新型干法水泥生产技术与设备.docx

1、新型干法水泥生产技术与设备洛 阳 理 工 学 院课 程 设 计 说 明 书课程名称： 新型干法水泥生产技术与设备 设计课题： 5000t/d水泥熟料NSP窑的设计 专 业： 材料工程技术 班 级： 学 号： 姓 名： 成 绩： 指导教师（签名）： 2011 年 12 月 16 日课 程 设 计 任 务 书设计课题：5000t/d水泥熟料NSP窑的设计一、课题内容及要求：1. 物料平衡计算2. 热平衡计算3. 窑的规格计算确定4. 主要热工技术参数计算5. NSP窑初步设计：工艺布置与工艺布置图（窑中）二、课题任务及工作量1. 设计说明书（不少于1万字，打印）2. NSP窑初步设计工艺布置图（1

2、号图纸1张，手画）三、课题阶段进度安排1.第15周：确定窑规格、物料平衡与热平衡计算、主要热工参数计算2.第16周：NSP窑工艺布置绘图四、课题参考资料李海涛. 新型干法水泥生产技术与设备M.化学工业出版社严生.新型干法水泥厂工艺设计手册M.中国建材工业出版社金容容.水泥厂工艺设计概论M.武汉理工大学出版社 2010.12.3设计原始资料一、 物料化学成分（%）项目LossSiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3其他合计干生料35.8813.273.032.0944.680.290.160.60100熟料022.485.543.7966.830.590.050.72100煤灰051.60

3、31.794.163.620.682.205.95100二、煤的工业分析及元素分析工业分析 （%）Qnet.ar kJ/kgMarF.CarAarVar 1.00 44.93 25.71 28.36 23614元素分析（收到基） （）CHONSAW60.103.967.910.970.3525.711.00三、热工参数1. 温度 a. 入预热器生料温度：20；b. 入窑回灰温度：50；c. 入窑一次风温度：20；d. 入窑二次风温度：1200；e. 环境温度：15；f. 入窑、分解炉燃料温度：60；g. 入分解炉三次风温度：900；h. 出窑熟料温度：1370；i. 废气出预热器温度：340；

4、j. 出预热器飞灰温度：300；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)：分解护(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. 各处过剩空气系数：窑尾yl.05；分解炉出口L1.15；预热器出口f1.40；7. 入窑生料用提升机输送；8. 漏风：预热器漏风量占理论空气量的比例K40.16；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K60.05；9. 袋收尘和增湿塔综合收尘效率为99.97；10. 熟料形成热：根据简易公式（620

5、）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(或208.33t/h)。四、其它1、年平均气温 20 2、当地气压 100300Pa相关资料及计算公式：一、物料平衡、热平衡计算物料平衡图热量平衡图一、物料平衡计算如下（1）收入项目燃料总消耗量mr kg/kg其中，窑头燃料量myr = ky mr ; 分解炉燃料量mFr = kFmr生料消耗量，如预热器物料量a 干生料理论消耗量mgsL = (100-mrAara)/(100-Ls) = (100-mr125.71)/(100-35.88)= 1.560-0.401 mr其

6、中，a为燃料灰分掺入量，100，Aar 为灰分量：25.71；Ls为干生料烧失量35.88 。b 出电收尘器飞损量及回灰量mFh = mfh (1-)= 0.10(1-0.999)=0.0003kg/kg其中为电式收尘器和增湿塔的综合收尘效率myh = mfh - mFh = 0.10 0.0003 = 0.10 kg/kgc 考虑飞损后干生料实际消耗量mgs = mgsL + mFh（100- Lfh）/(100- Ls)= 1.560-0.401mr + 0.0001(100-35.2)(100-35.88)= 1.560-0.401mr kg/kg其中Lfh 为出预热器飞灰烧失量35.2

7、0d 考虑飞损后生料实际消耗量ms = mgs100/(100- ws)= (1.560-0.401mr) 100/(100-0.2)= 1.563-0.402mr kg/kg其中ws为生料水分0.2e 入预热器物料量入预热器物料量= ms+ myh = 1.563-0.402mr +0.100、=1.663-0.402mr kg/kg入窑系统空气量a 燃料燃烧理论空气量Vlk= 0.089Car + 0.267Har + 0.033Sar - 0.033 Oar=0.08960.10+0.2673.96+0.0330.35 + 0.0337.19= 6.157 m3/kg 煤 （标准状态）m

8、lk=1.293 Vlk=1.2936.157=7.961 kg/kg 煤其中Car为燃料元素分析的碳元素的含量60.10，Har为3.96，Sar为0.35 ，Oar为7.91，b 入窑实际干空气量Vyk = y Vlk m =y Vlk Ky mr =1.056.1570.40 mr=2.586mr m3/kg 煤 （标准状态）其中y为窑尾空气过剩系数：1.05；ky为回转窑的燃料用量比：0.4同样换算成质量m= 1.293Vyk = 1.2932.586 mr= 3.344mr kg/kg其中入窑一次空气量、二次空气量及漏风量分别为：Vyk1=k1 Vyk = 0.10 Vyk =0.2

9、586mr m3/kgVyk2= k2 Vyk = 0.85 Vyk = 2.1981mr m3/kgVyk3=k3 Vyk=0.05 Vyk = 0.1293mr m3/kgc 分解炉从冷却机抽空气量出分解炉混合室过剩空气量V1 =（L - 1）Vlk mr = (1.15 1 )6.157mr= 0.924mr m3/kg(标态)其中L为分解炉混合室出口过剩空气系数：1.15分解炉燃料燃烧所需空气量V2 = Vlk mFr = Vlk kFmr = 6.1570.60mr = 3.694mr m3/kg(标态)其中kF为分解炉所用燃料的比例0.6窑尾过剩空气量V3 = （y- 1）Vlk

10、myr = （y- 1）Vlk ky mr = (1.05 1 )6.1570.4 mr = 0.123mr m3/kg(标态)分解炉及窑尾漏入空气V4 = k6 Vlk mFr = k6 Vlk kF mr = 0.056.1570.60 mr = 0.185mr m3/kg(标态)其中k6为分解炉及窑尾漏风站分解炉用燃料量理论空气量的值：0.05分解炉冷却机抽空气量（VF2k）VF2k = V1 + V2V3 V4 = 0.924mr +3.694mr0.123mr0.185mr = 4.310mr m3/kg(标态)换算为质量为mF2k = 1.2934.310mr = 5.573mr

11、kg/kgd 漏入空气量预热器漏入空气量为V5 = k4 Vlk mr = 0.166.157mr = 0.985mr m3/kg(标态)其中k4为预热器漏风量占理论空气量的比值：0.16窑尾系统混入空气总量为Vlok2 = V4 +V5= 0.185 mr + 0.985 mr = 1.170mr m3/kg(标态)全系统漏入空气总量为Vlok = Vlok1 + Vlok2 = k4 Vyk + Vlok2= 0.052.586 mr + 1.170 mr = 1.299mr m3/kg(标态)换算成质量mlok = 1.2931.299 mr = 1.679mr kg/kg（2）支出项目

12、熟料：msh = 1kg出预热器废气量a 生料中物理水含量m = msws/100 = (1.563 - 0.402 mr ) 0.2/100 = 0.003 -0.001mr kg/kg换算成体积V = m/0.804 =( 0.003 -0.001 mr)/0.804 = 0.004 0.001mr m3/kg(标态)b 生料中化学水含量m = 0.00353 m = 0.00353(1.560-0.401 mr) 3.03= 0.017- 0.004mr kg/kg换算成体积Vhs = m/0.804 = (0.017- 0.004 mr)/0.804 = 0.021 0.005mr m

13、3/kg(标态)c 生料分解放出CO2的气体量= 44.6844/56 + 0.2944/40.3= 35.42其中CaOS 、MgOS 分别为干生料中含CaO、 MgO的量而= 0.553 0.142mr kg/kg换算成体积为：=(0.5520.142mr)/1.977=0.2800.072mr m3/kg(标态)d 燃料燃烧声称理论烟气量V CO2 = 22.4Car mr/12100 = 22.460.10 mr/1200=1.122mr m3/kg(标态)V N2 = 22.4Nar mr/28100 + 0.79 Vlk, mr= 0.796.157 mr + 22.40.97 m

14、r/2800 = 4.872mr m3/kg(标态)其中Vlk,为燃料燃烧理论空气量，Nar为燃料中氮元素的含量V H2O = (Har/2+ War/18)22.4 mr /100 = (3.96/2 + 1/18) 22.4 mr /100 = 0.456mr m3/kg(标态)其中Har燃料中氢元素的含量，War为燃料中水分的含量V SO2 = 22.4Sar mr/32100 = 22.40.35 mr/3200 = 0.002mr m3/kg(标态)其中Sar为燃料中所含硫元素的含量则V = V CO2 + V N2 + V H2O + V SO2 = 1.122mr + 4.872

15、mr + 0.456mr + 0.002mr =6.452mr m3/kg(标态)换算为质量为：Mr = 8.704mr kg/kge 烟气中过剩空气量Vk = （f-1）Vlk mr= (1.401)6.157 mr=2.463mr m3/kg(标态)其中f为预热器出口过剩空气系数：1.40换算成质量为：M = 1.2932.463 mr = 3.185 mr kg/kg其中又有：VkN2 =0.79 V = 0.792.463 mr = 1.946mr m3/kg(标态)换算成质量为：MN2 = 28VN2/22.4 = 1.94628/22.4 = 2.433mr kg/kgVkO2=0

16、.21 Vk = 0.212.463 mr = 0.517mr m3/kg(标态)换算成质量为：MO2 = 32VkN2/22.4 = 0.517mr32/22.4 =0.739mr kg/kgf 总废气量为 = VCO2 + VN2 + VH2O + VO2 + VSO2 = (0.280 0.072 mr + 1.122 mr)+(4.872 mr + 1.946 mr)+(0.004-0.001 mr+0.021-0.005 mr+0.456 mr)+0.517 mr+0.002 mr = 0.306 + 8.837mr m3/kg(标态)出预热器飞灰量m = 0.100 kg/kg二、

17、热平衡计算如下：（1）收入项目燃料燃烧生成热QrR = mr Qnet,ar = 23614mr kJ / kg燃料带入显热为：Qr = mr cr tr = mr 1.154 60 = 69.240mr kJ / kg060 时，熟料的平均比热容为：Cr = 1.154 kJ / kg 生料带入热量Qs = (mgs Cs + mwsCw ) ts= (1.560 0.401 mr ) 0.878 (0.003 0.001 mr ) 4.182 20= 27.644 7.125mr kJ / kg020时，水的平均比热容Cw = 4.182 kJ / kg ; 干生料平均比热容Cs= 0.8

18、78 kJ / kg 入窑回灰带入热量Qyh = myh Cyh tyh = 0.100 0.836 50 = 4.180 kJ / kg050时,回灰平均比热容Cyh = 0.836 kJ / kg 空气带入热量a 入窑一次空气带入热量Qy1k = Vy1k Cy1k ty1k = 0.1Vyk Cy1k ty1k = 0.10 2.586 mr 1.297 20=6.708mr kJ / kg020时,空气的平均比热容Cy1k = 1.297 kJ / （Nm3 ） b 入窑二次空气带入热量Qy2k = Vy2k Cy2k ty2k = 0.85 Vyk Cy2k ty2k= 0.85 2

19、.586 mr 1.433 1200 = 3779.9mr kJ / kg 01200 时,空气的平均比热容Cy2k = 1.433 kJ / (Nm3 ) c 入分解炉三次风带入热量QF3k = VF2k CF2k tF2k = 4.310 mr 1.398 900 = 5422.8mr kJ / kg0900时,空气平均比热容CF2k = 1.398 kJ /( Nm3) d 系统漏风带入热量Qlok = Vlok Clok tlok = 1.299 mr 1.296 15 = 25.252mr kJ / kg015时, 空气的平均比热容Clok = 1.2965 kJ / (Nm3) 总

20、收入热量QZS = QrR + Qr + Qs + Qyh + Qy1k + Qy2k + QF3k + Qlok= 23614mr + 69.240mr + 1.52-0.403mr + 4.180 + 6.71 mr + 3778.85mr + 5422.8mr + 25.262mr= 31.824+ 32911mr kJ / kg（2） 支出项目熟料形成热 m=(3100x25.71x1)/236141/100=0.03 kg/kg根据167页公式（620）Qsh= 109 + 30.04CaOk + 6.48A3l2O k + 30.32MgO k 17.12SiO2K- 1.58Fe

21、2O3K 2.238mr ( 30.24CaOA+ 30.32 MgOA + 1.58 A3l2OA )= 109 + 30.0466.83 + 6.485.54 + 30.320.59 17.1222.48 1.583.79 0.03 (30.243.62 + 30.320.68 + 1.5831.79)= 1736.9 kJ / kg蒸发生料中水分耗热量 Qss=(mws+mns)qqh=(0.003-0.001mr+0.017-0.004mr)2380 =47.600-11.9mr kJ / kg 20时,水的汽压热qh = 2380 kJ / kg 废气带走的热量Qf = ( VCO2

22、CCO2 +VN2CN2+V HO2CHO2 +VO2CO2+VSO2CSO2 ) tf= ( 0.281+ 1.050 mr )1.894+ 6.818mr1.317 +(0.025 +0.450mr) 1.545 +0.517mr1.365+0.002mr1.946 340= 194.140 + 4198.32mr kJ / kg0340时,各气体的比热容（标准状态）：CCO2 = 1.900KJ/(m3) ,C N2 = 1.313KJ/(m3),C HO2 = 1.547KJ/(m3), CO2 = 1.364KJ/(m3),C SO2 = 1.983 KJ/(m3 ) 出窑熟料带走热

23、量Qysh = 1C sh t sh = 11.0781370 = 1476.86 kJ / kg 01370时,熟料的平均比热容为C sh = 1.078 kJ / (kg ) 出预热器飞回带走的热量Qfh = mfh Cfh tfh = 0.1000.895340 = 30.430 kJ / kg 0340时,飞灰平均比热容为Cfh = 0.895 kJ / （kg ）系统表面散热损失QB = 460 kJ / kg支出总热量为：Qzc = Qsh + Qss + Qf + Qysh + Qfh + QB= 1774.106 + 47.600 11.9 mr + 194.1 + 4206.

24、77 mr + 1476.86 + 26.85 + 460= 3943.93+ 4186.42mr kJ / kg列出热量收支平衡公式QZS = QZC31.824+ 32911mr = 3945.93 + 4186.42mrmr = 0.1363 kJ / kg即烧成1 kg/kg 熟料需消耗0.1363 kg 燃料，求得燃料消耗量即可列出物料平衡和热平衡表，并计算一些主要热工参数 （如下页） 物料平衡表 单位：kJ/kg熟料收 入 项 目数 量%支 出 项 目数 量%燃料消耗量0.1364.26熟料量130.54入预热器生料量1.60850.41出预热器飞灰量0.1003.05入窑实际干空

25、气量0.45614.29出预热器废气量分解炉抽空气量0.76023.82生料中物理水量0.0030.09窑尾系统漏入空气0.2307.21生料中化学水量0.0170.52生料分解CO2量0.53416.31燃料燃烧理论烟气量1.18636.22烟气中过剩空气量0.43413.26合 计3.19100.0合 计3.274100.00 热量平衡表 单位：kJ/kg熟料收入项目数量%支出项目数量%燃料燃烧热3218.671.25熟料形成热11736.938.46燃料显热9.40.21蒸发生料水分耗热46.01.02生料带入热26.70.59废气带出热量766.416.97回灰带入热4.20.09熟料

26、带出热量1476.932.70入窑一次空气带入热0.90.02飞灰带出热量30.40.67入窑二次空气带入热515.211.40系统散热损失460.0010.18入分解炉空气带入热739.116.36系统总漏风带入热3.40.08合 计4517.5100.004516.6100.00熟料单位烧成热耗为QrR = mr Qnet,ar = 236140.1363= 3218.6 kJ/kg熟料烧成热效率S = Qsh / QRr 100 =1736.9/3218.6100=54.0窑的发热能力为Qyr = Myr Qnet,ar = ky mr Qnet,ar= 0.40.1363208.331

27、023614=26.810KJ/h(G为每小时的产量)燃烧带衬砖断面热负荷为qA = 4Qyr/(D2i) = 1.810KJ/ (m2 h)三、窑的计算1窑的规格（1）表示方式 D L(m) 如：5 74(m)D回转窑筒体直径，m ; L回转窑筒体直径长度，m(2)回转窑规格的确定按回转窑产量的经验公式计算要的尺寸a G熟料 = 53.5 Di3.14 其中Di旋窑的有效直径，m; G熟料窑的产量t/d设计窑的生产能力为5000t/d则 5000 = 53.5 Di3.14 得Di = 4.242 m又 D = Di + 210-3 = 4.242 + 20.23 = 4.70 mD回转窑筒

28、体直径，m ; 耐火材料厚度230mmb L=15.36 Di L的选取：根据GB321优选数和优选数系，回转窑长度一般取整，且多为偶数把 Di带入得 L= 74 m设计窑的直径为4.7 m (钢板厚度为50mm)回转窑转速、斜度、及功率的确定与计算功率N = k Di n LK系数，对于新型干法水泥窑， K = 0.0450.048;这里取0.047 ；n窑的转速，r/min,这里取3.5 ；窑长L取74mN = 451.2 (kw)技术参数计算a 熟料单位烧成热耗QrR = mr Qnet,ar = 236140.1363 = 3218.6kJ/kgb熟料烧成热效率S = Qsh / QRr 100= 54.0c 窑的发热能力为Qyr = Myr Qnet,ar = ky mr Qnet,ar=