产150万吨新型干法水泥生产线回转窑工艺设计说明书课程设计说明书.doc

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1、湖 北 理 工 学 院课 程 设 计 说 明 书课程名称： 新型干法水泥生产技术与设备 设计题目： 年产150万吨回转窑热平衡计算 专 业： 无机非金属材料工程 班 级： 2010级（一）班 学 号： 201040940141 姓 名： 刘成龙 成 绩： 指导教师（签名）： 姜老师 设计时间： 2012.11.272012.12.7 原始资料 1. 气候条件： （1）当地大气压101.325Kp （2）环境风速 0m/s（3）空气干球温度7 （4）空气相对湿度6 2. 物料的性质及工艺要求 (1)物料化学成分（%） 成分 项目LossSiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3其它合计干生料

2、35.5813.673.552.5942.51.560.55100熟 料020.605.855.0063.912.102.54100煤 灰040.5016.7210.8515.975.425.515.03100(2) 煤的工业分析及元素分析（%）元素分析（%）工业分析（%）发热量QfDW（kJ/kg煤粉)CfHfSfNfOfVfFCfAfWf66.484.080.351.1711.8430.4053.5211.284.8025376(3)熟料矿物组成组分 C3SC2SC3AC4AF含量（）57.0916.087.0515.20（4） 熟料出冷却机温度tLsh=200 （5）如要煤粉温度tr=4

3、0 (6) 一次空气入窑温度ty1k=36 (7)入窑冷却机冷空气温度tk=36 (8)窑头漏风温度tyLOK=36 (9) 入冷却机冷空气量VLK=2.14Nm3/熟料（10） 入窑风量比（%）。一次风:二次风:窑头漏风=29:64:7（11） 燃料比（%）。回转窑(Ky):分解炉(Kf) =47:53（12） 废气出预热器温度tf=370（13） 出预热器飞灰量mfh=0.141kg/kg熟料 (14)电收尘器和增湿塔综合收尘效率为=99.28%（15） 回收飞灰入窑温度tth=50（16） 气力提升泵料风比14.1kJ/Nm3（17） 喂料带入空气温度ts=50 (18)窑尾过剩空气系数

4、y=1.05 (19)分解炉漏风占分解炉燃料燃烧用理论空气量的0.05(20) 分解炉出口过剩空气系数f=1.25(21) 系统热损失QB=540kJ/kg熟料(22) 熟料中燃料灰分掺辱的百分比=100(23) 生料水分Ws=0(24) 冷却机烟囱排出空气温度tpk=220(25) 冷却水带出热量QLs=170kJ/kg熟料(26) 窑的设计产量：年产150万吨目 录前言 4一、物料平衡、热平衡计算 51.1物料平衡计算 51.1.1 收入项目 51.1.2 支出项目 71.2 热量平衡计算8 1.2.1 收入项目 8 1.2.2 支出项目 9二、窑的计算11 2.1.窑的规格11 2.1.

5、1 直径 11 2.1.2 长度 12 2.2 回转窑斜度、转速及功率的计算12 2.2.1 斜度和转速 12 2.2.2 功率 12 2.3 风速核算12 2.3.1 烧成带标准风速 12 2.3.2 窑尾工况风速 13三、主要热工技术参数计算13 3. 1、熟料单位烧成热耗13 3.2、熟料烧成热效率 13 3.3、窑的发热能力 13 3.4、燃烧带衬砖断面热负荷 13四.结语 14五.参考文献 14前 言当前世界水泥工业的发展是以节能、降耗、环保为中心，走可持续发展的道路。与此相适应，水泥设备尤其是回转窑的资源化利用及应用中的环境行为等方面也成为研究的热点。以预分解窑为代表的新型干法水泥

6、生产技术是国际公认的代表当代技术发展水平的水泥生产方法。具有生产能力大、自动化程度高、产品质量高、能耗低、有害物排放量低、工业废弃物利用量大等一系列优点，成为当今世界水泥生产的主要技术。近年来，我国新型干法水泥生产技术得到了飞速发展。尤其是进入21世纪，大批5000t/d熟料新型干法水泥生产线的建成、投产，标志着我国新型干法水泥生产技术已经成熟。目前全国已建成的新型干法水泥生产线约400余条，产能达3亿多吨，占我国水泥总产量的32%以上。回转窑系统作为新型干法水泥生产技术的重要一环，其设计事关水泥的产量和质量。对窑系统的热工计算，确定单位熟料的热耗，有利于分析窑系统的热工技术性能。同时也为优质

7、，高产低耗及节能技改提供科学依据。因此，以新型干法窑（NSP）的设计为契机，加深对水泥工艺相关知识的理解是很有必要的。本次课程设计的题目是：5000t/d熟料带TSD型分解炉的NSP窑设计，设计内容包括窑的规格计算确定、物料平衡计算、热平衡计算、主要热工技术参数计算以及NSP窑的初步设计（1张A1图纸，1张A2图纸）。NSP窑包括预热器系统、分解炉和回转窑，本次设计只需画出回转窑及分解炉下方的烟气室，托轮的的剖面图。一、物料平衡与热量平衡计算基准：1kg熟料，温度：0； 范围：回转窑分解炉预热器1.1 物料平衡计算1.1.1 收入项目(1)燃料总消耗量mr=myr+mFr (kg/kg熟料)(

8、2)生料消耗量、入预热器物料量a.干生料理论消耗量 mgsL=1.5520.175mr (kg/kg熟料） 式中：燃料灰分掺入量，取100。b.出预热器飞灰量 mfh=0.141(kg/kg熟料）c.烟囱飞损飞灰量 mFh=mfh(1-)=0.141(1-0.9928)=0.001(kg/kg熟料）d.入窑回灰量 myhmfhmFh0.1410.0010.14(kg/kg熟料）e.考虑飞损后干生料实际消耗量 mgs=mgsL+mFh=(1.5520.175mr)+0.001(1.5530.175mr )(kg/kg熟料)f.考虑飞损后生料实际消耗量 ms=mgs(1.5530.175mr)1.

9、5530.175mr (kg/kg熟料)g.入预热器物料量入预热器物料量msmyh(1.5530.175mr)+0.14(1.6930.175mr ) (kg/kg熟料)(3)入窑系统空气量燃料燃烧理论空气量V1K0.089Cf+0.267Hf+0.033(SfOf)=0.08966.480.2674.08+0.033(0.3511.84)6.627(Nm3/kg煤)mLkV1K6.6271.2938.569 (kg/kg煤)b.入窑实际干空气量Vyh=yV1Kmr =yV1KKFmr 0.471.056.627mr3.270mr （Nm3/熟料）myh=Vyh 1.2933.270mr 4.

10、229mr （Nm3/熟料）其中一次空气Vy1k=3.270mr0.29=0.948mr （Nm3/熟料） my1k=4.229mr0.29=1.226mr (kg/kg熟料)二次空气量Vy2k3.270mr0.642.093mr （Nm3/熟料） my2k4.229mr0.64=2.707mr (kg/kg熟料)熟料漏风VyLOk3.270mr0.070.229mr （Nm3/熟料） myLOk4.229mr0.070.296mr (kg/kg熟料)c.分解炉从冷却机抽空气量出分解炉混合室过剩空气量(F1)V1Kmr(1.251)6.627mr =1.657mr （Nm3/熟料）分解炉燃料燃

11、烧理论空气量0.53V1KmFr0.536.627mr=3.512mr （Nm3/熟料）窑尾废气过剩空气量(1.051)0.476.627mr0.156mr （Nm3/熟料）分解炉漏风量 VFLOK0.050.536.627mr0.176mr（Nm3/熟料） mFLOKVFLOK= (kg/kg熟料)分解炉冷却机抽空气量VF2k1.657mr+3.512mr 0.156mr 0.176mr 4.837mr Nm3/熟料mF2kVF2k =1.293 4.837mr 6.254mr （Nm3/熟料）d.气力提升泵喂料带入空气量 msh=VLk=（0.1180.012mr)1.293=(0.153

12、-0.016mr) (kg/kg熟料)E.进入冷却机冷空气量 VLk=2.14 （Nm3/熟料）mLk=VLk=2.141.293=2.767 (kg/kg熟料)预热器漏入空气量 （Nm3/熟料） (kg/kg熟料)物料总收入：(kg/kg熟料)1.1.2支出项目(1)熟料msh=1kg（2） 预热器出口飞灰量 (kg/kg熟料)（3） 冷却机烟囱排出空气量（Nm3/熟料）(kg/kg熟料)(4)出预热器废气量a.生料中物理水含量b.生料生成CO2气体量：CO2sCaOsMgOs =42.501.5635.10c.生料中化学水含量H2OSLsCO2s 35.5835.10=0.48d.生料中化

13、合水量（Nm3/熟料）e.生料中分解的CO2msco2=mgsCO2s/100mFh(1.5530.175mr)0.0010.5450.061mr (kg/kg熟料)Vsco2=m3co222.4/440.2770.031mr （Nm3/熟料）f.燃料燃烧生成理论烟气量 Vrco2=mr1.241mr（Nm3/熟料）VrN20.79V1Kmrmr0.796.627mrmr5.244mr （Nm3/熟料）VfH2Omrmr()mr0.517mr（Nm3/熟料）Vfso2=mr mr=0.002mr (Nm3/kg)VrVrco2VrN2VrH2OVrso2(1.1224.8720.4560.00

14、2)mr6.452mr (Nm3/kg)mr=(mLKl)mr(7.961lmr8.704mr (kg/kg)e.烟气中过剩空气量Vk(f1)VLkmr(1.401)6.157mr 2.463mr (Nm3/kg)mkVk1.293=2.4631.2933.185mr (kg/kg) 其中：VkN2=0.79Vk=0.792.463mr1.946mr (Nm3/kg)mkN2VkN21.946mr2.433mr (kg/kg)VkO20.21Vk=0.212.463mr 0.517mr (Nm3/kg)mkO2=VkO20.571mr =0.739mr (kg/kg)f.总废气量Vf=VCO2

15、+VN2+VH2O+VO2+VSO2=(0.2810.072 mr 1.122 mr)(4.872 mr 1.946 mr)(0.0040.001 mr 0.0200.005 mr 0.456 mr)0.517 mr 0.002 mr0.3058.837mr(3)出预热器飞灰量mfh0.100 (kg/kg)1.2 热量平衡计算1.2.1 收入项目(1)燃料燃烧生成热QrRmrQyDW23200mr (kJ/kg)(2)燃料带入显热QrmrCrtrmr1.15460=69.240mr (kJ/kg)(060时熟料平均比热Crl.154kJ/kg)(3)生料带入热量Qs=(mgsCs+mwsCw

16、)ts(1.5600.401mr)0.878十(0.0030.001mr)4.1825069.11117.813mr (kJ/kg)(050时，水的平均比热Cw4.182KJ/kg，干生料平均比热Cs0.878kJ/kg)(4)入窑回灰带入热量 QyhmykCyhtyh 0.1000.836504.180 kJ/kg(050时，回灰平均比热Cyh0.836kJ/kg)(5)空气带入热量a.入窑一次空气带入热量Qy1kVy1kCy1kty1k 0.10VykCy1kty1k 0.102.586mr1.29825 8.39mr (kJ/kg)(025时，空气平均比热Cy1k1.298KJ/Nm3.

17、)b.入窑二次空气带入热量Qy2kVy2kCy2kty2k0.85VykCy2kty2k 0.852.586mr1.40311003392.3mr (kJ/kg)(01100时，空气平均比热Cy2k1.403kJ/Nm3)c.入分解炉二次空气带入热量QF2kVF2kCF2ktF2k 4.310mr1.403900 5442.2mr (kJ/kg)(0900时，空气平均比热CF2k1.403kJ/Nm3.)d.气力提升泵喂料带入空气量 Vsk=(ms+msh)/14.4=(1.693-0.175mr)/14.4=(0.118-0.012mre.系统漏风带入热量QLOK=VLOKCLOKtLOK

18、=1.299mr1.2982542.153mr (kJ/kg) (025时，空气平均比热CLOK1.298kJ/Nm3)总收入热量QzsQrRQrQsQykQy1k+Qy2kQF2kQskQLOK24200mr69.240mr(69.11117.813mr)4.1808.39mr3392.3mr 5442.2mr0+42.253mr 73.29133136mr (kJ/kg)1.2.1支出项目(1)熟料形成热 Qsh=109+30.04CaOk+6.48Al2O3k+30.32MgOk-17.12SiO2k+1.58Fe2O3k =109+30.0466.67+6.485.38+30.320.

19、58-17.1222.34-1.583.65 =1776kJ/kg(2)蒸发生料中水分耗热量Qss(mwsmks)qqh(0.0030.001mr0.0160.004mr)2380 45.22011.9mr(kJ/kg)(50时，水的汽化热qqh2380kJ/kg)(3)废气带走热量(0.2811.050mr)1.9216.818mr1.319(0.0250.450mr)1.5500.517mr1.3700.002mr1.965330190.924098.5mr(kJ/kg)0340时，各气体平均比热：CCO21.921kJ/Nm3；CN21.319kJ/Nm3；CH2O1.550kJ/Nm3

20、；CO21.370kJ/Nm3；CSO21.965kJ/Nm3 (4)出窑熟料带走热量Qysh1Cshtsh =11.07813601466.1 (kJ/kg)(01360时，熟料平均比热Csh=1.078kJ/kg.)(5)出预热器飞灰带走热量Qfh=mfhCfhtfh =0.1000.895300 26.85 (kJ/kg)(0300时，飞灰平均比热Cfh0.895kJ/kg)(6)系统表面散热损失QB460kJ/kg支出总热量QzcQShQss十QfQyshQfhQB1776(45.22011.9mr)(190.924098.5mr)1466.126.85046039654086.6mr

21、kJ/kg列出收支热量平衡方程式QzsQzc73.29133136mr39654086.6mr求得： mr0.1340 (kg/kg)即烧成1kg熟料需要消耗0.1340kg燃料。求得燃料消耗量后，即可列出物料平衡（表1）和热量平衡表(表2)，并计算一些主要热工技术参数1 物料平衡表单位：kg/kg熟料收入项目kg/kg熟料%支出项目kg/kg熟料%燃料消耗量0.15052.86 出冷却机熟料量1.00019.04入预热器生料量1.66731.72预热器出口飞灰量0.1412.68一次空气量0.1843.50预入器出口废气量2.69351.27入冷却机冷空气量2.76752.65冷却机烟囱排出

22、空气量1.41927.01生料带入空气量0.1502.86合 计5.235100.00系统漏入空气量0.3376.41合 计5.255100.00表2热量平衡表单位：kg/kg熟料收入项目kJ/kg熟料%支出项目kJ/kg熟料% 燃料燃烧热3818.894.85 熟料形成热1750.743.49燃料显热7.00.17出冷却机熟料带走显热165.04.10 生料带入显热68.71.71预热器出口废气带走显热1036.625.75入窑回灰带入显热5.90.15预热器出口飞灰带走显热47.41.18窑头一次空气带入显热6.70.17飞损飞灰脱水及分解耗热0.10.00入冷却机冷空气带入显热99.22

23、.46冷却机烟囱排出空气显热316.17.85 生料带入空气显热7.60.19系统表面散热损失54013.41 系统漏入空气显热12.20.3 冷却水带走热量1704.22合 计4026100.00合 计4026100.00二、窑的计算2.1.窑的规格:2.1.1 直径根据式（1）计算窑有效内径G熟料 （1）其中，G熟料为窑的日产量4110t/d；Di为窑的有效内径为4.015m。根据式（2）计算窑筒体直径 （2）其中，为回转窑用耐火材料厚度230mm。对于直径大于4.0 m的回转窑，其值一般为230 mm。因而D=4.015+20.23=4.475m根据建材行业标准JC331-91，D值取4

24、.5 m，则回转窑有效内径为 4.02m。2.1.2 长度预分解窑的长径比L/D1020，且其长度还应按GB321优先数系列选配。综合最近投产的4110 t/d水泥熟料生产线情况，L值取68 m，此时L/D=15.5。由以上计算结果，回转窑的规格为4.570m。根据国内外实际生产情况，该规格预分解窑产量一般在4000 t/d以上，因而能满足设计要求。2.2 回转窑斜度、转速及功率的计算2.2.1 斜度和转速 预分解窑的斜度一般为3.5%4%，最高转速可达4.5 r/min。根据统计，对于4.572 m的预分解窑，当其斜度为3.5%，转速n为3.8 r/min时，最高产量可达5500 t/d以上

25、。考虑到实际生产中增产的可能性，所设计回转窑的斜度为3.5%，转速为3.8 r/min。2.2.2 功率 回转窑功率可根据式（3）进行计算。 （3） 根据计算，2.3 风速核算2.3.1 烧成带标准风速 一般要求2 Nm/s。=1.42 Nm/s 符合要求=7.95 m/s 符合要求Vyw窑尾烟气量，m3/kg熟料Tyw窑尾温度，VywKy6.452mr+（y-1）6.157 mr =0.404 m3/Kg2.3.2 窑尾工况风速一般要求10 m/s。=7.95 m/s 符合要求Vyw窑尾烟气量，m3/kg熟料Tyw窑尾温度，VywKy6.452mr+（y-1）6.157 mr =0.404

26、m3/Kg三、主要热工技术参数计算3. 1、熟料单位烧成热耗 QrR=mr 0.1340242003242.8 (kJ/kg)3.2、熟料烧成热效率s10010054.773.3、窑的发热能力 Qyr=MyrKymrG0.40.134208.31032420027.02107 (kJ/h)3.4、燃烧带衬砖断面热负荷18.27106 (kJ/m2h)结束语通过这次NSP窑的设计，我在多方面都有所提高，综合运用本专业所学课程的理论知识和生产实际知识进行一次水泥回转窑的设计工作，从而培养和提高了独立工作的能力，巩固与扩充了水泥厂工艺设计概论、新型干法水泥生产技术和设备和工程制图等课程所学的内容，掌

27、握了NSP回转窑设计的方法和步骤，掌握了怎样确定工艺方案，提高了计算能力，绘图能力，熟悉了规范和标准，同时各科相关的课程都有了全面的复习，独立思考的能力也有了提高。在此期间曾碰到过一些困难问题，在查阅相关参考文献及资料，请教老师及同学后，结合所学理论知识，解决了此类问题。在以后的工作和学习中，我会更加努力，争取学好自己的专业课程。做到不仅仅是在理论上，更是在实际生产中应用自己所掌握的知识。由于设计能力有限，在设计过程中难免出现错误，恳请老师们多多指教。参考文献 1 刘志江新型干法水泥技术北京：中国建材工业出版社，2005 2 黄书谋，谭仲明第6届全国新型干法水泥生产技术交流会论文集北京：中国建材工业出版社，2006 3 严生，常捷，程麟硅新型干法水泥厂工艺设计手册北京：中国建材工业出版社，2007