建筑材料熱工設(shè)備-1-水泥窯-第3節(jié) 回轉(zhuǎn)窯結(jié)構(gòu)及其工作原理 (2)

1、建筑材料熱工設(shè)備過(guò)程裝備與控制工程系嚴(yán)晗第一章 水泥回轉(zhuǎn)窯3第3節(jié) 回轉(zhuǎn)窯結(jié)構(gòu)及其工作原理一、回轉(zhuǎn)窯的結(jié)構(gòu)一、回轉(zhuǎn)窯的結(jié)構(gòu)海螺水泥廠海螺水泥廠一個(gè)具有一個(gè)具有3%3%6%6%傾斜度的圓筒傾斜度的圓筒, ,在低速下旋轉(zhuǎn)在低速下旋轉(zhuǎn), ,使物使物料在圓筒內(nèi)不斷翻動(dòng)料在圓筒內(nèi)不斷翻動(dòng), ,從而使物理從而使物理. .化學(xué)過(guò)程均勻地進(jìn)行化學(xué)過(guò)程均勻地進(jìn)行. .回轉(zhuǎn)窯適宜處理粉粒料和氣體介質(zhì)間的物理化學(xué)過(guò)程。回轉(zhuǎn)窯適宜處理粉粒料和氣體介質(zhì)間的物理化學(xué)過(guò)程。 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：由于物料在圓筒內(nèi)不斷翻動(dòng)，使埋入物料由于物料在圓筒內(nèi)不斷翻動(dòng)，使埋入物料深層處的顆粒能自動(dòng)翻到表面層，以便與氣體介質(zhì)直接深層處的顆粒能自動(dòng)

2、翻到表面層，以便與氣體介質(zhì)直接接觸，均勻地進(jìn)行物理化學(xué)反應(yīng)，因而產(chǎn)品質(zhì)量均勻；接觸，均勻地進(jìn)行物理化學(xué)反應(yīng)，因而產(chǎn)品質(zhì)量均勻； 傾斜圓筒的旋轉(zhuǎn)，能使物料進(jìn)行周向翻動(dòng)并作軸傾斜圓筒的旋轉(zhuǎn)，能使物料進(jìn)行周向翻動(dòng)并作軸向移動(dòng)，這樣在圓筒內(nèi)就不必設(shè)置由耐高溫、耐磨材料向移動(dòng)，這樣在圓筒內(nèi)就不必設(shè)置由耐高溫、耐磨材料制作的刮板、攪耙。因此特別適用于高溫反應(yīng)的物料煅制作的刮板、攪耙。因此特別適用于高溫反應(yīng)的物料煅燒、焙燒等過(guò)程。燒、焙燒等過(guò)程。 回轉(zhuǎn)窯的技術(shù)性能和運(yùn)轉(zhuǎn)狀況決定了水泥的質(zhì)量、回轉(zhuǎn)窯的技術(shù)性能和運(yùn)轉(zhuǎn)狀況決定了水泥的質(zhì)量、產(chǎn)量和成本，因此是水泥生產(chǎn)中的關(guān)鍵設(shè)備之一。產(chǎn)量和成本，因此是水泥生產(chǎn)中的

3、關(guān)鍵設(shè)備之一。 回轉(zhuǎn)窯自回轉(zhuǎn)窯自18851885年問(wèn)世以來(lái)，雖然經(jīng)歷了無(wú)數(shù)次重大革新，但作年問(wèn)世以來(lái)，雖然經(jīng)歷了無(wú)數(shù)次重大革新，但作為水泥煅燒的關(guān)鍵設(shè)備仍然是青春永駐到目前為止還沒(méi)出現(xiàn)為水泥煅燒的關(guān)鍵設(shè)備仍然是青春永駐到目前為止還沒(méi)出現(xiàn)可以替代的設(shè)備回轉(zhuǎn)窯共有四大功能可以替代的設(shè)備回轉(zhuǎn)窯共有四大功能 作為燃料燃燒裝置作為燃料燃燒裝置 它具有廣泛的空間和熱力場(chǎng)，可以提它具有廣泛的空間和熱力場(chǎng)，可以提供足夠的空氣保證燃料充分燃燒，為水泥燒成提供必要的熱源供足夠的空氣保證燃料充分燃燒，為水泥燒成提供必要的熱源 作為熱交換設(shè)備作為熱交換設(shè)備 它具有比較均勻的熱力場(chǎng)（圓形結(jié)構(gòu)）它具有比較均勻的熱力場(chǎng)（圓

4、形結(jié)構(gòu)）可以滿足水泥熟料生產(chǎn)過(guò)程中各個(gè)階段的換熱要求可以滿足水泥熟料生產(chǎn)過(guò)程中各個(gè)階段的換熱要求 作為化學(xué)反應(yīng)器作為化學(xué)反應(yīng)器 它可以分階段的滿足不同的礦物形成對(duì)它可以分階段的滿足不同的礦物形成對(duì)熱量、溫度的要求，又可以滿足它們對(duì)時(shí)間的要求熱量、溫度的要求，又可以滿足它們對(duì)時(shí)間的要求 作為輸送設(shè)備作為輸送設(shè)備 它具有很大潛力，轉(zhuǎn)速、斜度、填充率不它具有很大潛力，轉(zhuǎn)速、斜度、填充率不同其產(chǎn)量會(huì)有很大的變化同其產(chǎn)量會(huì)有很大的變化92022-1-3回轉(zhuǎn)窯的發(fā)展回轉(zhuǎn)窯的發(fā)展102022-1-3 水泥生產(chǎn)最初熟料的煅燒是使用立窯，到水泥生產(chǎn)最初熟料的煅燒是使用立窯，到1885年才出現(xiàn)回轉(zhuǎn)窯年才出現(xiàn)回轉(zhuǎn)窯

5、。目前世界上優(yōu)質(zhì)水泥熟料目前世界上優(yōu)質(zhì)水泥熟料絕大部分是用回轉(zhuǎn)窯煅燒的。隨著近代生產(chǎn)技術(shù)絕大部分是用回轉(zhuǎn)窯煅燒的。隨著近代生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，出現(xiàn)了不同的生產(chǎn)方式和不同類的發(fā)展與進(jìn)步，出現(xiàn)了不同的生產(chǎn)方式和不同類型的回轉(zhuǎn)窯。型的回轉(zhuǎn)窯。 將石灰質(zhì)、粘土質(zhì)和少量鐵質(zhì)原將石灰質(zhì)、粘土質(zhì)和少量鐵質(zhì)原料，按一定比例配制料，按一定比例配制(大體為大體為75 20 5)，經(jīng)過(guò)，經(jīng)過(guò)粉磨、均化、調(diào)配后制成生料。按入窯生料水分粉磨、均化、調(diào)配后制成生料。按入窯生料水分的不同，回轉(zhuǎn)窯煅燒工藝可分為的不同，回轉(zhuǎn)窯煅燒工藝可分為濕法濕法(生料制備成生料制備成料漿料漿)、半干法半干法(生料制備成料球生料制備成料球)

6、和和干法干法(生料制備生料制備成粉料成粉料)三種。三種?；剞D(zhuǎn)窯的煅燒工藝回轉(zhuǎn)窯的煅燒工藝回轉(zhuǎn)窯齒圈回轉(zhuǎn)窯齒圈托托 輪輪擋擋 輪輪窯筒體軸向位移窯筒體軸向位移窯筒體窯筒體輪帶輪帶擋輪擋輪圖圖2-72 2-72 輪帶與擋輪輪帶與擋輪輪輪 帶帶回轉(zhuǎn)窯輪帶的潤(rùn)滑回轉(zhuǎn)窯輪帶的潤(rùn)滑輪輪 帶帶 節(jié)節(jié)窯筒體窯筒體活動(dòng)迷宮環(huán)活動(dòng)迷宮環(huán)固定迷宮環(huán)固定迷宮環(huán)圖圖2-73 2-73 迷宮式密封裝置示意圖迷宮式密封裝置示意圖 迷宮式密封裝置迷宮式密封裝置是利用空氣多次通過(guò)曲折通是利用空氣多次通過(guò)曲折通道增大流動(dòng)阻力而防止漏風(fēng)的。道增大流動(dòng)阻力而防止漏風(fēng)的。水泥回轉(zhuǎn)窯窯尾密封裝置水泥回轉(zhuǎn)窯窯尾密封裝置窯窯 尾尾 密密 封

7、封窯尾密封及冷風(fēng)套窯尾密封及冷風(fēng)套彈簧彈簧摩擦板摩擦板筒體筒體接觸式密封裝置接觸式密封裝置282022-1-31) 濕法回轉(zhuǎn)窯濕法回轉(zhuǎn)窯 濕法煅燒工藝有：濕法長(zhǎng)窯，采用窯內(nèi)熱交換裝置，如格子式熱交換器等；濕法短窯，采用窯外熱交換裝置，如料漿蒸發(fā)機(jī)等；濕法中長(zhǎng)窯，采用料漿壓濾機(jī)等，使入窯生料水分降低為15%20%。 下面以濕法長(zhǎng)窯為例，介紹其生產(chǎn)流程。下面以濕法長(zhǎng)窯為例，介紹其生產(chǎn)流程。 濕法回轉(zhuǎn)窯是與水平呈3%5%斜度的細(xì)長(zhǎng)圓筒( L/D=3040)，筒體安裝在支承裝置上，在其中部由傳動(dòng)裝置以0.51.5r/min的慢速帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)。292022-1-3濕法回轉(zhuǎn)窯1 31.煤倉(cāng)；2燃燒器；3窯頭罩

8、；4筒體；5輪帶和支承托輪；6傳動(dòng)裝置；7窯內(nèi)熱交換器；8料漿喂料器；9煙室；10電收塵器；11煙囪；12排風(fēng)機(jī)；13熟料冷卻機(jī)302022-1-3濕法生產(chǎn)的工藝過(guò)程 預(yù)先配制的含32%40%水分的料漿從窯尾(筒體高端)的下料管進(jìn)入窯內(nèi)，由于筒體的傾斜和回轉(zhuǎn)，使物料從高端移向低端。其間經(jīng)歷復(fù)雜的物理、化學(xué)過(guò)程，由生料變?yōu)槭炝希瑥母G頭進(jìn)入冷卻機(jī)，經(jīng)冷卻后卸出。燃料(煤、原油或天然氣)和一次空氣從窯頭噴入窯內(nèi)。二次空氣先進(jìn)入冷卻機(jī)，與熟料進(jìn)行熱交換，被預(yù)熱到400800，由窯頭進(jìn)入窯內(nèi)助燃。在窯尾排風(fēng)機(jī)的抽吸下，燃料燃燒生成的煙氣與物料逆向流經(jīng)全窯，完成熱交換過(guò)程。煙氣溫度降低，經(jīng)煙室和電收塵器后

9、，由煙囪排入大氣。 312022-1-3濕法生產(chǎn)的工藝過(guò)程 根據(jù)生料沿窯長(zhǎng)的溫度變化和熟料煅燒過(guò)程可將全窯大致劃分為干燥、預(yù)熱、分解、放熱反應(yīng)、燒成和冷卻六個(gè)帶，現(xiàn)簡(jiǎn)述如下： (1)干燥帶 物料由常溫升高到150，使料漿中物理水被蒸發(fā)，成為球狀物料。 (2)預(yù)熱帶 物料由150升高到750。生料中有機(jī)物首先分解。當(dāng)溫度升至500左右，粘土中的結(jié)晶水開始揮發(fā)并分解成SiO2和Al2O3，石灰石中MgCO3也開始分解，此時(shí)物料逐漸變成黃色粉末。 以上兩帶中傳熱方式以對(duì)流和傳導(dǎo)為主。為了強(qiáng)化熱交換，兩帶內(nèi)掛有許多鏈條和格子式熱交換器，以增加熱交換面積，強(qiáng)化物料的干燥、預(yù)熱過(guò)程。同時(shí)，鏈條還有收塵和成

10、球作用。物料在干燥預(yù)熱帶中主要是物理變化。此兩帶占窯長(zhǎng)的42%47%。 322022-1-3濕法生產(chǎn)的工藝過(guò)程 (3)分解帶 物料溫度為7501000。主要是碳酸鎂和碳酸鈣分解放出CO2和新生態(tài)CaO，變成粉料，這時(shí)需要吸收大量熱量。該帶約占窯長(zhǎng)的20%25%。 (4)放熱反應(yīng)帶 物料溫度為10001300。此帶主要是粘土的無(wú)定形脫水產(chǎn)物結(jié)晶，各種氧化物間發(fā)生固相反應(yīng)，生成硅酸二鈣(C2S)、硅酸三鈣(C3S)和鐵鋁酸四鈣(C4AF)。在該帶末端出現(xiàn)黃色料球。該帶發(fā)生激烈的放熱反應(yīng)，放出熱量約為420500kJ/kg熟料，它僅占窯長(zhǎng)的5%左右。 (5)燒成帶 物料溫度為130014501300

11、。該帶物料溫度迅速提高，出現(xiàn)液相。液相量波動(dòng)于20%30%。在液相中，硅酸二鈣和游離氧化鈣作用形成硅酸三鈣。 此階段為使游離氧化鈣充分被硅酸二鈣吸收，貝利特(C2S)再結(jié)晶和阿利特(C3S)完全形成，因此，要求回轉(zhuǎn)窯內(nèi)燃料332022-1-3濕法生產(chǎn)的工藝過(guò)程 燃燒的火焰具有一定的溫度和長(zhǎng)度。此帶約占窯長(zhǎng)的10%15%。 (6)冷卻帶 物料溫度為13001000。主要是使熟料迅速冷卻，其中液相部分凝固成灰黑色料球，由窯頭進(jìn)入冷卻機(jī)。此帶約占窯長(zhǎng)的2%4%。熟料形成的關(guān)鍵是碳酸鹽分解反應(yīng)(它耗熱量大)和礦物燒成反應(yīng)(它決定熟料的質(zhì)量)。對(duì)分解反應(yīng)要求提供足夠的熱量和強(qiáng)化氣固換熱過(guò)程；對(duì)燒成反應(yīng)要

12、求有一定的溫度和保持一定的高溫停留時(shí)間。 綜上所述，回轉(zhuǎn)窯兼有燃燒、傳熱、化學(xué)反應(yīng)和輸送設(shè)備所具有的功能。燃料的燃燒傳熱、反應(yīng)及物料運(yùn)動(dòng)必須密切配合，使燃燒產(chǎn)生的熱量能在物料通過(guò)回轉(zhuǎn)窯各帶的時(shí)間內(nèi)及時(shí)傳給物料，以達(dá)到優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗和設(shè)備安全運(yùn)轉(zhuǎn)的目的。342022-1-32 )半干法回轉(zhuǎn)窯半干法回轉(zhuǎn)窯 從熟料煅燒工藝來(lái)看，回轉(zhuǎn)窯由預(yù)熱、分解和燒成三部分組成。在濕法長(zhǎng)窯中，預(yù)熱和分解兩部分約占窯長(zhǎng)的70%。由于生料含水量大，需吸收大量的熱，且熱交換的面積主要是物料堆積面，所以傳熱過(guò)程緩慢。為了強(qiáng)化物料預(yù)熱和分解過(guò)程的熱交換，在30年代出現(xiàn)了半干法窯，它由干法短窯和爐篦子加熱機(jī)組成。 35202

13、2-1-3立波爾窯簡(jiǎn)圖氣流二次通過(guò)的爐篦子加熱機(jī)簡(jiǎn)圖1-排風(fēng)機(jī)；2成球盤；3橫隔板；4排風(fēng)機(jī)；5旋風(fēng)收塵器組；6螺旋輸送機(jī)；7爐篦子機(jī)8斗式提升機(jī)；9刮板輸送機(jī) 362022-1-3立波爾窯工作原理 半干法窯又稱立波爾窯。Lepol 一詞是由發(fā)明人Lellep O和制造公司Polysius字頭組合而成。它由固定的金屬外殼和回轉(zhuǎn)爐篦子組成。金屬外殼內(nèi)鑲砌耐火磚。由帶有篦縫的篦子板組裝成爐篦子，以平均0.7m/min的速度緩慢運(yùn)動(dòng)。成球盤制成的含水量為12%14%、粒度為515mm料球，喂入爐篦子。料球堆積厚度約為150300mm。因?yàn)樯鲜歉赡ィ疑锨蚝拷橛跐穹ㄅc干法之間，故稱為半干法。加

14、熱機(jī)內(nèi)腔用橫隔板分隔為兩室.用排風(fēng)機(jī)4抽吸回轉(zhuǎn)窯內(nèi)10001100的煙氣先通過(guò)預(yù)熱室的層，經(jīng)換熱降溫后再進(jìn)入旋風(fēng)收塵器中除塵。接著，由于風(fēng)機(jī)1的抽吸，降至400左右的熱氣體進(jìn)入干燥室，再次通過(guò)料層后，溫度降至100150。由于干燥室里的料球較濕，而煙氣已預(yù)先冷卻，因而不會(huì)使?jié)窳锨蛑械乃旨ち艺舭l(fā)而產(chǎn)生炸裂。在預(yù)熱室中，料球；獲得預(yù)熱和部分分解，其分解率可達(dá)40% 將生料粉制成料球的目的是在加熱機(jī)中使熱煙氣能均勻、順暢地透過(guò)料球?qū)? 并增加氣固兩相的接觸面積，減少流體阻力和增加傳熱效率。 372022-1-3立波爾窯工作原理 在加熱機(jī)中，熱氣體與物料的接觸面積大， 傳熱效率高，使半干法窯的熱耗顯

15、著降低，約為35004800kJ/kg熟料。入窯生料已預(yù)熱和部分分解， 則大大減輕了回轉(zhuǎn)窯的負(fù)擔(dān)，大幅度 提高了單位窯容積的產(chǎn)量， 其單機(jī)產(chǎn)量可達(dá)到 3000t/d。 缺點(diǎn)是加熱機(jī)的結(jié)構(gòu)和操作復(fù)雜，運(yùn)轉(zhuǎn)率低；熱煙氣自上而下地通過(guò)料層，使上下層物料溫差大，因而物料預(yù)熱不均勻，影響熟料質(zhì)量；要求原料有較好的塑性，以便成形. 382022-1-3 干法生產(chǎn)中，生料粉僅含1%水分，因此窯內(nèi)不存在干燥帶，節(jié)約了蒸發(fā)水分所需的熱量。由于中空窯內(nèi)物料與熱氣流接觸面積很小，使氣固熱交換效率低，致使窯尾煙氣溫度高，熱 損失很大. 為回收廢氣中的熱量，在窯尾后面裝設(shè)余熱鍋爐進(jìn)行發(fā)電，供本廠自用。這類窯即為帶余熱鍋

16、爐的干法中空窯，如圖所示，余熱鍋爐設(shè)置在窯尾和電收塵器之間。8501000的窯尾廢氣直接進(jìn)入鍋爐，與鍋爐給水進(jìn)行熱交換，產(chǎn)生400左右1.44MPa的蒸汽， 然后送到汽輪發(fā)電機(jī)發(fā)出50Hz、輸出電壓為6kV的電。該類窯的熱耗為30204200kJ/kg熟料(扣除發(fā)電)。 該系統(tǒng)存在以下缺點(diǎn)：余熱鍋爐的發(fā)電效率低于電站；余熱發(fā)電機(jī)組的出力受窯操作狀態(tài)干擾大；余熱發(fā)電綜合能耗受煤電比價(jià)的影響，經(jīng)濟(jì)效益波動(dòng)較大。 3 )帶余熱鍋爐干法窯帶余熱鍋爐干法窯 干干法法中中空空窯窯余余熱熱發(fā)發(fā)電電系系統(tǒng)統(tǒng)392022-1-3干法中空窯余熱發(fā)電工藝流程1245389101112671煙囪；2排風(fēng)機(jī)；3熟料輸送

17、機(jī)；4一次風(fēng)；5燃料；6冷卻機(jī)；7冷卻風(fēng)機(jī)； 8回轉(zhuǎn)窯；9粉狀生料；10余熱鍋爐；11電收塵器402022-1-33 )帶余熱鍋爐干法窯帶余熱鍋爐干法窯 新型干法窯的出現(xiàn)，使熟料熱耗大幅度下降，但電耗卻明顯增加。利用余熱發(fā)電不僅節(jié)省了大量燃料，而且解決了水泥廠用電。近幾年在國(guó)內(nèi)得到了重視和發(fā)展。 這類余熱鍋爐分為用預(yù)熱器出口廢氣的SP鍋爐和用篦式冷卻機(jī)中尾部廢氣的AQC鍋爐。兩者組合的混壓式發(fā)電系統(tǒng)，熱利用率較高，發(fā)電效率也好，在國(guó)外應(yīng)用較多。這兩類余熱發(fā)電有兩個(gè)特點(diǎn)：廢氣溫度低。預(yù)熱器出口廢氣溫度為350400，篦冷機(jī)中尾部抽出發(fā)電廢氣溫度為200 250，故稱其為低溫余熱發(fā)電。廢氣含塵濃度

18、高。預(yù)熱器出口廢氣含塵濃度為80g/標(biāo)m3，冷卻機(jī)為30g/標(biāo)m3。因此需要開發(fā)適應(yīng)上述情況的新型鍋爐。隨著新型干法窯的迅速發(fā)展，使相應(yīng)電耗增加及供電緊張的矛盾加劇，雖然這一技術(shù)在我國(guó)尚處于開發(fā)階段，但對(duì)它的研究和應(yīng)用必將引起極大的重視和發(fā)展。 新新型型干干法法窯窯的的低低溫溫余余熱熱發(fā)發(fā)電電系系統(tǒng)統(tǒng)412022-1-34) 帶懸浮預(yù)熱器干法窯帶懸浮預(yù)熱器干法窯 生料的干燥、預(yù)熱和部分分解在懸浮預(yù)熱器中進(jìn)行。利用流態(tài)化技術(shù)，使干生料粉與回轉(zhuǎn)窯窯尾煙氣(10001100)在稀相氣固懸浮狀態(tài)下進(jìn)行反復(fù)有效的熱交換。特點(diǎn): 生料粉均勻地分散在氣流中，顆粒表面直接與熱氣流接觸，故熱交換面積極大，傳熱效

19、果好；由于生料粒徑極小，熱量可以很快地從表面?zhèn)鞯街行?，傳熱速度極快，生料粉能在數(shù)秒至數(shù)十秒內(nèi)，從常溫升高到750以上;充分回收了窯尾排出的高溫?zé)煔獾臒崃?，使預(yù)熱器出口廢氣溫度降至350400，熟料熱耗降低，僅為32003600kJ/kg熟料;入窯生料的碳酸鈣分解率可達(dá)40%，從而大大減輕回轉(zhuǎn)窯的預(yù)熱負(fù)擔(dān);與半干法相比，生料不必成球，因而對(duì)原料的塑性要求低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易維修。但是對(duì)含堿、氯、硫等成分高的原料，容易在預(yù)熱器內(nèi)結(jié)皮。由于采用了預(yù)均化堆場(chǎng)及生料均化措施，能取得較好的熟料質(zhì)量。這是水泥煅燒技術(shù)上的一次重大革新。60年代開始在世界各國(guó)得到了迅速發(fā)展。懸浮預(yù)熱器發(fā)展很快，類型很多，但基本原

20、理是相同的，常見(jiàn)的有如下兩種: 422022-1-3.旋風(fēng)式懸浮預(yù)熱器窯旋風(fēng)式懸浮預(yù)熱器窯(SP窯窯)1、2、3、4下料管；5喂料器； 6排風(fēng)機(jī)1951年洪堡(Humbdlt)公司率先推出。它是國(guó)外最早出現(xiàn)和廣泛使用的懸浮預(yù)熱器窯，其結(jié)構(gòu)如圖所示。旋風(fēng)式懸浮預(yù)熱器回轉(zhuǎn)窯工作原理圖旋風(fēng)式懸浮預(yù)熱器回轉(zhuǎn)窯工作原理圖 旋風(fēng)預(yù)熱器位于回轉(zhuǎn)窯喂料端上方，一般采用四級(jí)。第級(jí)為雙旋風(fēng)筒，其余各級(jí)為單旋風(fēng)筒。由喂料器喂入的生料，在管道內(nèi)懸浮于熱煙氣中進(jìn)行同流熱交換。接著，被煙氣帶入第級(jí)雙旋風(fēng)筒，在其中與氣體分離。分離出來(lái)的生料經(jīng)下料管1進(jìn)入旋風(fēng)筒頭部的管道中，再次懸浮于煙氣中進(jìn)行熱交換。生料依次在各級(jí)旋風(fēng)筒預(yù)

21、熱，經(jīng)下料管2、3、4后進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯。生料通過(guò)預(yù)熱器系統(tǒng)的時(shí)間約為25s，被加熱到700800，分解率達(dá)40%。其后，在回轉(zhuǎn)窯中繼續(xù)完成分解和燒成過(guò)程。出窯尾氣體溫度為1050左右，出旋風(fēng)預(yù)熱器煙氣溫度約為350。 442022-1-3.立筒式懸浮預(yù)熱器窯立筒式懸浮預(yù)熱器窯 1物料；2熱氣體；3回轉(zhuǎn)窯 立筒懸浮預(yù)熱器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，占地面積小。為節(jié)省鋼材，立筒筒體可采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。立筒筒體由基礎(chǔ)支承，不需要框架結(jié)構(gòu)。 立筒截面積較大，對(duì)結(jié)皮不太敏感，允許放寬生料中的含堿量。該流體阻力較小，約為1.52.5kPa， 但立筒內(nèi)粉料的分散程度較差，有成團(tuán)塊現(xiàn)象，故其熱耗略高于旋風(fēng)預(yù)熱器。據(jù)統(tǒng)計(jì)國(guó)

22、外約為33443800kJ/kg熟料，國(guó)內(nèi)達(dá)到4600kJ/kg熟料。立筒式懸浮預(yù)熱器窯工作原理圖立筒式懸浮預(yù)熱器窯工作原理圖 452022-1-35 )預(yù)分解窯預(yù)分解窯 60年代，為滿足日益增長(zhǎng)的水泥需要量，水泥工業(yè)設(shè)備逐步大型化，回轉(zhuǎn)窯筒體直徑達(dá)67m，長(zhǎng)度為100200m。如繼續(xù)增大窯體尺寸來(lái)提高單機(jī)產(chǎn)量，則窯襯壽命縮短，運(yùn)轉(zhuǎn)率低，同時(shí)給設(shè)備制造、運(yùn)輸和安裝帶來(lái)困難。因此，希望探索出在不增大窯體尺寸的前提下，能大幅度提高水泥產(chǎn)量的新方法。于是，70年代初出現(xiàn)了預(yù)分解窯新技術(shù)。 干法生產(chǎn)中，碳酸鈣分解是熱量消耗最多的一個(gè)過(guò)程，約占干法窯燃料消耗量 的 65%和窯容積的一半。若能使分解過(guò)程脫

23、離回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行，就能顯著縮小回轉(zhuǎn)窯尺寸。 由此設(shè)想把煅燒熟料的預(yù)熱、分解和燒成三個(gè)階段分別在不同的高效設(shè)備內(nèi)進(jìn)行。預(yù)分解窯就是在懸浮預(yù)熱器窯的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的更高階段。它是世界上公認(rèn)的水泥煅燒技術(shù)發(fā)展方向。 462022-1-3窯外分解系統(tǒng)示意圖窯外分解系統(tǒng)示意圖 1窯尾廢氣；2煙囪；3電收塵器；4排風(fēng)機(jī)；5噴水裝置 6生料；7燃料噴嘴；8回轉(zhuǎn)窯；9冷卻機(jī)；10熟料； 11電收塵器；12三次風(fēng)管；13排風(fēng)機(jī)；14冷卻機(jī)廢氣 472022-1-3預(yù)分解窯基本流程預(yù)分解窯基本流程 預(yù)分解窯是在懸浮預(yù)熱器與回轉(zhuǎn)窯之間增設(shè)一個(gè)分解爐。在其中加入約50%60%的燃料，并喂入經(jīng)過(guò)懸浮預(yù)熱器預(yù)熱的生料，使燃料

24、燃燒和碳酸鈣分解的吸熱反應(yīng)同時(shí)在懸浮狀態(tài)下迅速進(jìn)行。從而使入窯生料的分解率，由原來(lái)懸浮預(yù)熱器的40%提高到85%90%， 大大減少了回轉(zhuǎn)窯的熱負(fù)荷，窯產(chǎn)量增加12倍。此類窯窯尾系統(tǒng)的操作參數(shù)大體如下： 窯尾氣體溫度 10001150 分解爐出口氣體溫度 850950 級(jí)出口氣體溫度 850900 級(jí)出口氣體溫度 710750 級(jí)出口氣體溫度 550600級(jí)出口氣體溫度 330390 入窯生料溫度 800860 入窯生料分解率 85%95% 三次風(fēng)溫度 700800 窯尾負(fù)壓 0.30.4kPa 入排風(fēng)機(jī)負(fù)壓 3.57kPa 預(yù)熱器出口氣體含塵濃度 6080g/標(biāo)m3 窯與分解爐所用燃料比 (0

25、.60.4)(0.40.6)482022-1-3預(yù)分解窯的優(yōu)點(diǎn)：預(yù)分解窯的優(yōu)點(diǎn)： 窯的單位容積產(chǎn)量高。懸浮預(yù)熱器窯單位容積產(chǎn)量為70105kg/(m3h)，而預(yù)分解窯單位容積產(chǎn)量達(dá)130206kg/(m3h)。即在窯規(guī)格相同時(shí)，后者產(chǎn)量比前者高11.5倍。在新建廠中，可選用較小規(guī)格窯來(lái)滿足同樣產(chǎn)量的要求，從而減少占地面積，設(shè)備易于制造和安裝，減少基建投資。在老廠改造中，可用較少投資獲取產(chǎn)量的成倍增加。 延長(zhǎng)窯襯壽命，提高窯運(yùn)轉(zhuǎn)率。因分解爐中燃料量占50%60%，因而顯著減輕窯的熱負(fù)荷，可延長(zhǎng)窯襯壽命23倍，窯襯消耗減少(1/2)(1/3)。 減輕大氣污染。因多半燃料在低溫(850950)下燃燒

26、，故產(chǎn)生有害氣體少，污染大氣的NOx生成量可少50%，其平均值僅(140160)10-6 。 在分解爐中可使用低質(zhì)燃料或低價(jià)廢物(如廢輪胎)作燃料。 單機(jī)生產(chǎn)規(guī)模大，經(jīng)濟(jì)性好。目前單機(jī)產(chǎn)量可達(dá)800010000t/d。設(shè)備投資和基建費(fèi)用可降低10%。 熟料熱耗比懸浮預(yù)熱器窯降低80170kJ/kg熟料。 窯操作穩(wěn)定。因入窯生料幾乎全部分解，可減少窯內(nèi)竄料和來(lái)料不均現(xiàn)象，便于操作。因而自動(dòng)化程度高，事故相對(duì)少，出現(xiàn)結(jié)皮堵塞次數(shù)少。 但與其他窯型比較，預(yù)分解窯也存在以下缺點(diǎn)：分解爐、預(yù)熱器系統(tǒng)流體阻力較大，致使電耗較高；窯尾系統(tǒng)框架高(4090m)，投資大；對(duì)原料中堿、氯、硫含量有一定要求。 49

27、2022-1-3預(yù)分解窯發(fā)展的三個(gè)階段預(yù)分解窯發(fā)展的三個(gè)階段 1971年時(shí)，分解爐以燒油為主； 1973年世界石油危機(jī)后，主要是改進(jìn)分解爐，以燒煤為主； 80年代后，追求降低綜合能耗(熱耗、電耗)和生產(chǎn)成本，因此對(duì)整個(gè)系統(tǒng)(旋風(fēng)筒換熱管道分解爐回轉(zhuǎn)窯冷卻機(jī)等)進(jìn)行改進(jìn)和開發(fā)。目前其最低熱耗可達(dá)2930kJ/kg熟料。 502022-1-33.回轉(zhuǎn)窯的結(jié)構(gòu)回轉(zhuǎn)窯的結(jié)構(gòu) 回轉(zhuǎn)窯規(guī)格用筒體內(nèi)直徑和長(zhǎng)度表示，如4m60m回轉(zhuǎn)窯，即表示筒體內(nèi)直徑為4m，長(zhǎng)度為60m。 雖然水泥熟料煅燒工藝種類繁多，但從機(jī)械結(jié)構(gòu)上看，回轉(zhuǎn)窯均由筒體、輪帶、支承裝置、傳動(dòng)裝置和窯頭、窯尾密封裝置等部分組成。其機(jī)械結(jié)構(gòu)有如下

28、特點(diǎn)： 回轉(zhuǎn)窯是以薄壁圓筒為主體的機(jī)器。從功能上看，筒體是回轉(zhuǎn)窯的核心部分，熟料的煅燒過(guò)程全部在其中進(jìn)行；從結(jié)構(gòu)上看筒體是軀干，其他部件都是為筒體服務(wù)的，且各部分尺寸都按筒體規(guī)格來(lái)確定;從外形上看，筒體是回轉(zhuǎn)窯中最大、最重的部件。因此，筒體是回轉(zhuǎn)窯中最關(guān)鍵的部件。 形大體重?；剞D(zhuǎn)窯筒體直徑一般為37m，特大型的有7.6m；窯長(zhǎng)一般為5080m，大型的窯長(zhǎng)230m。主要零件單個(gè)質(zhì)量達(dá)十幾噸到幾十噸，如3.5m145m窯的一個(gè)輪帶凈重達(dá)18t，而筒體有300多t。因此給設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)輸、安裝和維修帶來(lái)一系列問(wèn)題。 512022-1-3回轉(zhuǎn)窯結(jié)構(gòu)特點(diǎn)回轉(zhuǎn)窯結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 多支點(diǎn)支承方式。支承裝置常為37檔

29、，屬靜不定結(jié)構(gòu)。這給筒體的安裝、找正和調(diào)整工作帶來(lái)不少困難。筒體長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)后，各檔支承零件磨損不均勻，各檔基礎(chǔ)沉陷也不一致，破壞了筒體的直線性，均對(duì)窯的長(zhǎng)期安全運(yùn)轉(zhuǎn)不利。目前出現(xiàn)的新型預(yù)分解型短窯系統(tǒng)，有可能使傳統(tǒng)的三檔支承改為二檔支承，成為靜定系統(tǒng)，有利于窯的長(zhǎng)期安全運(yùn)轉(zhuǎn)。 熱的影響?；剞D(zhuǎn)窯是一種熱工設(shè)備，燒成帶氣流溫度高達(dá)16001700，SF法的筒體表面溫度達(dá)200400。在選材上，要考慮溫度對(duì)材料性能的影響，如窯口護(hù)板直接與高溫熟料長(zhǎng)期磨擦，須選用耐熱、耐磨材料。在機(jī)械結(jié)構(gòu)上要考慮減少或消除溫度應(yīng)力，如輪帶和筒體墊板之間預(yù)留熱膨脹間隙，以消除縮頸溫度應(yīng)力；設(shè)法縮小輪帶內(nèi)外表面的溫差，以減

30、小輪帶的溫度應(yīng)力等。在設(shè)計(jì)中，應(yīng)考慮因安裝與操作溫度不同，會(huì)引起各零部件相對(duì)位置的變化。如窯筒體伸長(zhǎng)時(shí)，是否會(huì)與密封裝置的零部件相碰撞；應(yīng)估計(jì)輪帶在托輪上位置的變動(dòng)量，從而確定各檔支承裝置的間距大小等。在潤(rùn)滑上，應(yīng)加強(qiáng)隔熱和冷卻，并選用合適的潤(rùn)滑油。522022-1-31)筒體構(gòu)造筒體構(gòu)造(模型模型)筒筒 體體532022-1-3Y4874Y4874回轉(zhuǎn)窯回轉(zhuǎn)窯筒體筒體(1)542022-1-3Y4874Y4874回轉(zhuǎn)窯回轉(zhuǎn)窯筒體筒體(2)552022-1-3Y4874Y4874回轉(zhuǎn)窯回轉(zhuǎn)窯筒體筒體(3)562022-1-3窯筒體窯筒體 Kiln shell 窯筒體是回轉(zhuǎn)窯的軀干，系由鋼板卷制

31、并焊接而成。窯筒體傾斜地安裝在3對(duì)托輪上。在窯筒體低端裝有耐高溫耐磨損的窯口護(hù)板并組成套筒空間，并設(shè)有專用風(fēng)機(jī)對(duì)窯口部分進(jìn)行冷卻。沿窯筒體長(zhǎng)度方向上套有3個(gè)矩形輪帶，它承受窯筒體、窯襯、物料等所有回轉(zhuǎn)部分的重量，并將其重量傳到支承裝置上。輪帶下采用浮動(dòng)墊板，可根據(jù)運(yùn)轉(zhuǎn)后的間隙進(jìn)行調(diào)整或更換，以獲得最佳間隙，墊板起到增加窯筒體剛度、避免由于輪帶與窯筒體有圓周方向的相對(duì)滑動(dòng)而使窯筒體遭受磨損和降低輪帶內(nèi)外表面溫差的作用。572022-1-3筒體在制造廠筒體在制造廠582022-1-3筒體吊裝筒體吊裝(1)592022-1-3筒體吊裝筒體吊裝(2)602022-1-32 )筒體安裝尺寸的計(jì)算筒體安裝

32、尺寸的計(jì)算 窯筒體長(zhǎng)達(dá)100200m。工作時(shí)，筒體表面溫度能達(dá)到100300以上以上，其軸向膨脹量很大。筒體的軸向膨脹量將影響到輪帶與托輪和大齒圈與小齒輪的相對(duì)位置，以及窯頭和窯尾密封裝置的功能。因此，冷態(tài)安裝時(shí)，首先必須計(jì)算出筒首先必須計(jì)算出筒體的熱伸長(zhǎng)量體的熱伸長(zhǎng)量，然后確定各支承托輪相對(duì)于輪帶的錯(cuò)開量然后確定各支承托輪相對(duì)于輪帶的錯(cuò)開量ln(如圖所示)，以保證熱態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，寬度中心線重合。 ln=ln(tnt0) (m) 式中 材料熱膨脹系數(shù)， 對(duì)于鋼=1210-6m/(m)； lnlnn跨的跨距，m； tntnn跨筒體表面平均溫度，可由同類型窯的筒體表面溫度測(cè)定曲線獲得，如圖所示； t0

33、t0安裝時(shí)環(huán)境溫度，。 注：以鄰近齒圈的支承為基準(zhǔn) 若某跨內(nèi)tntn變化較大，如圖所示， 筒體熱膨脹筒體熱膨脹 可用多段折線近似地代替此曲線。因此，對(duì)每段而言，溫度均為直線分布。若運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，長(zhǎng)度為l l1 1的筒體，其始點(diǎn)溫度為t t1 1，終點(diǎn)溫度為t t2 2，且為直線分布，安裝時(shí)溫度為t t0 0，則按下式計(jì)算l l1 1段的熱伸長(zhǎng)量：(1)筒體熱膨脹筒體熱膨脹612022-1-3 a) 4m60m窯 熱膨脹筒體622022-1-3b)3m48m窯圖圖 窯筒體表面溫度曲線窯筒體表面溫度曲線 1最高溫度；2平均溫度；3最低溫度632022-1-3(2)總圖基礎(chǔ)水平距離及標(biāo)高計(jì)算總圖基礎(chǔ)水平距

34、離及標(biāo)高計(jì)算 圖圖 3m48m回轉(zhuǎn)窯基礎(chǔ)尺寸回轉(zhuǎn)窯基礎(chǔ)尺寸642022-1-3 如圖所示，計(jì)算過(guò)程完全是幾何關(guān)系。在計(jì)算時(shí)，必須考慮筒體冷態(tài)必須考慮筒體冷態(tài)安裝與熱態(tài)工作時(shí)長(zhǎng)度的不同，以及窯傾斜安裝產(chǎn)生的影響安裝與熱態(tài)工作時(shí)長(zhǎng)度的不同，以及窯傾斜安裝產(chǎn)生的影響。這些尺寸是土建施工及設(shè)備安裝的重要依據(jù)。 【例例】3m48m預(yù)分解回轉(zhuǎn)窯的總圖尺寸計(jì)算預(yù)分解回轉(zhuǎn)窯的總圖尺寸計(jì)算。 標(biāo)高基準(zhǔn)點(diǎn)取在帶有擋輪支承裝置底座的中心。水平距離水平距離：01： (3500111.2)0.99938730100.035=3492.07mm(冷態(tài)又： (3500111.211.7)0.99938730100.035=

35、3503.77mm(熱態(tài)) 12： (18500+61.1)0.999387=18549.73mm 23： (1850050.1)0.999387=18538.73mm 34： 75000.99938730100.035=7390.05mm(冷態(tài)) (750016.3)0.99938730100.035=7406.34mm(熱態(tài)) 驗(yàn)算：水平距離=3492.0718549.7318538.737390.05=47970.58mm 又： 480000.999387=47970.58mm驗(yàn)算合格。垂直距離垂直距離： 01： 30100.999387(3500111.2)0.0352500=389.

36、55mm 1-2：(1850061.1)0.035=649.64mm 23：(1850050.1)0.035=649.25mm 34 :3010 0.99938775000.035=3270.66mm652022-1-3 0基準(zhǔn)線： 389.55649.64649.25=909.34mm 1基準(zhǔn)線：649.64649.25=1298.89mm 2基準(zhǔn)線：649.25mm 3基準(zhǔn)線：0 4基準(zhǔn)線： 3270.66mm驗(yàn)算，04： 3270.66(909.34)=4180mm 又： 480000.0352500=4180mm驗(yàn)算合格。 傳動(dòng)部分計(jì)算(見(jiàn)圖)：注：3092mm為大齒圈中心到小齒輪軸承

37、底座底面的垂直距離。 水平距離：水平距離：35：(30006.5)0.999387(30923010)0.035=3001.79 垂直距離：垂直距離：3-5：(30006.5)0.035(30923010)0.999387=187.18mm662022-1-33) 回轉(zhuǎn)窯筒體的設(shè)計(jì)計(jì)算回轉(zhuǎn)窯筒體的設(shè)計(jì)計(jì)算 1) 筒體軸向應(yīng)力計(jì)算筒體軸向應(yīng)力計(jì)算 計(jì)算筒體軸向應(yīng)力的目的是為了確定回轉(zhuǎn)窯支點(diǎn)數(shù)和各跨間的距離，決定筒體壁厚，為支承部件及基礎(chǔ)提供設(shè)計(jì)載荷。 (1) 計(jì)算步驟計(jì)算步驟 收集設(shè)計(jì)資料。收集有關(guān)窯的類型、規(guī)格、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及附屬設(shè)備情況；窯的載荷分布情況；有關(guān)熱工數(shù)據(jù)和筒體表面溫度分布曲線等。

38、計(jì)算各部分的重量和作出載荷圖。 確定支點(diǎn)數(shù)及各跨間距，并作多個(gè)方案計(jì)算。 對(duì)多方案進(jìn)行分析對(duì)比，確定最佳方案。 針對(duì)選定方案，計(jì)算、校核筒體軸向應(yīng)力和軸向撓度。 (2) 筒體載荷計(jì)算筒體載荷計(jì)算 筒體自重q1 672022-1-3 內(nèi)徑為D，壁厚為(單位均為米)的鋼圓筒每米長(zhǎng)的自重為： q q1=78.5(1=78.5(D D+ +) ) (kN/m) 筒體各段直徑、壁厚不同時(shí)，應(yīng)分段計(jì)算筒體各段直徑、壁厚不同時(shí)，應(yīng)分段計(jì)算。錐臺(tái)可按平均錐臺(tái)可按平均直徑計(jì)算。輪帶下的加厚部分及墊板、窯口護(hù)板等的重量，按集中直徑計(jì)算。輪帶下的加厚部分及墊板、窯口護(hù)板等的重量，按集中載荷計(jì)算載荷計(jì)算。影響筒體壁厚

39、的因素很多。如支座跨距與直徑之比比較大，壁厚應(yīng)較大；若襯磚增厚、物料密度大或填充系數(shù)高，載荷加大，則應(yīng)稍增加壁厚。此外，必須考慮筒體變形對(duì)襯磚壽命的影響，應(yīng)提出對(duì)筒體剛度的要求?？砂聪率鼋?jīng)驗(yàn)公式初選各部分筒體厚度。輪帶下筒體厚度輪帶下筒體厚度： 1=0.01631=0.0163D D5.75.7，mmmm；燒成帶跨間筒體厚度燒成帶跨間筒體厚度： 2=(0.00652=(0.00650.008)0.008)D D,mm,mm；其他跨間筒體厚度其他跨間筒體厚度： 3=(0.00533=(0.00530.0065)0.0065)D D，mmmm。對(duì)于上述公式中的系數(shù)，小窯取小值小窯取小值，大窯取大值

40、大窯取大值。 窯襯重量q2 q2=2(Dh2)h2 (kN/m) 式中 h2窯襯厚度，m； 2窯襯容重，kN/m3，見(jiàn)表1.1-6。窯皮重量q3 窯的燒成帶掛有窯皮， 以保護(hù)窯襯和減少窯筒體表面散熱損失。窯皮長(zhǎng)度大于燒成帶長(zhǎng)度，具體數(shù)據(jù)由水泥工藝人員確定。 q3=3(D3-h3)h3 (kN/m) 682022-1-3表1.1-6 回 轉(zhuǎn) 窯 常 用 窯 襯 的 容 重 ( kN/m3 )品 種粘土磚高鋁磚(Al3O3含量%)磷酸鹽磚耐磨磚鎂鉻磚耐火隔熱混凝土磚硅藻土保溫磚485555656570702 (t/m3)21222325252626.52728.53014.216.34.58692

41、022-1-3 式中 3 窯皮容重，對(duì)水泥窯3=(2130)kN/m3； D3燒成帶有效內(nèi)徑，m； h3窯皮厚度，一般h3=(0.10.3)m。 物料重量q4 (kN/m) 式中 G4 回轉(zhuǎn)窯各工藝帶物料的通過(guò)量，t/h； L4 回轉(zhuǎn)窯各工藝帶長(zhǎng)度，m； t 物料在回轉(zhuǎn)窯各工藝帶的停留時(shí)間，min。 齒圈重量 齒圈重量作為集中載荷，計(jì)算時(shí)應(yīng)包括彈簧板等零件重量。 其他載荷 窯頭、窯尾密封裝置等，凡是隨筒體一起回轉(zhuǎn)的載荷均應(yīng)計(jì)入。 在開始設(shè)計(jì)時(shí)，上述各項(xiàng)載荷的數(shù)值均為估算值估算值。依此可畫出筒體的原始載荷圖。設(shè)計(jì)圖紙完成后，應(yīng)按實(shí)際重量進(jìn)行按實(shí)際重量進(jìn)行校核計(jì)算。校核計(jì)算。 444608 . 9

42、LtGq 702022-1-3 (3) 初步確定支點(diǎn)數(shù)和位置初步確定支點(diǎn)數(shù)和位置 在回轉(zhuǎn)窯設(shè)計(jì)中，有減少支點(diǎn)數(shù)和加大支點(diǎn)跨距的趨 勢(shì)，這樣易保證筒體的直線性，同時(shí)可減少支承零件，便 于安裝和維護(hù)，但增加了制造與安裝的困難。 根據(jù)回轉(zhuǎn)窯支點(diǎn)跨距的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，窯頭懸臂段窯頭懸臂段l1=(11.3)D。既保證第一檔輪帶處于冷卻帶，又保證支承裝置和窯頭密封裝置之間留有足夠的維修空間。對(duì)多筒冷卻機(jī)窯應(yīng)按冷卻筒的直徑和長(zhǎng)度考慮。 窯尾懸臂段窯尾懸臂段l2=(2.53.4)D，也可適當(dāng)長(zhǎng)些。使該檔的支點(diǎn)反力和支點(diǎn)彎矩與其他各檔接近，但也不宜過(guò)長(zhǎng)，否則會(huì)使筒體產(chǎn)生過(guò)大撓度，有礙窯尾密封。對(duì)SF窯l2=(23)D

43、。 燒成帶跨距燒成帶跨距l(xiāng)35D，避免第二檔支承處于燒成帶；同時(shí)該跨距中載荷過(guò)大，筒體表面溫度較高，跨距不宜過(guò)大。SF窯燒成帶較長(zhǎng)，則l36D較好。 中間跨距中間跨距l(xiāng)4=(68.3)D。 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或上述統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，選定各跨間距，并算出支點(diǎn)個(gè)數(shù)。再改變支點(diǎn)個(gè)數(shù)和跨距，做出若干方案，以便比較。712022-1-3 (4) 確定最佳方案確定最佳方案 計(jì)算各種方案的支點(diǎn)彎矩支點(diǎn)彎矩、跨間彎矩跨間彎矩和支點(diǎn)反力支點(diǎn)反力，然后 進(jìn)行比較。對(duì)于支點(diǎn)數(shù)的確定，既要注意經(jīng)濟(jì)效果，又要既要注意經(jīng)濟(jì)效果，又要考慮技術(shù)上的可行性和使用上的可靠性考慮技術(shù)上的可行性和使用上的可靠性。如對(duì)3.5m145m濕法長(zhǎng)窯進(jìn)行支點(diǎn)數(shù)

44、為6和7兩個(gè)方案的比較得知： 減少一個(gè)支點(diǎn)，可節(jié)省鋼材約30t和節(jié)約一個(gè)支承基礎(chǔ)，但單個(gè)支承裝置結(jié)構(gòu)較大且筒體鋼板增厚，給制造、安裝帶來(lái)困難，應(yīng)考慮其技術(shù)上的可能性。SF窯一般為三支點(diǎn)。確定支點(diǎn)數(shù)后，選定各支點(diǎn)位置。其原則原則是首先滿足等支點(diǎn)反力，其次是等支點(diǎn)彎矩，再次滿足各跨間彎矩相等。這樣，各支點(diǎn)反力相等，可統(tǒng)一支承裝置的規(guī)格、備件，降低造價(jià)，同時(shí)可使各支點(diǎn)受力均衡，便于維護(hù)。各支點(diǎn)彎矩相等，可使輪帶下的筒體鋼板厚度相同。各跨間彎矩相等，可使跨間筒體鋼板厚度相同。由于窯燒成工藝和設(shè)備結(jié)構(gòu)上的原因，上述原則不能完全滿足時(shí)，可不必強(qiáng)求。722022-1-3(5) 兩種計(jì)算方法兩種計(jì)算方法 筒體

45、計(jì)算的基本假設(shè)筒體計(jì)算的基本假設(shè) 為簡(jiǎn)化計(jì)算，特作以下假設(shè)： 將筒體作為靜止的水平連續(xù)梁來(lái)處理將筒體作為靜止的水平連續(xù)梁來(lái)處理。窯的轉(zhuǎn)速很慢，約為13.5r/min，可按靜力學(xué)方法計(jì)算；窯的安裝斜度很小，可簡(jiǎn)化為水平狀態(tài)；窯是多支點(diǎn)支承，故按連續(xù)梁計(jì)算，其計(jì)算結(jié)果的誤差是允許的。 不計(jì)扭矩的作用不計(jì)扭矩的作用。因筒體上扭矩所引起的剪應(yīng)力約占彎曲應(yīng)力的5%，可忽略不計(jì)。 不計(jì)物料重心對(duì)窯垂直線偏移的影響不計(jì)物料重心對(duì)窯垂直線偏移的影響。運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，物料重心雖然偏離窯軸線的垂直對(duì)稱面，但物料質(zhì)量相對(duì)于筒體、窯襯等質(zhì)量是很小的，故合力方向變化很小。因此，可認(rèn)為窯體的合力方向處于窯軸線的垂直對(duì)稱面內(nèi)。 必

46、須指出：按連續(xù)梁來(lái)計(jì)算所得軸向應(yīng)力與薄壁圓筒的實(shí)際情況有很大差別，還應(yīng)計(jì)入環(huán)向應(yīng)力影響。732022-1-3兩種計(jì)算方法兩種計(jì)算方法 按連續(xù)梁計(jì)算三支點(diǎn)以上回轉(zhuǎn)窯筒體軸向彎曲應(yīng)力的常用方法有“三彎矩方程法三彎矩方程法”和“力矩分配法力矩分配法”。前者計(jì)算結(jié)果精確，但支點(diǎn)數(shù)較多時(shí)，需解多元一次聯(lián)立方程組。此法適宜于編制計(jì)算機(jī)程序，供上機(jī)運(yùn)算。后者的優(yōu)點(diǎn)是有明晰的物理概念，步驟清楚，易于掌握，是一種漸近法，只要進(jìn)行若干次運(yùn)算，就可迅速求解，并能滿足工程上所需的精度要求。手算時(shí)，支點(diǎn)數(shù)愈多，愈顯得快捷。也可編制程序，上計(jì)算機(jī)運(yùn)算并打出報(bào)表，但程序較前者復(fù)雜些。下面分別介紹上述兩種方法。筒體連續(xù)梁 7

47、42022-1-3A. 三彎矩方程法三彎矩方程法 上圖為兩端有懸臂段，具有(m+2)檔支承、(m+1)跨的筒體，可簡(jiǎn) 化為一個(gè)m次超靜定連續(xù)梁次超靜定連續(xù)梁。對(duì)每一個(gè)中間支點(diǎn)n (2，3，m+1)列出三彎矩方程三彎矩方程(彎矩規(guī)定以梁下側(cè)纖維受拉應(yīng)力為正，如下圖所示) nnnnnnnnnnnnnnnJAJBMJlMJlJlMJl1111111162式中 Mn-1、Mn、Mn+1支點(diǎn)n-1、n、n+1處支點(diǎn)彎矩，kNm； Bn-1跨度ln-1上的虛載荷在該跨右支點(diǎn)產(chǎn)生的虛反力，kN；An跨度ln上虛載荷在該跨左支點(diǎn)產(chǎn)生的虛反力，kN； Jn-1 跨度ln-1梁的截面慣性矩，m3；Jn跨度ln梁的

48、截面慣性矩，m3；ln-1(n-1)跨長(zhǎng)度，m；lnn跨長(zhǎng)度，m。752022-1-3用虛梁法列出三彎矩方程式 上式中有關(guān)變量的計(jì)算問(wèn)題詳述如下： 虛反力A、B的計(jì)算公式列于表1.1-7。各種復(fù)雜載荷可分解成表1.1-7所列的各種形式，再分別求出Bn-1和An，用疊加法原理相加后求出A和B，再代入上式。 不計(jì)輪帶下筒體加厚影響，按跨間筒厚度計(jì)算截面慣性矩J。 為筒體厚度。 對(duì)于SF窯常用三支點(diǎn)，即m+2=3，則m=1。僅中間支點(diǎn)彎矩M2為未知數(shù)，由上式可解得： )(2661221312121122JlJlMJlMJlAJBJM 對(duì)有m個(gè)中間支點(diǎn)則可列出m個(gè)聯(lián)立方程式，從而 可解得m個(gè)未知的支點(diǎn)

49、截面彎矩。其中M1和Mm+2為懸臂。端支點(diǎn)彎矩，可直接求得762022-1-3772022-1-311nnnnncllMn-1MnMn+1n-1nn+1ln-1lnnn-1anc 考慮托輪安裝位置的偏差或支座沉陷引起的附加彎矩影響，如左圖為第n和n+1支點(diǎn)處筒體軸線的相對(duì)偏移量，分別為n-1和n。圖中所示方向?yàn)檎?，其夾角為：此時(shí)三彎矩方程為：111111116nnnnnnnnnnnnnnnllEMJlMJlJlMJl 因支點(diǎn)沉陷或支點(diǎn)安裝誤差產(chǎn)生的附加筒體內(nèi)應(yīng)力是很大的，尤其是三支點(diǎn)梁更不容忽視，設(shè)計(jì)中應(yīng)予以考慮。在運(yùn)轉(zhuǎn)中，應(yīng)保持窯的軸線為直線，才能消除附加筒體內(nèi)應(yīng)力和延長(zhǎng)支承零件的壽命。7

50、82022-1-3ABCDPABPCDABCDPABPCDa)b)d)c)連續(xù)梁模型連續(xù)梁模型 B. 力矩分配法力矩分配法基本概念基本概念792022-1-3力矩分配法的基本概念力矩分配法的基本概念A(yù)AAqqBBBBBPPCCCBABABABCBCC BBCC BmmMmmmMMAqBPBCMBAmbaMBMBCmbcMC BMBMBa)c)b)d)MMBB=-連續(xù)梁上放置載荷連續(xù)梁上放置載荷采用下圖采用下圖 a所示的連續(xù)梁引出力矩分配法的基本概念所示的連續(xù)梁引出力矩分配法的基本概念 802022-1-3力矩分配法的基本概念力矩分配法的基本概念 在力矩分配法中可直接求得各桿的桿端彎矩，其計(jì)算步

51、驟如下(單結(jié)點(diǎn)分配)： a)先在結(jié)點(diǎn)B上加轉(zhuǎn)動(dòng)約束，阻止結(jié)點(diǎn)B轉(zhuǎn)動(dòng)。然后在連續(xù)梁上施加載荷，如圖b所示。 這時(shí)連續(xù)梁可分為兩個(gè)單跨梁：BC跨即為B、C兩端均為固定的單跨梁，見(jiàn)圖 c。桿端產(chǎn)生的彎矩mBABA、mBCBC和mCBCB稱為固端彎矩，可按有關(guān)書中表所示的計(jì)算圖求得。阻止結(jié)點(diǎn)B轉(zhuǎn)動(dòng)的約束力矩MB B，可通過(guò)圖 c所示的結(jié)點(diǎn)B平衡圖，由平衡條件求mB B=0得。其數(shù)值應(yīng)等于mBABA和mBCBC的不平衡數(shù)，故MB B又稱為不平衡彎矩。 b)連續(xù)梁的結(jié)點(diǎn)B原來(lái)沒(méi)有轉(zhuǎn)動(dòng)約束，也不存在不平衡彎矩MB B。因此，圖b所示的解答必須加以修正。為此，應(yīng)解除結(jié)點(diǎn)B的約束。這相當(dāng)于在結(jié)點(diǎn)B加上與不平衡彎

52、矩MB數(shù)值相等、轉(zhuǎn)向相反的外力矩MB，即加一個(gè)MB= -MB。 812022-1-3 力矩-MB使梁產(chǎn)生變形，如圖 d中虛線所示。由于外力矩MB在結(jié)點(diǎn)B處的作用，桿端產(chǎn)生的彎矩MBA和MBC稱為分配彎矩，遠(yuǎn)端C產(chǎn)生的彎矩MCB稱為傳遞彎矩。由結(jié)點(diǎn)B的隔離體圖(圖d)可知：外力矩MB應(yīng)與分配彎矩MBA和MBC平衡。把圖 b和圖 d所示兩種情況疊加起來(lái)，就消除了附加轉(zhuǎn)動(dòng)約束的作用，得到圖 a所示的情況。由此可知，只要把圖 b和圖 d所示的桿端彎矩疊加起來(lái)，就得到要求計(jì)算的桿端彎矩，如MBC= mBC + MBC。 以上所述的計(jì)算步驟可簡(jiǎn)述如下計(jì)算步驟可簡(jiǎn)述如下：先在中間結(jié)點(diǎn)B上加轉(zhuǎn)動(dòng)約束(鎖住結(jié)點(diǎn)

53、鎖住結(jié)點(diǎn))，把連續(xù)梁分為單跨梁，求出桿端產(chǎn)生的固端彎矩。結(jié)點(diǎn)B各桿固端彎矩之和，即為約束彎矩MB。然后去掉轉(zhuǎn)動(dòng)約束(松開結(jié)點(diǎn)松開結(jié)點(diǎn))，使結(jié)點(diǎn)B轉(zhuǎn)動(dòng)至平衡位置(即相當(dāng)于在結(jié)點(diǎn)即相當(dāng)于在結(jié)點(diǎn)B加加-MB)，求出各桿B端產(chǎn)生的分配彎矩和遠(yuǎn)端產(chǎn)生的傳遞彎矩。疊加各桿端所記下的彎矩總和，即是所求的桿端彎矩。822022-1-3 為能順利地進(jìn)行力矩分配法的計(jì)算，下面對(duì)計(jì)算工作中將遇到的幾個(gè)基本術(shù)語(yǔ)進(jìn)行解釋。特別指出特別指出，這里只討論等這里只討論等截面桿件截面桿件。力矩分配法中規(guī)定桿端彎矩以順時(shí)針轉(zhuǎn)向?yàn)檎?，反之為?fù)。 a)固端彎矩。當(dāng)桿AB一端鉸支、一端固定或兩端均為固定時(shí)，在載荷作用下所產(chǎn)生的桿端彎矩

54、稱為固端彎矩。任何載荷下的固端彎矩都能用變形比較法求得。 b)轉(zhuǎn)動(dòng)剛度。如下圖為等截面桿。若在鉸支端A作用一力矩時(shí)，則A端將相應(yīng)產(chǎn)生一轉(zhuǎn)角A。使桿A端產(chǎn)生單位轉(zhuǎn)角(A=1)所需的彎矩MAB，表示A端抵抗轉(zhuǎn)角的能力，稱此為桿A端的轉(zhuǎn)動(dòng)剛度，用KAB表示。 當(dāng)A端固支，遠(yuǎn)端固支(如圖 a)時(shí)： KAB= 4EJ / l =4i 基本術(shù)基本術(shù)語(yǔ)語(yǔ)832022-1-3llK=ABK=AB4EJ3EJllEJEJBBAAA=1A=1 轉(zhuǎn)動(dòng)剛度圖轉(zhuǎn)動(dòng)剛度圖 a)遠(yuǎn)端固定 b)遠(yuǎn)端鉸支 當(dāng)A端固支，遠(yuǎn)端鉸支(圖 b)時(shí)： KAB= 3EJ / l =3i 式中 i桿件線剛度，i= EJ / l ； E 材料

55、的彈性模量； J 桿件的截面慣性矩。 842022-1-3c) 桿端彎矩的分配系數(shù)。下面利用轉(zhuǎn)動(dòng)剛度的概念來(lái)說(shuō)明分配彎矩的求法。如圖 a相連于B點(diǎn)的兩桿，在結(jié)點(diǎn)B處有一外矩MB作用時(shí)，結(jié)點(diǎn)B將轉(zhuǎn)動(dòng)一角度B。此時(shí)， B結(jié)點(diǎn)左右截面處將相應(yīng)產(chǎn)生分配彎矩MBA和MBC。由結(jié)點(diǎn)平衡條件(見(jiàn)圖 b)可知： MB=MBA+MBC 由于B點(diǎn)左右轉(zhuǎn)角相等，并根據(jù)轉(zhuǎn)動(dòng)剛度定義，當(dāng)B端產(chǎn)生轉(zhuǎn)角B時(shí)，各桿B端產(chǎn)生的彎矩(見(jiàn)圖 c)分別為： MBA=KBAB MBC=KBCB 式中的轉(zhuǎn)動(dòng)剛度KBA和KBC，可根據(jù)A、C兩端的約束條件分別求出由上式可得： B= MB /（KBA+KBC） 。 圖圖 桿端彎矩的分配桿端彎

56、矩的分配 852022-1-3 將B值代入式，得：BBCBBCBABCBCBBABBCBABABAMKKMKKKMMKKMKKKMKKKKBCBCBABA 由此可知，各桿B端的分配彎矩與各桿B端的轉(zhuǎn)動(dòng)剛度成正比。式中系數(shù)K /K可用表示，稱為各桿B端的彎矩分配系數(shù)。即為： 桿AB在結(jié)點(diǎn)B的彎矩分配系數(shù)BA等于桿AB的轉(zhuǎn)動(dòng)剛度與交于B點(diǎn)各桿的轉(zhuǎn)動(dòng)剛度之和的比值。 同一結(jié)點(diǎn)B上，各桿分配系數(shù)之間存在下列關(guān)系： BA+BC=1 將上式改寫為： MBA=BAMB, MBC=BCMB 因此，外力矩MB應(yīng)按各桿分配系數(shù)分配于各桿B端。 在力矩分配法運(yùn)算中，由于在結(jié)點(diǎn)B所施加的外力矩MB等于負(fù)的不平衡彎矩-

57、MB，所以在計(jì)算時(shí)分配彎矩有： 分配彎矩= - MB862022-1-3d)傳遞系數(shù)。B端鉸支，A端固定的梁(如圖)，若在B點(diǎn)上得到分配彎矩 MBA，則在固定端A處將相應(yīng)產(chǎn)生一傳遞彎矩MAB。傳遞彎矩MAB與分配MA BABMB AE Jl MAB=CBAMBA 彎矩MBA的比值稱為傳遞系數(shù)C，即：式中 CBA 由B端向A端的傳遞系數(shù)。圖 彎矩傳遞彎矩傳遞 872022-1-3 (6) 筒體軸向應(yīng)力校核筒體軸向應(yīng)力校核 可利用下列公式校核筒體軸向應(yīng)力： WKKM211式中 1軸向應(yīng)力，MPa； M 某一截面的彎矩，MNm； W筒體截面系數(shù)，m3； K1溫度影響系數(shù)，查表； K2焊縫系數(shù)，查表。

58、 882022-1-3(7) 筒體環(huán)向應(yīng)力計(jì)算筒體環(huán)向應(yīng)力計(jì)算 (1)問(wèn)題的提出問(wèn)題的提出 目前，對(duì)回轉(zhuǎn)窯筒體取用相當(dāng)?shù)偷脑S用應(yīng)力，對(duì)于Q235C鋼板，安全系數(shù)高達(dá)6.48.8，僅是壓力容器許用應(yīng)力的1/31/5，但這并不說(shuō)明設(shè)計(jì)是保守的。因?yàn)榭紤]到：筒體軸向應(yīng)力的計(jì)算是假定所有支點(diǎn)在一直線上。實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)由于基礎(chǔ)下沉不勻，各支點(diǎn)處筒體溫度不同和托輪調(diào)整不當(dāng)?shù)戎T多因素，使窯各支點(diǎn)筒體的中心連線呈折線狀態(tài)。如4m60m回轉(zhuǎn)窯因2支點(diǎn)標(biāo)高高于或低于理論狀態(tài)，則會(huì)引起附加支點(diǎn)彎矩和支點(diǎn)反力的明顯增加(已經(jīng)過(guò)實(shí)例計(jì)算)。計(jì)算中把筒體假定為梁來(lái)處理。實(shí)際上，筒體應(yīng)作為彈性圓柱殼來(lái)計(jì)算。理論計(jì)算和實(shí)測(cè)表明，

59、筒體中受到由載荷及邊界條件產(chǎn)生的軸向應(yīng)力和環(huán)向應(yīng)力，即為兩向應(yīng)力狀態(tài)，而不是單純軸向應(yīng)力狀態(tài)。此外，筒體的徑向和軸向溫差所引起的溫度應(yīng)力也未計(jì)入?；剞D(zhuǎn)窯屬于重型機(jī)械，連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，工作條件惡劣，且又要求筒體使用壽命為30年左右。892022-1-3 傳統(tǒng)的計(jì)算方法是以較小的單向許用應(yīng)力來(lái)間接控制筒體的兩向應(yīng)力和徑向變形。 生產(chǎn)實(shí)踐表明，回轉(zhuǎn)窯筒體上常產(chǎn)生各種裂紋，可見(jiàn)筒體強(qiáng)度并沒(méi)有較大的裕度。 同時(shí)，由于筒體徑向剛度不夠，常導(dǎo)致耐火磚的脫落和損壞。因此，上述的筒體計(jì)算方法，不能從實(shí)質(zhì)上反映筒體的要求。目前采用的計(jì)算方法有圓柱殼的函數(shù)解圓柱殼的函數(shù)解和和有限有限元法元法兩種。下面簡(jiǎn)要介紹能計(jì)算筒體徑

60、向變形和兩向應(yīng)力的圓柱殼函數(shù)解，它能較全面地反映筒體的設(shè)計(jì)要求。 (2)計(jì)算方法計(jì)算方法 A 邊界上作用多個(gè)法向集中載荷的圓柱殼彎邊界上作用多個(gè)法向集中載荷的圓柱殼彎曲對(duì)于半無(wú)限長(zhǎng)的圓柱殼，將曲對(duì)于半無(wú)限長(zhǎng)的圓柱殼，將坐標(biāo)取為母線方向坐標(biāo)取為母線方向，坐標(biāo)取為環(huán)向方向，原點(diǎn)取在邊界處坐標(biāo)取為環(huán)向方向，原點(diǎn)取在邊界處。在h/R11/20(h筒體壁厚；R1筒體中性層半徑)的薄殼條件下，僅考慮彎矩主項(xiàng)，且分布載荷為零時(shí)，筒體彎曲的基本微分方程為：902022-1-30144222222C88628448268884444464212212RhC conXnn042242442212nnWj1231b