1、毕业设计方案毕业设计方案题 目 5000t/d熟料新型干法水泥厂 烧成窑尾系统工艺设计 学 院 材料科学与工程 专 业 材料科学与工程 班 级 学 生 学 号 指导教师 二一一 年 三 月 三十 日 - 8 -学院 材料科学与工程 专业 材料科学与工程 学生 学号 设计题目 5000t/d熟料新型干法水泥厂烧成窑尾系统工艺设计 一、选题背景与意义1. 国内外研究现状 水泥是社会经济发展最重要的建筑材料之一，在今后几十年甚至是上百年之内仍然是无可替代的基础材料，对人类生活文明的重要性不言而喻。二十世纪六十年代至八十年代这二十年中，国外水泥生产技术发生了重大变革，经历了两个发展阶段。第一阶段是由湿
2、法或半干法向预热器窑新型干法发展；第二阶段是由预热器窑向预分解窑发展。至七十年代末，世界上工业发达国家基本上都完成了这个转变。 自九十年代以来世界水泥产量平均每年以4%的速度连续增长。这种发展趋势今后仍将保持下去。近10年来，发达国家由于各国经济发展速度减缓，生产成本增高和能源消耗、环保要求等各方面原因，水泥生产呈现饱和和缩减态势。而与此同时，发展中国家水泥需求量不断增大，带动了那里的水泥工业的迅猛发展，特别是东亚、西南亚地区，1998年亚洲国家生产的水泥几乎占到了世界水泥总量的60%以上。 在此期间，发达国家的跨国公司和集团，利用他们在水泥生产技术和装备制造方面的优势以及在国际资本运作方面的
3、实力，利用发展中国家丰富的原料资源、相对廉价的劳动力以及资金的相对短缺，采取在发展中国家投资或合资建厂以及购买股权的办法，在国外发展自己的水泥基地，发展国际水泥贸易取得比在本国更大的经济利益， 甚至反销本国，满足本国的水泥消费需求。在这方面，日本、韩国表现得最为明显。欧洲一些大公司半数以上产量是在国外生产的。 七十年代我国陆续建立了一些立筒预热器窑和旋风预热器窑，并在预分解的开发方面烧油烧煤实验均获得成功。七十年代末我国分别从日本、澳大利亚、丹麦等国引进了大、中型的预分解窑干法生产成套设备，并在建成投产后取得良好的技术经济效益。在此基础上，通过对国外设备的消化和国内自行建设的新型干法生产线的总
4、结，八十年代初我国自行设计了700td熟料生产线的预分解窑成套设备，并组织了2000td熟料预分解窑干法生产线成套设备的设计、制造和建设。又将一些湿法或半干法生产的老厂改造成新型干法厂，也都取得了成功。二十世纪八十年代末，我国已建成二十多套2000td新型干法水泥生产线，通过引进消化国外20项先进技术来改进我们自行开发的设备，是我国2000td新型干法水泥生产线渐趋成熟，双阳水泥厂的建成并达标生产就是成熟的标志。二十世纪九十年代初，我国实施开发4000td大型新型干法烧成系统。我国已经成为名副其实的水泥生产大国，但总体水平不高，不是水泥工业强国，其表现有以下的基本特点： （1）总产量的生产能力
5、世界第一 我国水泥工业从1978年至1985年水泥产量由6500万吨发展到1.45亿吨，7年增长约8000万吨，平均年增长1140万吨；从1985年到1990年水泥产量由1.45亿吨到2.1亿吨，五年增长6500万吨，平均年增长1300万吨；从1990年到1995年水泥产量由2.1亿吨发展到4.7亿吨，5年增长了2.6亿吨，平均年增长5000多万吨；从1995年到2000年水泥产量由4.7亿吨到20世纪末预计可达5.8亿吨，5年增长了1亿吨，平均年增长2000万吨。其间，5000吨水泥生料生产线安装调试成功1。2002年，规划水泥产量5.9亿吨，实际生产7.5亿吨；2003年，规划水泥产量7.
6、5亿吨，实际生产8.5亿吨；2004年，规划水泥产量8.5亿吨，实际生产9.5亿吨；2005年，规划水泥产量9.5亿吨，实际生产10.5亿吨。2008年，规划12.5亿吨，实际生产13.8亿吨。连续10年，每年水泥的规划目标与实际水泥产量，相差几乎都在一亿吨以上。 （2）技术进步步伐加快，但总体技术水平与世界先进水平差距较大。 新型干法生产技术装备的科研、开发工作，改革开放以来飞速发展。以自行研制开发、自行设计、自行制造、自行施工安装的江西水泥厂扩建工程的建设投产，标志着我国水泥工业进入了一个新的阶段。通过“六五”、“七五”期间对20项水泥生产技术和装备的引进和消化、吸收，使我国在新型干法生产
7、技术和装备水平有了更大的提高。2000t/d一条龙引进消化吸收示范线（吉林省长春市双阳水泥厂现吉林亚泰集团公司水泥厂）的顺利建设投产并迅速达标达产，标志着我国水泥技术和装备、建设和生产管理水平迈上新台阶。“八五”期间4000t/d水泥生产线技术和装备开发迈了新的步伐。河北省冀东水泥厂扩建工程是以国产设备为主的第一条4000t/d熟料示范生产线，设备国产化率近70%，1996年投产很快达标，4000t/d的新型干法水泥生产线技术和装备的国产化已经进入工程应用阶段。“十五”期间新型干法生产更是达到了5000t/d的生产能力。“十五”后，水泥生产技术不断得到改进，水泥生产不断有新的突破。 我们的新型
8、干法生产工艺技术和装备的研制开发一直紧跟世界发展动向，并结合本国国情做了一系列卓有成效的工作，取得可喜成果。 简化流程、高效、大破碎比的单段单转子或双转子锤式破碎机的系列开发和应用（最大产量1200t/d），黏湿物料的齿辊式破碎机的开发，大型长型和圆型预均化堆场、堆料取料机机电一体化的引进技术的消化吸收开发工作；新型以挤压粉磨机理进行高效节能粉磨的辊式磨、辊压机，已经完成开发和消化工作，在工业生产中广泛采用。生料系统辊式磨产量可达160t/h。根据对未来15年我国国民经济和社会发展的预测表明，未来15年我国水泥需求仍将保持较高的增长速度，特别是对高标号优质水泥需求较大，预计平均增长4.5%左右
9、。这样一种发展需求和我国水泥工业发展现状形成明显的反差。我们决不能以牺牲巨大能源、人力消耗和环境条件恶化为代价来走低水平重复建设发展的老路。因此，国家建材局针对我国水泥工业的实际提出了“由大变强、靠新出强”、“上大改小”以及引导地方水泥工业健康发展的“限制、淘汰、改造、提高”的八字方针。我国水泥工业将在结构调整中加快发展，在发展中进行结构调整。 （1）大力调整产业结构，优先发展新型干法生产工艺，用先进实用技术改造和取代落后工艺。在“十五”期间罗争使新型干法生产水泥产量再增加5000万吨，争取每年新增新型干法生产能力1000万吨。与此同时，继续加大对产品过剩、污染严重、浪费资源、质量低劣的小水泥
10、厂的淘汰力度；完成预定压缩技术落后的水泥生产能力1亿吨，并在此基础上，主要依靠利用经济的、法律的，辅之以必要的行政手段，继续淘汰技术落后的水泥生产能力50006000万吨，以进一步改变我国水泥工业结构极不合理的状态。 （2）调整和优化企业结构，按照社会主义市场经济规律的相关法规进行大规模的资产重组和企业整合；优先发展大企业和企业集团，加大技术改造的力度，不断提高企业在市场上的竞争能力，不断壮大其实力。 （3）面对国内国外两个市场，建立“产、运、销”一条龙的生产销售体系，大力探索和实践开发电子商务，充分利用信息技术和网络技术来开拓市场，降低运行的销售成本，走向市场销售带动和决定企业生产之路。 （
11、4）逐步按照国际惯例，建立市场经济条件下工程建设总承包制度。进一步加大科研和技术开发力度，把水泥装备国产化工作矢志不渝地抓下去，进一步优化设计、精心组织工程建设、施工和安装，抓好试生产管理，进一步控制好工程造价，并把工程质量搞上去。选题的目的及意义 目前，用回转窑煅烧熟料的设备，按生料制备方法有湿法窑和干法窑两种。由于湿法窑比新型干法预热器窑和预分解窑烧成熟料的热耗高，世界各国水泥工业都从节能出发，湿法窑所占的比例都在逐渐减少，并对已有的湿法生产工艺进行彻底改造，日本早已不存在湿法生产。在我国水泥工业中，大中型水泥厂的发展过去以湿法为主，到十一五末期，我国已基本淘汰湿法生产，大型干法生产技术水
12、平也已处于世界前列。 悬浮预热器窑是在窑后安装了悬浮预热器，使原来在窑内以堆积态进行的物料预热及部分硅酸盐分解过程移到悬浮预热器内以悬浮状态进行。由于悬浮状态的生料粉与1000左右的窑尾热烟气接触的面积大，故传热速度快、热效率高。生料粉能在数十秒内从常温提高到750以上，入窑生料的表观分解率可达30%-40%，从而大大的减轻了回转窑的预烧负担，窑产量的以提高；从回转窑窑尾排出的高温烟气的热量能得到很好的利用，出预热器的废气温度可降低到350-400，熟料的单位热耗可大大降低，且出预热器的废气还可用于烘干含6%-8%水分的物料。这些优点随着窑体尺寸的增加而更加显著，因此悬浮预热器窑从五十代初期出
13、现后，得到迅速发展，并在水泥生产中占据了绝对的优势。悬浮预热器窑的特性主要取决于同它配套的悬浮预热器的特性，而各种悬浮预热器的特性有取决于它的结构及热交换方式。构成各种悬浮预热器的热交换单元设备有旋风筒（包括管道）及立筒（涡室）两种。所有悬浮预热器都是有这两种热交换单元设备中的一种单独组成或两种混合组成。悬浮预热器窑的种类较多，洪堡型、盖波尔型和多波尔型是具有代表性的三种悬浮预热器：表1 三种悬浮预热器按制造厂商命名分类按交换方式分类按预热器组成分类洪堡（Hmboldt）史密斯（F.L.Smidth）EVS/SVS维达格（Wedag）同流热交换为主型以数级旋风筒组合盖波尔（Gepol）ZAB普
14、列洛夫（Prerov）逆流热交换为主型以立筒为主组合多波尔（Dpol）米亚格（Miag）混流热交换型旋风筒与立筒（或涡室）混合组合 预分解窑是在预热器窑基础上发展起来的，它是在悬浮预热器窑的悬浮预热器与回转窑之间增设分解炉，在解炉中加入占总用量50%-60%的燃料，使燃料燃烧的过程与生料碳酸盐分解的吸热过程在悬浮状态或沸腾状态下迅速进行，从而使入窑生料的分解率从悬浮预热窑的30-40%提高到85%-90%，使窑的热负荷大为减轻，窑的寿命延长，尔窑的产量却可成倍增长。与悬浮预热器窑相比，在单机产量相同的条件下，预分解窑具有窑的体积小，占地面积减小，制造、运输和安装较易，基建投资较低，且由于一半以
15、上的燃料是在温度较低的分解炉内燃烧，产生有害气体NO较少，减少了对大气的污染。预分解窑的窑型很多，早期研究成功的SF、RSP、MFC、KSV等类型分解炉，近年来为了进一步降低能耗，各种类型的预分解窑都有进一步的发展。如：改进分解炉的结构向高效化方向发展；采用五级及低压损的高效旋风筒；重视劣质燃料的应用和环境保护的要求；完善旁路放风设施以扩大原料的适应性等。到目前为止，国际上各种类型的分解炉已有30多种，按分解炉区气流流场分类，基本上可以分为以下五类：旋流或旋流-喷腾叠加流场类：有SF、NSF、CSF、Co-SF、MB等。喷腾或复合喷腾流场类：有KSV、NKSV、ILC、SLC等。流化床-悬浮层
16、叠加流场类：有MFC、NMFC、CFB等。悬浮层流场类：有：P-AS、P-AS-LC、P-AT、PR、PR-SFM等。炉内燃料在净三次风旋流流场内预燃类：有RSP、GG、EVS-PC等。通过这次设计我对水泥预热器和分解炉有了一个更深的了解，对烧成设备进行了更深的探讨。把自己的眼光由局部转向整体，对工厂的整体布局有了一个了解。在设计过程中，摒弃了以前那种只参观不动手的习惯，真正的体会到了作为一个探索者的快乐。通过毕业设计强化自己对基本知识和基本技能的理解和掌握,培养我们收集资料和调查研究的能力,一定的方案比较、论证的能力,一定的理论分析与设计运算能力,进一步提高应用计算机绘图的能力以及编写编制能
17、力。另外对培养我们独立思考问题和解决问题的能力,为今后工作做好技术储备,都具有十分重要意义二、设计内容（1）根据水泥预热器和分解炉相关期刊书籍及所学知识，在老师的指导下完成5000t/d熟料烧成窑尾系统工艺设计。（2）完成工艺过程中的物料平衡计算。（3）计算出水泥烧成设备参数计算并做出设备型号的选择。（4）根据CAD及所学知识在老师指导下绘制出5000t/d水泥生产工艺流程的图纸折合1#图5张。（5）撰写毕业设计说明书。三、设计方案（1）参考课本及相关水泥资料，在以前学习知识的基础上，对水泥生产及5000t/d水泥烧成窑尾系统进一步了解。（2）通过资料查阅及烧成窑尾系统的毕业设计，了解窑尾系统
18、的新技术、新设备、新工艺、生产技术和发展水平及设计过程中所涉及的工艺、设备选型计算；确定设计方案。（3）了解各设备的功能及工厂整体的工艺流程。经分析对比及反复考虑选定预热器和分解炉工艺流程如图1所示： 图1预热器和分解炉工艺流程全厂工艺流程图：图2全厂工艺流程（4）在老师指导下完成工艺过程中的物料平衡计算。（5）通过实习观察各种水泥烧成设备的结构、型号，并参考文献在老师的指导下完成烧成窑尾工艺的整体布局及各设备分布的设计。（6）用计算机CAD完成5张1#图纸并对图纸进行说明。四、参考文献1 于润如， 严生.水泥厂工艺设计. 北京: 中国建材工业出版社, 1995.7：196-2393姜洪舟.
19、无机非金属材料热工设备，第2版.武汉：武汉理工大学出版社，2009.5：26-844 Nancy J. Sell and Fritz A. Fischbach. Pelletizing Waste Cement Kiln Dust for More Efficient Recycling J. American Chemical Society, 1978, 77(2):468-4735 熊会思.新型干法烧成水泥熟料设备.北京：中国建材工业出版社，2004.2：136-2417丁奇生，王亚丽，崔素萍.水泥的原料与燃料.北京：化学工业出版社，2009.10：129-1338刘景洲. 水泥机械设备
20、安装.武汉：武汉理工大学出版社，2002.10：340-3439 ZhangDecheng. Carbonation Resistance of Sulphoaluminate Cement-based High Performance ConcreteJ. Journal of Wuhan University of Technology(Materials Science Edition), 2009,36（04）：153-156五、指导教师评语该生查阅了大量的文献资料，对新型干法生产线的工艺过程和技术，尤其是对窑尾预热系统有了一定的了解和认识。 确定的设计方案合理、可行。 但对新型干法水泥生产系统缺乏系统认识，建议进一步阅读和搜集相关资料，为毕业设计和工作打下良好的基础。同意该生进入毕业设计环节。指导教师（签字） 2011年4月 1日六、审核意见系主任（签字） 2011年 4 月 2日
