浅谈危废回转窑选型计算

发表时间: 2019-09-19 16:09:39

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回转窑在国内外广泛用于被广泛应用于危废焚烧处理/有机及含汞土壤治理/干燥等行业等行业。基于回转窑的具有较高的温度场、气流滞留时间长等优点特别适用于降解含有机污染物的固体废物和固化含重金属污染物的固体废物。因此被广泛应用于危废处置中心。本文先结合某危废处置中心回转窑参数,探讨如何进行危废回转窑选型。

 回转窑在国内外广泛用于被广泛应用于危废焚烧处理/有机及含汞土壤治理/干燥等行业等行业。基于回转窑的具有较高的温度场、气流滞留时间长等优点特别适用于降解含有机污染物的固体废物和固化含重金属污染物的固体废物。因此被广泛应用于危废处置中心。本文先结合某危废处置中心回转窑参数,探讨如何进行危废回转窑选型。

回转窑简介

      回转窑整体通常为圆形长筒状结构,倾斜安置于数组平行托轮上,电动机输出转速通过减速器减速后,通过齿轮或链条带动固定在筒体上的滚圈使筒体做回转运动。回转窑主要由筒体、支承装置、传动装置、密封装置、给料出料装置、燃烧器及烟气处理装置等几个主要部件组成。在回转窑正常工作运行时物料经过给料装置从窑头进入回转窑筒体内,因为筒体具有一定倾斜度,物料在筒体中随筒体回转并逐渐从窑头逐渐移动至窑尾,在运动过程中通过燃烧器的加热效果使物料温度不断上升最终达到处理温度,物料经过处理后从窑尾端经过出料装置卸出,处理物料产生的废烟气则通过烟气处理装置处理后排放至大气。

回转窑关键参数

1. 容积热负荷

 每小时送入炉膛单位容积中的平均热负荷(以燃料的收到基低位发热量计算),称为炉膛容积热负荷。容积热负荷决定窑内物料燃烧状况的好坏。文献中给出回转窑容积热负荷的范围为(4.2~104.5)×104kJ/m3·h,在实际计算中,笔者一般取40×104kJ/m3·h左右。

2. 长径比

  回转窑的长径比是指回转窑全窑长 L 与筒体内径 D 之比。决定长径比的主要因素主要有物料热值、燃料的种类、燃料量等因素。如果设计的回转窑长径比过大,会增加制造难度,提高成本。长径比过小,处理效果不达标或处理量低。不同于种类回转窑选取的长径比各不相同,一般用于处理固体废物回转窑的长径比取值范围为:L/D=3.4~4.2。

3. 筒体倾角

  根据回转窑物料从高端(窑头)至低端(窑尾)运行的状况,回转窑筒体必须倾斜安装,通过倾斜和和一定的转速来完成预定物料停留时间。回转窑的倾角大小一般根据筒体长短以及物料停留时间而定一般取 1°~2°。

4. 回转窑转速

  回转窑通过轴向旋转带动物料受热,并使物料翻滚运动从窑头至窑尾,过低转速对产量不利,但是过高转速不能使物料受热均匀,影响处理效率且过高转速对设备造成很大负担提高保养维护成本。筒体一般转速为n= 0.1r~1r/min。

5. 停留时间

  物料在窑内遵循如下运动方式的:首先物料随着回转窑做轴向回转运动,通过筒壁与物料相互摩擦力作用使物料从筒体低处被带到筒体高处,随后落下来,由于回转窑存在倾斜角,在下落的过程中又同时沿轴向前进了一段距离,产生物料流速,物料在这一过程中产生了停留时间。物料在窑内停留时间直接影响物料产量及处理效果。停留时间过短,物料受热不均匀,影响处理效率停留时间过长,则使物料烧损增加,回转窑的煅烧产量降低。因此,物料在窑内的停留时间要控制适当,才能保证处理效率与产量控制在合理的范围内。处理固体废物回转窑物料停留时间一般保持在 60~120min。

  回转窑停留时间可按下公式进行:


 式中,L为回转窑长度。θ为物料休止角,即物料堆积层的自由斜面与水平面所形成的最大角,一般取30°。Di为回转窑去掉浇注料厚度的有效直径。n为回转窑的转速,一般取0.1r~1r/min。β为回转窑的倾斜角度,一般取1°~2°。

6. 回转窑填充系数

  某一截面上的填充率 f 等于在垂直筒体轴线截面上物料占有面积与筒体内有效截面积之比。回转窑填充系数如取值过高就会严重影响热交换效率,影响处理效率,同时由于填充系数过高,使物料在筒体内积累过多,筒体总重量增大对回转窑整体机械性能也会有影响。

    回转窑参数设计。回转窑的填充系数一般取0.04~0.08。

    回转窑填充系数可按下式进行计算:


式中,β

为物料的密度,Kg/m3

为便于理解,本文以某危废处置中心100t/d回转窑为例进行说明。已知该回转窑处理量100t/d,即4167Kg/h。危废热值约为3500Kcal/Kg。即有

则取长径比4, QV=40×104 kJ/m3·h,代入得Di=3647mm,圆整为3600mm,长度L=4Di=14.4m,圆整为15m。浇注料厚度一般为300mm,则该回转窑尺寸为Φ4.2m*15m。。

回转窑的倾斜角度取1.5°,平均转动速度取0.3r.min,则回转窑的物料停留时间


 该停留时间满足要求。

   填充系数

满足要求


回转窑参数的反算复核  

在前文中,我们计算出该回转窑的尺寸为Φ4.2m*15m,倾斜角度为1.5°,转速为0.3r/min,停留时间84min。现在进行反算,验证其参数的正确性。根据回转窑设计手册,回转窑的产量估算有三种方法。

1. 经验公式法

     根据简化的经验公式,回转窑的产能与回转窑尺寸之间的关系为

式中,K为经验系数,根据回转窑设计手册,一般取0.02~0.08。

2. 单位表面积产能法

     根据简化的经验公式,回转窑的产能与回转窑表面积之间的关系为

式中,GF为表面积产能,根据回转窑设计手册,对于回转窑一般取20~50 Kg/m2·h。

3. 单位容积产能法

     根据简化的经验公式,回转窑的产能与回转窑的容积的关系为:


式中,Gv为单位容积产能,根据回转窑设计手册,对于危废回转窑一般取1.0~1.5t/ m3·d

     通过三种估算,该尺寸满足设计产量要求,反算合格。

参考文献

  1. 李晓光. 处理固体废物回转窑设计与数值模拟[D].

  2. 张绍坤, ZhangShaokun. 回转窑处理危险废物的工程设计[J]. 冶金设备, 2010(2).

  3. 《化工回转窑设计规定》(HG/T 20566-2011)


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