如何計算物料在回轉窯內的停留時間

作者：紅星機器 發(fā)表于： 2012-03-24 09:59:47更新于： 2019-09-25 13:58:09

楊帥軍老師 紅星技術工程師

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回轉窯的燒成工藝對物料在回轉窯內的作用有以下要求：

（1）物料同熱氣流接觸時的面積較大，增強熱交換和煅燒效果；

（2）物料在窯中的停留時間要充足，完全達到物理、化學反應效果。

通過對回轉窯的使用經(jīng)驗及理論分析，得出以下結論：物料隨著填充系數(shù)的增大而混合強度降低了。所以在實際的生產中，對于水泥回轉窯的填充系數(shù)有著嚴格的要求。

根據(jù)水泥工藝和熱工條件來確定物料在筒體內所停留的時間長短。比如在濕法回轉窯中，物料在筒體內停留時間控制在二小時左右。

需要特別注意的是：粉狀物料與熱氣流接觸的時間，只是物料在筒體內停留總時間的一部分。其余的時間是該物料被掩埋在物料層下面，此段時間內不參與煅燒過程的進行。

另外筒體的長度、直徑、筒體對水平面的傾角、轉速、物料的自然休止角以及氣流速度等因素也對物料在圓筒內所停留的時間有所影響。我們可按下法來估算，如圖2-1所示，當筒體旋轉時，某一物料顆粒，由Ａ點升高到Ｂ點。升舉的高度決定于角θ，而角θ由物料與筒壁間的摩擦系數(shù)和該物料顆粒對筒壁的正壓力來確定。當筒體回轉的角度很小時，對粉料來說，角θ實際上就是物料的自然休止角。顆粒被升到Ｂ點后，物料在重力作用下，沿著物料的傾斜表面滾落下來，又由于筒體的傾角α滑落到A’點，再被升高到B’點，隨后滾落到A”點，如此周而復始，直到從筒體低端滾出。

如將空間角β展開為平面角，可認為等于α。如果物料顆粒由于重力作用滾落下來的時間忽略不計，那么，物料顆粒將沿著導角為α的螺旋線運動。

如圖2-2、3所示，筒體轉一圈時，物料顆粒沿筒體的軸向位移為：

ｄＬ＝πＤｔｇα（2－１）

從圖中看出，筒體轉Ｎ圈時，物料顆粒沿筒體的軸向位移：

Ｌ＝ｎπＤｔｇα （2－２）

如果筒體的長度為Ｌ，則物料顆粒從進筒體到出筒體低端的總轉數(shù)為：

ｎ＝Ｌ／πＤｔｇα（2－３）

物料顆粒在筒體內的停留時間：

ｔ＝Ｌ／πＤｎｔｇα （分）（2－４）

式中ｎ——筒體轉速，轉／分；

Ｌ——筒體長度，米；

Ｄ——筒體內直徑，米；

α——筒體與水平面的傾角，度。

物料顆粒沿筒體軸向移動速度為：

W＝pＤｎｔｇa（米／分） （2－５）

物料顆粒在筒體內停留時間及移動速度的式（2－4）和式（2-5），由于推算準確性不高。因為在公式推導時，作了一系列假定。如僅研究一個顆粒的運動，而不是全部物料；沒有考慮物料的性質等。在理論上雖不完善，但提供了一個基本函數(shù)關系。為了便于實際運用，人們用無物理、化學變化的顆粒均勻的物料進行實驗，對上述公式加以修正，得出下式：

式中a——筒體對水平面的傾角，度；

q——自然休止角，水泥熟料取q＝３５°

其它符號意義見式（2-4）。

由式（2-6）可見，物料停留時間與筒體有效長徑比成正比；與筒體斜度和轉速成反比。物料實際需要的停留時間，由化工工藝計算來決定。

為便于計算，回轉窯斜度習慣上用窯軸線對水平面的傾斜角a的正弦來表示．即ｉ＝ｓｉｎa。水泥回轉窯斜度一般為０．０３５～０．０４。窯的轉動能起翻動物料的作用。因此提高轉速可以強化物料與氣流之間的傳熱。但轉速過快，一方面使廢氣中的粉塵飛揚，生料損失會增加，另一方面，縮短生料在窯中的停留時間，因而減少生料的物理、化學反應時間，從而降低熟料質量。因此，一般水泥回轉窯常用轉速為０．５～１．２轉／分。為強化煅燒留有余地，最高轉速可設計為１．３５轉／分。對于窯外分解的回轉窯，最高轉速達３－６轉／分。