回转窑.docx
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回转窑
热工基础及工业窑炉课程设计说明书
设计题目：
日产熟料4500t预分解窑系统计
姓名：
学长
班级：
无机非金属
学号：
888
指导教师：
大爷
设计日期：
世界末日
目录
目录............................................................................................................................................................1
设计基础资料2
一﹑原料配比过程4
（一）燃料煤的原始资料4
（二）累加试凑法计算原料配合比4
二﹑物料平衡计算6
（一）收入物料7
（二）支出物料8
三﹑热量平衡计算9
（一）收入热量9
（二）支出热量10
四﹑熟料烧成系统几个主要设备的选型11
（一）回转窑11
（二）旋风式预热器12
（三）分解炉13
（四）除尘机设备的选择15
（五）冷却机15
五、耐火衬料选材和散热计算16
设计基础资料
原始资料
（一）预分解窑系统资料
1、原料的原始资料
烧失量
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
SO3
K2O
Na2O
H2O
石灰石
48.13
1.95
0.85
0.45
47.32
0.30
1.00
粘土
4.25
65.82
15.14
5.92
5.16
0.97
0.62
1.12
0.85
铁粉
1.40
39.27
2.26
48.57
3.46
1.54
3.5
煤灰
58.62
25.38
9.05
3.13
1.58
2.24
2、各种物料损失均按3%计算
3、熟料标号≮50
（二）烘干机系统资料
1、煤初水分3%，；粘土初水分6%；矿渣初水分8%。
应用基水分均为0.2%。
2、热源为热风炉产生的热空气或冷却机的回收热空气。
3、燃料煤的原始资料
烘干用煤元素分析结果：
【收到基（ar）：
进行煤质分析化验时，煤样所处的状态为收到该批煤所处的状态。
A为灰分；M为水分。
】
成分
Car
Har
Nar
Oar
Sar
Aar
Mar
含量
70.2
5.3
1.0
7.2
0.3
14.8
1.2
4、根据处理风量合理选择收尘系统。
（三）辊道窑系统资料
1、坯料组成（%）：
SiO2
Al2O3
CaO
MgO
Fe2O3
K2O
Na2O
I.L
66.52
17.34
2.26
2.73
0.82
2.06
2.45
5.82
2、产品规格：
400mm×400mm×9mm，单重2.1公斤/件；坯体线收缩率：
10%
3、入窑水分：
＜1%
4、产品合格率：
95%
5、烧成周期：
48分钟（全氧化气氛）
6、最高烧成温度：
1200℃（温度曲线自定）
7、燃料：
天然气
CO
H2
CH4
C2H4
H2S
CO2
N2
O2
Qnet（MJ/Nm3）
0.2
0.2
95.6
3.5
0.3
0.1
0.1
0
41.58
8、其它设计参数自定
要求完成的主要任务
1、设计计算说明书应包括以下内容：
配料计算、物料平衡计算和热量平衡计算、有关设备的选型计算或结构尺寸计算、耐火材料选材计算与散热计算、有关性能指标计算及一览表、设计评述、参考资料。
2、画出有关设备的工艺布置图和主要剖面图（A1图纸2～3张）。
鼓励用CAD绘图，但至少要有1张手工绘图。
日产熟料4500t预分解窑系统设计
一﹑原料配比过程
（一）燃料煤的原始资料
查阅《水泥工艺学》29-32页，选取单位熟料耗热q为3350kJ/kg-熟料。
煤元素分析结果：
【收到基（ar）：
进行煤质分析化验时，煤样所处的状态为收到该批煤所处的状态。
A为灰分；M为水分。
】
表1煤中元素的百分比
Car
Har
Nar
Oar
Sar
Aar
Mar
70.2
5.3
1.0
7.2
0.3
14.8
1.2
将燃料收到基转换为干燥基
换算系数为：
100/（100-Mar）=100/（100-1.2）=1.012
干燥基转换为应用基
换算系数为：
（100-Mad）/100=（100-0.02）/100=0.998
所以有收到基直接转换成应用基
换算系数为：
1.012×0.998=1.00998
Cy=Car×1.01=70.2×1.00998=70.9006
Hy=Har×1.01=5.3×1.00998=5.3528
Ny=Nar×1.01=1.0×1.01=1.01
Oy=Oar×1.01=7.2×1.00998=7.2719
Sy=Sar×1.01=0.3×1.00998=0.303
Ay=Aar×1.01=14.8×1.0998=14.9477
My=Mar×1.01=1.2×1.00998=1.21198
查阅《无机非金属材料工学》64页，根据设计任务书中给出的元素分析结果计算的：
Qnet,y=339Cad+1030Had-109×（Oad-Sad）-25Mad
=339×70.9006+1030×5.3528-109×（7.2719-0.303）-25×1.21198
=28758.778（kJ/kg）
计算煤灰参入量GA=qAys/Qy×100=（3350×14.9477）/（28758.778×100）=1.741%
煤灰沉落率S取100%
（三）累加试凑法计算原料配合比
表2原料的原始资料
成分
原料
烧失量
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
SO3
K2O
Na2O
H2O
石灰石
48.13
1.95
0.85
0.45
47.32
0.30
1.00
粘土
4.25
65.82
15.14
5.92
5.16
0.97
0.62
1.12
0.85
铁粉
1.40
39.27
2.26
48.57
3.46
1.54
3.5
煤灰
58.62
25.38
9.05
3.13
1.58
2.24
据《无机非金属材料工学》174页，表10.2预设KH=0.90SM=2.6IM=1.6∑=98%
Fe2O3=∑/{（2.8KH+1）（IM+1）SM+2.65IM+1.35}
=98%/{（2.8×0.90+1）（1.60+1）2.6+2.65×1.60+1.35=3.34%
Al2O3=IM×Fe2O3=1.60×3.67%=5.34%
SiO2=SM（Al2O3+Fe2O3）=2.6（5.69%+3.67%）=22.57%
CaO=∑-（Al2O3+SiO2+Fe2O3）=98.5%-（5.34%+3.34%+22.57%）=66.75%
考虑物料损失3%计算得原料与煤灰的化学成分，如下表
表３原料与煤灰的化学成分%
烧失量
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
SO3
K2O
H2O
石灰石
4
8.13
1.95
0.85
0.45
47.32
0.30
1.00
粘土
4.25
65.82
15.14
5.92
5.16
0.97
0.62
1.12
0.85
铁粉
1.40
39.27
2.26
48.57
3.46
1.54
3.5
煤灰
58.62
25.38
9.05
3.13
1.58
2.24
以100Kg熟料为基准，如下表
表４累计试凑过程
计算步骤
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
SO3
K2O
H2O
合计
备注
设计熟料成分
22.57
5.34
3.34
65.75
98
煤灰（＋1.742）
1.02
0.44
0.16
0.05
0.03
石灰石（+139.31）
2.75
1.20
0.63
66.70
0.42
1.41
（66.75-0.05）／0.4732
=140.96
粘土（+27.97）
18.8
4.32
1.69
1.47
0.28
0.18
0.32
0.24
（22.57-1.02-2.75）／
0.6582=28.56
铁粉（+2.31）
0.70
0.04
0.86
0.06
0.03
0.06
（3.34-0.16-0.63-1.69）／0.4857=1.77
累计熟料成分
23.27
6.00
3.34
68.28
0.76
0.18
0.32
1.71
103.86
KH=0.91，SM=2.49，
IM=1.7964
铁（+0.74）
0.29
0.02
0.36
0.03
0.01
0
0
0
0.61
KH=0.90，SM=2.42
IM=1.63
累计熟料成分
26.56
6.02
3.70
68.31
0.77
0.18
0.32
1.71
104.57
注：
SM=SiO2/（Al2O3+Fe2O3）=2.42
IM=Al2O3/Fe2O3=1.63
CaO=∑-（Al2O3+SiO2+Fe2O3）=65.75
Fe2O3=∑/{（2.8KH+1）（IM+1）SM+2.65IM+1.35}=3.34
二﹑物料平衡计算
图1物料平衡范围示意图
以1kg熟料为基准
ms——每千克熟料所要的生料量,kg/kg-熟料
msk—每小时生料带入空气量,kg/kg-熟料
VF1K—每小时分解炉的一次空气量,kg/kg-熟料
mFR—每千克熟料分解炉所需要的燃料量,kg/kg-熟料
myr—每千克熟料所需要的燃料量,kg/kg-熟料
msh—每小时进入分解炉的一次空气量,kg/kg-熟料
Vf—每小时分解炉排出的废气量,m3/kg-熟料
Mfh—每千克熟料分解炉排出灰分,kg
Myh—每千克熟料的产生的灰分量,kg
Vlok—每小时漏入空气,m3/kg-熟料
Vlk—每小时进入冷却机一次空气,m3/kg-熟料
Vpk—每小时排出冷却机的空气量,m3/kg-熟料
mFh—每千克熟料的飞损灰量,kg/kg-熟料
msh—1千克熟料
燃料煤干燥基含量（%）
收到基转换为干燥基100/（100-Mar）=100/（100-1.2）=1.0998
干燥基转换为应用基（%）
换算系数为（100-Mad）/100=（100-0.02）/100=0.998
Cy=Car×1.01=70.2×1.00998=70.9006
Hy=Har×1.01=5.3×1.00998=5.53528
Ny=Nar×1.01=1.0×1.01=1.01
Oy=Oar×1.01=7.2×1.01=7.2719
Sy=Sar×1.01=0.3×1.01=0.303
Ay=Aar×1.01=14.8×1.01=14.9477
My=Mar×1.01=1.2×1.01=1.21198
煤粉完全燃烧所需要的理论空气量为
L0=0.0889
（C）+0.2666
（H）+0.0333
（S）—0.0333
（O）
=0.0889×70.9006+0.2666×5.5328+0.0333×0.303-0.0333×7.2719
=7.55m3/kg）
已知空气过剩系数a=1.2
所需的实际空气量：
La=aL0=9.0（m3/kg）
烟气量的计算：
V（CO2）=70.9006×22.4/100=1.323（m3/kg）
V（H2O）=1.21198/2×22.4/100=0.136（m3/kg）
V（SO2）=0.303/32×22.4/100=0.002（m3/kg）
V（N2）=1.01/28×22.4/100+0.79L0=7.118（m3/kg）
V（O2）=0.21（a-1）L0=0.378（m3/kg）
理论烟气量：
VO=V（CO2）+V（H2O）+V（SO2）+V（N2）+V（O2）=8.957（m3/kg）
生产1kg熟料，煤完全燃烧所生成的实际标准状态烟气量Va=VO+（a-1）L0=12.548（m3/kg）
ρa=[44V（CO2）+18V（H2O）+64V（SO2）+28V（N2）+32V（O2）]/22.4
=（44×1.323+18×0.136+64×0.002+28×7.118+32×0.378）/22.4
=（58.212+2.448+0.128+199.304+12.906）/22.4=11.34（kg/m3）
（一）收入物料
1.燃料消耗量：
单位熟料耗热q为3350kJ/kg-熟料，煤的Qnet,ad=28758.778（kJ/kg）
单位熟料耗煤量为myr=3350/28758.778=0.116kg/kg-熟料
2.生料消耗量ms=Ms/msh=104.57/100=1.046kg/kg-熟料
3.入窑回灰量myh=Myh/msh
由于设计的是新型干法窑，查阅相关资料暂选用：
CDWY163-9790-3/Ⅱ的电除尘器。
收尘效率为：
99.81％
含尘系数为：
0.00015kg/m3
含尘质量mc，不含尘的烟气质量my=ρa×Va
mc/（mc+my）=0.00015
myh=（1+0.00015/0.99985）ρa×Va×（1-0.9981）×0.00015=4.056×10-6kg/kg-熟料
4.一次空气量：
一次空气m1k=ρk（Vy1k+VFIK）/Msh
（Vy1k+VFIK）/Msh=8.97m3/kg-熟料
ρk=ρ０T0/Tk=1.293×273/298=1.185（kg/m3）
m1k=ρk（Vy1k+VFIK）/Msh=8.97×1.185=10.63kg/kg-熟料
５.进入冷却机的空气量
新型干法窑，查阅相关资料暂选用：
水平推动篦式冷却机
由主要参数可知进入冷却机的空气量mLk=3Nm3/kg×ρk=3×1.4×1.185=5kg/kg
６.生料带入空气量msk=0.14kg/kg-熟料
７.窑系统漏入空气量
一次空气量：
漏入空气量＝29:
7
漏入空气量mLOK=7×10.625／29=2.56kg/kg-熟料
物料总收入：
mzs=mr+ms+myh+m1k+mLk+msk+mLok
=0.116+1.046+0.0000294+8.32+5+0.14+1.008
=18.94kg/kg-熟料
（二）支出物料
1.出冷却机的熟料：
msh＝1kg
2.预热器出口的废气量：
mf=vf×ρf／Msh=0.952×10.68=10.17kg/kg-熟料
3.预热器出口的飞灰量：
mfh＝vf×Kfh×ρf／1000Msh=9.52×10.68×0.00015=0.015kg/kg-熟料
4.冷却机的排风量：
mpk=Vpk×ρk／Msh
3.4×17.7推动篦式冷却机的排除空气量为1.45Nm3/kg×1.4=2.03m3/kg
出冷却机的温度为120℃
ρk=ρ０T0/Tk=1.293×273/393=0.90（kg/m3）
mpk=2.03×0.90=1.85kg/kg-熟料
5.煤磨系统抽走的热空气量：
mRk＝VRk×ρk／Msh
根据《水泥厂工艺设计手册》煤磨系统抽走的热空气量VRk=7.5m3/kg
ρk=ρ０T0/Tk=1.293×273/383=0.92（kg/m3）
mRk＝7kg/kg-熟料
总支出物料mZC=msh+mf+mfh+mpk+mRk
=10.17+7+1.85+0.015
=19.02kg/kg-熟料
表5物料平衡计算结果
收入项目
kg/kg
%
支出项目
kg/kg
%
燃料消耗量
0.116
0.013
出冷却机的熟料
1
0.011
生料消耗量
1.046
0.011
预热器出口飞灰量
0.015
0.170
一次空气量
10.63
0.116
预热器出口废气量
10.34
1.131
入冷却机冷空气量
5
0.055
冷却机的排风量
1.85
0.02
生料带入空气量
0.14
3.283
煤磨系统抽走的热空气量
7
98.67
系统漏入空气量
2.008
0.028
入窑回灰量
0.0000294
96.5
合计
18.94
100
合计
19.02
100
三﹑热量平衡计算
图二热平衡范围示意图
mr—燃料消耗量，kg/kg熟料
ms—生料量，kg/kg熟料
msr—生料燃烧量，kg/kg熟料
myh—入窑回灰量，kg/kg熟料
QrR—燃料燃烧热，kJ/kg熟料
Qr—燃料显热，kJ/kg熟料
Cr—燃料比热，kJ/kg·℃
Cs—生料比热，kJ/kg·℃
ts—生料温度，℃
tr—燃料温度，℃
Qsr—生料燃烧热，kJ/kg熟料
QsrDW—燃料燃烧热低位热值，kJ/kg熟料
Qs—生料显热，kJ/kg熟料
Qyh—入窑回灰显热，kJ/kg熟料
Qy1k—窑一次空气显热，kJ/kg熟料
QF1k—分解炉一次空气显热，kJ/kg熟料
QLk—进入冷却机的冷空气的显热，kJ/kg熟料
Qsk—生料带入空气的显热，kJ/kg熟料
QLOk—漏入空气的显热，kJ/kg熟料
（一）收入热量
1.煤粉燃烧生成热：
QrR=mrQnet.ad=0.116×28758.778=3336.018（kJ/kg-熟料）
2.取煤粉的热容Cr=1.160kJ/kg℃ 取煤粉的温度tr=45℃
煤粉带入显热:
Qr=mrCrtr=0.116×1.16×45℃=6.06kJ/kg-熟料
3.取生料的热容Cs=0.900kJ/kg·℃
生料带入显热Qs=ms·Cs·ts=1.046×0.900×55=51.78kJ/kg-熟料
4.取入窑回灰的热容Cyh=0.837kJ/kg℃
入窑回灰带入热量：
Qyh=myhCyhtyh=4.056×10-6×0.837×55=0.000187kJ/kg-熟料
5.一次空气带入热量Qlk=（Vy1k+VFIK）Ckty1k/Msh=8.97×1.065×25=286.6kJ/kg-熟料
6.进入冷却机冷空气带入热量
QLk=VLKCKtLk/Msh=4.2×1.065×36=165.50kJ/kg-熟料
7.随生料带入的空气的显热
msk=0.14kg/kgρk=ρ０T0/Tk=1.293×273/328=1.076m3/kg
Vsk=msk／ρk=0.14／1.076=0.13m3/kg
Qsk=VskCktsk/Msh=0.13×1.065×55=7.62kJ/kg
8.漏入空气显热QLOK=VLOKcLOKtLOK/Msh=2.17×1.065×80=185kJ/kg-熟料
热量总收入QZS=QrR+Qr+Qs+Qs+Qyh+QLK+Qsk+QLOK
=3336.018+60.06+51.78+0.000187+286.60+165.50+7.62+185
=4092.58kJ/kg-熟料
（二）支出热量
1.熟料形成热（不考虑碱的影响）
Qsh=17.191AlO3sh+27.10MgOsh+32.01CaOsh-21.40SiO2sh-2.47Fe2O3sh
=17.19×6.07+27.10×0.7+32.01×67.78-21.40×23.72-2.47×3.65
=104.2+18.92+2169.6-507.6-9
=1786.79kJ/kg-熟料
2.蒸发生料中水分耗热
Qss=ms×Ws×qqh/100=1.046×0.47×2490/100=12.24kJ/kg-熟料
3.出冷却机熟料带走显热
取熟料热容csh=1.078kJ/kg·℃取出冷却机熟料的温度tsh=85℃
QLsh=1·cshtLsh=1×1.078×85=97.02kJ/kg-熟料
4.预热器废气带走热量
取C（CO2）=1.92kJ/Nm3℃ C（N2）=1.319kJ/Nm3℃ C（H2O）=1.550kJ/Nm3℃
C（O2）=1.370kJ/Nm3℃ C（SO2）=1.965kJ/Nm3℃
Qf=[V（CO2）C（CO2）+V（H2O）C（H2O）+V（SO2）C（SO2）+V（N2）C（N2）+V（O2）C（O2）]tf
=1225.4kJ/kg-熟料
5.预热器出口飞灰带走显热
取飞灰热容为0.895kJ/kg·℃
Qfh=mfhcfhtfh=0.016×0.895×370=5.3kJ/kg-熟料
6.冷却机排除空气的显热
QPk=mPKcPKtPK=1.85×1.065×120=226.56kJ/kg-熟料
6.取整个水泥系统表面散热损失QB=540kJ/kg-熟料
7.其它支出117kJ/kg-熟料
支出总热量QZC=Qsh+QLsh+Qfh+Qss+Qf+QB+QPK+Qq
=1766.17+91.63+12.05+1225.4+540+234+117
=3991.55kJ/kg-熟料
表6热量平衡计算结果
收入项目
kJ/kg
%
支出项目
kJ/kg
%
燃料燃烧耗热
3336.10
83.6
熟料形成热
1766.17
44.25
燃料显热
60.06
1.55
出冷却机熟料带走显热
91.63
2.3
生料带入显热
51.78
1.27
蒸发生料中水分的耗热
12.05
0.3
回灰带入热
0.0014
0.00003
预热器出口废气带走显热
1454.61
30.68
一次空气带入热
286.6
5.95
预热器出口飞灰带走显热
5.3
0.13
进入冷却机空气带入热
165.5
2.79
系统散热损失
540
13.52
生料带入空气显热
7.62
1.9
冷却机排除空气的显热
234
5.86
系统漏入空气显热
185
0.19
合计
4092.66
100
合计
4103.76
100
由以上表可以看出热量平衡，热量大致平衡
四﹑熟料烧成系统几个主要设备的选型
（一）回转窑
1．回转窑规格的计算
在综合考虑了
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