400吨回转窑废气量计算(转运溜槽改造)

400吨回转窑转运溜槽改造

张佳家

贵州博宏石灰矿业分公司553028

摘要：400吨回转窑煤改气之后窑尾转运溜槽粉尘外溢导致职工的工作环境受到污染。本文主要通过计算回转窑的废气量，改造回转窑窑尾转运溜槽通风截面积来实现降低通风阻力损失，使回转窑达到微负压工作，解决窑尾粉尘外溢情况，消除环境污染，确保职工有一个良好的工作环境。

关键词：环境污染改造设计计算

0 前言

贵州博宏石灰矿业分公司石灰二车间拥有日产400吨回转窑1座，主要生产活性石灰。原始设计是用原煤作为石灰煅烧的燃料。为了节约成本，降本增效。公司于2013年3月对400吨回转窑实施“煤改气”工程。即原来是用原煤作为燃料，改造后将使用煤气和一部分原煤作为燃料煅烧石灰。在石灰煅烧过程中，产生的污染物主要是粉尘污染，如果粉尘得不到有效的治理，将会严重污染职工的工作环境，使职工身心健康受到危害。

1 现状

400吨回转窑从2013年4月份煤改气投产至今，产能由原来的400t/d，提升至450t/d，煅烧产品产生的废气量增加，窑内气压由原来微负压变成现在的正压，导致窑尾有部分粉尘及热气流从窑内喷出，严重污染了车间工作环境，同时也造成部分热量的损失。

2 原因分析

煤改气后，产能的提升和大量煤气的使用，造成窑内废气量增加，在窑尾高温风机开至38Hz 时测得，窑尾转运溜槽上下料口内压力为-300Pa，说明转运溜槽以上均为负压工作，而窑尾却有粉尘及热气喷出，则说明窑尾转运溜槽处仍处于正压工作。由此分析，转运溜槽处的气流阻力损失较大。通过备用转运溜槽实则计算，转运溜槽正上方受料口处尺寸为1060×1340mm=1.42㎡，其溜槽倾斜面与垂直端面的最小过流尺寸为970×1340mm，由于溜槽斜面的弧度很小，截面可视为矩形计算其面积，则截面积为1.3㎡。详见：图1。

图1：转运溜槽截面示意图（改造前）

通过计算产生的废气量可得出转运溜槽的阻力损失大小，从而判定窑尾粉尘外溢的原因。在石灰石煅烧的过程中，发生的化学反应主要是：CaCO3== CaO +CO2；C+O2==CO2；2CO +O2==2CO2；2H2 +O2==2H2O。

表1：各项计算参数

2.1 矿石分解部分产生的废气

由化学反应方程式得出，CaCO3高温分解产生的CO2为：m1=(44×33.75)÷100=14.85t/h。标况下，1m3CO2等于1.98kg，所以CO2产生的总量为：q1＝14.85×1000÷1.98=7500m3/h。

由“表1”得出，石灰二车间海拔为1830m，大气压为608mmHg，为标准大气压的0.8倍，则：Q1=7500÷0.8=9375m3/h。

2.2 煤粉燃烧部分

2.2.1 煤粉燃烧产生的CO2

m2=(1×80%×44)÷12=2.9t/h

标况下，1m3CO2等于1.98kg，所以CO2产生的总量为：q2＝2.9×1000÷1.98=1470m3/h。换算到工况下：Q2=1470÷0.8=1838m3/h。

2.2.2 煤粉燃烧消耗的O2

m3=(1×80%×32)÷12=2.1t/h

标况下，1m3O2等于1.43kg，所以氧气的消耗量为：q=2.1×1000÷1.43=1470m3/h。换算到工况下：Q3=1470÷0.8=1838m3/h。

2.3 煤气燃烧部分

表2：转炉煤气参数

根据“表2”中转炉煤气中各成分的比列，CO2的含量取20%，q3=1400 m3/h；CO的含量取60%，q4=4200 m3/h；N2的含量取16.5%，q5=7000×16.5%=1155m3/h；H2的含量取1.5%；O2的含量取2%，由于H2、O2的含量很低，在此忽略不计。

2.3.1 煤气燃烧产生的CO2

Q4= q4=4200 m3/h

2.3.2 煤气燃烧消耗的O2

Q5＝Q2÷2=2100 m3/h

2.4 其他部分废气

2.4.1 消耗的空气

空气中，氧约占21%，氮气和其他其他合占79%，则消耗的空气量为：

q6=(Q3+Q5)÷21%=(1838+2100)÷21%=18752 m3/h

则剩余氮气量为：Q6= q6﹣(Q3+Q5)=18752﹣(1838+2100)=14814 m3/h。

2.4.2 鼓入窑内的风量

q7=Q一次风+Q二次风+Q喷煤风=3522+30159+1392=35073 m3/h

换算到工况下：q7′=35073÷0.8=43841m3/h。

由此可看出，鼓入窑内的风量没有被消耗完，剩余的风量为：

Q7= q7′﹣q6=43841﹣18752=25089 m3/h

2.5 实际废气量

由上述计算可看出，产生的废气量为：

Q′=Q1+Q2+q3+Q4+q5+Q6+Q7=9375+1838+1400+4200+1155+14814+25089=57871 m3/h 由于气体受热膨胀，实际废气量大于理论废气量。窑尾转运溜槽处温度平均为1000℃（T0=273K，T1=1273K），由公式得：

Q= Q′×(T1/T0) = 57871×(1273÷273) =269853m3/h

2.6 转运溜槽处的阻力损失

转运溜槽上端口为高 1.8m，截面为矩形，需要将换算成当量直径来计算阻力损失，边长为1060×1340mm的矩形当量直径为：D′ =2×(1.06×1.34) ÷(1.06+1.34)=1.18m。此外还需确定通过此处的风速即：

V′直=Q/S′1=269853÷1.42÷3600=53m/s；V′弯=Q/S′2=269853÷1.3÷3600=57.7m/s 根据阻力损失公式：P直=§×(L/D)×(ρV2/2) ；P弯=§×(ρV2/2)。§为阻力系数，取0.08；ρ为密度，取0.995kg/m3。得出：

P′直=0.08×(1.8÷1.18)×(0.995×532÷2)=171Pa；P′弯=0.08× (0.995×57.72÷2)=133Pa

P1= P′直+P′弯=133+171=304Pa

由此看出，转运溜槽处的阻力损失等于304 Pa，在其上方的测得的300Pa的负压在此处全部损失，窑尾不处于负压状态，导致粉尘外溢。故此，解决此问题的关键在于降低转运溜槽的阻力损失，使窑尾处于负压工作状态。

3 解决方案

要想降低转运溜槽的阻力损失，可通过增加通风面积来实现，对转运溜槽进行改造。将原转运溜槽受料口尺寸由1060mm×1340mm改为1160mm×1540mm，该处过流面积增加到1.79㎡，再将转远溜槽与窑尾端面平行的垂直面上的上拱洞部分由970×1340mm改为1070mm×1540 mm，过流面积增加到1.65㎡。详见：图2。

图2：转运溜槽截面示意图（改造后）

转运溜槽耐火砖厚度为270mm，因为该部分耐火材料不受物料直接冲刷，每边扩展100mm之后其直径仍小于窑尾浇注料圈内径，在不影响转运溜槽使用寿命的同时也能有效提高过流面积，降低阻力损失，达到负压工作，解决粉尘外溢问题。

3.1 改造后的阻力损失

转运溜槽上端口为高1.8m，截面为矩形，当量直径为：D =2×(1.16×1.54) ÷(1.16+1.54)=1.32m。风速为：

V直=Q/S1=269853÷1.79÷3600=41.9m/s；V弯=Q/S2=269853÷1.65÷3600=45.4m/s 阻力损失为：

P直=0.08×(1.8÷1.32)×(0.995×41.92÷2)=95Pa；P弯=0.08× (0.995×45.42÷2)=82Pa

P2= P直+P弯=95+82=177Pa

△P= P1﹣P2=304﹣177=127 Pa

改造后转运溜槽处的阻力损失为177 Pa，比改造前降低了127Pa的阻力损失，有效的减少了转运溜槽的阻力损失。

4 运行效果

通过对400吨回转窑窑尾转运溜槽通风面积的改造后，目前运行效果良好，回转窑长期处于微负压工作状态，窑尾不再有粉尘溢出，减少了热量的损失的同时也确保职工的工作环境不受到污染，职工的身心健康得到了保障。