水泥熟料回转窑设计说明书.docx
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水泥熟料回转窑设计说明书
综合实践2
班级：
无机062
学号：
06
姓名：
磨光阳
日期：
2009-9-25
水泥熟料煅烧制备生产工艺
摘要：
本设计的题目是日产5000吨水泥熟料回转窑初步设计，为满足现代水泥生产线的工艺需求，在生产规模上采用预分解窑生产技术，能够充分利用燃料的热效率、节省原料、降低生产成本，实现水泥生产现代化。
本设计主要包括预热器、分解炉、冷却机系统物料平衡、烧成系统的热平衡计算，主要设备的选型、以及烧成系统的工艺流程和车间工艺布置的设计。
关键词：
初步设计；预分解窑；工艺流程
绪论
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。
一.国内外发展现状
我国自从1975年研究2000t/d新型干法烧成系统以来，水泥生产工艺得到了长足发展，现在2000t/d生产设备已全部国产化，日产4000吨、5000吨新型干法水泥生产技术装备国产化率达到95%以上,日产8000吨水泥熟料生产线和日产10000吨水泥熟料生产线装备只需少量关键件进口。
随着“八五”期间“日产4000吨水泥装备国产化一条龙”和“九五”期间的技术完善和创新，技术装备水平进一步提高。
“十五”期间,国家又组织实施了日产8000吨和日产10000吨水泥装备国产化项目,彻底改变我国大型水泥技术和装备基本依赖进口的局面。
先进的工艺技术和大型国化装备为我国新型干法水泥加快发和水泥结构调整提供了技术保证，同时也为我国大型水泥技术装备出口定了基础。
国产设备使得水泥项目资大大降低。
在国外，新型干法窑向大型化发展，自动化水平不断提高，单机最大能力已达 12000t/d，吨水泥能耗已降低到90KW•h/t以下，熟料热耗低于2827KJ/kg，劳动生产率（水泥）提高到15000-20000吨/（人·年）。
并且在环境保护方面也做到标准苛刻，在燃料使用方面，在瑞典和美国少数国家里，烧废料比例已达到80%。
二. 设计原则
1．坚持理论联系实际，从实际生产出发，事实求是。
2．设计方案的确定,在技术上做到先进可靠,较大辐度地提高产量、降低能耗。
3．工艺布置合理,生产工艺流程顺畅。
4．本着合理选择工艺过程和厂房位置，尽量选用适合生产要求和低损耗，低污染的设备，注意劳动保护，安全生产，提高劳动生产率。
5．环保设施完善、产品优质节能、成本预算合理。
三. 新型干法回转窑的优化
本设计采用目前国内先进的新型干法生产技术，此项技术开发了系统压损在 4000-4800Pa的高效、低压损的五级旋风预热系统，五旋风预热可以将50℃的生料粉加热到800℃，而且可将窑尾废气从1100℃降低到330℃。
1．选用的分解炉方面NSF分解炉有以下特点：
（1）NSF炉高度增加，从而增加了容积，增加了物料在炉内的停留时间。
并且NSF炉燃料直接喷入三次风中，能够完全燃烧，这样也降低了对燃料固定碳值的要求。
（2）由于喂料一部分在出窑的空气上升烟道中，这样降低了尾气的温度，使废气中碱、硫、氯元素凝聚在生料颗粒上再回窑内，减少了在烟道内的结皮。
2．NSF的不足：
炉的出口是侧面出口，且出口高度大，占分解炉高度1/3左右，容易使炉内产生偏流、短路和形成稀薄生料区。
3．选用的IKN悬摆式冷却机特点：
（1）采用COANDA喷流篦板的水平喷流。
（2）运用空气梁技术的熟料入口分配系统。
（3）单缸液压传动的自调悬摆系统。
（4）液压传动的隔热挡板。
（5）箱式辊式破碎机和气力清除漏料装置。
四. 工艺平衡计算
1. 烧成系统热平衡计算
平衡计算主要包括支出与收入物料，支出与收入热量的平衡。
1）. 原始资料
回转窑热工的目的是确定燃料消耗量，分析煅烧系统内热量收支情况，确定窑的热效率以及寻求降低热耗的途经。
平衡范围：
从冷却机熟料出口到预热器废气出口。
即包括回转窑、冷却机、分解炉和预热器系统。
温度基准：
0℃
物料基准：
1㎏熟料
2）.物料平衡
（1）窑型：
Ф4.8×72带NSF型预分解窑。
（2）物料化学成分（%）见表3-1。
（3）熟料矿物组成见表3-2。
（4）煤粉组成及发热量见表3-3。
（5）熟料出冷却机温度tLsh=200℃。
（6）入窑煤粉温度tr=40℃。
（7）一次空气入窑温度tylk=36℃。
（8）入冷却机冷空气温度tk=36℃。
（9）窑头漏风温度tyLOK=36℃。
（10）入冷却机冷空气量Vlk=2.14Nm3/kg熟料。
（11）入窑风量比（%）一次空气：
二次空气：
漏风=29：
64：
7。
表3－1 物料化学成分（wt%）
项目
烧失量
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
SO3
其它
总和
干生
料
Ls
—
—
35.58
13.67
3.55
2.59
42.5
1.56
—
0.55
100
熟料
Lsh
—
—
—
20.60
5.85
5.00
63.91
2.10
—
2.54
100
飞灰
Lfh
—
—
33.40
14.59
4.09
2.07
41.85
1.87
—
2.13
100
煤灰
LA
—
—
—
—
40.50
16.72
10.85
15.97
5.42
5.51
5.03
100
表3－2 物料化学成分（wt%）
—
C3S
C2S
C3A
C4AF
%
57.09
16.08
7.05
15.20
表3－3 煤粉组成及发热量
元素分析（%）
工业分析（%）
焦渣特性（号）
发热量
Cf
Hf
Sf
Nf
Of
Vf
F.Cf
Af
Wf
—
KJ/㎏煤粉
66.48
4.08
0.35
1.17
11.84
30.40
53.52
11.28
4.80
4
25376
（12）燃料比（%）回转窑：
分解炉=47：
53。
（13）出预热器废气温度tf=370℃。
（14）出预热器飞灰量mfh=0.141㎏/㎏熟料。
（15）电收尘器及增湿塔综合收尘效率η=99.28%。
（16）回收飞灰入窑温度tyh=50℃。
（17）气力提升泵料风比14.4kg/Nm3。
（18）喂料带入空气温度ts=50℃。
（19）窑尾过剩空气系数αy=1.05。
（20）分解炉漏风占分解炉燃料燃烧用理论空气用量的5%。
（21）分解炉出口过剩空气系数αf=1.25。
（22）每级旋风筒漏入空气量为理论空气的5%。
（23）系统散热损失QB=540KJ/kg熟料。
（24）熟料中燃料灰分掺入百分比a=100。
（25）生料中的水份含量ws=0。
（26）冷却机烟囱排出空气温度tpk=220℃。
（27）冷却水带出热量QLS=170KJ/kg熟料。
2 物料平衡计算
1）．收入物料：
（1）燃料消耗量：
mr＝myr+mFr㎏/㎏熟料 （2-1）
（2）生料消耗量：
①干生料理论消耗量：
㎏/㎏熟料（2-2）
②出预热器飞灰量：
mfh＝0.141㎏/㎏熟料（2-3）
③烟囱飞损飞灰量：
mFh＝mfh（1－η）＝0.001㎏/㎏熟料（2-4）
④入窑回灰量：
myh＝mfh－mFh＝0.140㎏/㎏熟料（2-5）
⑤考虑飞损后干生料实际消耗量：
（2-6）
㎏/㎏熟料
⑥考虑飞损后生料（含物理水）实际消耗量：
㎏/㎏熟料（2-7）
（3）入预热器生料量＝ms+myh＝1.693-0.175mr㎏/㎏熟料 （2-8）
（4）空气消耗量
①理论空气用量
＝6.627Nm3/㎏煤粉（2-9）
＝8.569㎏/㎏煤粉（2-10）
②窑头用实际干空气量
由于过剩空气系统αy＝1.05，窑头用燃料占47%，则窑头用实际干空气为：
＝3.270mrNm3/㎏熟料（2-11）
4.299mr㎏/㎏熟料 （2-12）
其中：
一次空气：
Vy1k=3.270mr×0.29=0.948mr Nm3/㎏熟料（2-13）
my1k=4.299mr×0.29=1.226mr ㎏/㎏熟料（2-14）
二次空气：
Vy2k＝mr×0.64＝ Nm3/㎏熟料（2-15）
my2k＝4.299mr×0.64＝2.707mr ㎏/㎏熟料（2-16）
窑头漏风：
VyLok＝3.270mr×0.07＝0.229mrNm3/㎏熟料（2-17）
myLok＝4.299mr×0.09＝0.296mr㎏/㎏熟料（2-18）
③分解炉从三次风管抽风量分解炉出口过剩空气系数：
αF＝1.25
出分解炉过剩空气量：
（αF-1）Vlkmr=（1.25-1）×6.627mr＝1.657mrNm3/㎏熟料（2-19）
分解炉用燃料燃烧理论空气量：
0.53Vlkmr＝0.53×6.627mr＝3.512mrNm3/㎏熟料（2-20）
窑尾废气中过剩空气量：
（1.05-1）×0.47×6.627mr＝0.156mrNm3/㎏熟料（2-21）
分解炉漏风量：
VFlok＝0.05×0.53×6.627mr＝0.176mrNm3/㎏熟料（2-22）
mFlok＝VFlok
＝0.176mr×1.293＝0.228mr㎏/㎏熟料（2-23）
分解炉从三次风管抽风量：
VF2k＝1.657mr×3.512mr－0.156mr－0.176mr＝4.837mrNm3/㎏熟料（2-24）
MF2k＝VF2k×ρk＝4.837mr×1.293＝6.254mr㎏/㎏熟料（2-25）
④旋风预热器系统漏风量（为5级预热器）
VxLok＝0.05×5×Vlkmr=0.05×5×6.627mr=1.657mrNm3/㎏熟料（2-26）
mxLok＝VxLok×ρk＝1.657mr×1.293＝2.142mr㎏/㎏熟料（2-27）
⑤气力提升泵喂料带入空气量：
＝0.118－0.012mrNm3/㎏熟料（2-28）
0.118－0.012mr×1.293＝0.153－0.016mr㎏/㎏熟料（2-29）
⑥进入冷却机冷空气量：
VLk＝2.14Nm3/㎏熟料（2-30）
mLk＝
＝2.14×1.293＝2.767㎏/㎏熟料（2-31）
物料总收入：
mzs＝mr+ms+myh+mylk+mylok+mFlok+mxlok+msk+mLk
＝4.613+4.273mr㎏/㎏熟料 （2-32）
2）．支出物料
（1）出冷却机熟料量：
msh＝1㎏
（2）预热器出口飞灰量：
mfh＝0.141
（3）冷却机烟囱排出空气量：
2.14-6.930mrNm3/㎏熟料（2-33）
=2.767-8.961mr㎏/㎏熟料（2-34）
（4）预热器出口废气量
①生料中的物理水：
Ws＝0
②生料中的化合水
生料中CO2的百分含量：
35.10%（2-35）
生料中化合水的百分含量：
%（2-36）
生料中的化合水量：
＝0.007-0.001mr㎏/㎏熟料（2-37）
=0.009-0.001mrNm3/㎏熟料（2-38）
③生料中分解的CO2：
＝0.545-0.061mr㎏/㎏熟料 （2-39）
=0.277-0.031mrNm3/㎏熟料（2-40）
④燃料燃烧生成的理论烟气量：
＝1.241mrNm3/㎏熟料（2-41）
＝5.224mrNm3/㎏熟料 （2-42）
＝0.517mrNm3/㎏熟料（2-43）
=0.002mrNm3/㎏熟料（2-44）
Vf＝（1.241+5.244+0.517+0.002）mr＝7.004mrNm3/㎏熟料（2-45）
＝9.456mr㎏/㎏熟料（2-46）
⑤烟气中过剩空气量：
Vk=（1.25-1+0.05×5）Vlkmr=3.314mrNm3/㎏熟料（2-47）
其中：
N2
mrNm3/㎏熟料（2-48）
mr㎏/㎏熟料（2-49）
O2
mrNm3/㎏熟料（2-50）
mr㎏/㎏熟料（2-51）
⑥气力提升泵喂料用空气
Vsk＝0.118-0.012mrNm3/㎏熟料（2-52）
msk＝0.153-0.016mr㎏/㎏熟料 （2-53）
其中：
N2
＝0.093-0.009mrNm3/㎏熟料（2-54）
mr ㎏/㎏熟料（2-55）
O2
＝0.025-0.003mrNm3/㎏熟料（2-56）
mr ㎏/㎏熟料（2-57）
废气总量：
＝0.426+10.274mrNm3/㎏熟料 （2-58）
＝0.727+13.644mr ㎏/㎏熟料 （2-59）
物料总支出：
＝4.635+4.683mr ㎏/㎏熟料（2-60）
3. 热量平衡
1）．收入热量：
（1）燃料燃烧热：
＝25376mrKJ/㎏熟料（2-61）
（2）燃料带入显热：
＝46.4mrKJ/㎏熟料（2-62）
（3）生料带入显热：
＝69.9-7.9mrKJ/㎏熟料（2-63）
（4）入窑回灰带入显热：
＝5.9KJ/㎏熟料（3-64） （5）空气带入显热:
①窑头一次空气带入显热：
=57.244mrKJ/㎏熟料（2-65）
②进入冷却机空气带入显热:
＝129.197KJ/㎏熟料（2-66）
③气力提升泵喂料带入空气显热:
＝7.7-0.8mrKJ/㎏熟料（2-67）
④窑头漏风带入显热：
＝0.296mr×1.297×36＝13.820mrKJ/㎏熟料 （2-68）
⑤分解炉漏风带入显热：
＝0.228mr×1.297×36＝10.646mrKJ/㎏熟料（2-69）
⑥旋风预热器系统漏风带入显热：
＝1.714×1.297×36＝80.03mrKJ/㎏熟料（2-70）
热量总收入：
Ｑzs＝QrR+Qr+Qs+Qyh+Qylk+QLk+Qsk+QyLOk+QFLOk+QxLOk
＝212.697+25575.44mrKJ/㎏熟料（2-71）
2）．支出热量
（1）熟料形成热
对于用石灰石和粘土配料的生料，在不考虑碱的影响时，熟料形成热按下列公式计算：
（2-72）
＝1750.7KJ/㎏熟料
（2）出冷却机熟料带走显热：
×0.825×200＝165KJ/㎏熟料（2-73）
（3）预热器出口废气带走显热：
＝229.4+5268.43mrKJ/㎏熟料（2-74）
（4）预热器出口飞灰带走显热：
＝3519.276+3371.23mrKJ/㎏熟料 （2-80）
由收入热量＝支出热量
得212.697+25575.44mr＝3519.276+3371.23mr （2-81）
即 mr＝0.1499㎏/㎏熟料
则可列出物料平
＝0.141×0.909×370＝47.42KJ/㎏熟料（2-75）
（5）飞损飞灰脱水及碳酸盐分解耗热：
＝0.056KJ/㎏熟料（2-76）
（6）冷却机烟囱排出空气带走显热：
=616.7-1997.2mrKJ/㎏熟料（2-77）
（7）系统表面散热损失：
QB＝540KJ/㎏熟料（2-78）
（8）冷却水带走热量：
QLs＝170KJ/㎏熟料（2-79）
热量总支出：
表3-4物料平衡表
收入项目
kg/kg熟料
%
支出项目
kg/kg熟料
%
燃料消耗量
0.1499
2.85
出冷却机燃料量
1.000
19.03
入预热器生料量
1.668
31.75
预热器出口飞灰量
0.141
2.68
一次空气量
0.184
3.50
预热器出口废气量
2.689
51.18
入冷却机冷空气量
2.767
52.67
冷却机烟囱排出空气量
1.424
27.09
生料带入空气量
0.151
2.87
—
—
—
系统漏入空气量
0.334
6.36
—
—
—
合计
5.254
100.00
—
—
—
3）. 熟料单位热耗效率
（1）熟料单位热耗：
0.1499×25376＝3803.9KJ/㎏熟料 （2-82）
（2）窑的热效率：
46.01% （2-83）
表3-5热量平衡表
收入项目
kg/kg熟料
%
支出项目
kg/kg熟料
%
燃料燃烧热
3802.5
93.98
熟料形成热
1750.7
40.26
燃料带入显热
7.0
0.17
出冷却机熟料带走显热
165.0
4.08
生料带入显热
68.7
1.80
预热器出口废气带走显热
1033.6
25.55
入窑回灰带入显热
5.9
0.15
预热器出口飞灰带走显热
47.4
1.17
窑头一次空气带入显热
6.6
0.16
飞损飞灰脱水及分解耗热
0.06
0.00
入冷却机冷空气带入显热
99.2
2.45
冷却机烟囱排出空气显热
317.3
7.84
生料带入空气显热
7.6
0.19
系统表面散热损失
540
13.35
系统漏入空气显热
16.8
0.42
冷却水带走显热
170
4.20
合计
4046
100.00
合计
4046
100.00
五.工艺流程的确定及设备选型
工艺流程设计：
包括工艺流程图设计和工艺流程说明
1 车间工艺流程简述
1）.物料流程:
来自生料均化库的生料经悬浮预热器的C1与C2筒的气体管道加入,随来自C2筒气流进入到C1旋风筒内,经过选粉后进入C2与C3筒的气体管道内,随来自C3筒的气流进入C2旋风筒内。
经过旋风筒后进入C3与C4筒的气体管道内,随来自C4筒的气流进入C3旋风筒内。
经过旋风筒后进入C4与C5筒的气体管道内,随来自C5筒的气流进入C4旋风筒内。
再经过旋风筒后进入分解炉,经分解后随气流进入C5。
接着进入到回转窑,经高温煅烧成水泥熟料后进入篦式冷却机冷却,冷却后的熟料由胶带输送机送至熟料库。
2）.气体流程:
冷却机部分配有大型的风机,不断的吹冷风对来自回转窑的熟料进行冷却,经过热交换的高温气体,一部分经过电收尘由烟囱排出,一部分由专门的三次风管道送至分解炉进行煤粉的燃烧,剩余的一部分气体进入回转窑,配合煤粉燃烧器使煤粉充分燃烧。
窑内的废气由窑尾隧道进入分解炉,用来煤粉的燃烧。
炉内的废气进入C5旋风筒,由管道输送至上一级筒内,如此进行,直到废气进入到C1筒内由专门的气体管道输送到增湿塔。
经过增湿的气体一部分经过电收尘排向大气,一部分输送到生料磨[11]。
3）.车间工艺流程见下图
大气
六.主要设备及附属设备的选型
包括主要窑型及附属设备的选型。
1 窑型选择
预分解技术的特点是在预热器和窑之间增设分解炉，在分解炉中加入占总用量50-60%的燃料，使燃料燃烧发生生料的预热和分解过程，在悬浮或沸腾态下进行。
入窑的生料分解率事达90%左右，因此窑的热负荷大为减轻，而产量却成倍增长。
由于窑的单位容积产量高,窑衬寿命长，在单机产量相同的情况下，窑的体型较小，占地面积减少，制造、运输和安装较易，基建投资较低，且可制造单机产量8000-10000t/d的大型窑,由于一半以上的燃料是在较低温度（900℃左右）下燃烧的，故产生的有害气体NO较小,减少了对大气的污染。
预分解窑的热耗约为3100-3280KJ/kg熟料（740-780KJ/kg熟料），电耗与悬浮预热窑大致相同。
鉴于此，本设计选择了带NSF型预分解窑。
2 预分解窑主要设备的设计计算
1）．回转窑规格计算
（1）回转窑内径：
Di=
（4-1）
式中G—窑每天产量，t/d；
Di—窑有效内径，m；
K—与回转窑型号有关的系数（50～60），本次取K=60
则
Di=
=4.36m（4-2）
根据我国建材行业标准JC333-91，δ为耐火砖最小厚度，与筒体内径有关。
D≥4m时，δ≥220m。
所以取耐火砖的厚度为220mm，
则窑筒体内径D=Di+2δ耐火砖=4.36+2×0.22=4.8m（4-3）
窑长：
取窑长径比为15，则窑长L=4.8×15=72m（4-4）
（2）回转窑功率No=kDi2.5LN（4-5）
式中No—回转窑功率，KW；
Di—窑的有效内径，m；
L—窑长度，m；
N—窑的转速，r/min；取最大转速为3r/min；
K—系数，预分解窑为0.045～0.048，本设计取0.046；
则
No=0.046×KW（4-6）
选用电机时，电机功率N=（1.15～1.35）No。
由于转速取值较大，本次系数可取1.2；
则
N=1.2×394.4=473.3KW（4-7）
（3）窑筒体支承点配置
本设计采取的是3档相同托轮支承装置，使3档支反力尽量相等，以方便设计及节约成本[9]。
①筒体出料端悬臂长（Ⅰ档）
由于窑筒体出料端悬臂长度与窑的冷却带长度有关，也就是第一档支承点尽量远离烧成带最高温度点，对预分窑取≤1.25D比较合适。
LⅠ＝1.25×4.8＝6.0（m）（4-8）
②中间档支承点设置（Ⅱ档）
根据支承点设置时尽可能远离烧成带和一般限定跨度不超过20m，则Ⅱ档支承设置在离出料口6D处：
LⅡ=6×4.8=28.8（m）（4-9）
③筒体进料端悬臂长（Ⅲ档）
一般来说，为了充分利用进料端支承装置支承能力，降低中间档支承的支反力，希望将进料端悬臂长取得更长些。
但是冷端悬臂越长，经长期停窑后，其端部下弯挠度值越大，带来窑尾密封偏摆值越大，对密封工作很不利。
根据回转窑窑尾密封允许偏摆值以及长期的积累经验，进料端悬臂长＜3.3D。
则：
LⅢ=3D=3×4.8=14.4（m）（4-10）
2）．分解炉的设计计算
分解炉将原来主要在回转窑内堆积状态下进行的生料分解过程转移到分解炉内的悬浮状态下进行，从而大大提高了入窑生料的分解率和窑系统的产量，并将原来用于回转窑的部分燃料转移到分解炉内燃烧，从而大大提高了系统的热效率。
（1）分解炉规格的计算
分解炉的确定，主要是根据窑的产量配备恰当型式和规格的分解炉。
分解炉的规格按下面方法计算：
分解炉的有效截面积：
＝18.96㎡（4-11）
分解炉的直筒有效内径:
＝4.91m（
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