日产2500吨水泥熟料生产线熟料冷却系统设计毕业设计说明书.docx

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日产2500吨水泥熟料生产线熟料冷却系统设计毕业设计说明书

日产2500吨水泥熟料生产线熟料冷却系统设计

设计总说明

随着我国现代工业的急速进展带动了建筑工业的快速进展，从而要求水泥工业以一样的速度进展，以知足建筑工业的进展要求。

水泥生产工艺中最重要的就是熟料的烧成、熟料的冷却和水泥的粉磨[1]。

现代的水泥生产技术以新型干法技术最为先进，在新型干法水泥生产中熟料的冷却技术是生产工艺中的一个重要的环节，这一环节是提高那个生产系统生产能力的重中之重，若是冷却机的效率跟不上回转窑的生产能力则整个生产系统的生产能力也就只能屈就篦冷机的生产能力而降低。

本设计的内容就是利用现代水泥工业中最先进的第三代篦冷机来设计一个先进的冷却系统以达到冷却熟料的同时最大限度的回收利用冷却熟料是产生的热量，以达到现代工业中节能减排的要求。

再加上电收尘器的作用，回收余风中的熟料粉尘回收熟料的同时达到保护环境的作用，以达到生态生产的目的。

关键词：

新型干法熟料冷却余热回收节能减排

Designspecificationofclinkercoolingsystemforcementplantwithclinkeroutputof2500tpd

WiththerapiddevelopmentofChina'smodernindustrydrovetherapiddevelopmentofbuildingindustry，therebyrequiringcementindustrytodevelopatthesamepace，inordertomeettherequirementsofthedevelopmentofconstructionproductionprocessisthemostimportantoftheclinker，cementclinkercoolingandcementproductiontechnologyinnewdryprocesscementproductiontechnologythemostadvanced，innewdryprocesscementproductioncementclinkercoolingtechnologyisintheprocessofanimportantlink，thelinkistoraisetheproductionsystemcapacityisheavy，ifthecoolingmachineefficiencycannotkeepupwiththeproductioncapacityoftherotarykilnistheentireproductionsystemproductioncapacitywillonlygivetheproductioncapacityandreducethegratecontentofthisdesignistheuseofmoderncementindustry'smostadvancedthirdgenerationgratecoolertodesignanadvancedcoolingsystemtoachievecoolingclinkerwhilemaximizingrecyclingcoolingcementclinkeristheheatgeneratedinthemodernindustry，inordertoachieveenergy-savingemissionreductionwiththeelectricdustcollector，recyclingitinclinkerdustrecyclingclinkerandprotectenvironment，soastoachievethepurposeofecologicalproduction.

Keywords:

newdry，clinkercooling，wasteheatrecovery，energysavingandemissionreduction

1绪论

新型干法水泥生产的特点

新型干法水泥生产具有均化、节能、环保、自动控制、长期安全运转和科学管理六大保证体系，是当代高新技术在水泥工业的集成，其特征如下：

（1）生料制备全进程普遍采用现代化均化技术。

使矿山开采—原料预均化—生料粉磨—生料均化进程，成为生料制备进程中完整的“均化链”。

（2）用悬浮预热及预分解技术改变传统回转窑内物料堆积态的预热和分解方式。

（3）采用高效多功能挤压粉磨技术和新型机械粉体输送装置。

（4）工艺装备大型化，使水泥工业向大型化方向进展。

（5）为“清洁生产”和普遍利用废渣、废料、再生燃料和降解有毒有害危险废弃物创造了有力条件。

（6）生产控制自动化。

（7）普遍采用新型耐热、耐磨、隔热、和配套耐火材料。

（8）应用IT技术，实行现代化科学管理等。

[2]

“均衡稳定”：

是提高原料预均化效果的要求；是实现原料配料和烘干粉磨的必须；是保持预分解窑最佳热工制度的前提；是实现生产过程自动化的基础和目的；是提高收尘设备效率的需要；是降解利用二次燃料和废弃物的最佳条件。

“均衡稳固”是新型干法水泥生产进程中最为重要的问题，它不但关系到生产可否正常进行，也直接影响到产品质量、产量、消耗，生产的安全、本钱、效益和环境保护工作。

[3]

新型干法水泥生产的进展

国际水泥技术的进展趋势

新型干法生产技术和装备，具有单位容积产量高、热利用效率好、电耗低、污染小、劳动生产效率高、产品质量稳固、规模经济效益良好等特点，使工厂在生产规模和技术装备上大型化、生产工艺节能化、操作管理自动化、环境保护生态化等方面取得了专门大的进步和进展。

生产规模和技术装备大型化——新型干法技术的进展，使水泥生产装备的单性能力和性能的靠得住性大大提高，而设备的大型化又是实现先进工艺技术的手腕和途径。

目前世界上已有日产10000～12000吨的水泥熟料生产线和600吨/小时以上的生料磨；大型的现代化水泥生产线和生产企业，大大提高了水泥生产效率，降低了生产本钱。

生产工艺节能化——高效低压损预热器，理想流场的预分解炉，超短窑应用，四通道燃烧器，可控制流固定篦床式第四代篦冷机，中低温余热发电，无烟煤资源利用，立磨、辊压机、辊筒磨终粉系统代替传统球磨，高效选粉机利用，机械输送取代气力输送，变频调速代替风门开度等等，在水泥工业生产中推行与应用。

操作管理自动化——计算机控制技术、高速通讯技术、图形动态显示技术的飞速发展，为生产过程实现自动化操作管理提供了方便；DCS集散控制技术，QCS生料质量管理控制系统，原料元素在线质量分析控制系统，回转窑模糊逻辑控制系统，磨机负荷控制系统，窑筒体温度检测系统等得到广泛应用；劳动定员大大地减少。

环保生态化——对水泥工业生产中产生的粉尘和有害气体的排放标准要求将加倍严格，粉尘搜集设备的效率可达到%以上，排放量小于%；而有害气体的排放标准在进展中国家要求小于100毫克/标准立方米，在发达国家已达到了50毫克/标准立方米以下。

[4]

除此之外，在一些发达国家的水泥工业生产中，正在利用废料、垃圾作为燃料、原料或混合材生产水泥，变废为宝，保护生态环境。

[5]

我国新型干法水泥技术的进展趋势

虽然我国的新型干法水泥生产技术已达到国际较先进水平，但就整体上来看，仍是存在专门大的差距。

要想使这一技术取得更大的进步，赶超发达国家的先进水平，就必需做到在尽力提高新型干法生产的水泥所占的比例的同时，继续增强技术研发和信息化建设，鼓励企业自主创新，引进新技术，做好人材培育，不断推行优化设计。

[6]

为此，我国的新型干法水泥生产技术在此后的进展进程中应做好以下几点:

（1）在完善和提高工艺装备和技术的基础上，力求不断的进行优化，通过科学的管理和规范的工程设计施工，进一步降低生产线的建设本钱。

（2）深切研究原料均化技术，进一步扩大对工业废渣和生活垃圾的利用率。

并强化从原材料开采到粉磨前均化的手腕和办法，以减少投资。

（3）加大对辊式磨系统、水泥预粉磨、终粉磨的辊压机和生料辊式磨系统的研发力度，并加速其推行应用进程，降低水泥生产的能耗。

（4）加大对一些关键技术装备的研发力度，如新一代的熟料冷却机和高性能回转窑。

增强对废弃塑料、轮胎、劣质煤的再利用研究，扩大替代燃料和燃料品种的范围。

（5）研发效率更高的能够降低有害气体和粉尘排放浓度的技术，将污染物的排放量控制到最低限度。

（6）进一步优化生产工艺进程，并做好个性化设计，以知足多种功能水泥生产的需要，力求以最低的本钱和能耗，最大限度的知足市场的需求。

（7）在开发专用软件的基础上，研发生产工艺进程的自动化控制软件，并非断的进行推行和应用。

（8）加大对重要技术装备的研发力度，缩短其应用周期，实现高生产率。

（9）增强功能材料及与水泥生产相关的管理方式、产品、仪器、替代材料等的研究和推行应用，以提高装备的综合性能，获取最佳的经济和社会效益。

（10）重视生态化工程的研究、设计和建设，以期实现与环境的自然融合。

[7]

本设计主要的设计内容是新型干法水泥生产工艺中的熟料冷却系统，该系统与悬浮预热系统和回转窑系统紧密结合在一路就是此刻最为先进的悬浮预热分解技术。

本设计的主要内容就是熟料冷却及的计算选型、风机的计算选型、收尘器的选型等。

悬浮预热预分解技术

悬浮预热技术是指低温粉体物料均匀分散在高温气流中，在悬浮状态下进

热互换，使物料取得迅速加热升温的技术。

由于物料悬浮在热气流中，与气接触面积大幅度增加，因此传热速度极快，传热效率很高。

同时，生料粉与在悬浮状态下，均匀混合，燃料燃烧热和传给物料，使之迅速分解

设置旋风预热器的目的就是为了实现其（废气）、固（生料粉）、之间的高效换热，从而达到提高生料温度，降低排出废气温度的目的。

旋风预热器是由若干个换热单元所组成。

每一个换热单元的都是由旋风筒及其联接管道组成。

各个旋风筒之间的联接管道在换热方面起着主要作用，所以被称为“换热管道”。

此技术主如果回收利用熟料冷却时的产生热量。

2设备介绍

熟料冷却机的进展史

水泥熟料冷却机的用途是将回转窑卸出的高温熟料冷却到下游输送及、贮存库，和水泥磨所能经受的温度，同时把高温熟料湿热回收进烧成系统，提高整个烧成系统热效率。

水泥工业的回转窑诞生之初，并无任何熟料的冷却设备，热的熟料倾斜卸于露天堆场自然冷却。

19世纪末期出现了单筒冷却机；大约30年后才开发出多同冷却机；直到20世纪40年代才出现篦式冷却机。

[8]

100连年来，在国际水泥工业科技进步的大潮中，有的不断改良，更新换代，长足进展；有的已经淘汰。

目前，熟料冷却机在水泥工业生产进程中，已经再也不是当初仅仅为了冷却熟料的设备，而在今世预分解要系统中与旋风筒、换热管道、分解炉、回转窑等紧密结合，组成了一个完整的新型水泥熟料煅烧装置体系，成为一个不可缺少的具有多重功能的重要装备。

我国解放后独立自行设计制造熟料冷却机也是走的类似的路，刚解放是恢复东北水泥老厂建设时就采用单筒冷却机；后来在20世纪50年代末期，设计Φ×78m窑时，采用的是多筒冷却机；在20世纪60年代初期，设计Φ×145m湿法长窑和Φ4m×60m立波尔窑时，开始设计各类篦式冷却机，包括振动篦式冷却机，回转篦式冷却机和往复推动篦式冷却机；此刻我国水泥熟料烧成方式已经赶上世界先进水平，采用带分解炉旋风预热器回转窑烧成系统，为知足这种新型干法回转窑烧出熟料的冷却及回收余热要求，设计出新型单筒冷却机、多筒冷却机，第二代、第三代推动篦式冷却机。

[9]

熟料冷却机的功能及其在预热分解窑系统中的作用

（1）作为一个工艺设备，它承担着对高温熟料的骤冷任务。

骤冷可阻止熟料矿物晶体长大，专门是组织C3S晶体长大，有利于熟料强度及易磨性能的改善；同时，骤冷可使液相凝固成玻璃体，使MgO及C3A大部份固定在玻璃体内，有利于熟料的安宁性的改善及抗化学侵蚀性能。

（2）作为热工设备，在对熟料骤冷的同时，承担着对入窑二次风及入炉三次风的加热升温任务。

在预分解要系统中，尽可能地使二、三次风加热到较高温度，不仅可有效地回收熟料中的热量，而且对燃料（专门是中低质燃料）起火预热、提高燃料燃尽率和维持全窑系统有一个优化的热力散布都有着重要作用。

（3）作为热回收装备，它承担着对出窑熟料携出的大量热焓的回收任务。

一般来讲，其回收的热量为1250~1650kJ/。

这些热量以高温热随二、三次风进入窑、炉之内，有利于降低系统煅烧耗热，以低温热形式回收以有利于预热发电。

不然，这些热量回收率差，必然增大燃料用量，同时亦增大系统气流通过量，对于设备优化选型、生产效率和节能降耗都是不利的。

（4）作为熟料输送设备，它承担着对高温熟料的输送任务。

对高温熟料进行冷却有利于熟料输送和贮存。

熟料冷却机的工作原理

单筒冷却机的工作原理

熟料在扬料区被多次扬起，并均匀地抛撒，冷却空气与热熟料进行强烈的热互换。

专门是在低温区，能够通过改善扬料板结构、布置形式和调整筒体的斜度和转速，来增加熟料与冷却空气的接触时刻，控制熟料的移动速度，使熟料内部的热量有充沛的时刻向表面传导，从而对温度较低熟料的热量充分回收。

多筒冷却机的工作原理

该机属于对流缓冷式的冷却装置。

回转窑卸出的高温熟料（料温约为1000～1300℃），分流进入各冷却简，随着窑体的回转而翻动，扬料板将熟料反复提升与撒落，与窑尾排烟机吸入的冷空气流相遇，充分进行热互换，使熟料冷却，被加热的空气作为二次空气进入窑内。

由于简体较短且散热面积大，故二次空气温度一般仅达350～550℃。

、篦式冷却机的工作原理：

热熟料从窑口卸落到篦床上，在往复推动的篦板推送下，沿篦床全长散布开，形成必然厚度的料床，冷却风从料床下方向上吹入料层内，渗透扩散，对热熟料进行冷却。

冷却熟产后的冷却风成为，热端高温热风作为燃烧空气入窑及分解炉（预分解窑系统），部份热风还可作烘干之用。

热风利用可达到热回收，从而降低系统热耗的目的；多余的热风将通过收尘处置后排入大气。

冷却后的小块熟料通过栅筛落入篦冷机后的中；大块熟料则通过破碎、再冷却后汇入输送机中；细粒熟料及粉尘通过篦床的篦缝及篦孔漏下进入集料斗，当斗中料位达到必然高度时，由料位传感系统控制的锁门自动打开，漏下的细料便进入机下的漏料拉链机中而被输送走。

当斗中残余的细料尚能封住锁风阀门时，阀板即已关闭而保证不会漏风。

冷却机性能评价指标

（1）热效率（ηc）高。

即从出窑熟料中回收并用于熟料煅烧进程的热量（O收）与出窑熟料带入冷却机的热量（Q出）之比大。

各类冷却机热效率一般在40%～80%之间。

（2）冷却效率（ηL）高。

即出窑熟料被回收的总热量与出窑熟料带人冷却机的热量之比值大。

各类冷却机冷却效率一般在80～95%。

（3）空气升温效率（φi）高。

即鼓入各室的冷却空气与离开熟料料层空气温度的升高值同该室区熟料平均温度之比值大。

本指标为篦冷机评价指标之一，一般φi＜。

（4）进入冷却机的熟料温度与离开冷却机的入窑二次风及去分解炉的三次风温度之间的差值小。

（5）离开冷却机的熟料温度低。

此值随不同形式冷却机有较大不同，一般在50～300C℃之间。

单筒及多筒冷却机该项温度较高。

（6）冷却机及其附属设备电耗低。

（7）投资少，电耗低，磨耗小，运转率高等。

收尘器的进展特点

收尘器的种类很多，如袋式收尘器、旋风式收尘器和电收尘器。

袋式收尘器是一种高效的除尘设备，对粒度小于的粉尘，收尘效率可达95-99%。

袋式收尘器所采用的过滤材料通常有以下几种纤维：

天然纤维：

羊毛、棉；

化学纤维：

聚乙烯醇、聚酯、聚丙烯等；

矿物纤维：

玻璃、

过滤风速是选择袋式收尘器的一项重要指标，视布袋材料和气体含尘浓度而定。

一般可参照下列数值：

毛、棉织品：

；人造纤维：

；玻璃纤维：

。

气体含尘浓度高时取低值，气体含尘浓度低时取高值。

过滤风速过大，虽然相应的过滤面积能够小些，但过滤阻力却随之增大，风机负荷也增大，布袋利用寿命随之缩短，但整个设备运转费用增加。

袋式收尘器的利用温度随布袋材质不同算了，棉织品：

60-70℃；毛织品：

90-100℃；聚酯：

<140-160℃;玻璃纤维：

250-300℃。

收尘器内的气体温度最低应该高于露点10-15℃，以避免结露。

袋式收尘器的流体阻力与气体含尘浓度、过滤风速、布袋材料等有关。

一般可按如下考虑：

在含尘浓度不超过70g/m3的情形下，当风速w=min时，可取900-1200Pa；当风速w=min时，可取700-1000Pa。

袋式收尘器的清灰方式近年来发展较快，常用的有：

回转反吹、压缩空气脉冲喷吹、大气反吹、风机反吹、机械振打等。

在进行袋收尘器选型时，一般要求气体含尘量不超过40-70g/m3，若含尘浓度高时要考虑先通过第一级收尘。

旋风机收尘器是应用较广的收尘器。

它利用含尘气体沿切线方向进入旋风筒时所产生的离心力，使粉尘从气体中分离出来。

旋风除尘器本身没有运动部件，结构简单，保护运转费用小。

一般用作一级收尘，与袋收尘或电收尘配合组成二级收尘，也可单独用作一级收尘器。

旋风收尘器有简单和多筒两种形式。

单筒旋风收尘器的直径较大，可收下的最小颗粒约为20微米。

也可由几个单筒组合成双筒或多筒，以增加收尘器的净化能力。

多管收尘器由多个直径较小的旋风管组成，也收下10微米左右的颗粒。

旋风收尘器入口风速一般在12-22m/s之间。

风速太低时，除尘效率不高；风速太高时。

除尘效率提高有限却明显增加，因此使风机的负荷增加。

旋风除尘器的除尘效率岁粉尘性质、浓度及适度而异。

它还与收尘器的本身的密封性能的好坏紧密相关，如卸料口漏风风量可达15%时，则收尘效率几乎为零；如下卸料口密封良好时，则除尘效率可达60-90%。

因此，在集灰斗下配用闪动阀或转下料器，避免卸料时漏风，以保证除尘效率。

电收尘是利用电场的作用使含尘气体中的粉尘与气体分离。

电收尘器的规格要求处置的烟气量来决定。

电收尘器是适用于搜集微米的粉尘颗粒，小于微米的颗粒不易搜集下来，而搜集大于20微米的颗粒则不经济。

进入普通电收尘的气体含尘浓度，一般不超过40-60g/m3。

若含尘浓度太高，电场电流会减小，乃至使电场电流趋于零，产生电晕封锁。

当粉尘中含尘粗颗粒较多，切气体含尘浓度较大时，宜采用旋风除尘器作一级收尘。

当含尘气体通过电场的速度过快时将降低收尘效率，风速过慢时则不经济。

电场风速一般控制在的范围内。

除气流速度外，粉尘的比电阻对电收尘的除尘效率也有较大影响。

一般电收尘适用于搜集的粉尘其比电阻值为104-2×1012。

干法回转窑的废气一般通过增湿塔增湿来降低粉尘的比电阻值，以达到提高除尘器除尘效率的目的。

但当窑的废气用作烘干磨的热介质时，则没必要通过增湿，而出磨废气可直接通入电收尘净化。

进入电除尘器的气体温度一般不宜超过300℃，同时气体温度应高于露点温度，避免水蒸气在电极上冷凝。

电除尘器有立式和卧式两种，目前多趋于采用卧式，它一般在负压下操作，设备高度低，维修方便，且能够通过增加电场数量来提高除尘效率；但它占地面积较大，设备质量较大，投资较多，需专设排气烟筒。

电除尘器的流体阻力，立式一般为50-100Pa，卧式一般为100-300Pa。

3设计计算

配料计算

计算方式简介

本计算所选用烧制普通硅酸盐水泥熟料所用的三率值，即KH、SM（n）和IM（p）。

本计算采用的是计划求解法，其具体步骤如下。

列出原料、粉煤灰的化学成份和煤的工业分析资料

（1）假定出熟料目标三率值。

（2）应用Excel计划求解工具，选择生料配比为可变量既决策变量，各个配比总和等于100为目标值，设定熟料理论率值等于熟料目标率值（或二者误差<5%）为约束条件，通过改变熟料目标率值取得生料配比。

（3）用2）中取得的生料配比计算诞生料的化学组成。

（4）计算出灼烧生料的化学组成。

（5）计算出煤灰的掺入量。

（6）计算出灼烧生料的掺入量。

（7）计算出熟料的化学组成。

（8）用7）中所得熟料的化学组成结果计算出熟料理论三率值。

（9）若熟料理论三率值与目标率值误差过大，说明原配比不符合条件，则需从头设定目标熟料率值，应用计划求解，如此反复，直至找到能知足条件的生料配比。

（10）将所得的最佳生料配比换算成包括煤灰在内的生料配比。

配料计算

以石灰石、粘土、铁粉为生料比组成为例，进行配料计算，计算步骤如下：

列出原料、粉煤灰的化学成份和煤的工业分析资料。

表原料、粉煤灰的化学成份/%

loss

CaO

SiO2

Al2O3

Fe2O3

MgO

Na2O

K2O

SO3

石灰石

粘土

铁粉

煤灰

-

表煤的工业分析/%

Mad（%）

Aad（%）

Vad（%）

FCad（%）

Sad（%）

（kJ/kg）

22956

表煤的热耗

熟料热耗

3135kJ/kg

煤灰沉降率

100%

第一步：

假定出熟料目标三率值如表所示

表

KH

±

SM

±

IM

±

第二步：

应用Excel计划求解工具，选择生料配比为可变量既决策变量，各个配比总和等于100为目标值，设定熟料理论率值等于熟料目标率值（或二者误差<5%）为约束条件，通过改变熟料目标率值取得生料配比如下：

石灰石：

%

粘土：

%

铁粉：

%

第三步：

计算诞生料的化学组成

生料CaO=石灰石CaO×%+粘土CaO×%+铁粉CaO×%

=

重复利用上述计算方式可求诞生料化学组成如下：

表生料化学组成/%

loss

CaO

SiO2

Al2O3

Fe2O3

MgO

Na2O

K2O

SO3

å

生料

第四步：

计算出灼烧生料的化学组成

灼烧生料CaO=生料CaO/（1-loss/100）

=

重复利用上述计算方式可求出灼烧生料的化学组成如下：

表灼烧生料的化学组成/%

%

loss

CaO

SiO2

Al2O3

Fe2O3

MgO

Na2O

K2O

SO3

灼烧生料

第五步：

计算出煤灰的掺入量

煤灰掺入量=（熟料热值/煤热值）×煤灰份

=（3135kJ/kg/22956kJ/kg）×

=

第六步：

计算出灼烧生料的掺入量

灼烧生料掺入量=100-煤灰掺入量

=

=

第七步：

计算出熟料的化学组成

=（×+×）/100

=

重复利用上述计算方式可求的熟料的化学组成如下：

表熟料的化学组成/%

组成

loss

CaO

SiO2

Al2O3

Fe2O3

MgO

Na2O

K2O

SO3

∑

含量%

-