化工回转窑设计规定综述

Di—筒体内径,如果不是等径窑,应分段计算;带内衬的窑应为衬后 直径. 计算f时应考虑窑内物料的结块等影响因素. c.筒体倾角α 窑筒体轴线与水平面的夹角为该窑的倾角α . 倾角α 大小应根据筒体的长短、物料的流动性及物料的停留时间 而定. 为便于计算,回转窑的斜度习惯上取窑轴线的倾角的正弦值sinα . d.转速n 回转窑转动的速度称为该窑的转速.单位r/min. 回转筒体的专速范围为:0.4~10 r/min,常用1~3 r/min,设计转速 时应控制筒体外径的圆周速度不超过1m/s,即2π · R· n/60≤1m/s. 主要是因为大型回转设备的直径和长度都比较大，构成回转设 备的筒体、齿圈、滚圈及内部充填物料的质量总和比较庞大，在 转动过程中所形成的惯性也就比较大。如果回转筒体外径圆周线 速度过快，特别容易产生振动而反过来影响传动装置和支撑装置 的稳定运行，造成轴承等部件失效。
m、k是系数,它与物性参数、抄板形式、介质与物料的流动方式 密切相关,除了按规定选取外,还应结合实际,参考类似工况的回转 窑确定系数m、k的取值. b.填充系数f 窑某一截面上的填充系数f等于物料层所占有的截面积与窑整个截 面积之比. 某一窑的平均填充系数f等于该段窑内装填物料占有体积与该段窑 的有效体积(容积)之比. 填充系数f主要与结构影响系数、物料处理量、物料的停留时间、 物料的密度、筒体的长度及内径等因书素关. f=2.12×10-2×k1· G· τ /(ρ · l· Di2)
抄板的型式:升举式、扇形式、分布式等,以升举式使用较多. 抄板的固定:直接焊在筒体上、通过焊在筒体上的连接件用螺栓连接. 抄板的高度:主要是根据物性参数、筒体直径、转速等参数确定,一 般都分好几段. i.筒体接口 主要是指测温口、测压口、取样口、检查孔等.筒体上一般不设人孔.
2.1.7 测温装置 常用的是滑环测温装置,热电偶接线通过滑环与测温仪表连接,测 出回转窑上需要测出的各点温度.滑可用υ 20~30mm紫铜棒煨制而 成,环直径取1.1~1.3Do. 2.2 筒体的计算 2.2.1 筒体的载荷计算:筒题上的载荷分为两类,一类是沿筒体轴线 方向的均布载荷;另一类是它分布较短,简化为集中载荷. a.筒体单位长度载荷: qs=0.242· (Di+δ )·δ N/m 由于筒体各段的厚度不同,应分段计算,另外考虑筒体有内件时可 增加10%~30%. b.筒体内衬单位长度载荷: qc=3.081×10-5· ρ c· (Di-hi)· hi N/m 如果是多层内衬应分层计算. c.筒体内单位长度物料载荷: qu=7.705×10-6· ρ · f· Dio2 N/m 注意窑内可能出现的最大填充率f. d.筒体内单位长度抄板载荷: qf=7.701×10-2· δ 1· H· n N/m
对带内衬的回设备，转速过快而产生的惯性振动还会导制内衬的松 动和脱落。 2.1.2 支承档数的确定 支承档数按筒体内径及筒体长度的比值来确定,具体取发见表2.1.2. 冷却机、干燥机的长径比一般都小于12,通常都采用两档支承. 2.1.3 筒体壁厚的确定---分齿圈、滚圈和其它部分处. 其它部分处筒体壁厚的确定又分带内衬和不带内衬两种情况,分别 见表2.1.3.1-1和表2.1.3.1-2.在选取直径分界处筒体壁厚的时, 尽量取大值. 齿圈和滚圈处筒体的壁厚通常是取其它部分处筒体厚度的1.4~2倍, 主要以筒体计算结果为准,一般直径3000以下的窑取小值,直径 3000以上的窑取大值. 筒体加厚段的长度一般为滚圈宽度的2倍.即1~2m左右. 2.1.3 挡轮及齿圈位置的确定 a.挡轮位置的确定:当回转设备支撑档数为奇数时，通常挡轮设置 在中间档；当回转设备支撑档数为偶数时，通常挡轮设置在中间 靠近窑尾方向的第一档 .
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a．物料在筒体内的停留时间τ: 物料在筒体内的停留时间τ主要与筒体长度、内径、转速、倾角、 结构(有无抄板、挡料板)及自然倾角等因素有关. 物料在窑内移动的基本规律是随着窑的回转 , 物料被带到一定高 度,随后下落,由于窑是倾斜的,物料在滑落的同时就沿筒体轴线前 进了一段距离. 按筒体内是否有抄板 , 分两种情况来计算物料在筒体内的停留时 间τ . ⑴筒体内无抄板的物料停留时间τ τ =L(θ +24)/(324Di·n·sinα ) Di—筒体内径,如果不是等径窑,应分段计算;带内衬的窑应为衬 后直径. ⑵筒体内无抄板的物料停留时间τ τ =m·k·L/(Di·n·sinα )
主要是因为筒体受热要伸长,这样可以减少累计伸长量,当然由于 布置结构等原因,也有将挡轮设置靠近窑头方向的支承装置,此时 筒体在窑体上窜时受轴下拉力. b.齿圈位置的确定 为了使齿圈的啮合少受热膨胀的影响,齿圈应邻近带挡轮的支撑装 置,其距离近似等于窑筒体的直径. 2.1.5 筒体内部装置 a.内衬 内衬的作用是保护筒体,使之免受高温、介质腐蚀、磨损,变减少 散热损失. 内衬每隔2~3年就要大修一次,这主要取决于内衬材料的质量、砌 筑施工质量和操作稳定性等因素. 常用耐火材料有:粘土质耐火砖、高铝质耐火砖、耐火混凝土砌块、 鳞酸盐耐火砖、镁铝砖、隔热砖、碳素砖等. b.挡砖圈:其作用是将内衬分成若干个区,分别固定.它是焊在筒体上 的一组圆环,厚度可取筒体厚度,但高度应为筒体内衬厚度的 1/3~1/2左右.
1.0.2 本规定适用范围:适用于工作压力为微负压或常压的化工回转 窑及回转设备,常用于煅烧、焚烧、还原、干燥、冷却等工艺过程. 1.0.3 引用标准 a.GB/T11352-1989《一般工程用铸造碳钢》 b.JB/T6402-1992 《大型低合金钢铸件》 c.JB/T8853-1999 《标准减速机》 d.JB/T8854.2-1999《齿鼓式联轴器》 e.GB/T10095-1998 《渐开线圆柱齿轮精度》 1.0.4 回转窑分类 a.按窑体几何形状来分:直筒窑、冷端扩大窑热端扩大窑、两端 扩大窑. b.按加热方式来分:内热窑、外热窑. c.按工艺作用来分:煅烧窑、焚烧窑、还原窑、干燥窑、冷却窑.
二．筒体
筒体是回转窑的基体,它应有足够的刚度和强度.在安装和运梳过程中 应保持轴线的直线性和截面的圆度,它关系到延长回转窑内衬的寿 命,减少晕转阻力,及功率消耗,减轻不均匀磨损,减少机械故障,保持 长期安全运转,因此十分关键,所以必须根据这一要求来设计窑的 筒体. 筒体的刚度主要是筒体截面在具大的横向切力作用下抵抗径向变 形的能力. 筒体的强度问题主要表现为筒体在载荷坐用下产生裂纹,尤其是滚 圈附近的筒体.筒体在运转过程中存在着相当大的应力,特别是轴 向应力比切向应力大得多.因此在制造、安装、使用和维修工作时 应保证和保持筒体的直线性. 2.1.1筒体的基本参数 筒体的基本参数主要有:物料在筒体内的停留时间τ、填充系数f、 筒体倾角α、转速n.
c. 挡料圈 挡料圈可设置在窑头,也可设在窑尾.设在窑头的挡料圈用来防止物 料倒流,其高度按照转窑的填充系数及物料性质来确定.设在窑尾 的挡料圈主要是延长物料停留时间,增大回转窑的填充率.设计窑 头挡料圈时,应注意不要防碍加料装置. d.导料螺旋 e.进料装置 f.刮料器 g.挡料板 h.抄板
抄板的作用是将物料扬起,是物料松散形成料幕,充分与气体接触换热.
对直径较大的回转窑,为了便于内衬的砌筑和检修,通常都设有辅助传 动装置.它主要由电动机、减速机、液力偶合器、联轴器、传动轴、 轴承、小齿轮、机架等组成. ⑥ 窑头罩 窑头罩是连接回转筒体头端与流程中下道工序设备的中间过渡体. 窑头罩内通常也衬有耐火材料,在静止的窑头罩与回转筒体之间有 密封装置,通常称为窑头密封装置. ⑦燃烧室 它是工艺所需的高温气体的发生器,与窑尾罩相连,内衬有 若干层耐伙材料. 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 间体窑头罩内通常也衬有耐火材料,在静止的窑尾罩与回转筒体之 间有密封装置,通常称为窑尾密封装置. ⑨加料设备 它是回转窑的附属设备,一般根据物料入窑形态来选用喂 料设备.
由于回转窑在化工过程中的作用不同,有的介质温度高达1450℃,且介质往
往带有腐蚀性 , 此时回转筒体内都需要衬有若干层耐火材料 --- 即 窑衬,保护筒体和减少散热损失. ②换热装置 为了增强换热效果,回转筒体内往往还设有各种换热装置,如链条、 换热管束、格板式换热器等. ③滚圈 筒体、物料、窑衬、内件等所有回转部分的重量通过滚圈传到支 承装置上.滚圈传递的载荷可达几百吨,其本身的重量有可达几十 吨,是回转设备的最重要的关键零件之一. ④支承装置 支承装置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.一对托轮支撑着滚圈,既允许筒体自由转动,又向基础传 递了具大载荷. 挡轮的作用是限制和控制回转窑回转部分的轴向窜动. ⑤传动装置 传动装置的作用是通过设在筒体中部的齿圈使筒体回转,通常齿圈 通过弹簧板与筒体相连.
一般需要计算实际抄板总重量再除以筒体长度.如果筒体内无抄板, 此项载荷就没有. f.齿圈质量 Gc=f1· m· B2· df2 f1—计算系数算系数、m—齿圈模数mm、B2--齿圈宽度mm、df2—齿 圈分度圆直径mm. 刚计算时可能不知道m、B2、df2,应参照类似回转窑设备先假定一 个m、B2、df2,按步骤向后计算,最终会计算出一个m、B2、df2,再 将它们与前面的假设进行比较,若差不多,说明前面假设成立,否则 应重复上一假设过程,直到最终计算结果与假设相当时为止. 2.2.2 筒体弯矩计算及应力校核 a.筒体计算的概念 筒体截面刚度计算应是计算筒体的径向变形,并使它不超过满足运 转条件的径向变形许用值. 筒体的应力一般有轴向应力σ 和切向应力σ τ (实际上的应力不限 于此,远比这要复杂得多).由筒体的轴向弯曲可以判定σ 的存在, 由筒体横截面变形可以判定σ τ 的存在.
⑵根据计算结果,调整各跨跨度 ,使之满足等支反力原则—使各支座 反力趋于接近,从而使支承装置的设计得到统一;其次是满足等弯 矩原则,使各支座截面弯矩趣于接近,避免为了满足个别截面的要 求而加厚筒体.支承档数较少时,由于结构上的原因,上述原则不易 实现,不必强求. ⑶为支承部件及基础提供设计载荷. d.双支座筒体弯矩的计算 ⑴支点位置的确定 支点位置除考虑结构要求外,应按等弯矩原则设计. 对于等直径的悬伸段结构简单的,可近似取l1=l2=0.21L. ⑵支座反力的计算 F1=[Lq(L/2-l2)+Fc·a]/(L-l1-l2) N; F2= [Lq(L/2-l1)-Fc·a]/(L-l1-l2)+Fc N; ⑶弯矩的计算 支座处的弯距M1、M2
化工回转窑设计规定综述
一、总则 二、筒体 三、滚圈 四、支承装置的设计计算 五、支承装置 六、润滑 七、传动装置 八、窑头、窑尾及密封装置 九、热平衡、热效率计算
一﹑总则
1.0.1主题内容 a.回转窑是对散状物料(颗粒状、块状或粉料)或浆状物料进行加 热处理的热工设备.它属于回转类设备,回转筒体具有一定的安装 斜度,通常筒体内衬有耐火砖或设有内件(如换热设备、抄板等), 以低速回转. b.本规定慨括了化工回转窑的结构计算、设计—也就是说根据本 设计规定和已知的工艺条件可以进行回转窑的设计和计算. c.本规定所说的化工回转窑主要包括以下九大部件:筒体与内衬、 换热装置、滚圈、支承装置、传动装置、窑头罩、燃烧室、窑尾 罩、加料设备. ① 筒体与内衬 筒体由钢板卷成,是物料完成物理与化学反应地回转容器,因而是回 转窑的基体.
钢制圆筒横卧置放于地面上时,在自重作用下,在其底部会产生数 值很可观的切向弯曲应力.对于回转窑,因增加了内衬、物料、齿 圈等各项载荷,支承情况与自由卧置完全不同,对这种情况下的切 向应力虽有几种分析方法,但都不怎么成熟,目前也不适用于设计 计计算,因此国内外至今任沿用一定的假设条件下的轴向应力计算 的方法,在统计基础上确定许用应力,通过轴向应力计算来间接保 证径向变形和切向应力满足刚度和强度要求. b.三个假设条件 ⑴将筒体视为圆截面水平连续梁,不计倾角影响,也不计筒体截面变 形后对截面模数的影响. ⑵不计物料重心对筒体轴线的影响,不计筒体所受扭矩. ⑶按静载荷计算. c.进行筒体计算的主要目的 ⑴验算强度-变形条件,以确定所选的筒体厚度是否合适.