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1、摘 要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。现代最先进的水泥生产技术就是新型干法预分解窑。预分解窑是在悬浮预热器与回转窑之间增设分解炉，在分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，而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
2、一半以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。为了符合当今水泥行业的发展需求同时也是对大学本科四年所学知识的考查，我选择了“日产5000吨水泥熟料新型干法生产线窑尾系统工艺设计”这个课题作为我的毕业课题。设计范围主要是窑尾系统，通过配料计算、工艺平衡计算等得出结果，并结合实际对主机及附属设备进行选型，进而对各种设备进行工艺布置，对全厂的设备进行简单规划。为了使本次设计各项指标符合国家标准，本次设计的过程和结果完全依据水泥工厂设计规GB502951999；同时设计上参考了德州大坝水泥5000 t/d 熟料生产线、烟台东源5000 t/d 新型干法生产线等国内
3、先进的相近规模生产线，并密切联系了毕业实习以及大学期间的认识实习、生产实习等。在符合最新生产发展要求的基础上，达到最大程度节约资源、能源，做到既降低生产成本又能稳定生产，经济效益和社会效益双赢的可持续生产。关键词：电力系统；烧成系统；配料系统；粉磨系统ABSTRACTCement is one of the most important building materials of the social and economic development, within the coming decades or even a century,Cement is still no substitu
4、te for basic materials, the importance of human civilization is self-evident.Modern most advanced cement production technology is NSP kiln advance decomposition. Pre decomposition kiln is in suspension preheater between decomposing furnace with rotary kiln added, join in calciner in total amount 50%
5、 - 60% of fuel, to make the fuel burning process and raw in the absorption process decompose carbonate state of suspension or boiling condition, thus make rapid decomposition rate of kiln raw from suspension preheater kiln 30 to 40 percent of the increased to 85 percent to 90 percent, the heat load
6、of kiln is reduced greatly, while the prolonging furnace production but can increase exponentially. Compared with suspension preheater kiln individual output, in the same conditions, the decomposition furnace with: small size, covers an area of reduced, manufacturing, transportation and installation
7、 easier, low investment in infrastructure, and because more than half of fuel is in the lower temperature burning in precalciner, produce harmful gases, and reduced the rate of less NOx atmospheric pollution.In order to meet the development needs of the cement industry today and at the same time exa
8、mine the knowledge of university undergraduate course four years, I chose nissan 5000 tons of cement clinker NSP production line preheater system process design this topic as my graduation project. Preheater system design range is mainly by ingredients calculation, craft equilibrium calculation etc,
9、 and actual results to host and affiliated equipments, and selection of equipment, process arrangement of all the equipment simple planning.In order to make the design indexes meet the national standards, the design process and the result completely according to cement factory design rules GB50295-1
10、999; Also on the Texas dam design reference cement 5000 t/d of clinker production line, yantai dongyuan 5000 t/d NSP production line domestic advanced production line, and similar scale close contact and graduation practice during the internship, university of understanding of the production and pra
11、ctice, etc. In compliance with the requirements of the development of the latest production, achieve maximum based on conservation of resources, energy and to meet both reduce production cost and stable production, economic benefit and social benefit win-win sustainable production.Key words： Electri
12、c power system；Firing system；Batching system；Griding system目 录摘要.IABSTRACT.II1 前言.12建厂基础资料.42.1 设计题目.42.2建厂条件.42.3原始数据.42.3.1原燃料化学成分.42.3.2原、燃料水分.52.3.3烟煤的工业分析.52.3.4烟煤的元素分析.52.3.5生产方法和窑型的选择.53 全厂工艺平衡计算 .73.1配料计算.73.1.1应用基低位发热量.73.1.2三个率值的选择.73.1.3煤灰沉落率的计算. 83.1.4熟料化学成分的要求. 83.1.5以100kg干熟料为基准列累加试凑表.
13、 .83.1.6干原料料耗的计算. .93.1.7生料干原料配合比的计算. .93.1.8生料湿原料配合比的计算. .93.2物料平衡计算.103.2.1物料平衡计算在设计中的作用. 103.2.2参数选择及窑规格的确定. 103.2.3全厂物料平衡计算. 113.2.4原、燃料需要量的计算及物料平衡表.134工艺设备选型与计算.164.1工艺设备选型与计算的目的.164.2. 设备选型 . .174.2.1石灰石破碎设备的选型. .174.2.2生料闭路磨的设备选型184.2.3回转窑选型. 184.2.4烘干机设备的选型. .194.2.5煤磨的选型. .204.2.6水泥磨的设备选型.
14、.214.2.7包装机的设备选型. .224.2.8主机平衡表见表. .224.3 堆场（棚）的选型设计234.3.1石灰石预均化堆场的计算 . 244.3.2砂岩预均化堆场的计算. 254.3.3湿铁粉、铝土矿联合堆棚. . 264.3.4煤预均均化堆场的计算. 264.3.5石膏露天堆场. .274.4储库的选型计算. 284.4.1石灰石配料库. 294.4.2 矿渣露天堆场计算. 304.4.3 石膏露天堆场计算. 304.4.4 生料均化库的计算. 304.4.5 熟料库的选取与计算. 304.4.6 水泥配料库的计算. 314.4.7 水泥库的选取与计算. 30 4.5 全厂工艺流
15、程.345 烧成车间设计. .355.1 确定工艺流程.355.2 回转窑规格参数确定.365.3 窑尾系统选型.36 5.3.1 悬浮预热器. .36 5.3.2 分解炉. .365.4 窑系系统物料平衡36 5.4.1 收入物料.38 5.4.2 支出物料.415.5 窑尾系统热平衡计算44 5.5.1 收入热量.455.5.2 支出项目.465.6 窑尾系统烟气平衡计算48 5.6.1 选定相关系数.485.6.2 系统各部位烟气量计算.495.7 窑尾设备及其尺寸确定. .515.7.1 分解炉尺寸规格计算.515.7.2 旋风预热器规格计算.52 5.8 窑尾附属设备选型.55 5.
16、8.1 窑尾高温风机选型计算.555.8.2 增湿塔选型计算.565.8.3 窑尾电收尘.575.8.4 窑尾废气排风机.575.8.5 排气烟囱选型计算.57参考文献.58致谢.59附录.601 前言水泥与钢材、木材、塑料为四大工程基础材料，而水泥以其数量大、用途广、耐久性强和具备许多其它材料不可取代的性能而处于非常重要的地位，素有“建筑工业的粮食”之称。生产水泥虽然需要比较多的资源，但是水泥与砂、石等集料所制成的混凝土则是一种低能耗型建筑材料，因此水泥工业的发展对保证国家建设的顺利进行具有十分重要的作用。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。
17、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。 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结，八十年代初我国自行设计了
18、700t/d熟料生产线的预分解窑成套设备，并组织了2000t/d熟料预分解窑干法生产线成套设备的设计、制造和建设。二十世纪八十年代末，我国已建成二十多套2000t/d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2000t/d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4000t/d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
19、吨，7年增长约8000万吨，平均年增长1140万吨；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。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7.5亿吨，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
20、与世界先进水平差距较大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现后
21、，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1。预分解窑是在悬浮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
22、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。图1.1 预热器和分解炉水泥工厂的设计是一项复杂的系统工程，涉及专业多，知识面广，其生产又具有连续化，各环节相互制约，故设计时，对生产技术配套设备等的选择，要选择最佳方案，统筹安排。尽量选取国内先进的工艺和设备，力求做到工艺先进，流程顺畅，设备选型合理，技术指标先进可行。毕业设计是工艺专业的学生在学完全部课程后，模拟工艺设计的基本内容而进行的一次实际的训练。它有助于培养学生综合运用该学科基本理论、基本技能和专业知识，
23、结合生产实际，提高分析和解决问题的能力，它有助于培养学生理论联系实际，注重调查研究的良好作风，提高查阅文件资料，处理数据和识图、绘图技术水平，为今后的学习和工作打下良好的基础。2建厂基础资料在正式开展设计前，设计单位应注意收集有关的设计基础资料和设计资料，为顺利进行设计创造条件。2.1 设计题目四川某地5000t/d熟料新型干法水泥厂烧成窑尾系统工艺设计2.2 建厂条件（1）建厂地点：四川省（2）当地气象资料：主导风向：西北风；最大风速：9m/s；全年最大降雨量：750mm；日最大降雨量：300mm；最大积雪：250mm；全年最高温度：40；最低温度：-14；月平均温度：最热：30；最冷：-5
24、。（3）厂址的自然条件：厂区地形：平坦无建筑物；地耐力：200kpa。（4）矿山资源，各种原料燃料的来源、距离、数量及运输方式： 石灰石 附近本矿山，本厂开采，储量丰富 汽车运输进厂 矿渣 某矿场 火车运输进厂 炉渣 钢铁厂 火车运输进厂 石膏 石膏厂 汽车运输进厂 煤 攀枝花 火车运输进厂 电源水源：电源可靠，水源充足； 交通运输：交通便利，公路、铁路临近厂；产品供销：供销散装 60，包装 40，销往省内，销路广（5）全厂生产规模、产品各种标号: 工厂生产熟料5000 t/d，产品品种32.5#水泥50%和42.5#水泥50%。 （6）生产方法：新型干法。2.3原始数据2.3.1原燃料化学成
25、分17表2.1 原、燃料化学成分表物料名称组成(%)烧失量SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3石灰石42.021.931.080.5753.450.960.27砂岩2.9284.277.612.340.280.560.040.06铁粉1.7324.646.1562.332.772.821.41铝土矿5.1822.3055.123.5412.810.800.060.07煤灰49.1628.7914.675.521.350.61石膏39.522.3.2原、燃料水分表2.2 原燃料水分表物料名称石灰石砂岩铁粉铝土矿矿渣石膏烟煤天然水分（%）0.921.085.383.5726.431.19
26、5.802.3.3烟煤的工业分析资料表2.3 烟煤工业分析表组 分WfAfVfCfQfDw（kJ/kg）含量（%）1.7421.9822.7655.67232802.3.4烟煤的元素分析表2.4 烟煤元素分析表组分WyAyHySyOyNyCyQyDWkJ/kg含量（%）5.5025.063.400.294.551.4457.08224252.3.5生产方法和窑型的选择根据设计任务、建厂条件，本着尽量采用新技术新工艺，降低能耗，提高产量的方针，本次设计的窑型选择为窑外预分解窑。预分解窑是最新的水泥煅烧工艺，目前在国内已经得到广泛的应用，其特点如下2：(1)窑外预分解窑与其他窑型相比有许多优点：预
27、分解窑熟料单位热耗低，单机生产能力大，并可利用窑的余热烘干物料。虽然其电耗略高，但其综合能耗低于其他窑。生产的熟料的质量得到了保证，增强了新型干法生产时，原料及燃料的适应性。与产量相同的其他窑型相比，预分解窑的设备较轻，占地面积较小，其建设投资较省。延长了窑的衬料寿命及运转周期。利于旧窑的技术改造，也有利于新窑的建造。干法厂在环境污染方面有了很大的改善。(2)预分解窑也存在以下的不足：厂内高大建筑多，对地耐力要求较高，一般25t/m2。预分解窑对原燃料中碱、氯、硫含量也有一定的要求，含量高时易结皮。预分解窑对生产管理人员的素质要求较高。总之，预分解窑是以后水泥生产工业的发展方向。随着时间的推移
28、，他会越来越完善。3全厂工艺平衡计算3.1配料计算 水泥的性能和质量取决于熟料的矿物组成，而熟料的矿物组成取决于熟料的组分，熟料的组分又与生料的成分密切相关。因此，适合的生料成分是水泥生产的关键。通常，一种原料的成分很难满足需要，必须将几种原料按一定的比例混合，才能满足煅烧熟料所用生料成分的要求。求各种原料配合比的过程叫做配料计算。配料计算目的是：生产过程中，经济合理的使用各种原料，确保熟料质量，是煅烧出来的熟料强度高、易烧性好；配制的生料易于粉磨、易于烧成，则水泥生产过程易于控制、管理，便于操作。配料计算的理论依据是物料平衡，即反应物的总质量等于生成物的总质量。熟料组成确定后，即可根据所用原
29、料进行配料计算，求出复合熟料组成的原料配合比。3.1.1应用基低位发热量QDWy,1=(QVf,1+25Wf,1)(100-Wf,1)/(100-Wy,1)-25Wy,1 =(23280+201.74)(100-1.74)/(100-5.50)-255.50=24104.96kJ/kg （3.1）3.1.2三个率值的选择3（1）KH：石灰石饱和系数，实际上表示了数料中与百分含量的比值。KH值一般波动在0.80-0.95之间。KH值越大，则硅酸盐矿物中的比例越高，熟料强度越好，故提高KH值有利于水泥质量，但KH值过高，熟料煅烧困难，必须延长煅烧时间，否则会出现较多f-,影响水泥安定性，同时窑的产
30、量低，热耗高，窑衬工作条件恶化。KH过低时，数料中含量增多，水泥强度发张缓慢，早期强度不高。（2）SM：硅率，表示熟料中硅酸盐矿物与溶剂矿物的比例关系，相应的反应了熟料的质量和易烧性。SM值一般波动在1.7-2.7之间。若SM值过高，则由于高温液相量显著减少，熟料煅烧困难，回转窑不易挂窑皮，且不易形成，导致含量过多而熟料易粉化。但SM值过小，熟料因硅酸盐矿物少而强度降低，而由于液相过多，窑内易结圈，结大块，影响窑的正常操作14。（3）IM：铝率，表示熟料中Al2O3和的质量比，IM值一般波动在0.8-1.7之间。若IM值越高，含量高，煅烧过程中液相黏度大，物料不易烧成，同时会使水泥凝结过快。但
31、IM值过低，虽然液相黏度小，对形成有利，但烧结范围窄，窑内易结大块，不利窑的操作。因此，选择率值时，要创造条件适当提高KH值，并选择与KH值相适应的SM值和IM值。预分解窑硅酸盐水泥熟料率值和热耗的参考范围19：KH：0.860.92；SM：2.22.6; IM:1.41.8热耗：2928.83556.4kJ/kg熟料。根据回转窑煅烧特点及国际先进经验，参考同类型厂家相关数据，采用“两高一中”的的配料方案，即“高硅率、高铝率、中饱和系数”。取KH= 0.890.02；SM=2.40.1 ；IM= 1.50.1 ；热耗：q=3150 kJ/kg熟料3.1.3煤灰沉落率的计算100千克熟料的煤灰掺
32、入量计算: GA=315021.98%100/(23280100)100%=2.97% (3.2)式中:GA-料中煤灰掺入量(%)q-单位熟料热耗 KJ/kgS-煤灰沉降率(%)3.1.4熟料化学成分的要求计算要求熟料化学成分，设=97.50% Fe2O3=/(2.8KH+1)(IM+1)SM+2.6IM+1.35=3.85% (3.3) Al2O3=IMFe2O3=5.78% (3.4) SiO2=SM(Al2O3+Fe2O3)=22.15% (3.5) CaO=-(SiO2+Al2O3+Fe2O3)=66.72% (3.6)3.1.5以100kg干熟料为基准列累加试凑表表3.1 累加试凑表
33、(%)计算步骤SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgO其他合计备注要求熟料成分22.155.783.8565.7297.5煤灰(+2.97)1.4600.8550.4360.1640.0400.015石灰石(+122)2.3551.3180.69565.2091.171(65.72-0.164)/0.5345=122砂岩(+21)17.6971.5980.4910.0590.118(22.15-1.46-2.355)/0.8427=21铁粉（+3.5）0.8620.2152.1820.0970.099(3.85-0.436-0.695-0.491)/0.6233=3.5铝土矿(+3.3)0.7
34、361.8190.1170.4230.026(5.78-0.855-1.318-1.598-0.215)/0.5512=3.3累计成分23.1105.8053.92165.9521.454100.24KH=0.866 SM=2.39IM=1.48砂岩(-1)0.8430.0760.0230.0030.006KH=0.884 SM=2.32IM=1.417热耗=1003150/99.24=3174 kJ/kg熟料累计成分22.2675.7293.89865.9221.44899.24表3.1中，最后一个累计熟料成分即为所配熟料的实际化学成分，备注栏中的三个率值和热耗即为所配熟料的实际率值和热耗，
35、可已十分接近要求值。值得注意的是，累计熟料的合计值不一定非要等于100，只要验算的熟料率值和热耗符合要求即可，但此时熟料成分必须换算成百分数。3.1.6 干原料料耗的计算4-5石灰石=122/99.24100=122.93砂岩=(21-1)/99.24100=20.15铁粉=3.5/99.24100=3.53铝土矿=3.3/99.24100=3.33煤灰=2.97/99.24100=2.993.1.7生料干原料配合比的计算石灰石=122.93/(122.93+20.15+3.53+3.33)=81.97%砂 岩=20.15/(122.93+20.15+3.53+3.33)=13.44%铁 粉=
36、3.53/(122.93+20.15+3.53+3.33)=2.35%铝土矿=3.33/(122.93+20.15+3.53+3.33)=2.22%3.1.8生料湿原料配合比的计算湿石灰石=81.97100%/(100-0.92)=82.73%湿砂岩=13.44100%/(100-1.08)=13.59%湿铁粉=2.35100%/(100-5.38)=2.48%湿铝土矿=2.22100%/(100-3.57)=2.30%总重=82.73+13.59+2.48+2.30=101.13.2物料平衡计算3.2.1 物料平衡计算在设计中的作用物料平衡计算是计算从物料进厂到成品出厂各生产环节需要处理的物
37、料量，包括所有原料、燃料、半成品、成品的量，并表示为小时、日、年需求量，作为确定工厂各种物料需求量、运输量、工艺设备选型和计算储存设施容量的依据。物料平衡计算的依据是：工厂规模、生料各组分配合比、水分消耗定额、水泥各组分配合比、燃料品种和热值、熟料烧成热耗、物料烘干热耗和车间工作制度。3.2.2 参数选择及窑规格的确定窑的熟料产量是物料平衡计算的基准。当工厂的生产规模以水泥年产量表示时，取熟料年产量为基准；当工厂的生产规模以水泥日产量表示时，取熟料周产量为基准。采用前一基准进行物料平衡计算的方法称为年平衡法，采用后一基准进行物料平衡计算的方法称为周平衡法。本次设计采用周平衡法。(1) 计算所需原始数据：熟料日产量：5000t/d生料中各原料配合比：表3.2 生料中各原料配合比表石灰石砂岩铁粉铝土矿煤灰81.97%13.44%2.35%2.22%2.97%物料天然水分：表3.3 物料天然水分表物料名称石灰石砂岩铁粉铝土矿矿渣石膏烟煤天然水分(%)0.921.085.383.5726.431.195.80石膏掺入量e：4%混合材掺入量d:14%各种物料生产损失p:表3.4 各物料生产损失表生产损失石灰石砂岩铝土矿铁粉生料石膏矿渣水泥煤（%）333
