5000t新型干法水泥生产线回转窑工艺的设计说明书.docx
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5000t新型干法水泥生产线回转窑工艺的设计说明书
5000t
新型干法水泥生产线回转窑工艺设计
原始资料
、物料化学成分（%）
成分
项目
Loss
Si02
AI2O3
Fe2O3
CaO
MgO
SO3
其它
合计
干生料
35.82
13.23
2.97
2.05
44.62
0.25
0.16
0.90
100
熟料
0
22.34
5.38
3.65
66.67
0.58
0.06
1.32
100
煤灰
0
51.60
31.79
4.14
3.62
0.66
2.29
5.90
100
、煤的工业分析及元素分析（%）
工业分析（%）
Qnet,ar（kJ/kg）
Mar
F.Car
Aar
Var
1.00
44.78
25.56
28.66
24200
兀素分析（%）
Car
Har
Oar
Nar
Sar
Aar
War
60.10
3.96
7.91
0.97
0.35
25.71
1.00
三、热工参数
1、温度。
入预热器生料温度：
50C；入窑回灰温度：
50C；入窑一次风温度：
25C；入窑二次风温度：
1100C；环境温度：
25C；入窑、分解炉燃料温度：
60C；入分解炉三次风温度：
900C；出窑熟料温度：
1360C；废气出预热器温度：
330C；出预热器飞灰温度：
300C。
窑尾气体温度：
1100C。
2、入窑风量比（%）。
一次风（K1）:
二次风（K2）:
窑头漏风（K3）=10:
85:
5。
3、燃料比（%）。
回转窑（Ky）:
分解炉（Kf）=40:
60。
4、出预热器飞灰量。
0.1kg/kg熟料。
5、出预热器飞灰烧失量。
35.20%。
6、各处空气过剩系数。
窑尾，好=1.05分解炉出口0_=1.15预热器出口对=1.40
7、入窑生料采用提升机输送
8、漏风。
预热器漏风量占理论空气的比例K4=0.16;提升机带入空气量忽略；分解炉
及窑尾漏风（包括分解炉一次空气量），占分解炉用燃料理论空气量的比例K6=0.05。
9、袋收尘器和增湿塔综合收尘效率为99.9%。
10、熟料形成热。
根据简易公式（6-20）计算。
11、系统表面散热损失。
460kJ/kg熟料。
12、生料水分。
0.2%。
13、窑的设计产量。
5000t/d。
四、物料平衡与热量平衡计算
基准：
1kg熟料，温度：
0C；范围：
回转窑+分解炉+预热器系统
根据确定的基准和范围，绘制物料平衡图（图1）、热量平衡图（图2）
1.1物料平衡计算
1.1.1收入项目
（1）燃料总消耗量
mr（kg/kg）
其中：
窑头燃料量
myr=忑mr（kg/kg）
分解炉燃料量
mFr=KFmr（kg/kg）
（2）生料消耗量、入预热器物料量
a.干生料理论消耗量
mgsL=
100mrAya=
100Ls
10025.711mr
__10035.82~
=1.558—0.401m「
（kg/kg）
式中：
a—燃料灰分掺入量，取100%
b.出电收尘飞损量及回灰量
mFh=mfh（1—）二0.10x（1—0.999）二0.0001（kg/kg）
myh=mfh—mFh=0.10—0.0001=0.10（kg/kg）
c.考虑飞损后干生料实际消耗量
100Lfh
mgs=mgsL+mFh°100Ls=（1.558—0.401mr）+0.0001
10035.2
10035.82
=1.558
0.401mr
（kg/kg）
d.考虑飞损后生料实际消耗量
ms=mys
100
100ws
=（1.558—0.401mr）x
100
1000.2
=1.561—0.402mr
（kg/kg）
（kg/kg）
X（0.35—
e.入预热器物料量
入预热器物料量=ms+myk=（1.561—0.402mr）+0.100=1.661—0.402mr
（3）入窑系统空气量
燃料燃烧理论空气量
V'lk=0.089Cy+0.267Hy+0.033（Sy—Oy）=0.089X60.10+0.267X3.96+0.033
7.91）
=6.157（Nm3/kg煤）
m'Lk=V'LkX1.293=6.157X1.293=7.961（kg/kg煤）
b.入窑实际干空气量
Vyh=ayV'Lkmyr=ayV'LkKFmr=1.05X6.157X0.40mr=2.586mr（Nm3/kg）
myk=1.293XVyk=1.293X2.586mr=3.344mr（kg/kg）
其中入窑一次空气量，二次空气量及漏风量
Vyk1=K1Vyk=0.10Vyk（Nm3/kg）
Vyk2=k2Vyk=0.85Vyk（Nm3/kg）
VL0k1=K3Vyk=0.05Vyk（Nm3/kg）
c.分解炉从冷却机抽空气量
1出分解炉混合室过剩空气量
V1=（aL—1）V‘Lkmr=（1.15—1）X6.157mr=0.924mr（Nm3/kg）
2分解炉燃料燃烧空气量
V2=V'LkmFr=VtkKFmr=6.157X0.60mr=3.694mr（Nm3/kg）
3窑尾过剩空气量
V3=（ay—1）V'Lkmyr=（ay—1艸丘0口尸（1.05—1）X6.157X0.40mr=0.123mr（Nm3/kg）
4分解炉及窑尾漏入空气量
V4=K6V'LkmFr=aVUKymr=0.05X6.157X0.60mr=0.185mr（Nm3/kg）
5分解炉冷却机抽空气量
VF2k=V1+V2—V3—V4=0.924mr+3.694mr—0.123mr—0.185mr=4.310mr（Nm3/kg）
mF2k=1.293XVF2k=1.293X4.310mr=5.573mr（kg/kg）
d.气力提升泵喂料带入空气量（忽略）
e.漏入空气量
预热器漏入空气量
V5=QV’Lkmr=0.16X6.157mr=0.985mr（Nm3/kg）
窑尾系统混入空气总量
VLOk2=V4+V5=0.185mr+0.985mr=1.170mr（Nm3/kg）
全系统漏入空气量
（Nm3/kg）
VLok—VLoki+VLok2—0.05X2.586mr+1.170mr=1.299mr
mlok—1.293>A/lok—l.293X1.299mr—1.680mr（kg/kg）
1.1.2支出项目
（1）熟料
msh=1kg
（2）出预热器废气量
a.生料中物理水含量
ws0.2
mws—msX而—（1.563—0.402mr）X100—0.003—0.001mr（kg/kg）
m0.0030.001mr
Vws=0804=0804=0.004—0.001mr（Nm3/kg）
b.生料中化学水含量
mhs—0.00353mysASOs3
—0.00353X（1.560—0.401mr）
X3.03—0.016—0.004mr
（kg/kg）
d0.0170.004mrn
Vhs=0.804=0^804—0.020—0.005mr（Nm3/kg）
C.生料分解放出CO2气体量：
Mco2Mco24444
CO2—CaOsMCaO+MgOsMMgo=44.62X-56+0.25X^40.3—35.33
msco2=mgsC02
Lfh
35.3335.20
—mff1QQ—（1.558—0.4006mr）X〔血一0.0001X〔皿
—0.550—0.142mr
（kg/kg）
s
mco20.5500.142mr
Vsco2=1977=1977—0.278—0.072mr（Nm3/kg）
d.燃料燃烧生成理论烟气量
r22.4Cy22.4、，60.103„、
Vrco2=币100mr—700x^00mr—1.122mr（Nm3/kg）
22.4Ny22.40.97
VrN2—0.79V1LKm「+28loomr—0.79>6.157mr+28>700mr—4.872mr
（Nm3/kg）
VrH20—2
22.4><100mr+
22.4Wy,22.43.9622.41.003„、
18>100mr—（2>100+18>100）mr—0.456mr（Nm/kg）
Vrso2=警
x^mr—彎>^mr=0.002mr（Nm3/kg）
Vr—Vrco2+VrN2+VrH2O+Vrso2—（1.122+4.872+0.456+0.002）mr—6.452mr
（Nm3/kg）
A
mr=（m'lk+l—100）mr—（7.961+l—
25.71
100
mr—8.704mr
（kg/kg）
e.烟气中过剩空气量
（Nm3/kg）
Vk—（af—1）V‘Lkmr—（1.40—1）x6.157mr—2.463mr
mk—Vkx1.293=2.463X1.293—3.185mr（kg/kg）
其中：
VkN2=0.79Vk=0.79X2.463mr—1.946mr（Nm3/kg）
kk2828
mkN2—VkN2x224—1.946x-^mr—2.433mr（kg/kg）
VkO2—0.21Vk=0.21X2.463mr—0.517m「（Nm3/kg）
3232
mkO2=VkO2x224—0.571x22^mr=0.739mr（kg/kg）
f.总废气量
Vf=vCO2+VN2+VH2O+V02+VSO2
=（0.281—0.072mr+1.122mr）+（4.872mr+1.946mr）+（0.004—0.001mr+0.020
—0.005mr+0.456mr）+0.517mr+0.002mr—0.305+8.837mr
（3）出预热器飞灰量
mfh—0.100（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
QrR=mrQyDw=23200mr（kJ/kg）
（2）燃料带入显热
Qr=mQrtr=m/1.154X60=69.240mr（kJ/kg）
（0〜60C时熟料平均比热Cr=l.154kJ/kg
（3）生料带入热量
Qs=（mgsCs+mwsCw）ts=[（1.560—0.401mr）X0.878十（0.003—0.001mr）X4.182]X50
=69.111—17.813mr（kJ/kg）
（0〜50C时，水的平均比热Cw=4.182KJ/kgC,干生料平均比热0.878kJ/kg）
（4）入窑回灰带入热量
Qyh=mykCyhtyh=0.100X0.836X50=4.180kJ/kg
（0〜50C时，回灰平均比热Cyh=0.836kJ/kgC）
（5）空气带入热量
a.入窑一次空气带入热量
Qy1k=Vy1kCy1kty1k=0.10VykCy1kty1k=0.10X2.586mrX1.298><25=8.39mr（kJ/kg）
（0〜25C时，空气平均比热Cy1k=1.298KJ/Nm3.C）
b.入窑二次空气带入热量
Qy2k=Vy2kCy2kty2k=0.85VykCy2kty2k=0.85>2.586mr>1.403>1100=3392.3mr
（kJ/kg）
（0〜1100C时，空气平均比热Cy2k=1.403kJ/Nm3•C
c.入分解炉二次空气带入热量
QF2k=VF2kCF2ktF2k—4.310mr>1.403^900=5442.2mr（kJ/kg）
（0〜900C时，空气平均比热CF2k=1.403kJ/Nm3「C）
d.气力提升泵喂料空气带入热量（忽略）
e.系统漏风带入热量
Qlok=VlokCloMlok=1.299mrX1.298X25=42.153mr（kJ/kg）
（0〜25C时，空气平均比热Clok=1.298kJ/Nm3•C
总收入热量
Qzs—QrR+Qr+Qs+Qyk+Qy1k+Qy2k+QF2k+Qsk+QlOK
—24200mr+69.240mr+（69.111—17.813mr）+4.180+8.39mr+3392.3mr
+5442.2mr+0+42.253mr
—73.291+33136mr（kJ/kg）
1.2.1支出项目
（1）熟料形成热
Qsh=109+30.04CaOk+6.48AI2O3k+30.32MgOk-17.12SQ2k+1.58Fe2O3k
=109+30.04X66.67+6.48X5.38+30.32X0.58-17.12X22.34-1.58X3.65
=1776kJ/kg
（2）蒸发生料中水分耗热量
Qss—（mws+mks）qqh—（0.003—0.001mr+0.016—0.004mr）X2380
—45.220—11.9mr（kJ/kg）
（50C时，水的汽化热qqh—2380kJ/kg）
（3）废气带走热量
Qf（VcO2CcO2Vn2Cn2Vh2oCh2oVo2Co2VsO2CsC2）tf
—[（0.281+1.050mr）X1.921+6.818mrX1.319+（0.025+0.450mr）X1.550+0.517mr
X1.370+0.002mrX1.965]X330
=190.92+4098.5mr（kJ/kg）
[0〜340C时，各气体平均比热：
Cco2=1.921kJ/Nm3「C；Cn2=1.319kJ/Nm3「C；Ch2o=1.550kJ/Nm3「C；
C02=1.370kJ/Nm3・C；Cso2=1.965kJ/Nm3・C
（4）出窑熟料带走热量
Qysh=1xCshtsh=1X1.078X1360=1466.1（kJ/kg）
（0〜1360C时，熟料平均比热Csh=1.078kJ/kg.C）
（5）出预热器飞灰带走热量
Qfh=mfhCfhtfh=0.100X0.895X300—26.85（kJ/kg）
（0〜300C时，飞灰平均比热Cfh—0.895kJ/kg•^
（6）系统表面散热损失
Qb—460kJ/kg
支出总热量
Qzc—Qsh+Qss十Qf+Qysh+Qfh+Qb
—1776+（45.220—11.9mr）+（190.92+4098.5mr）+1466.1+26.850+460
—3965+4086.6mrkJ/kg
列出收支热量平衡方程式
Qzs—Qzc
73.291+33136mr—3965+4086.6mr
求得：
mr—0.1340（kg/kg）
即烧成1kg熟料需要消耗0.1340kg燃料。
二、窑的计算（带NC-SST-I分解炉的预分解窑）
2.1.窑的规格：
2.1.1直径
根据式
（1）计算窑有效内径
314
G熟料63.5D/
（1）
其中，G熟料为窑的日产量t/d；Di为窑的有效内径，m。
取G熟料=5000t/d，可计算出Di=4.242m。
根据式
（2）计算窑筒体直径
DDi2
（2）
其中，3为回转窑用耐火材料厚度，mm。
对于直径大于4.0m的回转窑，其值一般为
230mm。
因而
D4.24220.234.72m
根据建材行业标准JC331-91，D值取4.8m，则回转窑有效内径为4.34m。
2.1.2长度
预分解窑的长径比L/D-10~20，且其长度还应按GB321优先数系列选配。
综合最近投产的5000t/d水泥熟料生产线情况，L值取72m，此时L/D=15。
由以上计算结果，回转窑的规格为©4.8X72m。
根据国内外实际生产情况，该规格预分解窑产量一般在5000t/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4.5r/min。
根据统计，对于©4.8
X72m的预分解窑，当其斜度为3.5%，转速n为3.8r/min时，最高产量可达5500t/d以上。
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3.8r/min。
2.2.2功率
回转窑功率可根据式（3）进行计算
No0.03Di3n075L（kW）
根据计算，No0.0343433.807572
2.3风速核算
2.3.1烧成带标准风速
一般要求＜2Nm/s。
1000GVyk
Wjy-=1.42Nm/s
—Di23600
4
符合要求
1000GVyw273Tyw
Wyw=7.95m/s
-D：
3600273
4
Vyw窑尾烟气量，m3/kg熟料
Tyw――窑尾温度，C
rk
Vyw=VyVy=Ky6.452mr+（ay-1）6.157mr
=0.404m3/Kg
480574kW
符合要求
2.3.2窑尾工况风速
一般要求＜10m/s。
1000GVyw273Tywwyw=7.95m/s
2273
—Di3600
4
Vyw窑尾烟气量，m3/kg熟料
Tyw――窑尾温度，C
rk
Vyw=VyVy=Ky6.452mr+（ay-1）6.157mr
符合要求
=0.404m3/Kg
三、主要热工技术参数计算
3.1、熟料单位烧成热耗
Qy
QrR=mrQDW
=0.1340X24200=3242.8（kJ/kg）
3.2、熟料烧成热效率
Qsh1776
QrRX100%=32428X100%=54.77%
3.3、窑的发热能力
Qyr=Myr
qDw
=KymrG
qDw
=0.4X0.134X208.3X103X24200=27.02X107
（kJ/h）
3.4、燃烧带衬砖断面热负荷
qA
Qyr
Di2
27.02107
0.7854.342
=18.27X106
（kJ/m2h）
参考文献
1、李海涛.新型干法水泥生产技术与设备[M].化学工业出版社，2006.01
2、严生.新型干法水泥厂工艺设计手册[M].中国建材工业出版社
3、金容容.水泥厂工艺设计概论[M].武汉理工大学出版社，1993.05
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