日产2800吨熟料的预分解窑水泥厂窑尾工艺毕业设计

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日产2800吨熟料的预分解窑水泥厂窑尾工艺毕业设计目录摘要IAbstractII目录III引言1第一章绪论21.1国内外预分解窑技术的发展概况21.1.1新型干法生产技术21.1.2水泥工业技术开发热点41.2建厂条件说明71.3设计要求7第二章配料计算和全厂物料平衡82.1配料计算82.1.1配料计算的目的82.1.2原始数据汇总82.1.3若干参数的确定92.1.4原料配合比计算122.2全厂物料平衡计算152.2.1全厂物料平衡计算的目的及依据152.2.2若干参数的确定152.2.3物料平衡计算182.2.4物料平衡表25第三章主机平衡和主机设备选型263.1车间工作制度、设备年利用率的确定26III 3.2要求主机小时产量计算263.3主机型式及规格确定273.3.1石灰石破碎机273.3.2生料磨293.3.3回转窑303.3.4煤磨313.3.5水泥磨323.3.6包装机333.4编制主机平衡表34第四章储库计算354.1物料储存期的确定354.2储存方式的选择364.3储存设施计算374.4储库设施一览表39第五章窑尾部分工艺计算415.1若干参数确定415.1.1窑炉燃料比的确定415.1.2预热器级数及各级筒分离效率的确定415.1.3电收尘收尘效率的确定425.1.4出一级筒气体含尘量的确定435.2原始数据和选定参数汇总435.2.1原始数据435.2.2窑尾各处温度、压力、过剩空气系数汇总445.3分解炉和预热器系统热工计算455.3.1物料平衡计算455.3.2空气量与废气量计算505.3.3热平衡计算545.4窑尾工艺设备选型585.4.1窑外分解技术的特点58III 5.4.2分解炉的主要形式及选择595.4.3分解炉和三次风管的尺寸计算605.4.4各级旋风筒的设计计算625.4.5增湿塔的选型计算675.4.6电收尘器的选型计算68第六章设计总结评价71参考文献72谢辞73III 河北理工大学毕业设计说明书引言水泥是最基本的建筑原材料，在我国社会发展的现阶段需求很大，但其资源、能源消耗和环境负荷均较高。尤其是广大中小型干法水泥企业由于技术与管理水平不高、生产效率较低、环境污染较严重，对社会经济的可持续发展具有较大的影响。针对这一现状，依据可持续发展战略要求，我国制定了发展以新型干法水泥生产为主导的水泥工业发展战略和一系列方针政策。目前，我国技术人员已经比较熟练地掌握了新型干法水泥生产技术，新型干法生产工艺和装备研制开发工作也取得了长足进步，为我国干法水泥生产技术的发展提供了良好的基础。我国新型干法水泥技术虽然开发较早，总的来说我国大多数水泥企业技术落后装备陈旧，从70年代至今我们水泥工业布局和比重上仍以低产、较多消耗、污染较为严重的小规模水泥企业为主，而且目前国内外对水泥的要求量有增无减，特别是国内要实行全面的重建工作，需要大量的水泥建设基础设施，建更多的居民住宅楼解决住房问题。要改变这种状况，建设大型新型干法生产线，充分消耗废弃物实现水泥工业可持续发展是一条有效途径。本次设计采用新型干法工艺流程，采用预分解技术进行熟料的制备，重点是完成烧成车间窑尾车间工艺设计和车间工艺图的绘制。-74- 河北理工大学毕业设计说明书第一章绪论1.1国内外预分解窑技术的发展概况1.1.1新型干法生产技术窑外分解窑或称预分解窑，是一种能显著增加水泥回转窑产量的煅烧工艺设备。其主要特点是把大量吸热的碳酸钙分解反应从窑内传热速率较低的区域移到悬浮预热器于窑之间的特殊煅烧炉（分解炉）中进行。生料颗粒分散在煅烧炉中，处于悬浮或煅烧状态，以最小的温度差，在燃料燃烧的同时，进行高速传热过程，使生料迅速发生分解反应。入窑生料的碳酸钙表观分解率，可从原来悬浮预热器的40~50%提高到85~95%，从而大大减轻了回转窑的热负荷，使回转窑的生产能力成倍的增加。自1971年第一台窑外分解窑建成投产以来，目前，最大的窑外分解窑的生产能力以达日产孰料12000吨，窑的运转周期也有提高。新型干法窑主要包括五六十年代出现的立筒预热器窑、旋风预热器窑和70年代开发成功的预分解窑三种类型。立筒和旋风预热器窑日产熟料能力一般不超过1000t，国内较多为180t～600t，每千克熟料热耗为3971kJ～5016kJ左右。90年代以来这两种窑型的发展已趋缓慢。预分解窑能适应大型化要求，国外已有几条日产熟料能力9000t及以上的预分解窑，每千克熟料热耗在2926kJ以下，水泥综合电耗低于100kWh。由于预分解窑体现了当代水泥工业的最高技术与经济水平，80年代以来在国内外得到快速发展并不断创新，成为新型干法窑的代表。我国已经投产的预分解窑有170多条，单线日产熟料700t～7200t，熟料总生产能力8000万t。近3年增产的旋窑水泥有80％左右来自预分解窑生产线。在“十五”期间，安徽海螺集团将要建设2条日产8000t～10000t的熟料生产线，技术装备大多由国内开发。这预示我国新型干法窑即将跨入世界先进水平[1,2]。分析其主要原因如下：（1）生产工艺的先进性-74- 河北理工大学毕业设计说明书新型干法生产线对原料、燃料(煤)、生料均有严格的预均化及均化措施，可保证生料及煤粉成分的均匀性。对生产过程中各种物料与气流的数量、成分、压力的控制、计量、监测、调节、显示等均通过自动化系统操作，窑、磨等主要岗位不需专人看管，可保证生产高质量产品。（2）产品质量及对使用的影响新型干法窑采用高硅酸率(≥2.5)和高铝氧率(≥1.5)配料，生料在预热器、分解炉及回转窑内可以同气流、火焰均匀而充分接触，化学反应完善，熟料中C3S与C2S合量可达77%以上，有害成分游离氧化钙不超过1%，可生产质量稳定的42.5～52.5等级水泥。（3）水泥的综合能耗2000t/d以上的预分解窑每kg熟料热耗约为3428kJ左右，窑尾与篦冷机的废气可用于烘干原燃料，还可用于发电。水泥综合电耗约115kWh。我国近年来投产和在建的新型干法生产线与许多老线相比，较多采用了立式磨、辊压机、第三代空气梁篦冷机等先进高效节能设备，熟料热耗已降至3177kJ左右，水泥综合电耗接近105kWh，水泥的综合能耗已降至约135kg标煤。（4）建设投资长期以来人们形成一种印象：新型干法窑虽然先进，但投资高，达产难，因此发展缓慢；近几年来情况变化很快，与5年前相比，新型干法窑的投资下降了40%～50%，新建一条日产4500t熟料年产水泥170万t的生产线，从原料矿山至水泥出厂，固定资产投资仅7亿元左右(每吨水泥约412元)。在老厂扩建或改造一条2500t/d熟料生产线，从矿山至熟料库(不含水泥粉磨、储存及包装)，固定资产投资不超过2.5亿元(每吨熟料约323元)。投资下降的原因，一是原国家建材局与设计单位从1997年开始狠抓“低投资、国产化”及优化设计方案，注意节省投资；二是建设单位在设计、施工、设备及材料采购以及安装等环节执行招标制度，加强了科学管理，建设周期比前3年缩短约1/2，可降低投资25%～30%；三是各地方政府大力支持，制止不合理收费，还给予优惠条件；四是银行贷款利率下调；五是物价比较平稳或下降。（5）对环境的影响-74- 河北理工大学毕业设计说明书水泥厂对环境的影响主要是粉尘污染，根据国家环保总局统计，1999年全国水泥企业排放的工业粉尘和烟尘共972万t，占当年水泥产量1.7％，占全国总排放量近42％。大中型新型干法生产线在建设阶段对各个粉尘排放点都配置了技术先进、使用可靠的袋收尘器或电收尘器，除尘效率在99.9％以上，基本上都可以保证达标排放。近几年投产的新型干法生产线，其热工设备的粉尘排放浓度不超过100mg/Nm3，非热工设备不超过50mg/Nm3。由此可以看出新型干法生产工艺具有多方面的优势，是水泥工业的发展方向。1.1.2水泥工业技术开发热点目前一些技术较先进的国家在选择水泥生产方法时趋向于尽可能选用新型干法生产，对原有的一些湿法生产或老式干法生产窑也大多加以技术改造。目前在水泥工业技术开发的热点[3]：（1）水泥厂替代物料及原燃料资源的利用技术扩大原燃料资源是水泥技术发展史上持续活跃的一个技术开发领域。由于水泥熟料本质上是一种具有特定组成的多元素化合物，在混合成满足熟料组成要求的用于煅烧的水泥生料之前，其多品种原料本身的化学成分对产品熟料的质量并无直接影响。在相对宽松的成分要求范围内寻找价格最低廉的原料资源，通过特定工艺和适当配比制造水泥是水泥厂商降低生产成本的重要措施。水泥工业用低品位石灰石代替优质灰岩做钙质原料，用砂页岩或工业废弃物煤矸石粉煤灰代替农田黏土做硅铝质原料已有久远历史和成熟经验。上世纪90年代，KHD和F.L.Smidth公司通过改变煤粉制备工艺和煅烧工艺，使无烟煤和劣质煤成功地应用于传统上只能烧烟煤的预分解窑系统，这一新技术在一些场合具有特殊的价值。（2）回转窑技术自1990年KHD公司推出长径比为11的两支承短窑技术以来，这一技术以其改善窑体受力状况、简化窑体设备设计、降低设备成本和良好的操作适应性的优点，逐渐被国际水泥界接受并得到愈来愈广泛应用，预分解工艺采用两支承短窑已成为业界共识。（3）熟料冷却技术熟料冷却是近10年来水泥烧成系统技术创新活动最活跃的领域。上世纪90年代初期出现的第三代篦式冷却机以高阻力篦板和充气梁结构为特征，-74- 河北理工大学毕业设计说明书通过分区域高速射流供风和厚料层作业提高了冷却机热回采区的热回收效率和入窑风温。新世纪之交由F.L.Smidth公司推出的、被称为第四代冷却机的推杆式冷却机，把传统篦式冷却机中往复移动篦床承担的推动物料运动和供风的双重功能分解为由一组具气流自适应调节功能的充气篦板排列组成的静止篦床实现供风，而让设置于其上的一组往复移动推杆推动熟料层前进。这种新的技术组合方式改善了冷却空气分布的均匀性和料层分布的均匀性，进一步提高了冷却机热回收率和操作可靠性，有效地降低了设备制造成本。（4）预分解窑低NOX燃烧技术预分解窑低NOX燃烧技术的开发状况很大程度上取决于政府对NOX污染的关注度。2000年欧盟发布的“废物焚烧技术指导意见”规定，现有兼烧废物水泥厂的NOX排放限制为0.8g/Nm3，新厂为0.5g/Nm3。该指标将于近年转为各欧盟国家法规并将于2006年起在水泥工业中实施。此外，欧洲综合污染防控局(EIPPCB)于2000年提出的“水泥石灰制造业现有最佳技术”参考文件中认为，利用现有最佳技术可实现NOX排放量为0.2～0.5g/Nm3。（5）预热器节能技术过去20年里典型的水泥窑预热器系统已由4级增加为5、6级，借助于更合理的预热器结构设计及气体和物料管路设计，预热器的分离效率和气固传热效果得到了改善，操作可靠性也得以提高，窑系统压降和出一级筒气体温度呈现持续下降的趋势。这一预热器单体技术优化工作仍在进行中。（6）立磨粉磨技术在生料粉磨领域，近20年中立磨粉磨技术稳居首选技术的地位，为应对来自新技术的挑战，近来半风扫复合选粉操作原理已被用来作为完善传统全风扫粉磨与选粉一体化技术的新技术措施，从而实现进一步降低粉磨电耗。在水泥粉磨领域,受研磨件磨损和产品水泥质量问题的困扰，已取得的商业成功还只是有限的。目前在磨辊形状和磨内循环料除铁技术上已取得的开发成果有望大幅度提高立磨在水泥粉磨领域的竞争力。（7）除尘技术与有害气体、噪音、热辐射等技术相比，-74- 河北理工大学毕业设计说明书粉尘治理技术是水泥工业在环境治理方面取得最大成功的一项技术，其技术创新活动持续于新型干法水泥生产技术30年的发展史，并为新型干法技术增添了无可争议的亮色。纤维袋除尘器和静电除尘器为除尘技术中的两大主流产品。当前，除尘效率达99.99%的高入口粉尘浓度高效除尘器以其简化工艺的效果已愈来愈多地成为现代水泥厂粉磨系统的标志性技术装备。（8）高性能混凝土用水泥生产技术在混凝土已成为水泥最大用户,混凝土配制过程已成为一门规范化工业的现代社会里，与其把水泥当作传统意义上的终产品，还不如把它看作是一种作为混凝土产品主要原材料的中间产品，从而促使人们更多地从混凝土性能角度来评价水泥质量。现代社会对各种超大型超高层建筑极限的挑战对作为混凝土原材料的水泥性能在强度、耐久性和其他物理化学性能上提出了更高的要求。（9）在线料流成分及料流流量的计量和控制技术水泥原料混合物获得在小区域(数毫米)内精确而均匀的化学成分是现代水泥制造工艺的关键技术之一，用于生料流成分检测控制的X-萤光分析仪是现代水泥厂不可或缺的装备。针对现有的X-萤光分析技术必须离线制样才能分析其成分导致控制周期长的缺点，美国Metrics公司在上世纪80年代初开发了在线瞬发中子分析仪产品及其应用技术，在过去10年中渐被国际水泥界所接受，在一些工厂实现了改善生料成分稳定性，降低烧成系统热耗和省却预均化取样站或生料均化库的操作效果。虽然作为其技术最大竞争力的省却生料均化库操作效果尚待进一步评估，其挑战现有技术的潜力仍值得充分重视。现代新型干法生产技术以颗粒体和粉体为处理对象，节能高效的生产要求导致过程操作的精细化。料流流量遂成为一项居于中心重要地位的过程信息量和控制对象。特别在窑系统中，“风、煤、料匹配”的操作原则早已不再停留在老技术惯用的定性描述上，而是利用最先进的检测技术和数字信息处理技术，通过精确检测、快速信息处理、短周期反馈控制实现最佳稳定匹配关系。料流流量计量和控制技术的开发活动在这一技术演变进程中起了不可替代的作用。-74- 河北理工大学毕业设计说明书1.2建厂条件说明厂址选择是否正确，不仅决定着投资的多少，而且影响着建设速度的快慢。厂址选择正确与否，还关系到工厂投产以后生产管理是否方便，生产成本的高低，以及工厂发展的难易等。在进行厂址选择时，必须考虑到：厂址要靠近主要原料基地、铁路接轨车站，尽量靠近水源、电源；在有水运条件的地区，应尽量考虑利用水运及建造码头的可能性。同时，厂址最好靠近主航道的一侧；厂址地形最好是宽阔平坦，并稍带倾斜，以利简化工厂的竖向布置与减少凭证场地的土石方量，并利于排水；厂址应有良好的工程地质条件，土壤深度在1.5-2米处的地耐力最好在200千帕以上；应有良好的水文地质条件，同时必须考虑该地区的地震烈度和大件设备的运输[3]。建厂条件包括原、燃、材料和辅助材料、交通运输、供电、供水、大件设备运输、厂址及工程地质、外部写作条件、气象、地震以及扩建工程中的老厂工艺、设备设施、技术力量的调查和落实。当地有丰富的煤炭资源即燃料资源，矿山中石灰石储量也十分丰富，交通运输便利，用电便利，容量大，稳定性强，可靠性大。水源可采用地下水。厂址选在郊区，远离市区，且建设在下风向，防止粉尘污染居民区。工人可就近招取临近居民，可解决大部分住宿问题。向政府及土地局争得土地使用权，开采石灰石矿山也已得到批准，工业用水及用电问题也得到相关部门批准。1.3设计要求本设计包括总体设计和车间设计两方面。总体设计的设计内容包括配料计算、全厂物料平衡计算、主机设备选型。车间设计的主要内容是完成日产熟料2800吨水泥生产线窑尾车间的设计，包括窑尾系统风量计算；预热器系统旋风筒级数的确定及各级旋风筒尺寸的计算；各级旋风筒和全预热器系统的物料平衡计算；分解炉和三次风管尺寸的计算等。其中设计说明书一份，烧成车间窑尾工艺布置图一套。-74- 河北理工大学毕业设计说明书第二章配料计算和全厂物料平衡2.1配料计算2.1.1配料计算的目的在水泥厂设计过程中，应进行两次配料计算。第一次是在矿山初步设计之前的初步配料计算，其目的是：（1）确定所勘探的原料能否符合计划任务书所规定的水泥品种和水泥标号；（2）确定原料的品种和大致配合比及合格的生产方法；（3）从原料质量上提出对矿山开采设计的要求。第二次是在矿山开采初步设计之后、工艺设计之前，其目的是：（1）提供工艺设备中的物料平衡计算和主机平衡选型所需要的资料；（2）结合矿山开采设计核算没一台段的矿山质量能否满足正常生产的要求。2.1.2原始数据汇总1.原料及煤灰的化学组成原料及煤灰的化学组成见表2-1。表2-1原料及煤灰的化学组成/%名称LossSiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3R2O石灰石42.512.370.560.2152.160.62-0.13粘土5.6269.1313.854.962.851.130.471.23铁粉3.5025.456.6356.235.141.51--矿渣1.2531.0612.882.3939.757.66-0.70石膏-4.800.241.5231.090.8841.15-煤灰-50.1236.485.435.621.51--2.煤的工业分析-74- 河北理工大学毕业设计说明书煤的工业分析组成见表2-2。表2-2煤的工业分析组成/%War/%Var/%Car/%Aar/%Qnet,ar(kJ/kg)0.8023.4049.3026.50215203.物料的水分物料的水份含量见表2-3。表2-3物料的水份/%成分石灰石粘土铁粉石膏煤矿渣％1.0113.704.802.355.8722.402.1.3若干参数的确定1、熟料热耗的确定目前中国大力发展的水泥窑外预分解技术是将水泥煅烧过程中能量消耗最大的CaCO3分解过程转移到回转窑之外，采用单独加热分解CaCO3的方法能使能量的消耗大为减少，而与之配套的悬浮预热器使物料的换热效果大幅度提高，减少了废气温度和能量的消耗。同时，先进的篦式冷却机的使用加强了对熟料的冷却效果增强了对熟料余热的回收效果，使熟料带走的热量减少，减少了对能量的消耗。降低熟料热耗主要有以下几种措施。（1）采用低阻高效的多级预热器系统预分解窑随着其预热器级数的增加，其系统的热力学效率逐步提高，熟料热耗相应降低。然而，单纯地增加预热器级数是难以达到满意效果的，必须配合进行新型预热器的开发应用。近年来，对预热器的研究开发与应用取得较大成效，各种新型的低阻高效预热器已相当成熟可靠，各级预热器的分离效率均可提高到85%～95%，每一级的阻力则可降到5000Pa以下。如果以四级预热器的预分解窑系统为基准，在采用低阻高效预热器的条件下，一般而言，五级能降低126～128-74- 河北理工大学毕业设计说明书kJ/kg熟料热耗，六级则能再降低42～84kJ/kg。预热器系统的阻力，每增加一级则增加400～500Pa，即四、五、六级预热器，包括分解炉的系统总阻力大致分别为4500、5000、6000Pa。所以应该说，首先是因为预热器本身性能的显著改进，才使得增加其级数以求降低熟料热耗的措施获得实效。但是实践中预热器的级数不可能也不必要增加太多，超过六级以后，其降低熟料热耗的作用将十分微小；相反地，系统阻力和预热器塔架高度则呈正比增加。因此，在经济合理的条件下，预分解窑预热器的级数以五级或六级为宜，采用六级以上得不偿失。（2）多通道喷煤管的应用多通道喷煤管的开发、应用与改进，已获得很好发展，目前普遍采用的都是三通道喷煤管，也有四通道的，那是专为低NOX而设计的。现今国际上知名的喷煤管主要Pillard公司的Rotaflam型、FLS公司的wirlax型、KHD公司的Pyro-jet型等。这类多通道喷煤管的应用效果一般都能达到火焰稳定时期，一次风量仅仅占燃烧空气量的5%～10%，相应地可节省熟料热耗42～126kJ/kg。（3）回转窑长径比L/D有减小趋势预分解窑系统的表面热损失一般为209～419kJ/kg，而其中回转窑筒体的热损失就占一半以上。如果单纯从节省熟料热耗来考虑，那么采用L/D较小的短窑是有利的。此外，两支点的短窑因其筒体变形小、窑头、要尾的漏风少，也有利于节省熟料热耗。当然，两支点回转窑的推广应用，与近年来在机械设计与制造方面的技术进步是分不开的。它的普遍采用可能还有待一段时间的考虑。根据实践和计算的数据表明，L/D较小的短窑比L/D的长窑，其熟料热耗大致能节省42～84kJ/kg。（4）用控流式篦冷机控流式新型篦冷机在节省熟料热耗，提高窑系统运转率和可靠性，以及延长篦板寿命与减少维修量等方面，已获得显著成效并广泛采用之。-74- 河北理工大学毕业设计说明书生产实践指出，对于同一规格的回转窑，会因预热器与分解炉等的规格匹配、原颜料的品质种类、窑炉燃料量比、配料的率值、化学成分的稳定性及操作而影响其台时产量，但当热负荷的主题碳酸盐分解，部分或大部分从窑内移到窑外时，决定系统能力的因素也理应由回转窑移到预热器和分解炉系统。目前国外厂家在保证分解程度高且稳定，回转窑具有一定潜力的基础上，纷纷在缩小窑的规格，比如超短窑。这样可适当降低窑的散热损失，减小耐火材料的用量，有利于节能。与国外相比，国内在这方面还存在提高认识的问题。在设计新的水泥生产线时，应具体考虑到工厂使用的原、燃料品质，操作管理水平等，充分做到设备选型合理、优化，功能匹配得当，否则生产中产量的提高会使窑系统平衡变得极为敏感，有时遇到小小的波动亦难以调整[4]。此外还有优化原料配方、应用新型高效的篦式冷却机等途径来降低系统热耗根据上述分析确定本设计的熟料热耗为：q=3200kJ/kg熟料。2、熟料率值的确定水泥生产企业大多采用石灰饱和系数（KH）、硅酸率（SM或n）和铝率（IM或AM）三个率值进行生产控制，率值取值范围分别为KH：0.80-0.95；SM：1.5-3.5；AM：0.63-3.0。国家标准对于水泥（硅酸盐水泥）除了规定应具有正常的凝结时间、合格的安定性以及符合相应标号的强度等基本性能外，没有其他特殊要求，因此水泥熟料成分可在一定范围内变化，率值的选择或熟料组成的选择，一般应根据水泥品种、原料与燃料的品质、生料制备与熟料煅烧工艺来进行综合考虑，还应注意三个率值要配合适当，不能过分强调某一率值，以达到保证水泥质量、提高质量、降低消耗和设备长期安全运转的目的。目前国内各水泥企业的三个率值见表2-4。表2-4国内部分水泥厂资料FactoryhouseDesigntheability/td-1heatconsumeofclinker/kJkg-1KHSMAMLubi10000.92±0.022.50±0.11.5±0.1Baoshan100039720.932.490.76Huqiu100034040.90-0.932.56-2.711.37-1.44Lunan200036670.89±0.01Wannianqing20000.90±0.022.55±0.11.75±0.1Qinling200031330.87-0.892.44-2.631.46-1.66Jinpai20000.91±0.022.5±0.11.5±0.1Chaohu15000.90±0.022.5±0.11.6±0.1-74- 河北理工大学毕业设计说明书石灰饱和系数（KH）又称饱和比，它表示为熟料中全部氧化钙生成硅酸钙（硅酸二钙和硅酸三钙）所需的氧化钙含量与全部氧化钙生成硅酸三钙所需氧化钙最大含量的比值，即表示熟料中氧化硅被氧化钙饱和形成硅酸钙的程度。从理论上讲，当KH=1.00时，熟料矿物只有C2S、C3A、C4AF；当KH>1.00时，无论生产工艺条件多完善，总有游离氧化钙存在；当KH=0.67，熟料中只有C2S、C3A、C4AF而无C3S。因此，KH应控制在0.67～1.00之间。这样应无f-CaO存在，但在实际生产中，由于被煅烧物料的性质、煅烧温度、液相量、液相粘度等因素的限制，理论计算和实际情况并不完全一致。因此，KH一般控制在0.87～0.96之间。KH过高，工艺条件难以满足需要，f-CaO会明显增加，熟料质量反而下降；KH过低，C3S过少，熟料质量也会很差。硅率SM=SiO2/Al2O3+Fe2O3。硅率增加将使易燃性变差，因为Al2O3及Fe2O3含量使得CaO及SiO2可在较低温度下化合。SM值一般在1.7～2.7之间。铝率IM=Al2O3/Fe2O3。铝率越高，生料越难烧。当其它成份固定时，铝含量越高越容易烧。熟料IM=1.4～1.6之间最佳，易烧性好，偏高时，会产生易烧性变差[5,6]。综合考虑影响熟料率值的各种因素，最终确定本设计的熟料率值为KH=0.88±0.02；SM=2.4±0.1；IM=1.5±0.1。2.1.4原料配合比计算1、计算煤灰掺入量煤灰掺入量：（2-1）式中：—熟料中煤灰掺入量，%q—单位熟料热耗，kJ/kg熟料（取3200kJ/kg熟料）—煤的应用基灰分含量，%—煤的应用基低位热值，kJ/kg煤-74- 河北理工大学毕业设计说明书S—煤灰沉落率，%（窑外分解窑有点收尘S取100%）2、计算干燥原料配合比设定干燥原料配合比为：石灰石82%，粘土14.5%，铁粉3.5%，以此计算生料的化学成分，见表2-5。表2-5生料的化学成分/%名称配合比LossSAFC石灰石8233.851.900.650.1842.46粘土14.50.7610.331.970.670.58铁粉3.50.191.000.431.560.54生料10034.7013.233.052.4143.68灼烧生料--20.264.673.6966.28煤灰掺入量=3.94%，则灼烧生料配合比为（100-3.94）%=96.06%，按此计算熟料的化学成分，见表2-6。表2-6熟料的化学成分/%名称配合比SAFC灼烧生料96.0619.464.483.5564.26煤灰3.941.971.430.210.22熟料10021.435.913.7664.28计算三率值如下：(2-2)(2-3)-74- 河北理工大学毕业设计说明书(2-4)由上述计算可知，三个率值均与与初定值相近。因此可按此配方进行生产。考虑到生产波动，熟料率值控制指标为KH=0.88±0.02；SM=2.4±0.1；IM=1.5±0.1。3、计算湿原料的配合比干生料的配合比为：石灰石82%粘土14.5%铁粉3.5%总量=82.83+16.8+3.68=103.31将上述原料的质量转换为百分比：4、熟料的矿物组成及最大液相量计算（1）矿物组成计算=3.80（3KH-2）SiO2=3.80×（3×0.8868-2）×21.43=53.78=8.60×（1-KH）SiO2=8.60×（1-0.8868）×21.43=20.68=2.65（Al2O3-0.64）=2.65×（5.91-0.64×3.76）=9.28=3.043=3.04×3.76=11.43（2）最大液相量计算1400℃时：P=2.95A+2.2F=2.95×5.91+2.2×3.76=25.711450℃时：P=3.0A+2.25F=3.0×5.91+2.25×3.76=26.19-74- 河北理工大学毕业设计说明书一般水泥熟料在烧成阶段的液相量约为20-30%，此值介于此范围，则有利。2.2全厂物料平衡计算2.2.1全厂物料平衡计算的目的及依据1、目的物料平衡计算是计算从原料进厂到产品出厂各个生产环节需要处理的物料量。包括所有原料、燃料、半成品、成品的量，并表达为小时、日、年需要量，作为确定工厂各种物料需要量，运输量，工艺设备选型和计算储存设施的依据。2、依据物料平衡计算是以熟料产量为基准的，物料平衡依据主要为：（1）工厂规模：用水泥年产量（万t/a）或窑规格，台数，或熟料日产量(t/d)；（2）年运行天数，或熟料年产量（万t/a）来表示；（3）生料各组份干配比（由配料计算决定），物料天然水份；（4）水泥各组分配比（由水泥品种，强度等级，混合材种类和质量决定），物料天然水分；（5）燃料品种，工业及元素分析，热值和燃料水分等；（6）熟料的烧成热耗或表煤耗；（7）烘干热耗；（8）生料料耗和各种物料生产损失；（9）工作制度。2.2.2若干参数的确定1、预分解窑的年利用率根据国内外的情况，窑的年利用率大于85%，窑的年利用率除了与窑用耐火材料有关，还受到窑的操作，配料方案，物料性质等因素影响。因此，本设计取窑的年利用率确定在一个中等水平上，定为82%。2、矿渣掺入量确定根据矿渣的氧化物组成，可以将矿渣分为碱性、中性和酸性三种矿渣。-74- 河北理工大学毕业设计说明书具体公式：(2-5)当M>1时为碱性矿渣；当M=1时为中性矿渣；当M<1时为酸性矿渣。我国标准GB203-78对粒化高炉矿渣的质量系数（K）规定如下：国家标准规定K值不得小于1.2，化学式份中不大于10%，MgO不大于6%，Fe2O3不大于2%，S不大于3.5%。根据《中华人民共和国国家标准》（GB172-2007）对通用硅酸盐的规定，确定本设计中42.5I型硅酸盐水泥，矿渣掺入量为0，42.5矿渣水泥中矿渣掺入量为60%。3、熟料强度等级的确定影响熟料强度等级的因素主要有以下几点：（1）熟料的矿物组成，C3S含量高有利于提高熟料标号。（2）原料配合比及均化情况。生料均化措施良好，均匀性越高，其成分的稳定性越好，煅烧后熟料质量越好，相应熟料强度等级就越高，可生产水泥强度等级也就越高。同时还要保证生料的细度，细度越大，混合均匀性越好，固相反应速度就越快越充分，煅烧容易，熟料质量也就越好。（3）所采用煅烧设备情况，一般来说，回转窑要比立窑标号高，带预热分解炉的回转窑比普通回转窑生产的熟料标号高。（4）混合材的性质混合材有活性混合材和非活性混合材之分，活性混合材在水泥水化过程中也发生水化反应，对水泥的强度有贡献，而且混合材的比表面积越大其活性越高，水化后的强度也就越高。非活性混合材不具有活性，它对水泥的强度没有贡献，只会使水泥的强度降低。本设计硅率为2.4，属于高硅率(2.4～2.8)中偏低的情况，熟料中硅酸盐矿物偏低而影响熟料的标号，铝率为1.5偏高，表明熟料中铝酸三钙含量大，C3A-74- 河北理工大学毕业设计说明书主要对早期强度有利，到后期其作用便逐渐减少。本设计中C3A含量为8.84%，含量较高。综上所述，所知熟料标号应较高，本设计兼顾两种水泥的生产，根据国内外预分解窑熟料标号水平，故确定为63MPa。4、水泥比表面积的确定细度是指水泥颗粒总体的粗细程度。水泥颗粒越细，与水发生反应的表面积越大，因而水化反应速度较快，而且较完全，早期强度也越高，但在空气中硬化收缩性较大。硅酸盐水泥细度用比表面积表示。比表面积是水泥单位质量的总表面积（m2/kg）。国家标准（GB175－1999）规定，硅酸盐水泥比表面积应大于300m2/kg。强度随水泥比表面积的增加而提高，其影响程度对早期强度最为显著。随后，扩散逐渐控制水化过程，比表面积的作用就退居次要位置。通过水泥的细度增加，增加比表面积，可使水化速度加快。越易水化完全，对水泥凝胶性质有效利用率就高；水泥强度特别是早期强度高。水泥越细，标准稠度需水量和石膏产量都将增大，所以细度增大时石膏掺入量应增大。不同粉磨细度对水泥性能的影响是显著的，适当提高水泥比表面积对提高强度是有利的。在一定范围内提高比表面积降低细度可以大幅提高水泥产品实物水平，但达到一定值时影响程度将减小。随着水泥粉磨细度的提高，磨机产量下降，电耗，球段，衬板的消耗也在增加。随着比表面积的增加干缩和水化速率增大，贮存时易受潮。根据生产经验选择合适的比表面积，细度控制区间，制定切实可行的控制指标。研究表明，水泥细度在300m2/kg到360m2/kg为宜。综合得出，拟定本设计比表面积为320m2/kg。5、石膏掺入量的确定影响石膏掺入量的因素主要有：（1）熟料中SO3的含量国家标准规定，水泥产品中SO3的含量不能超过3.5%，因此，熟料中SO3的含量也将会计入其中，使石膏的掺入量发生变化。（2）熟料的性质-74- 河北理工大学毕业设计说明书许多学者指出，水泥中石膏掺入量，应是水泥加水后24小时左右刚被耗尽的数量。这个数量取决于水泥的矿物成分，尤其是和水泥中C3A的含量和形态有关。在C3A含量高，C3A呈粗大晶体析出，石膏用量应适当增多。C3A含量高，且比表面积大的水则需适当多加石膏。（3）水泥的细度提高水泥的细度，使水泥含有较多的小于25微米的颗粒，可以加快水泥的硬化速度，从而提高水泥强度。水泥强度提高了，混合材的掺入量就可以提高了。（4）混合材的种类和性质活性越大的混合材其掺入量就可以越大，同时，混合材的比表面积越大其活性也就越大。SO3掺量对中后期的强度的影响与早期相反。尤其在超过一定值后，随着SO3掺量的提高，水泥强度下降明显。适宜的SO3掺量为1.5%～2.5%，转化为石膏为2.25%～4.25%，如果转化为二水石膏的话，那么石膏的掺量为2.85%～5.69%，一般取4.3%为常用值。再根据矿渣细度、掺量和熟料的细度加以调整。水泥中SO3的控制范围为1.5%～2.5%，取SO3含量为2.2%，由熟料带入的SO3量为0.47%，则石膏的掺入量d=（2.2-0.4）/41.15=4.20%，取4.20%。由此确定矿渣水泥石膏掺入量为5%；I型水泥石膏掺入量为4.3%。2.2.3物料平衡计算1、回转窑规格的确定本设计生产能力为2800t/d，由图2-1查得回转窑筒体内径D=4.4m，取窑内耐火砖厚度为0.15m则回转窑衬砖内径为再由图2-2、图2-3、图2-4查得：mv=2.8～4.0，取3.6t/m3dmA=8.0～12.0，取平均值10t/m2hmF=115～185，取平均值150Kg/m2h再由公式计算：Di=0.096×mF/mV=0.096×150/3.6=4.14mL=24×mA/mV=24×10/3.6=.66.7m-74- 河北理工大学毕业设计说明书L/Di=250×mA/mF=250×9.5/150=16考虑衬砖厚度，则筒体内径为：D=Di+2δ=4.14+2×0.15=4.44m圆整后，确定回转窑筒体内径为4.4m，长度为66m。则标定产量(2-6)窑的台数：取n=1图2-1回转窑产量与直径的关系-74- 河北理工大学毕业设计说明书图2-2回转窑与的关系图2-3回转窑与的关系-74- 河北理工大学毕业设计说明书图2-4回转窑与的关系2、计算烧成车间的生产能力熟料小时产量：熟料日产量：熟料周产量：3、工厂的生产能力本设计的生产任务为：强度等级为42.5的Ⅰ型硅酸盐水泥占40％，强度等级为42.5的矿渣硅酸盐水泥占60％。按周平衡法计算列方程：(2-7)式中：Q—要求的熟料年产量，t/h；G—工厂规格，t/h；d—水泥中石膏的掺入量，%；e—混合材的掺入量，%；-74- 河北理工大学毕业设计说明书p—水泥的生产损失，%。列方程组而Q1+Q2=128.75；G1:G2=6:4解得：Q1=77.08t/hQ2=51.67t/hG1=124.61t/hG2=83.07t/h生产42.5矿渣硅酸盐水泥：水泥小时产量：Gh=124.61t/h水泥日产量：Gd=24124.61=2990.64t/d水泥周产量：Gw=72990.64=20934.48t/w生产42.5I型硅酸盐水泥：水泥小时产量：Gh=83.07t/h水泥日产量：Gd=2483.07=1993.68t/d水泥周产量：Gw=71993.68=13955.76t/w4、原、燃料消耗定额计算（1）考虑煤灰掺入时，1t熟料的干生料的理论消耗定额(2-8)式中：—干生料的理论消耗量；I—干生料的烧失量；S—煤灰掺入量，百分数计。（2）考虑煤灰掺入时，1t熟料的干生料的消耗定额(2-9)-74- 河北理工大学毕业设计说明书式中：K生—干生料的消耗定额；P生—生产损失（%），回转窑有电收尘，取P生=3%～5%。（3）各种干生料的消耗定额(2-10)式中：K原—各种干原料的消耗定额，t/t熟料；X—干生料中该生料的配合比。（4）干石膏消耗定额(2-11)式中：Kd—干石膏消耗定额，%；dp—石膏掺入量，%；e—混合材掺入量，%；pa—石膏的生产损失，取1%。①42.5矿渣硅酸盐水泥干石膏消耗定额②42.5I型硅酸盐水泥干石膏消耗定额（5）干混合材消耗定额-74- 河北理工大学毕业设计说明书(2-12)式中：Ke—矿渣消耗定额；d—石膏掺入量；e—混合材掺入量；pe—矿渣的生产损失，取1%。①42.5矿渣硅酸盐水泥混合材消耗定额②42.5I型硅酸盐水泥干石膏消耗定额（6）烧成用干燥消耗定额(2-13)式中：Kf1—烧成用煤消耗定额，t/t熟料；q—熟料烧成热耗，kJ/kg熟料；—干煤低位热值，kJ/kg干煤；pf—煤的生产损失，一般取3%。（7）烘干用干煤消耗定额(2-14)式中：、—分别表示湿物料、干物料消耗定额，kg/kg熟料；W0—物料天然水分，W0=5.87%。（8）湿物料消耗定额-74- 河北理工大学毕业设计说明书2.2.4物料平衡表全厂物料平衡见表2-7。表2-7物料平衡表消耗定额t/t熟料物料平衡表/t干料含天然水份料物料名称干料含天然水份料小时日周小时日周石灰石1.211.22150.783618.7225331.04152.023648.5825539.36粘土0.210.2426.17628.034396.5629.91717.845024.88铁粉0.0420.0445.23125.61879.255.48131.59921.12生料1.521.52189.414545.7731820.41189.414545.77189.41石膏(PⅠ)0.0480.0495.89143.551004.866.11146.541025.79-74- 河北理工大学毕业设计说明书石膏（P·S）0.130.13316.20388.782721.4816.57397.162784.29矿渣（PS）1.011.30125.863020.5521143.82161.993887.8327214.82熟料128.75309021630水泥(PⅠ)83.071993.6813955.76水泥（（PS））207.684984.3234990.24烧成用煤0.1530.16319.07457.573202.98320.31487.473412.32-74- 河北理工大学毕业设计说明书第三章主机平衡和主机设备选型3.1车间工作制度、设备年利用率的确定水泥主机年利用率见表3-1。表3-1主机年利用率表主机名称年利用率生产周制（日/周）生产班制石灰石破碎机1.2~0.246每日二班生料磨<0.787每日三班回转窑0.857每日三班煤磨0.65~0.757每日三班水泥磨<0.827每日三班包装机0.43~0.487每日二班3.2要求主机小时产量计算在物料平衡计算表选定车间工作制度的基础上计算各车间主机要求的生产能力（要求主机小时产量），为选定各车间主机的型号规格和台数提供依据，见表3-2。表3-2水泥厂主机每周运转小时数主机名称每日运转时间（h/d）每周运转时间（t/w）生产周制(d/w)石灰石破碎机12726生料磨221547回转窑241687煤磨221547水泥磨221547包装机14987-74- 河北理工大学毕业设计说明书石灰石破碎机要求小时产量：（3-1）生料磨要求小时产量：（3-2）回转窑要求小时产量：（3-3）煤磨要求小时产量：（3-4）水泥磨要求小时产量：（3-5）（3-6）包装机要求小时产量（考虑一半散装）：（3-7）3.3主机型式及规格确定3.3.1石灰石破碎机1、破碎设备的作用在水泥生产中来自堆场或预均化堆场的原、燃料以及其他物料要进行破碎以满足进一步粉磨加工的需要。破碎是用机械方法减小物料粒度的过程。粉碎是固体物料在外力作用下，克服内聚力使固体物料破裂、粉碎的过程。-74- 河北理工大学毕业设计说明书石灰石破碎系统的最大进料粒度即矿山开采的最大块度，取决于工厂的规模、矿山爆破方法、装料设备和卸料设备以及破碎机的型号和规格。破碎系统的出料粒度主要取决于破碎后的生产工艺对物料粒度的要求。2、主机设备选型目前使用的破碎设备主要有以下几种：（1）颚式破碎机物料在颚式破碎机中的破碎是在两块颚板之间进行的。破碎机的可动颚板绕悬挂轴或可动轴对固定颚板作周期性地靠近和离开运动。当可动颚板靠近固定颚板时，位于两颚板间的物料受以挤压为主的作用力而破碎；当可动颚板离开固定颚板时，已破碎的物料在重力作用下由破碎机排料口排出。颚式破碎机具有构造简单、坚固耐用、维修检修方便、生产费用低等优点。（2）旋回破碎机旋回破碎机主要由机架、活动圆锥、固定圆锥、主轴、大小伞轮和偏心套筒等组成。活动圆锥靠近固定圆锥时，矿石受到挤压而破碎；离开时，破碎产品靠自重经排矿口排出。（3）圆锥破碎机圆锥破碎机主要用于物料的中、细碎。其工作原理与旋回破碎机的工作原理基本相同，但结构上有许多不同。中、细碎圆锥破碎机生产能力大、功率消耗低、破碎比大、产品粒度均匀，目前广泛用于各种硬度矿石的中碎和细碎，但不宜处理粘性物料。（4）辊式破碎机辊式破碎机的工作部分是两个相对回转的辊子。辊子表面可以带齿牙，称为齿辊式破碎机。选煤厂常采用齿辊式破碎机，它以劈裂破碎为主兼有挤压折断破碎。辊子如为光面的称为光辊式破碎机，它以挤压破碎为主，兼有研磨作用。双齿辊破碎机由两个相对回转的齿辊组成；单齿辊破碎机由一个旋转的齿辊和一个弧形的破碎板组成。齿辊式破碎机的特点是能耗小，产品多呈立方形，过粉碎程度低，在选煤厂多用于大块原煤破碎，也可用于中煤的破碎。（5）锤式破碎机-74- 河北理工大学毕业设计说明书锤式破碎机是利用高速回转锤子的打击作用而进行破碎的。作时，铰接的锤头高速回转，对给入的大块物料进行打击，并使其抛向机体内壁的承击板上，在承击板上物料进一步冲击破碎后，落到下面的蓖条上，粒度合格的产物从篦条缝隙中排出，蓖条上的物料继续被锤头打击、挤压或研磨，直至全部透过篦条为止。锤式破碎机具有结构简单、机器紧凑、处理能力大、破碎比大以及功率消耗小等优点。其主要缺点是物料含水分过高时易堵塞篦条缝和锤头磨损较快。（6）反击式破碎机反击式破碎机也是利用冲击作用进行破碎的。工作时，转子高速旋转，物料由给料口经过筛板与细粒分离后，大块通过链幕后进人破碎腔，受到锤头的冲击，遭到第一次破碎，并以很大的速度抛向反击板再次破碎，然后又从反击板弹回到锤头打击区，继续重复上述过程。物料在锤头和反击板间的往返途中，也相互碰撞。物料经多次冲击，就会沿节理面破碎成小块。当物料粒度小于锤头与反击板间的间隙时，则可进人下一个破碎腔，再经过反复破碎，直至达到合格粒度时，便从机内下部排出。反击式破碎机具有以下优点：利用冲击进行破碎，使物料沿脆弱面破开，破碎效率高，能耗小，处理能力大，产品粒度均匀；破碎比大；具有选择性破碎的特点；结构简单，制造方便；反击式破碎机常用于脆性物料的中碎和细碎，也可用于粗碎[7]；同时还有超级锤式破碎机、辊式破碎机等多种破碎机。本设计选用锤式破碎机，型号为PCG2022Ⅰ，1台；产量：500t/h台；主电机功率：800kw3.3.2生料磨水泥厂目前采用的生料粉磨装备主要有传统的球磨机、立式磨、辊压机等。传统的球磨机虽然具有烘干兼粉磨的功能，生料粉磨电耗高，一般球磨系统单位生料粉磨电耗为22KWh/t，随着生产线规模大型化，磨机的能力也随之增大。日产5000吨水泥熟料生产线，生料磨机的配用功率要达到5500KW以上。从节能的角度看，将有逐步为节能粉磨所取带的趋势。-74- 河北理工大学毕业设计说明书辊压机生料粉磨系统是一种节能粉磨系统，用于生料粉磨系统主要有两种工艺配置形式：一种是终粉磨系统，全部成品由辊压机产生，取消了球磨机，能大幅度节能，单位生料粉磨电耗可低于15KWh/t；另一种是部分终粉磨系统，与球磨机、选粉机配合组成生料粉磨系统，辊压机出来的料先经过选粉机，分选出部分成品后，粗料再入磨机，使球磨机的负荷大大减轻，因而粉磨电耗也较低，一般在16-18KWh/t。为日产5000吨生产线配套的辊压机产量要达到350-400t/h，配用功率也要达到3500-4000KW。当前国际上馄压机终粉磨系统只能满足日产4000吨生产线规模需要。如KHD公司的Rp20.0/170-180，配用功率3000KW，生产能力300-350t/h，用于沙特MALkHET水泥厂和中国南昌水泥厂；POLYSIUS公司为直径2.0×1.2m，配用功率为2800KW，生产能力300t/h，已用于秘鲁ATO-CONGO水泥厂。辊压机本身不兼有烘干作用，原料水分大时，还要增加辅机进行烘干。立式磨是集中碎、粉磨、烘干、选粉等功能于一体的节能粉磨系统，流程简单，便于布置。立式庭是应用料床粉磨原理，粉磨电耗低。立式磨系统的单位生料粉磨电耗为球磨的75%-90%，而且烘干能力强，特别适用干SP窑或NSP窑，可以利用窑尾低温度气进行烘干，甚至不需要建厂房，大大节省了基建投资。立式磨的人自原料粒度大、控制灵活、漏风少、噪音低、运转率高、金属磨耗少，因而成为当今生料粉磨系统的主导设备。通过以上比较看出，立式磨已成为当今大型化生料磨的首选系统。另外，20世纪90年代以来，法国的FCB公司开发出HOROMILL（又叫卧式辊磨），它是将一圆筒形壳体通过大齿圈小齿轮驱动实施例临界转动，该驱动装置包含有自由旋转辊、其通过液压系统作用于壳体上，新物料由壳体一侧进入并受到离心力作用，由刮板从壳体带走。而后借助于受控偏移系统落下。而此系统将物料重新混合，使得辊向的物料速度可以沿磨机调整，并已可以调整在辊子与壳体间物料的受辊压次数。这种HOROMlLL磨被誉为是继辊压机、立式磨之后发展起来的第三代粉磨技术。作为终粉磨系统，主机设备少、工艺流程简单、布置方便，可大幅度降低土建工程费用。粉磨电耗低，节电效果突出。系统内负压操作对环境无污染。原料综合水分<0.5%时，可利用冷却机废气（250℃）作为烘干介质，在TSV选粉机内供平，节省供干机。综合以上分析，本设计采用MPS4000B（Ф4000mm）；磨辊数量：3个；-74- 河北理工大学毕业设计说明书生产能力：240t/h。3.3.3回转窑计算得回转窑规格为直径4.4m，长度为66m，即回转窑规格为Φ4.4×66m。回转窑所需功率N0=nKDi2.5L=3×0.047×4.42.5×66=357KW所需电动机功率N=K0N0=1.2×357=428KW物料运动速度wm=0.00159nPDi=0.00159×3×2.3×4.2=0.046m/s=2.76m/min生料停留时间t=1.77×351/2×60/2.3×4.2×3=25.3min则要求主机小时产量G0H=3090/24=128.75t/h选择1台Φ4.4×66m回转窑，其生产能力为128.75t/h，标定产量为128.75t/h3.3.4煤磨1、煤粉制备系统流程煤炭是水泥工业中使用最为广泛的一种燃料，主要用于窑和分解炉内。按粉磨设备的类型可分为球磨机粉磨和立式磨制备系统。风扫磨是国内制备煤粉应用最普遍的球磨设备，风扫磨借助气力提升输送煤粉，为减小通风阻力，磨机大多短而粗，长径比一般<2。水泥生产中广泛采用的煤粉制备工艺主要有直吹式、中间仓式和泵送式三种。（1）直吹式煤粉制备系统的主要优点①不需要煤粉收集设备和煤粉仓，故系统简单。②几乎没有滞留煤粉的地方，爆炸的危险性小，操作比较安全。③直吹式系统的投资一般比中间仓系统低40~50%左右。但在直吹式煤粉制备系统中煤磨的全部风量入窑作为窑的一次风，从而减少了高温二次风入窑的风量，影响了窑的热效率。（2）中间仓式风扫磨煤粉制备系统主要优缺点中间仓煤粉制备系统的优点是：①窑用一次风量不受煤磨风量限制，具体条件把风量控制在合理范围内。②容易调整喂煤和控制回转窑的火焰。-74- 河北理工大学毕业设计说明书③当煤磨系统出现故障时，短时间内不直接影响窑的正常生产。中间仓煤粉制备系统的缺点是：①基建投资高，维修费用高。②系统比较复杂，煤粉容易在系统内积存，有发生爆炸的危险。2、煤粉制备系统与窑的配合煤粉制备系统与窑的配合有两种方案，一是把煤粉系统放在窑头，二是放在窑尾。放在窑头，采用从冷却机中抽取热空气对原煤进行烘干，这样可适应含有较大水分的煤料，对磨机产量的提高较为有利，然而这种热空气往往温度较高，含氧量超过14%，所以会增大煤磨爆炸的危险。若放在窑尾，采用从预热器中抽取废气对原煤进行烘干，其废气的最高含氧量只有13.7%，这就减少了系统爆炸的危险。然而，由于废气中湿含量大，对烘干水分较高的煤不利，磨机的产量也不易发挥出来，露点出现会相应提高。所以，从煤磨与窑的配合来看，不应偏废某一方面，而应全面衡量得失。本设计考虑地处北方，雨水较少，空气湿度小，原煤水分只有5.87%，于是确定煤磨车间设计在窑尾的位置上。本设计选择中间仓供煤系统的钢球煤磨，其规格为：Ф3.2×7.3m，生产能力为25t/h。3.3.5水泥磨水泥粉磨流程主要有下列几种型式：开路流程（管磨、康必丹磨），闭路流程（一级管磨闭路，二级球磨闭路、中卸磨一级闭路，康必丹磨一级闭路、辊式磨和辊压机）。开路粉磨是水泥生产中最普遍的粉磨系统。它具有工艺流程简单、附属设备少、建设投资省、操作管理方便和较易实现自动控制等优点，但物料必须达到产品要求细度后才能出磨，因此，在生产高细度（比表面积高于300-350m2/Kg）水泥时，物料细粉容易凝聚，影响粉磨作业，电耗增加。-74- 河北理工大学毕业设计说明书闭路粉磨系统是当前世界各国所采用的主要装备方式。与开路粉磨系统相比，它具有减少过粉磨现象，避免发生物料颗粒凝聚、粘仓和粘研磨体等优点，可提高粉磨效率，改变产品细度较为方便，有利于生产高细度水泥。在生产高细度水泥时，其能耗较开路粉磨系统低。辊压磨系统具有粉磨效率高、电耗低、投资少等优点，在生料粉磨系统中得到广泛应用。但用于水泥粉磨时，由于产品颗粒级配范围狭窄，小于3微米的细粉较少，影响水泥产品的质量。此外，由于水泥熟料比生料难磨，且耗电量大，部件的磨损和大功率减速机的问题，比磨制生料时更加突出。这些都使辊式磨用于水泥粉磨作业受到一定的影响。辊压机是在高压条件下，对物料层实施挤压，使其产生粒间粉碎，从能量利用上大大高于其他类型的粉磨设备。与普通粉磨系统相比，它具有以下优点：可节能20-50%，产量最多可提高一倍，结构简单、紧凑，工作可靠，维修容易（辊面寿命可高达6500-10000小时），占地面积少，既可用于新建项目，也可用于改建项目，粉磨后的物料有利于后续工序的加工和应用。辊压机粉磨系统由辊压机，高效选粉机、球磨机和输送机构成[8]。本设计中采用生产周制为7日/周，每日三班，每班8h，每日2h检修，周运转时间为154h，储备系数取1。则要求小时产量，选择2台HFC1600/360辊压机，其生产能力为90-140t/h，标定产量为115t/h。3.3.6包装机目前水泥包装机可分为两大类，一类是固定式包装机，一类是回转式包装机。我国固定式包装机有单嘴、二嘴、四嘴三种叶轮式包装机。其包装能力分别为15-20、30、60t/h。这类包装机设备成熟，运转可靠，但设备结构复杂，重量大，需要功率较大；且机械秤人工控制计量不准确，出灰口易喷灰，风尘浓度大，劳动条件差、强度大，包装能力低，主要用于小型水泥厂及一些较老的中型水泥厂。我国回转式包装机有六嘴、十嘴、十四嘴三种，其包装能力分别为40-53、85、96t/h。这类包装机的劳动生产率较高，但结构复杂，造价也高。-74- 河北理工大学毕业设计说明书水泥工厂中，水泥库底大多设置空气输送斜槽或螺旋输送机，将水泥提升至包装机上小仓的方式主要有两种，一种是用斗式提升机，一种是用空气输送泵。压缩空气输送泵使用远距离输送，如包装车间距水泥库较近，则采用斗式提升机较经济。本设计中采用斗式提升机。为了清楚水泥中可能混入的铁件等杂物，以免损坏包装机，水泥在包装前先通过筛分设备。一般使用回转筛。螺旋回转筛具有回料（溢流）的反螺旋装置，回料处理方便，布置简单紧凑；电磁振动筛密闭性较差，扬尘较大，回料处理不如螺旋回转筛方便；充气回转筛与充气松动槽与回转筛并用时，容易控制来料量，并保持包装机上小包恒量。也可不设回料系统。本设计采用回转筛。本设计中采用生产周制为7日/周，每日一班，每班7h，则其运转时间为49h，储备系数取1，要求主机小时产量，选择十嘴回转包装机5台，单个生产能力为85t/h。3.4编制主机平衡表主机平衡表见表3-3。表3-3主机平衡表主机名称规格型号台时产量t/h台数要求小时产量生产能力年利用率石灰石破碎机PCG2022锤式破碎机350~4001355.72350~4000.36生料磨MPS4000B2401206.632400.77回转窑Ф4.4×66m1501128.751500.85煤磨Ф3.2×7.3钢球煤磨25122.16250.75水泥磨Ф4.2×13m球磨机1202227.211200.79包装机8嘴回转包装机902178.5900.41-74- 河北理工大学毕业设计说明书第四章储库计算为保证工厂生产的连续进行和水泥的均衡出厂，以及满足生产过程中质量控制的需要，水泥厂必须设置各种物料储存库（包括各种堆场、堆棚、储库、成品库等）。各种储库的容量应满足不同物料储存期的要求，而各种物料储存期的确定，需要考虑到各种因素。在计算储库时，首先要确定各种物料的储存期，并计算各种物料要求的储存量，然后选择储库类型或规格，并算出储库的数量、容积和面积，并将计算结果汇总成储库一览表。4.1物料储存期的确定1、影响物料储存期的因素水泥厂是连续生产的工厂，为了避免外部运输的不平衡，上下工序间生产班次的不同以及其它原因造成的物料供应的中断，要求个原材料，燃料，半成品和成品在工厂内必需有足够的储存量，以保证工厂均衡而连续地生产。各种物料所需的储存量取决于该物料的日用量和该物料的储存期。某物料的储存量所能满足工厂生产需要的天数，称为该物料的储存期。储存期的计算均以烧成车间的生产能力为基准。影响物料的储存期的因素有：（1）物料供应点的远近和外部运输情况，材料供应点离工厂教近或由工厂自行运输时，储存期可短些。石灰石、黏土等原料离工厂一般都较近；大多由工厂自行开采运输，储存期就可短些。如矿山离工厂较远，而且需要用国家铁路运输时，储存期就应大些。物料如能均衡供应时，储存期可短些反之就长些。（2）物料成分波动情况当原、燃料成分波动较大或者必须用俩中以上的原、燃料搭配使用才能满足生产要求时，则储存期就应长些。（3）地区气候影响的程度对采用干法生产的水泥厂，如工厂地区雨期较长或降雨量较集中，其粘土储存期应长些。（4）均化工艺要求当采用预均化堆场储存原、燃料时，则该物料的储存期必须满足预均化堆场工艺上的要求。-74- 河北理工大学毕业设计说明书（5）质量控制要求在确定半成品或成品的储存期时，必须满足该物料质量检测或调整均化所需要的时间。此外，确定物料储存期时，还需要考虑生产工艺线的数目、工厂规模的大小、物料需要量的多少、生产管理和质量控制的水平以及装卸机械化工程等因素的影响。物料的储存期的长短应适当，过短将影响生产，过长则增加基建投资和经营费用。综合考虑上述因素，确定本设计的物料储存期，见表4-1。表4-1各种物料的储存期/d物料名称储存期物料名称储存期石灰石9石膏30粘土20生料粉3铁粉20熟料10矿渣4水泥18煤254.2储存方式的选择1、常用的储存设施常用的储存设施有：联合储库、堆棚、露天堆场、预均化堆场和圆库等。储存量较少的储存设施有料斗（料仓）。采取何种储存设施主要取决于物料的性质、工厂的规模、工厂机械自动化的水平、投资的大小以及环境保护的要求等。联合储库是多用于块、粒状的储存、倒运的设施，一般只用于储存外购并破碎后的原料、燃料和混合材料等。圆库常用于储存小块状、粒状、粉状和浆状物料，不宜贮存含水高或粘性大的物料，而生料、水泥和某些物料必须用圆库储存。露天堆场也用于块、粒状物料的储存和倒运。在水泥厂一般用于储存外部运入的大宗块粒状物料，如石灰石、煤、混合材料、石膏和铁粉等。宜用料棚储存的有湿铁粉、湿粘土、湿煤等。2、影响储存形式选择的因素-74- 河北理工大学毕业设计说明书储库形式的选择的影响因素主要包括物料的形状尺寸（以联合储库与露天堆场相配合来储存块、粒状物料，以圆库储存粉料或泥、料浆），物料受气候影响的程度（铁粉、粘土、煤等易采用堆棚储存）。根据各种物料的性质以及影响各物料的选择储库形式的因素确定本设计各种物料采用的储库方式为石灰石用堆场储存；铁粉、硅石、矿渣、生料粉、熟料、粉煤灰、水泥用圆库储存；煤（原煤）采用露天堆场，煤磨磨好后的用圆库；石膏用露天堆场储存。4.3储存设施计算（1）由全厂物料平衡表计算得，石灰石原料的储存量为：由公式(4-1)适用条件L、B≥2Hctgα式中：L—物料料堆底边长度，m；Q—物料的储存量；B—料堆底边长度，m；H—料堆高度，m（龙门吊堆料高度10m，推土机堆料高度6-7m）；γ—物料的堆积密度，t/m3；α—物料的休止角取H=10m，B=32m，γ=1.45，α=30°，则，取165m故所选堆棚H=10m，B=40m，L=165m（2）粘土堆场-74- 河北理工大学毕业设计说明书取H=6m，B=30m，γ=2.5t/m3,α=25°，取70m（3）矿渣堆场取H=6m，B=30m，γ=2.0，α=，取90m（4）铁粉堆场取H=6m，B=15m，γ=2.2，α=，取25m（5）煤堆场取H=6m，B=30m，γ=0.9t/，α=，取120m（6）石膏堆场取H=6m，B=30m，γ=1.38，α=，取65m（7）生料预均化库-74- 河北理工大学毕业设计说明书则采用，，取2个（8）熟料则采用平底库，有效容积为2465（4-2）式中：n—圆库的个数，个；V—一个库的储存量，m3/个；R—该物料的容积密度，t/m3。，取9个（6）水泥水泥堆积密度：=1.45，水泥有效利用率：=0.80本设计是一排水泥库直径为18m，取80m选用Ф1880m水泥库4.4储库设施一览表各物料的储库见表4-2。-74- 河北理工大学毕业设计说明书表4-2储库设施一览表物料规格数量储存期石灰石19粘土120矿渣14铁粉11129120253010318煤石膏生料熟料水泥ФФФ1880m-74- 河北理工大学毕业设计说明书第五章窑尾部分工艺计算5.1若干参数确定5.1.1窑炉燃料比的确定燃料在分解炉和回转窑中的量是不同的，作用也是不同的，在分解炉中，燃料燃烧产生大量的热量。使分解炉内的温度达到900℃左右，这样高的温度足以使生料中的碳酸钙分解，而在回转窑中，煤的作用是使生料中没有分解的碳酸钙继续分解，主要作用是使生料熔融，为其进行固相反应做准备，由于此固相反应为放热反应，可以减少对燃料的消耗，使加入到回转窑的燃料量要相对少于加入到分解炉中的燃料量，如果在分解炉中燃料量不足会使碳酸钙分解率达不到要求，加重回转窑的负担，影响熟料质量，因此要根据实际情况判断燃料比。本设计确定燃料比为：分解炉∶回转窑=6∶460%的燃料供分解炉使用，满足分解炉对能量的要求，使碳酸钙分解，又不会造成分解炉负担过重，使其寿命减少；40%的燃料供回转窑使用，可以满足熟料生产所需要的热量[9]。5.1.2预热器级数及各级筒分离效率的确定1、旋风筒级数的确定-74- 河北理工大学毕业设计说明书预分解窑随着其预热器级数的增加，其系统的热力学效率逐步提高，熟料热耗相应降低。然而，单纯地增加预热器级数是难以达到满意效果的，必须配合进行新型预热器的开发应用。各种新型的低阻高效预热器的分离效率均可提高到85%~95%，每一级的阻力则可降低到500Pa以下。如果以四级预热器的预分解窑系统为基准，在采用低阻高效预热器的条件下，一般而言，五级的将能降低其熟料热耗126~168kJ/kg，六级的则能再降低42~84kJ/kg。预热器系统的阻力，每增加一级则增加400~500Pa，即四、五、六级预热器，包括分解炉的系统总阻力大致分别为4500、5000和6500Pa。实践中预热器的级数不可能也不必要增加太多，超过六级以后，其降低熟料热耗的作用将十分微小；相反地，系统阻力和预热器塔架高度则呈正比增加。因此，在经济合理的条件下，预热器的级数以五级或六级为宜，采用六级以上得不偿失[10]。本设计选用的是五级单系列旋风预热器系统，五级预热器阻力小，减少窑尾风机的功率，对热交换也有效果。2、各级筒分离效率的确定各级旋风筒作为热交换部件，在预热器系统中所处的位置不同，对热交换所起的作用就不同。各级筒的分离效率η也不同。η对热效率的影响顺序是η5>η4>η3>η2>η1，但考虑到C1排尘量对系统经济性影响最大，所以此顺序应调整为η1>η5>η4>η3>η2。预热器的一级旋风筒是窑尾废气的出口，废气中含有大量的粉尘颗粒，如果排到大气中就会造成大气污染，所以它的主要作用就是减少废气中的粉尘颗粒的数量。因此它的分离效率要求较高，应达到95%以上，这样可以使颗粒的数量大大减少，尽可能地减少了对外循环，降低热耗。C5的分离效率不仅对热效率有明显影响，而且直接回流入决定上一级旋风筒的物料量的多少。且在高温下，C4筒分离效率低很容易造成C4堵塞，故应力求保持较高的η5。但在实际生产中，由于C4所处的环境温度较高，流速大，内筒易变形烧坏等原因，往往很难提高C4的分离效率。η2、η3、η4作用主要为热交换，所以η2、η3、η4可以适当低点[11]。结合本设计的实际情况，分离效率确定如下：η1=94%；η2=84%；η3=86%；η4=87%；η5=90%。5.1.3电收尘收尘效率的确定电收尘与袋收尘是两种最主要的收尘设备。电收尘与袋收尘相比，是一种高效率的收尘机，其主要特点有：（1）收尘效率高，一般可达99%甚至更高；（2）净化能力大，能适应于生产设备大型化的要求；（3）能处理较高温度、湿度及腐蚀性的气体；（4）能量消耗少，运转费用低，净化1000m3-74- 河北理工大学毕业设计说明书的含尘气体，仅消耗0.2-0.8度电，流体阻力不大；（5）操作过程完全自动化，易于操作，故障率少要求经过电收尘器后的废气的粉尘含量要达到国家标准，所以要有很高的收尘效率，本设计要求电收尘的收尘效率要达到99.9%左右。则确定本设计要求电收尘的收尘效率为99.9%。5.1.4出一级筒气体含尘量的确定（1）唐山水泥机械所推荐的值为80g/Nm3；（2）《水泥厂工艺设计手册》中推荐的值为30-80g/Nm3；（3）泥工业热工设备》中推荐值为60-80g/Nm3；本设计定为60g/Nm3。5.2原始数据和选定参数汇总5.2.1原始数据回转窑规格：Ф4.4×66m，形式：预分解窑；台时产量：128.75t/h；熟料热耗：3200KJ/Kg熟料；煤的工业分析（见表5-1）表5-1煤的工业分析/%War/%Var/%Car/%Aar/%Qnet,ar(kJ/kg)0.8023.4049.3026.5021520生料成分：石灰石、粘土、铁粉见表2-1生料中CO2逸出量：0.269Nm3燃料比：分解炉：回转窑=6:4各级旋风筒分离效率：η1=94%；η2=84%；η3=86%；η4=87%；η5=90%大气压：唐山地区气压751.69mmHg增湿水量：0.5水/Nm3；出一级筒气体含尘量：60g/Nm3-74- 河北理工大学毕业设计说明书窑尾飞灰与五级筒进窑生料量比：0.25：1.299熟料强度等级：63Mpa；5.2.2窑尾各处温度、压力、过剩空气系数汇总窑尾各处温度、压力、过剩空气系数见表5-2。表5-2窑尾各处温度、压力、过剩空气系数汇总表编号部位平均温度/℃负压/Pa过剩空气系数α1窑尾900301.102分解炉950801.103混合室9001001.104混合室出口8802001.105分解炉出口880-8902501.106五级筒入口880-8902501.157五级筒内部8602601.158五级筒出口8502801.159四级筒入口8303001.2010四级筒内部8203101.2011四级筒出口8003201.2012三级筒入口7503301.2313三级筒内部7303401.2314三级筒出口7103601.2315二级筒入口6203801.2716二级筒内部6004201.2717二级筒出口5804601.2718一级筒入口4804901.3019一级筒内部4305101.3020一级筒出口3905501.3021增湿塔入口3604101.3522增湿塔内部31056023排风机入口1506301.4224排风机出口14067025电收尘入口1502026电收尘出口13012027烟囱入口1502028烟囱出口130029三次风管入口80010-74- 河北理工大学毕业设计说明书30三次风管出口600405.3分解炉和预热器系统热工计算5.3.1物料平衡计算1、分解炉和窑两处的煤灰掺入量计算总热耗：3200kJ/kg熟料；煤的应用基低位热值：21520kJ/kg总煤耗：用煤比例：分解炉∶窑头=60∶40分解炉中煤灰掺入量：（5-1）窑头煤灰掺入量：2、各级筒的物料平衡计算（以1kg熟料为基准）（1）C5的物料平衡计算入窑物料的表观分解率：Ф5=90%；表观分解率表示包括窑灰的分解率在内的入窑物料中CaCO3分解的程度，当窑稳定生产时，窑的飞灰量和飞灰分解率波动不大，所以通常用表观分解率来控制，一般水泥厂的表观分解率在90-95%之间。入窑物料的烧失量：（5-2）其中I0为生料烧失量窑尾飞灰量（设定值）：y=0.25kJ/kg熟料窑尾飞灰表观分解率：Фy=94%；窑尾飞灰烧失量：-74- 河北理工大学毕业设计说明书C5出料量:（5-3）C5收尘效率：η5=90%C5入料量：C5飞灰量：C5入料量（灼烧基）：（2）C4物料平衡计算C4出料量（灼烧基）：（5-4）从C5中跑出的飞灰经C4、C3、C2、C1及电收尘器总共回收:（5-5）可以看作是全部回收，仍然进入分解炉内，这部分循环物料的烧失量与C5排出料相同，则中循环物料为：中来自原始生料量为（灼烧基）：原始生料量的烧矢量为:I0=34.7%中原始生料量为：-74- 河北理工大学毕业设计说明书所以为：C4出料烧失量：C4出料表观分解率：（5-6）C4进料量：C4飞灰量：（3）C3物料平衡计算C3出料量：C3进料量：C3飞灰量：C3出料中包括C5的飞灰量：C3出料烧失量：C3出料表观分解率：（4）C2物料平衡计算C2出料量：C2进料量：C2飞灰量：C2出料中包括C5的飞灰量：-74- 河北理工大学毕业设计说明书C2出料烧失量：C2出料表观分解率：（5）C1物料平衡计算C1出料量：C1进料量：C1飞灰量：喂料量：（6）电收尘器的物料平衡电收尘的收尘效率：99.9%收回飞灰量：烟囱飞灰量：（7）全系统物料平衡不用电收尘及增湿塔回灰时：实际物料消耗为：全部回灰利用时：实际物料消耗为：（8）物料平衡图窑尾物料平衡见图5-1。-74- 河北理工大学毕业设计说明书电收尘0.111Kg/Kg熟料1.85Kg/Kg熟料C1C11.74Kg/Kg熟料0.369Kg/Kg熟料1.994Kg/Kg熟料C20.254Kg/Kg熟料1.675Kg/Kg熟料1.813Kg/Kg熟料C30.22Kg/Kg熟料1.559Kg/Kg熟料1.697Kg/Kg熟料0.147Kg/Kg熟料C41.44Kg/Kg熟料C51.75Kg/Kg熟料1.293Kg/Kg熟料分解炉窑尾图5-1窑尾物料平衡图-74- 河北理工大学毕业设计说明书5.3.2空气量与废气量计算1、总煤耗确定总用煤量：分解炉用煤量：窑头用煤：2、计算煤粉燃烧所需理论空气量煤燃烧的理论空气量：（5-7）折算成熟料基：（5-8）3、计算煤粉燃烧生成理论烟气量煤燃烧理论废气量：（5-9）折算成熟料基：4、生料碳酸盐分解放出理论料耗：（5-10）实际料耗：（5-11）生料中逸出量：-74- 河北理工大学毕业设计说明书（5-12）其中Kg/NM35、各部位废气量计算（1）窑尾风量计算煤燃烧理论废气量：过剩空气量（包括窑为漏风）：（）入窑生料的碳酸盐在窑内分解产生的量：入窑生料中的的含量：窑尾飞灰带走的CO2的量：窑内分解产生的量：窑尾总风量：（2）旋风分解炉（CDC炉）风量计算煤燃烧理论废气量：过剩空气量：入炉生料分解产生的量，设出炉生料分解率为90%，相应烧失量为：-74- 河北理工大学毕业设计说明书（5-13）入窑生料量，烧失量为，炉中分解产生的量为：炉出口风量为：窑及分解炉中煤燃烧的理论废气量：过剩空气量：（）全部生料分解产生的量：其中:0.75—分解炉分解率；0.15—回转窑内分解率混合室出口风量总和：（3）5级旋风筒的风量计算新增漏风量：（）（4）4级旋风筒的风量计算新增漏风量：（）总风量：（5）3级旋风筒的风量计算新增漏风量：（）-74- 河北理工大学毕业设计说明书总风量：（6）2级旋风筒的风量计算新增漏风量：（）生料中高龄土脱水增加的废气量：总风量：（7）1级旋风筒的风量计算生料中的物理水蒸发增加风量，在使用电收尘时料耗为g0=1.370Kg/Kg熟料，生料中物理水分含量为1%。则物理水分蒸发新增风量：C1新增漏风量：（）总风量：（8）增湿塔入口的风量计算新增漏风量：（）总风量：（9）排风机入口的风量计算新增漏风量：（）增湿塔水分蒸发产生蒸汽量，塔内喷水量为：-74- 河北理工大学毕业设计说明书产生的水蒸汽量：总风量：（10）电收尘器的风量计算烟囱出口风量均按（11）三次风管的风量计算分解炉燃烧所需要的空气量为：考虑分解炉本身的漏风量占4%，一次风及二次风掺入量占6%，总共占10%三次风量为：6、将上述计算各处废气量结果列表各部位废气量见表5-3。表5-3各处废气量/Nm3/Kg熟料各部位名称漏风量总风量窑尾0.4080.408旋风分解炉0.6271.035五级旋风筒0.013831.04883四级旋风筒0.0051.053三级旋风筒0.0031.056二级旋风筒0.0251.081一级旋风筒0.0201.101增湿塔0.0051.105排风机0.2871.392电收尘器1.83.192三次风管0.3013.493-74- 河北理工大学毕业设计说明书5.3.3热平衡计算1、计算的原始数据回转窑台时产量：128.75t/h熟料热耗：3200KJ/kg煤的低位发热量：21520KJ/Kg煤；煤粉温度：60℃入预热器生料温度：50℃入预热器生料量：环境温度：20℃出冷却机孰料温度：170℃出预热器废气温度：380℃，废气量：出预热器飞灰温度：390℃，飞灰量：三次空气温度：800°2、热平衡计算热平衡范围：回转窑+分解炉+预热器计算基准：1Kg熟料；温度：0℃（一）热收入项目（1）燃料燃烧热（2）煤粉显热煤粉温度60℃；比热（3）生料显热生料温度50℃；比热；入预热器生料量：1.481kg/kg熟料-74- 河北理工大学毕业设计说明书（4）空气显热空气温度：20℃；比热：进入窑炉预热器系统的空气量：冷却及放走余风，取(5)收入热合计（二）热支出项目1）吸热部分（1）干生料升温到900℃耗热，生料比热为1.185KJ/kg熟料（900℃时）（2）碳酸盐分解及高岭土分解热耗（3）分解后的生料从900℃升温到1450℃时的热耗分解后的生料比热：0.980kJ/kg℃（900℃时）；1.11kJ/kg℃（1450℃）；吸热合计：2）放热部分（1）熟料形成热①熟料矿物的生成热：按Nackcn资料取②900℃时生料分解出的CO2及水蒸气的显热：-74- 河北理工大学毕业设计说明书③1450℃时熟料的显热：（熟料比热：1.107kJ/kg℃）放热合计：熟料形成热：（2）生料物理水蒸发热耗（3）熟料出冷却机带走热出熟料冷却机熟料的温度：室温+65℃=90℃比热：0.775kJ/kg熟料（4）冷却机余风带走热取（5）出废气带走热废气量：废气温度：380℃废气比热：1.47kJ/kg℃（6）飞灰带走热出的飞灰量为；飞灰温度390℃；飞灰比热0.878kJ/kg℃（7）表面热损失：取Q11=70KJ/Kg熟料（8）冷却水及其它热损失：Q12=85KJ/Kg熟料（9）支出热合计-74- 河北理工大学毕业设计说明书3、热平衡汇总表热平衡汇总见表5-4。表5-4热平衡汇总表收入项支出项序号项目KJ/Kg熟料%序号项目KJ/Kg熟料%1燃料燃烧320096.061熟料形成热2160.6269.592煤粉显热6.710.202生料物理水蒸发8.2210.263生料显热65.091.953熟料带走热69.752.254空气显热59.371.784冷却机余风带走热501.615废气带走热617.3619.886飞灰带走热38.001.227表面热损失1705.488其它852.74合计3331.18100.00合计3104.77100.005.4窑尾工艺设备选型5.4.1窑外分解技术的特点-74- 河北理工大学毕业设计说明书预分解技术的出现是水泥煅烧工艺的一次技术飞跃。它将原在回转窑中以堆积态进行气固热交换过程中的一部分转移到窑尾预热预分解系统中进行。由于在预分解系统中，生料呈悬浮态与高温气流进行热交换，气、固之间的接触面积较堆积态呈数量级地增加，从而导致系统热耗大幅度下降，产量增加。预分解系统主要由分解炉、旋风筒、联结管道及附件（如撒料盒、翻板阀、吹堵系统等）组成。其中，分解炉是预分解系统的核心设备。在炉内要完成烧成所需的60%的燃料煅烧和90%~95%的碳酸钙分解任务。分解炉问世30多年来，一直在不断的发展和完善，其性能日趋完善。如今，分解炉主要朝着适应不同燃料品种、提高入窑分解率及简化炉体结构等方向发展。世界各大水泥公司对不同的分解炉型进行相互借鉴，取长补短，以使炉内流场和温度场分布更趋均匀，燃料燃烧更加充分，气体和物料在炉内停留时间得以延长，从而使燃料在炉内更充分燃烧、生料在炉内更好分解，使入窑物料表现分解率达到90～95%[12]。5.4.2分解炉的主要形式及选择（1）PYROCLON-RP分解炉PYROCLON-RP分解炉是洪堡公司推出的分解炉。该系统中，分解炉采用离线布置形式，窑尾废气不进分解炉，直接进入预热器。分解炉内燃烧的空气则由三次风管从冷却机抽取，从而达到降低分解炉内CO2分压和碳酸钙分解温度、提高入炉气体及炉内氧气分压、燃料燃烬率和生料分解率的目的。（2）PYROCLON-PYROTOP分解炉PYROCLON-PYROTOP分解炉是洪堡公司在PYROCLON-RP基础上推出的分解炉。这种新型分解炉是在原分解炉顶部增加切向进风和切向出风的罐式分解炉，通过该罐式分解炉将一部分粗物料返回到炉上游，实现物料在炉外循环，以延长物料在炉内的停留时间，从而有助于提高燃料的燃烬率与物料的分解率；同时还通过气体速度突然减慢和气流的旋转，实现降低气体流速、分离物料的作用。在分解炉底部设置3个缩口，增强了分解炉的喷腾效果，使物料混合均匀，温度分布也较均匀，有利于燃烧和分解反应的进行。（3）RSP分解炉RSP分解炉主要由预燃室、涡流分解室和混合室三部分组成。通过预燃室将燃料迅速燃烧，高温气体通过涡流效应均匀与生料混合，使生料快速分解。新型RSP分解炉设计均采用延长混合室和出口管道的办法来达到延长物料停留时间，提高燃料燃烬率和生料分解率。（4）SLC-S、ILC分解炉SLC-74- 河北理工大学毕业设计说明书喷腾型分解炉为离线式分解炉，三次风全部进分解炉，使煤粉在空气中快速燃烧，从而提高燃料燃烬率。分解炉出口管道与窑尾上升烟道相连接，提高燃料燃烬率和生料分解率。该分解炉在底部喷腾效应的作用下，物料产生一定的反混，提高了物料停留时间，增大了气固之间的速度差，使煤粉燃烧、生料分解得以强化。ILC分解炉属于在线式分解炉，窑尾废气与三次风一道进入分解炉，由于窑尾废气中O2含量低、CO2含量高，这对燃劣质煤、低挥发分煤是不利的。史密斯公司研究分解炉燃无烟煤时，在SLC-S分解炉的基础上提出双喷腾分解炉，生料分上下两部分进入上下分解炉，以减少分解炉下部物料量，提高炉底温度，提高燃料燃烬率。这种分解炉对于烧无烟煤是比较好的，目前该公司还在继续进行优化设计，以使该炉更好地适用于无烟煤的燃烧。（5）MFC分解炉在MFC分解炉中，炉底部设计了流化床。物料和三次风由流化床上部进入，物料在底部流化空气作用下，在炉内处于流化状态，气体速度较低，物料停留时间较长。最新推出的N-MFC分解炉大大增加了高径比，使炉内物料和燃烧热气体间的热交换得到增强，从而达到提高物料热交换、强化燃料燃烧的目的。MFC分解炉的不足之处是：一是流化风通常不加热，即使加热因担心温度过高而结焦，流化风温度控制也明显偏低，因而热耗较高；二是助燃空气温度低，且生料在炉底部流化层区域混合浓度高，虽然物料和燃料在流化层区域内停留时间长，但由于生料分解的强烈吸热效应，炉底流化层区域实际操作温度低（仅为400℃～600℃），因此无烟煤在此区域内的燃烧效率非常差[13]。（6）CDC分解炉CDC分解炉是由NSF分解炉改进而来的。从分解炉阻力损失、物料停留时间分布和气体三维流场三方面来分析，CDC分解炉所具有的阻力低、料气停留时间比大和炉容利用率高的特性。结合燃煤特点，分别设计了不同的燃烧器安装位置。尤其是针对无烟煤，采用离线型CDC分解炉更为合理。CDC分解炉改善了炉内浓度场和温度场分布的均匀性，提高了炉容利用率，料气停留时间比在优化设计中得以提高，有利劣质煤的利用。由于CDC炉的结构简单、可以减少污染，同时还是一种热效率高的炉型[14]。因此，本设计采用CDC型分解炉。-74- 河北理工大学毕业设计说明书5.4.3分解炉和三次风管的尺寸计算1、分解炉尺寸计算（5-14）式中：S炉—分解炉的有效截面积，m2；D炉—分解炉的有效直径，m；Wg—分解炉的断面风速，m/s(取9m/s)；Vg—通过分解炉的工况风量，m3/s。分解炉标态风量为0.909Nm3/Kg熟料；工作态为950℃，-80Pa，则工况风量为：则，物料停留时间为：2.5s取喉部风速为28m/sCDC炉炉衬材料和耐火材料的厚度取240mm，则CDC炉外部尺寸为：缩口出风速取为18m/s，则缩口处的直径为：-74- 河北理工大学毕业设计说明书缩口处的炉衬材料和耐火材料厚度为240mm，则缩口处的外部尺寸为：C5和CDC炉的烟道内部风速为20m/s此处窑衬材料和耐火材料厚度为240mm，则烟道外部尺寸为：2、三次风管尺寸计算三次风管的标况风量为工作态（800℃，-10Pa）三次风管的工况风量为：一般要求三次风管的风速要达到20m/s左右，则三次风管的内径为：三次风管的内衬材料和耐火材料厚度为：180mm，则三次风管的外径为：5.4.4各级旋风筒的设计计算预热器系统普遍采用的旋风筒为低阻型旋风筒，可以减少窑尾系统的阻力，增加预热器的级数，增加预热器的预热效果。（1）一级旋风筒的尺寸计算-74- 河北理工大学毕业设计说明书用于悬浮预热器最上一级的旋风筒，由于其主要作用是收尘，因而为了提高其分离效率减少出预热器系统废气中带出的粉尘，一般选用高型旋风筒的圆锥形旋风筒，并且大多数采用双筒，以缩小筒径，使其更有利于分离作业；而二、三级旋风筒，则从降低整个系统阻力的角度出发，综合权衡，其分离效率可以较上一级旋风筒稍低，故一般选用低型旋风筒，并大都选用单筒[15]。旋风筒的尺寸可以使用下式计算（5-15）式中：D—旋风筒直径，m；V—通过旋风筒的气体流量，m3/s；W—假想截面的风速，m/s；单个旋风筒处理的标态风量：；工作态（480℃，-490Pa），则工况风量为：单个旋风筒处理风量为：则：，取=4.3m窑衬材料及耐火材料的厚度为185mm，则的外径为：4670m本设计选用石川岛旋风筒，提高收尘效率同时也减少了气体阻力。进口尺寸：窑衬材料及耐火材料的厚度为185mm，则进口的外部尺寸为：排气管尺寸：窑衬材料及耐火材料的厚度为185mm，则排气管的外部尺寸为：-74- 河北理工大学毕业设计说明书圆柱体高度：圆锥体高度：排气管的插入深度：（2）二级旋风筒的尺寸计算单个旋风筒处理的标况风量：；工作态（620℃，-380Pa），则工况风量为：单个旋风筒处理风量为：则，，取=4.80m窑衬材料及耐火材料的厚度为185mm，则的外部尺寸为：进口尺寸：窑衬材料及耐火材料的厚度为185mm，则进口的外部尺寸为：排气管尺寸：窑衬材料及耐火材料的厚度为185mm，则排气管的外部尺寸为：圆柱体高度：圆锥体高度：-74- 河北理工大学毕业设计说明书排气管的插入深度：（3）三级旋风筒的尺寸计算单个旋风筒处理的标况风量：；工作态（750℃，-330Pa），则工况风量为：单个旋风筒处理风量为：则，取窑衬材料及耐火材料的厚度为：185mm则的外部尺寸为：进口尺寸：窑衬材料及耐火材料的厚度为185mm，则进口的外部尺寸为：排气管尺寸：窑衬材料及耐火材料的厚度为185mm，则排气管的外部尺寸为：圆柱体高度：圆锥体高度：排气管的插入深度：（4）四级旋风筒的尺寸计算单个旋风筒处理的标况风量：;工作态（830℃，-300Pa）,则工况风量为：-74- 河北理工大学毕业设计说明书单个旋风筒处理风量为：则：，取窑衬材料及耐火材料的厚度为185mm，则的外部尺寸为：进口尺寸：窑衬材料及耐火材料的厚度为185mm，则进口的外部尺寸为：排气管尺寸：窑衬材料及耐火材料的厚度为185mm，则排气管的外部尺寸为：圆柱体高度：圆锥体高度：排气管的插入深度：（5）五级旋风筒的尺寸计算单个旋风筒处理的标况风量：；工作态（880℃，-250Pa），则工况风量为：单个旋风筒处理风量为：则，，取-74- 河北理工大学毕业设计说明书窑衬材料及耐火材料的厚度为185mm，则的外部尺寸为：进口尺寸：窑衬材料及耐火材料的厚度为185mm，则进口的外部尺寸为：排气管尺寸：窑衬材料及耐火材料的厚度为185mm，则排气管的外部尺寸为：圆柱体高度：圆锥体高度：排气管的插入深度：（6）各级旋风筒尺寸数据汇总各级旋风筒尺寸见表5-5。表5-5各级旋风筒尺寸汇总表序号外径/mm内径/mmH1/mH2/mH3/ma/mb/m排气管尺寸/mC1467043008.1274.2573.011.542.081.66C2517048003.6485.5680.962.443.32.63C3567053004.0286.1481.062.673.612.88C4607057004.3326.6121.142.653.973.03C5657062004.6507.1721.242.923.953.155.4.5增湿塔的选型计算（1）增湿塔的发展-74- 河北理工大学毕业设计说明书20世纪70年代初，我国水泥工业为降低热耗变湿法生产为干法，在取得了明显经济效益的同时，也带来废气温度高、含尘浓度大、环境污染严重等弊端。为了解决这些问题，出现了干法水泥厂增湿塔喷雾技术。目前，大多数干法水泥生产线已采用增湿塔对窑尾大量的高温烟气进行降温或调质处理，该技术操作稳定可靠、投资较低，取得了良好效果。（2）增湿塔类型增湿塔的形式有普通式和套筒式，前者按气体运动的方式又可以分为顺流式和逆流式两种，再顺溜增湿塔内，由于高温废气于低温水流接触，蒸发强度大，且水滴有足够的的停留时间，因而增湿效果好。缺点是废气管道长，在逆流增湿塔内，水滴与废气逆向流动，水滴易被气流带走，影响增市效果。套筒式增湿塔具有不需要保温，不需要结泥块。收尘效率较高及节约水电等优点，特别适宜在寒冷地区使用。（3）增湿塔的工作原理增湿塔是水泥厂窑尾废气系统用来对废气进行增湿降温预处理装置，通过喷水雾增加湿度、降低温度，达到降低电阻值要求，然后进入电收尘器，以提高电收尘效率。（4）增湿塔选型计算进入增湿塔风量：1.4684Nm3/Kg熟料；温度：220℃，负压：4000PaV=1.4684×128.75×1000×[101325/(101325-4000)]×(220+273)/273=355066m3/h塔内平均温度取210℃，气流速度取1.4m/s，停留时间为18s则增湿塔内径为：D=0.0188×(355066/1.4×π)1/2=5.34m有效高度为：H=1.4×18=25m喷水量的计算：增湿塔用水量一般为：0.5g水/Nm3烟气℃V标=1.4684×128.75×1000=189057Nm3/h喷水量=0.5×189057×(310-220)/1000×1000=8.508t/h因此增湿塔的选型为：型号为Ф9000×36000mm，主要规格性能：进气温度：320～350℃工作压力：4.0MPa-74- 河北理工大学毕业设计说明书出增湿塔气体温度：130～260℃增湿塔喷水量：6～28t/h喷嘴数量：28个喷嘴形式：直流式5.4.6电收尘器的选型计算电收尘器是利用粉尘颗粒在电场中荷电并在电场力作用下向收尘极运动的原理实现烟气净化的。在一般情况下，当粉尘的物理、化学性能都适合时，电收尘器可达到很高的收尘效率，所以，它是目前广泛应用的一种收尘设备。电收尘主要类型：电收尘按气体进入的运动方向可以分为立式电收尘与卧式电收尘。按两极配置位置可以分为单区式和双区式电收尘；按收尘极的形式可以分为管式电收尘与板式电收尘；按粉尘的处理方式可以分为干式电收尘与湿式电收尘。电收尘器(EP)一般可以分为两部分既沉降室与电收尘室，气体由风管进入收尘器，截面积忽然扩大，气流速度下降，其中一部份较大粉尘靠重力沉积下来，由于收尘器内电晕极与集尘极之间存在高压直流电，使其内部产生一个不均匀电场，在电晕极附近的产生较强的电场强度，使在极线与极板间通过的气体碰撞电离，形成正负离子。气流中细小粉尘带上正或负的电荷，在电场力作用下而分别向极板靠近，到达极板后放电中和而沉降。为了使气流能分布均匀，在进气室中设有绕流板与多孔板。在电收尘的第一室可以收集近90%粉尘，而后两室主要是对细小粉尘的收集。在收尘器的集尘极与电晕极都配有振打装置将其上的粉尘振打清除，其下部也配有螺运机将粉尘运走。电收尘的收尘效率受诸多因素的影响，如粉尘的性质、气体参数，收尘器本身结构及操作安装等。其中以气体参数与粉尘性质影响最大。粉尘浓度提高，大部份的电荷被粉尘所包围，粉尘移动的速度远低于电何的速度，使通过电场的电荷大量减少。其实这相当于增大了电晕极与集尘极之间的电阻，使电收尘的电流下降，电离的效果不佳电荷减少。电何少就会使粉尘带不上电，除尘效率下降，如此这样形成一个恶性循环。因此要求进入电收尘的含尘量最好不要超过80g/Nm3-74- 河北理工大学毕业设计说明书；对于电收尘，粉尘的颗粒在0.01-20μm比较经济，粒径越大及带电量及驱进速度也越快，收尘效率也高。但过大的粉尘采用电收尘就有一些浪费。可以采用旋风筒来做预备收尘减少含尘浓度；粉尘带电的性能主要与气体的种类、气体的温度及湿度有关，有一些粉尘不容易带电，使得收尘的效率较难提高。气体温度较低时，粉尘的带电性能随着温度的升高而提高。当温度到一定时，它会随温度升高而降低，当气体的温度在150℃以上时，粉尘的带电性能会随气体的温度增加而降低。各种粉尘都会有各自的曲线，一般气体温度在100-120℃时的带电性能最好；气体的温度、湿度、成份及其在电场内的流速分布大小，分布的均匀性都会影响到收尘效率。如气体中含有少量的SO3可以提高收尘效率；处理风量过大也会造成收尘效率下降，因为流量大其风速就会高，气体在收尘器内的停留时间也就缩短。气体温度过高还会造成构件受热应力作用，结构强度下降。入电收尘的气体应要低于300℃，同时也要高于露点，以防结露[14]。通常提高电收尘器收尘效率的措施有：注重收尘系统的保温；调节合适的粉尘比电阻；改进清灰方式；合适的处理风量；改善收尘系统的密封；合适的粉尘浓度此外，在操作上应保持电压充足，生产中经常发生由于电压不足而致使收尘效率下降。有时由于安装不正确或使用、检修不善，使某此局部电极距离较小形成短路，电压不能加足，也会引起收尘效率下降[15,16]。综上所述，本设计电收尘的选型：高浓度电除尘器型号：BS930-32/15/4×8/0.4处理能力：550000m3/h入口废气浓度：≤80g/Nm3排放浓度：≤100mg/Nm3-74- 河北理工大学毕业设计说明书第六章设计总结评价通过设计使我进一步认识到水泥是国民经济的基础材料，水泥的生产关系到很多工程的建设，因此，保证水泥工业的可持续发展、实现水泥工业现代化具有重要意义。同时，深知水泥工艺设计本身是一个非常复杂的过程。设计过程中要考虑多方面的因素，如经济、技术、产量、质量以及环保等。本次设计中查阅了很多相关资料，为设计的顺利完成提供了丰富的理论依据。本次的设计题目为日产2800吨熟料的预分解窑水泥厂窑尾工艺设计，通过设计了解到水泥厂熟料制备车间对于水泥的生产尤为重要。通过设计培养了运用所学知识和技能去发现与解决实际问题、正确处理数据的能力。同时，通过本次设计我了解到任何工作的完成都需要认真踏实的态度才能做好，不断的修改和重复才能得出满意的结果，而草率的决定和马虎的工作只会带来更多的麻烦和修改。科学而严谨的工作态度不仅仅只体现在科学研究中，同样也适用于日后的工作。只有通过不断的学习和充实自己，才能少犯错，把工作做好，并相应提高自己的能力。因此，在借鉴和学习的基础上，勤奋认真的工作并不断创新，才能使自己保持清醒的头脑而做出成绩。-74- 河北理工大学毕业设计说明书参考文献[1]刘志江.当今中国水泥工业的发展趋势[J].水泥技术,2001(1):5-8[2]赵乃仁.论新干法生产线回转窑生产能力的发展趋势[J].水泥工程,1996(1):25-27[3]刘东霞.当前水泥工业技术开发热点综述[J].中国水泥,2004(1):18-21[4]考宏涛,陆雷,韩立发.预分解窑熟料热耗的影响因素和降低的途径[J].1996(9):43-45[5]沈威,等.水泥工艺学[M].武汉:武汉工业大学出版社,1991[6]刘笃新.水泥生料配料的率值公式法[M].北京:中国建材工业出版社,1992[7]于润如,严生.水泥厂工艺设计[M].北京:中国建材工业出版社,1995[8]王俊.提高新型干法窑熟料强度的探讨[J].水泥工程,2005(3):6-10[9]胡道和.水泥工业热工设备[M].武汉:武汉工业大学出版社,1992[10]H.Ritzmann:Pioneeringdevelomoentsinmachinesandprocessesinthecementindustry[J].ZKGCHINA,1996,(2):345-348[11]林修文.悬浮预热和预分解窑第三届技术经验交流会论文集[C].北京:中国建材工业出版社,1997:265-270[12]孙晋涛.硅酸盐工业热工基础[M].武汉:武汉工业大学出版社,1992[13]H.Ramesohl.ModificationofCIMA'SPlantkilnNo.1toincreaseprodcationCapacityfrom1200to2700t/d[J].KHDSymposium.1995[14]蒋冬青.提高电收尘器收尘效率的措施[J].中国水泥,2005(1):28-31[15]成庚生.电收尘器在新型干法生产线窑尾除尘系统中的应用[J].新世纪水泥导报,2005(1):35-38[16]周啸.N-TGD钢丝胶带斗式提升机的研制与开发[J].水泥工程,2002(4):46-48-74- 河北理工大学毕业设计说明书谢辞在这次毕业设计中得到指导老师王春梅老师的悉心指导，她在百忙之中不辞辛苦为本设计的完成倾注了大量心血，并审阅了本设计说明书，提出了宝贵的修改意见，使我顺利完成毕业设计任务。同时对在设计工作中给予支持和帮助的其他老师以及同学表示谢意。-74-