如何计算物料在回转窑内的停留时间

作者：红星机器 发表于： 2012-03-24 09:59:47更新于： 2019-09-25 13:58:09

杨帅军老师 红星技术工程师

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回转窑的烧成工艺对物料在回转窑内的作用有以下要求：

（1）物料同热气流接触时的面积较大，增强热交换和煅烧效果；

（2）物料在窑中的停留时间要充足，完全达到物理、化学反应效果。

通过对回转窑的使用经验及理论分析，得出以下结论：物料随着填充系数的增大而混合强度降低了。所以在实际的生产中，对于水泥回转窑的填充系数有着严格的要求。

根据水泥工艺和热工条件来确定物料在筒体内所停留的时间长短。比如在湿法回转窑中，物料在筒体内停留时间控制在二小时左右。

需要特别注意的是：粉状物料与热气流接触的时间，只是物料在筒体内停留总时间的一部分。其余的时间是该物料被掩埋在物料层下面，此段时间内不参与煅烧过程的进行。

另外筒体的长度、直径、筒体对水平面的倾角、转速、物料的自然休止角以及气流速度等因素也对物料在圆筒内所停留的时间有所影响。我们可按下法来估算，如图2-1所示，当筒体旋转时，某一物料颗粒，由Ａ点升高到Ｂ点。升举的高度决定于角θ，而角θ由物料与筒壁间的摩擦系数和该物料颗粒对筒壁的正压力来确定。当筒体回转的角度很小时，对粉料来说，角θ实际上就是物料的自然休止角。颗粒被升到Ｂ点后，物料在重力作用下，沿着物料的倾斜表面滚落下来，又由于筒体的倾角α滑落到A’点，再被升高到B’点，随后滚落到A”点，如此周而复始，直到从筒体低端滚出。

如将空间角β展开为平面角，可认为等于α。如果物料颗粒由于重力作用滚落下来的时间忽略不计，那么，物料颗粒将沿着导角为α的螺旋线运动。

如图2-2、3所示，筒体转一圈时，物料颗粒沿筒体的轴向位移为：

ｄＬ＝πＤｔｇα（2－１）

从图中看出，筒体转Ｎ圈时，物料颗粒沿筒体的轴向位移：

Ｌ＝ｎπＤｔｇα （2－２）

如果筒体的长度为Ｌ，则物料颗粒从进筒体到出筒体低端的总转数为：

ｎ＝Ｌ／πＤｔｇα（2－３）

物料颗粒在筒体内的停留时间：

ｔ＝Ｌ／πＤｎｔｇα （分）（2－４）

式中ｎ——筒体转速，转／分；

Ｌ——筒体长度，米；

Ｄ——筒体内直径，米；

α——筒体与水平面的倾角，度。

物料颗粒沿筒体轴向移动速度为：

W＝pＤｎｔｇa（米／分） （2－５）

物料颗粒在筒体内停留时间及移动速度的式（2－4）和式（2-5），由于推算准确性不高。因为在公式推导时，作了一系列假定。如仅研究一个颗粒的运动，而不是全部物料；没有考虑物料的性质等。在理论上虽不完善，但提供了一个基本函数关系。为了便于实际运用，人们用无物理、化学变化的颗粒均匀的物料进行实验，对上述公式加以修正，得出下式：

式中a——筒体对水平面的倾角，度；

q——自然休止角，水泥熟料取q＝３５°

其它符号意义见式（2-4）。

由式（2-6）可见，物料停留时间与筒体有效长径比成正比；与筒体斜度和转速成反比。物料实际需要的停留时间，由化工工艺计算来决定。

为便于计算，回转窑斜度习惯上用窑轴线对水平面的倾斜角a的正弦来表示．即ｉ＝ｓｉｎa。水泥回转窑斜度一般为０．０３５～０．０４。窑的转动能起翻动物料的作用。因此提高转速可以强化物料与气流之间的传热。但转速过快，一方面使废气中的粉尘飞扬，生料损失会增加，另一方面，缩短生料在窑中的停留时间，因而减少生料的物理、化学反应时间，从而降低熟料质量。因此，一般水泥回转窑常用转速为０．５～１．２转／分。为强化煅烧留有余地，最高转速可设计为１．３５转／分。对于窑外分解的回转窑，最高转速达３－６转／分。