1、日产5000吨熟料水泥厂新型干法窑尾烧成系统工艺设计摘要本次设计的任务是5000t/d水泥熟料新型干法生产线烧成系统窑尾工艺设计。预热器主要分为四级预热器和五级旋风预热器两种：其主要区别在于第一级预热器出口废气温度、废气量以个水泥生产线的耗煤量。根据国内新型干法水泥生产的情况，窑尾烟气量可达1.5-1.9 Nm3/kg（煤粉燃烧后产生的理论烟气量为0.8-1.2 Nm3/kg 、0.2-0.4 Nm3/kg的漏风、过剩空气、盐类分解、自由水蒸发、高岭土脱水、空气带入含湿量等）。四级预热器窑由于少了一级预热故本次设计选用五级悬浮预热器。器，其漏风量比五级预及整热器窑有所减少，窑尾预热器烟气量也对
2、应减少。四级预热器但同时四级预热器增加了煤耗，增加煤耗量与增加发电量之比远远大于国家公布的火电标准煤耗表明，四级预热器窑的能源利用效率比五级预热器窑低。五级预热器窑投资虽然有所增加，发电量减少；但煤耗量的减少更为明显，其运行时的经济效益和环境效益明显大于四级预热器窑。关键词：烧成系统，预热器，分解炉，物料平衡ABSTRACTThis design is the task of 5000 t/d NSP cement clinker production line firing system preheater process design. Preheater mainly divided i
3、nto level 4 preheater and category five cyclone preheater two kinds: the main difference between the first level preheater export waste gas, waste gas temperature by a quantity of cement production line HaoMeiLiang. According to domestic NSP cement production, smoke gas inlet up to 1.5-1.9 N m3 / kg
4、 (pulverized coal burning after the theory of gas produced smoke for 0.8 1.2 N m3 / kg, 0.2 0.4N m3 / kg air leakage, the excess air, salt decomposition, free water evaporation, kaolin dehydration, air into the moisture content, etc.). Level 4 preheater kiln due to the level 1 preheat so the less de
5、sign choose a category five suspension preheater. Implement, the leakage air volume gets than a category five and the heat exchanger kiln inlet preheater decreased, but also corresponding to reduce gas smoke. Level 4 preheater but at the same time level 4 preheater increased coal consumption, increa
6、se the amount and increase the capacity of the coal consumption than far greater than national publication of the thermal power standard that level 4 preheater coal kiln energy efficiency than category five preheater kiln low. A category five preheater kiln investment increased capacity, although re
7、duce; But the amount of coal consumption reduce is more apparent, its runtime economic benefits and environmental benefits significantly greater than level 4 preheater kiln. KEYWORDS: Firing system Preheater NSP Material balance第一章 绪论水泥是国民经济的基础原材料，水泥工业与经济建设密切相关，在未来相当长的时期内，水泥仍将是人类社会的主要建筑材料。改革开放以来，我国水
8、泥工业得到较快的发展，整体素质明显提高，产量已多年局世界第一位。党的十七大提出了建设和谐社会的宏伟目标，提出了节能减排的要求，积极倡导大水泥吸收小水泥的政策，以达到“十一五”规划中要求的“十一五”末万元产值耗能下降20%的目标。这对新型干法水泥的发展提供了机遇也提出了挑战。本设计为新型干法5000t/d熟料水泥厂设计重点车间：烧成窑尾，烧成系统采用预分解窑。鉴于毕业设计是学生王城所有理论课和实验实习课程后的一个教学环节，是从事技术工作的一次技术演习。本人在设计过程中参考了水泥专业刊物上近几年来提出的新的理论和计算方法，突出了毕业设计的先进性和研究性特点。1.1 设计任务及其依据，论述所生产产品
9、的意义和价值1.1.1 设计任务：日产5000吨水泥熟料新型干法水泥生产线烧成系统工艺设计（窑尾） 1.1.2 生产产品的种类及意义和价值A. 生产产品的种类及定义普通硅酸盐水泥简称普通水泥。凡由硅酸盐水泥熟料、6%-15%的混合材料及适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为普通硅酸盐水泥，简称普通水泥。国家标准对普通硅酸盐水泥的技术要求有：（1）细度 筛孔尺寸为80mm的方孔筛的筛余不得超过10%，否则为不合格。（2）凝结时间 处凝时间不得早于45分钟，终凝时间不得迟于10小时。（3）标号 根据抗压和抗折强度，将硅酸盐水泥划分为325、425、525、625四个标号。普通硅酸盐水泥由于混合材料
10、掺量较少，其性质与硅酸盐水泥基本相同，略有差异，主要表现为：（1）早期强度略低（2）耐腐蚀性稍好（3）水化热略低（4）抗冻性和抗渗性好（5）抗炭化性略差（6）耐磨性略差B 产品的意义和价值 水泥是建筑工业三大基本材料之一。使用广，用量大，素有“建筑工业的粮食”之称。其单位质量的能耗只有钢材的1/51/6，合金的1/25，比红砖还底35%。根据预测，下一个世纪的主要建筑材料，还将是水泥和混凝土，水泥的生产和研究仍然极为重要。水泥粉磨和搅拌后，表面的熟料矿物立即与水发生水化反应，放出热量，形成一定的水化产物。由于各种水化的溶解度很小，就在水泥颗粒周围析出。随着水化作用的进行，析出的水化产物不断增多
11、，以致互相结合。这个过程的进行，使水泥浆体稠化而凝结。随后变硬，并能将其搅拌在一起的混合材或矿渣、石等胶粒胶结成整体，逐渐产生强度。因此，水泥成水泥混凝土的强度是随龄期延长而逐渐增长的。早期增长快，但是，只要维持适当的温度和湿度，其强度在几个月、几年后还会进一步有所增长。另一方面，也可能在几十年后尚有未水化的部分残留，仍具有继续进行水化作用的潜在能力。作为胶凝材料，除水硬外，水泥还有许多优点：水泥浆有很好的可塑性，与石拌合后仍能使混合物具有和易性，可浇注成各种形状尺寸的构件，以满足设计的不同要求；适应性强，还可以用于海上、地下、深水或者严寒、干热的地区，以及耐侵蚀、防辐射核电站等特殊要求的工程
12、；硬化后可以获得较高的强度，并且改变水泥的组成，可以适当调节其性能，满足一些工程的不同的需要；尚可与纤维或者聚合物等多种有机、无机材料匹配，制成各种水泥基复合材料，有效发挥材料的潜力；与普通的钢铁相比，水泥制品不会生锈，也没有木材这类材料易于腐朽的特点，更不会有塑性年久老化的问题，耐久性好，维修工作量小等等。因此水泥不但大量用于工业和民用建筑，还广泛应用于交通、城市建设、农林、水利及海港等工程，制成各种形式的混凝土，钢筋混凝土的构件和构件物。而水泥管、水泥船等各种特殊功能的建筑物、构筑物的出现有了可能。此外，如宇宙工业、核工业以及其他新型工业的建设也需要各种无机非金属材料。其中最为基本的是以水
13、泥为主的新型复合材料。因此，水泥工业的发展对保证国家建设计划顺利进行，人民生活水平提高具有十分重要的意义，而且，其他领域的新技术也必须渗透到水泥工业中来，传统的水泥工业势必随着科学技术的发展而带来新的工艺变革和品种演变。应用领域必将有新的开拓，从而使其在国民经济中起到重要的作用。1.2 窑的选型及标定回转窑系统的设计计算内容，是根据原料和燃料情况，生产的水泥品种和质量，工厂的自然条件和生产规模来确定窑系统的类型和尺寸，或对已建成的窑进行产量标定，以及计算单位产品的燃料消耗量，回转窑系统的重要配套设备，如冷却机、预热器、分解炉、煤磨、收尘器、喂料装置及通风设备也要在窑的产量和燃料消耗量确定后进行
14、设计计算。1.2.1 窑的标定的意义水泥厂设计过程中，当窑型与规格一旦确定之后，窑产量的标定是选择生产系统设备，计算工厂的烧成能力，和熟料年产量的依据，同类窑在不同的生产条件下，其产量差异相当大，即使同一规格的窑，由于煅烧制度不同，产量也有较大的差别。窑产量应该是工厂生产能力的限制因素，在窑以前的所有生产车间的生产能力，均以窑的产量为依据进行计算。窑产量标定过高或过低，均将产生不良后果，如标定过高生产中窑长期达不到设计产量，则浪费辅助设备的生产能力，降低工厂的经济效益，。如果产量标定过低，生产中，窑很快大大超过设计产量，不仅使建厂经济效益降低，而且由于配套其它设备的生产能力的限制，窑本身的生产
15、能力也的不到正常发挥。1.2.2 窑的选型计算由生产要求，选用4.872的新型干法窑（产量5000 t/d左右）4.872回转窑的窑型技术参数如表1-3所示，表1-1 选定的窑型技术参数表（新型干法水泥厂工艺设计手册）规格生产能力筒体内径筒体长度筒体斜度转速功率(kw)支撑数主转（r/min）辅转(r/h)主转辅转4.872t/d4.8723.5%0.3693.6911.45630753档1.2.3 回转窑产量的标定A 用经验公式计算采用由南京工业大学提出的回转窑产量标定公式回转窑技术规格如下：内径 D4.8m；有效长度 L72m；当D=45m时；所选用耐火砖厚度为0.18m。有效内径DiD4
16、.820.184.44m由回转窑产量称定公式：。B实际例子（现实生产中4.872窑的产量）辽宁工源水泥（集团）有限责任公司、湖南11海螺水泥有限公司、冀东水泥厂、枣庄市金源水泥粉磨有限公司、中材亨达水泥有限公司、铜陵海螺水泥有限公司、烟台东源水泥有限公司等厂家应用4.872回转窑组成日产熟料5000吨的干法烧成线，且达到预期效果；上海新建重型机械有限公司、江苏鹏飞集团股份有限公司、徐州天圣重工机械设备有限公司都定义4.872窑外分解系统回转窑日产熟料量为5000吨。1.3 结论 回转窑的产量是确定工厂生产规模、原料、燃料消耗定额和全厂设备选型设计的依据，因而是水泥厂设计的重要指标。除了窑的类型
17、和尺寸外，影响回转窑产量的因素很多，特别是近年来，随着生料预均化系统的完善，悬浮预热与窑外分解技术的不断发展，电子计算机过程控制的广泛应用和科学管理的加强，使窑的单位产量指标有所提高。因此对设计中已确定的回转窑，必须进行产量的标定。产量的标定应该是在确保优质、低消耗、长期安全运转的情况下，窑所能达到的合理产量。如果对窑的产量标定过低或过高，均会使整个系统不配套，生产操作出现不平衡。利用经验公式计算窑的产量，是标定产量的主要方法，另外还需要根据工厂具体条件和我国实际生产水平进行综合考虑。科技在不断进步，水泥厂管理水平也日益提高，生产线的逐步完善将使窑的生产能力进一步提高，结合厂家生产和重工机械公
18、司给出的技术参数，这里标定窑的产量为5000t/d（或台时产量G=208.3t/h）。所以在这里标定窑的日产量是5000t/d熟料。1.3.1 窑的年利用率不同窑的年利用率可参考以下参数：湿法窑 0.90；传统干法窑 0.85；机立窑 0.80.85；悬浮预热窑、预分解窑 0.80.82（国外0.85）。所以年利用率 =310/365=0.851.3.2烧成系统的生产能力： 熟料的小时产量： 熟料的日产量： 熟料的年产量：Qy 8760 =1551002t/y1.3.3 确定窑的台数：利用公式n= 计算台数式中：n窑的台数Qy要求的熟料年产量（t/年）Qhl所选窑的标定台时产量（t/台时）窑的
19、年利用率 所以n=1.00016台故选用一台第二章 配料计算2.1配料及物料平衡计算基本条件：1）采用窑外分解窑生产熟料；2）物料参数见表13；3）要求熟料三个率值：KH=0.890.01、SM=2.700.10、IM=1.600.10；4）单位熟料热耗：3000kJ/kg；5）生产损失：生料按1%计算，其它按3%计算。表21 原燃料化学成分（%）名称烧失量SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgO其 它石灰石41.273.471.130.4752.400.650.61100.00粘土4.7675.1212.364.151.020.781.81100.00铁粉0.3516.122.2069.41
20、5.752543.63100.00煤灰51.8833.573.124.460.616.36100.00表22 进厂原燃料水分及粒度物料名称石灰石粘土铁粉原煤水分（%）11445粒度（mm）6004010100表23 煤的工业分析挥发分固定碳灰 分热 值25.00%46.15%25.82%23031kJ/kg2.2假设原料配比石灰石:粘土:铁粉=0.839:0.146:0.0152.2.1 计算白生料化学成分表24 生料量名称烧失量二氧化硅三氧化二铝三氧化二铁氧化钙氧化镁其他合计石灰石34.632.910.950.3943.960.550.5183.9粘土0.6910.971.800.610.1
21、50.110.2614.6铁粉0.010.240.031.040.090.040.051.5白生料35.3314.122.782.0444.200.700.821002.2.2 计算灼烧基生料化学成分灼烧基成分=A/(100-L)=A/(100-35.33)名称SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgO其 它合计成分21.834.313.1668.341.081.281002.2.3 计算熟料标准煤耗表25煤的工业分析挥发分固定碳灰 分热 值25.00%46.15%25.82%23031kJ/kg单位熟料热耗:3000kj/kg标准煤耗=熟料热耗/煤热值=3000/23031=0.130259K
22、g煤/Kg熟料2.2.4 计算煤灰掺入量GA=P*A*S/100=0.130259*25.82%*100/100=3.363287%( 其中A:煤收到基灰分含量（%）；S：煤灰沉落于熟料中的百分率（%），一般取100 )2.2.5计算熟料化学成分（%）表26熟料量成分二氧化硅三氧化二铝三氧化二铁氧化钙氧化镁其他合计灼烧生料0.96636721.834.313.1668.341.081.2896.6367煤灰0.0336331.741.130.100.150.020.213.3633熟料123.575.443.2668.491.101.491002.2.6计算率值KH=（CaO-1.65Al2O
23、3-0.35Fe2O3）/2.8SiO2=0.882(0.890.01)SM=SiO2/( Al2O3+ Fe2O3)=2.71 (2.700.10)IM= Al2O3 /Fe2O3=1.67(1.600.10)经验算满足设计要求，可取第三章 总平面布置和工艺流程工厂总平面设计的任务，是根据厂区地形，进出厂物料运输方向和运输方式，工程地址，电源进线方向等，全面衡量，合理布置全厂所有建筑物，构筑物，铁路，道路以及地下和地上工程管线的平面和竖向的相互位置，使之适合于工艺流程，并与场地地形及绿化，美化相适应，保证劳动者有良好的劳动条件，从而使工厂组成一个有机的生产整体，以使工厂能发挥其最大的生产效能
24、。现代化的水泥企业，从生产所需原料的机械化开采起，经过一系列的运输和加工，到水泥的包装或散装输出为止，系一级其复杂而科学的生产过程，故其总平面图设计必须处理许多复杂的技术问题。而总平面设计的合理与否，对工厂的建设，生产以及将来的发展都有直接而深远的影响。因此，工厂的主管部门和设计等建筑单位都必须十分重视平面布置的设计。3.1 水泥总平面设计的步骤在两阶段设计中，工厂总平面图设计亦按初步设计及施工图设计两阶段进行。每个设计阶段又分为资料图和成品图两个步骤进行工作。现将各阶段工作分别叙述如下：3.1.1初步设计（1）工厂总平面轮廓图（资料图）工艺专业人员根据与有关专业人员商定的各项建筑物设想的外形
25、轮廓尺寸，并结合所选厂址的厂区地形，主导风向，铁路专用线及公路布置，电源等具体条件，绘出生产车间总平面轮廓资料图。在布置过程中应考虑厂内外道路及预留各种管线位置。（2）工厂总平面图（初步设计成品图）在调整、补充、完善工厂总平面轮廓图的基础上，绘制工厂总平面布置图，作为初步设计主要附图之一，由总图专业人员完成。3.1.2施工图设计（1）工厂总平面资料图（2）工厂总平面布置施工图： 竖向布置图：具体表示厂区设计标高的关系和边坡处理。 土方工程图：具体表示厂区场地平整土石方的调拨和工程量。 铁路专用线施工图：表示铁路专用线坐标、标高、桥涵、纵横剖面等施工要求。 厂区道路及雨水排除施工图。 管线汇总施
26、工图：表示厂区内地上、地下各种管线的关系位置。3.2 工艺设计的基本原则和程序3.2.1 工艺设计的基本原则 根据计划任务书规定的产品品种、质量、规模进行设计。 主要设备的能力应与工厂规模相适应。 选择技术先进、经济合理的工艺流程和设备。 全面解决工厂生产，厂外运输和各种物料的储备关系。 注意考虑工厂建成后生产挖潜的可能和留有工厂发展的余地。 合理考虑机械化、自动化装备水平。 重视消音除尘，满足环保要求。 方便施工、安装，方便生产、维修。3.2.2 工艺流程简介水泥生产过程可概括为生料制备、熟料煅烧、水泥粉磨。生产方法依生料制备方法不同分为干法和湿法。湿法生产产量低、熟料热好高、耗水量大，逐渐
27、被干法生产取代。干法生产主要包括干法回转窑生产、悬浮预热窑生产、预分解窑生产，其熟料的煅烧大致分为预热、分解及烧成三个过程。其中窑外分解技术是将水泥煅烧过程中的不同阶段分别在旋风预热器、分解炉和回转窑内进行，把烧成用煤的5060%放在窑外分解炉内，是燃料燃烧过程与生料吸热同时在悬浮状态下极其迅速的进行，时入窑物料的分解率达到90%以上，使生料入窑前基本完成硅酸盐的分解。预热分解窑生产工艺，煅烧系统的热工布局更加合理、窑生产效率高、产品质量好、能源消耗低、窑内衬体寿命长，环境保护诸多方面具有更加优越的性能。表31 工艺设计流程第四章 物料平衡表4.1 计算熟料料耗4.1.1理论料耗HL=（100
28、- GA）/（100-生料烧失量）=1.4942Kg生料/Kg熟料4.1.2实际料耗HS= HL/（1-生产损失）=1.5093Kg生料/Kg熟料4.1.3计算实物煤耗P=P/（1-煤生产损失）=0.134288Kg煤/Kg熟料4.1.4 计算干基实际消耗定额干石灰石=1.550930.839/（1-1%）=1.2791Kg干石灰石/Kg熟料干粘土=0.2226Kg干砂岩/Kg熟料干铁粉=0.0229Kg干铁粉/Kg熟料4.1.5 计算湿基实际消耗定额湿石灰石=1.2791/（1-1%）=1.2920Kg湿石灰石/Kg熟料湿砂岩=0.2226/（1-14%）=0.2588Kg湿砂岩/Kg熟料湿
29、铁粉=0.0229/(1-4%)=0.0239Kg湿铁粉/Kg熟料湿原煤=0.1343/（1-5%）=0.1414Kg湿原煤/Kg熟料4.2计算湿物料配合比湿物料总量=湿石灰石+湿粘土+湿铁粉=1.5747表41 湿物料配合比物料名称湿石灰石湿粘土湿铁粉配比%82.0473716.434881.517754.2.1编制物料平衡表：表42 物料平衡表（每年按300天计算，每天24小时）物料名称物料比例水分%生产损失%消耗定额(t/t熟料)物料量t干基湿基干湿时日年时日年石灰石82.05111.281.29266.486395.51918650269.1764601938000粘土16.431410.220.2646.38111333390053.921294388200铁粉1.52410.0230.0244.77114.5343504.98119.535850煤灰530.130.1427.98671.520145029.46707212100第五章
