為驗算上面公式決定的直徑D均為有效內徑，加上窯襯厚度，即得筒體直徑為：D筒=D+2S米。式中：S窯襯厚度，一般為0.15 0.25米。2.窯體長度計算對一般高溫燒結及焙燒窯，都按物料進行的物理一化學變化將窯分成若干工作帶。首 先分別確定各帶長度，然后可得全窯長度，再從結構、單位生產率及物料停留時間等參數進 行驗算校正。(1)干燥帶：L干=G干料XGX (W/100-W)X1000-0.785D2干XAW米式中：G干料一一每公斤產品的理論干生料消耗量，公斤/公斤；C窯小時產量，噸/小 時；W生料含水員，%；AW-干燥帶干燥強度，公

23、斤水/米3.小時，隨該帶內熱交換裝置的型式及窯尾 氣體溫度與流速的不同而異，一般在65190之間 對于直筒型或冷端擴大型氧化鋁熟料 窯，料漿水分40%，窯尾氣體溫度200 500C時，220260公斤水/米3.小時。 但實際上出干燥帶的球料還含有水分10%。另外，這里包括了部分料漿在立煙道與旋風 器之間蒸發的水分量。故干燥帶的實際干燥強度要比上述數值小。干燥帶長度雖然可用上式計算，但對于氧化鋁熟料窯(噴入法)一般認為干燥帶長 度就是窯尾刮料器的長度。(2)預熱帶及分解帶1根據分段熱平衡確定各帶物料所需熱景q料i千卡/噸；2根據分段熱平衡確定各帶界面物料及窯氣溫度；3由公式(5)及(7)，可得：

24、L尸GX q料i-aXL弦+C壁料(T壁/100)4-(T料/100)4L弧米。式中符號及單位同前。(3)燒結帶 若燒結帶物料吸熱較大時，也必須按式(11)計算長度。但對一般過程，物料在該帶 吸熱不多，主要是完成物料中的物理化學變化及晶形轉變，故主要應保證物料在這一帶的停 留時間。按公式(14), (13)或(14)計算出該帶物料的軸線移動速度(3料，米/秒)， 式中物料堆角a相應取燒結帶數值。根據實驗或工廠生產經驗，確定物料必須在燒結帶停留的時間T燒結(小時)后，則L燒結=3料XT燒結米。(4)冷卻帶 高濕產品離開燒結帶后應將自身的熱量傳給噴入窯內的燃料與空氣，使后者加熱到著火溫度，故這一帶

25、的長度取決于：燃燒器伸入窯內的長度；混合物噴出的流速；空氣預熱的溫度。一般燒結及焙燒窯中：L冷卻=58米附：按燒結燒帶概念計算燒結帶及冷卻帶長度的方法1燒結帶長與冷卻帶長度之和稱為燃燒段長：L燃=L燒結+L冷卻2根據經驗，燃燒段長度有如下公式：對濕法燒結窯：L燃=(45)D米對干法加料燒結窯：L燃=(34)D米3根據物料必須在燒結帶及冷卻帶停留的時間，分別確定燒結帶及冷卻帶長度。以3料燃代表燃燒段內物料軸線運動速度，其值等于：3料燃= L燃*(T燒+T冷)米/小時L燒結=3料燃XT燒米；L冷卻=3料燃XT冷米這一方法的優點在于能確保物料在燒結及冷卻帶的停留時間，但的經驗公式有一定局限性， 僅可

26、作前一種方法的補充。(5)窯總長的驗算根據前幾項的計算，可得窯總長：L=L干+L預+L分解+L燒結+L冷卻另外還可參考綜合性經驗指標單位面積產能C，驗算窯長：L=318XG*GFXG式中符號及單位參看式(9)。3.窯體尺寸的經驗計算法(1)確定窯的生產率：根據設計的生產規模，通過冶金計算確定窯的生產率G,噸/小時或噸/日。選定同類生產窯的單位容積產量Gv,噸/米3.日，或單位面積產量Gf，公斤/米2.小時。 參考公式(10)或公式(9)。(3)算出窯的總容積或總面積(V/F)V=G/Gvm3F=1000G/GFm3；(4)選定窯的直徑D，或選定窯尾煙氣流速 尾，用公式(17)求D尾。(5)求窯長并驗算長徑比L/DL=F/nD當L與D求出后，再求長徑比L/D，與表(1)比較，然后確定直徑和長度尺寸。 五、窯內熱交換器在一些濕法喂