日产5000吨水泥熟料新型干法生产线烧成系统窑头工艺设计.docx
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日产5000吨水泥熟料新型干法生产线烧成系统窑头工艺设计
2011年06月07日
摘要
本设计是对一条日产5000吨水泥熟料新型干法生产线烧成系统的窑头部分进行设计。
为了使设计更加合理完善，我查阅了许多资料，并且结合目前日产5000吨水泥熟料新型干法生产线烧成系统的实际例子，做出了自己的设计结果。
但是还是有很多缺点存在，所以望谅解。
本设计的主要内容有：
1.窑的选择：
在选择窑的过程中，我运用理论公式算出窑型，同时我也查找了实际厂家的情况，最后我综合两者定出我的窑型；2.物料平衡计算：
按照经验公式（石灰石饱和系数、硅酸率、铝氧率）计算，得出恰当的率值。
确定出最终物料配比;3.生产工艺设计和主机设备选型计算：
依据之前物料平衡计算结果，结合理论公式以及应用实例得出所选机型；4.附属设备选型：
包括熟料破碎机、熟料拉链机、离心风机、煤粉燃烧器。
虽然设备设备小，但在生产中作用却很重要。
关键词：
物料平衡、新型干法生产、篦冷机、电收尘、
ABSTRACT
Thisdesignisone5000tonsofcementclinkerproductionlinesburningdrykilnsystemofsomeofthedesign.Inordertodesignmorereasonableandperfect,Ireviewedalotofinformation,andcombinedwiththecurrentdailyoutputof5,000tonsofcementclinkerproductionlineofnewdrykilnsystempracticalexamplestomakehisowndesignresults.ButhasverymanyShortcomingexistence,thereforelooksforgiveness.UnderIintroducemydesignmentality.1.Kilnchoice:
intheselectionprocessofKiln,Icalculatethetheoreticalformulausedkiln,andIalsofindtheactualmanufacturerofthesituation,finally,Isetmycombination;2.Massbalancecomputation:
Accordingtotheempiricalformula（limestonesaturationcoefficient,silicicacidrate,aluminarate）calculates,obtainstheappropriateratevalue.Determinethefinalratioofrawmaterials;3.Materialbalancecalculationsbasedonpreviousresults,combinedwiththeoreticalformulaandtheapplicationofselectedmodelsderivedinstance;4.Appurtenanceshaping:
Theappurtenanceincludes,Clinkercrusher,clinkerzippermachines,centrifugalfans,pulverizedcoalburner.Theequipmentalthoughissmall,butintheproductionprocessalsoisessential.
KEYWORDS：
Materialbalance,dryprocessproductionlines,Gratecooler,Electrostaticprecipitator
前言
本设计的课题是：
日产5000吨水泥熟料水泥厂新型干法生产线烧成系统窑头工艺设计。
本次设计的主要内容是水泥生产的工艺流程,水泥厂区及车间布置和窑头主要设备的计算选型等。
重点对窑头部分进行设计。
这次设计既是对自己知识能力水平的一次全面检验，也是自己从在校学习向社会工作过渡的一次专业技术和科学研究的具体实践。
通过这次设计让自己能够对大学所学知识进行系统的应用，并对原来不完整和错误的部分予以完善和改正。
同时强化自己对基本知识和基本技能的理解和掌握,培养自己收集资料和调查研究的能力。
此外，设计中的方案比较和论证也能提高自己独立分析问题和解决问题的能力，进而培养自己创新精神和实践能力，从而为走上工作岗位打好理论基础。
本设计的过程中，除了必须达到满足日产5000t水泥生产所需的工艺要求和国家对环境等项目的相关法律规定外，还应尽可能的做到绿色生产和降低能耗。
本设计的主要对象是水泥生产中的熟料冷却部分即冷却机。
因此有必要对冷却机的发展状况及目前国内外冷却机技术的发展现状和技术进展进行了解。
在满足冷却机应起到的基本作用的前提下，目前水泥回转窑所使用的熟料冷却机，通常有三种类型，即单筒冷却机、多筒冷却机和篦式冷却机。
由于本次设计的水泥日产量要求为5000t/d，而单筒和多筒相对而言要比篦式冷却机要差很多，而且从新型干法生产线的工艺要求考虑也不如篦式冷却机。
因此，我们这里只对篦式冷却机的进展进行介绍。
篦式冷却机经过三代技术创新。
第一代富勒式推动篦式冷却机为分室通风，薄料层操作，由于物料颗粒离析、布料不匀等原因，冷却空气“短路”、“吹穿”以及“红河”、“雪人”现象经常出现，热效率不高。
第二代推动篦式冷却机，采用多段篦床，优化篦床宽度，均匀布料，加强密封及重点采用厚料层操作等改进措施，“短路”及“红河”现象仍未彻底解决。
直至第三代带有空气梁及阻力篦板的控流式篦冷机出现，才比较好地解决了原有问题。
第三代篦冷机采用的“高阻力”篦板的概念是指如果篦板阻力比料层阻力大出许多时，料层阻力在空气穿过篦板和料层所要克服的总阻力中所占的比例变小，甚至篦板阻力≈总阻力，料层阻力接近零状态，因此，风量分布主要由篦板阻力决定，因此，这样就克服了由于篦床上面熟料分布不均造成风量分配不均的情况，可大大提高冷却效率。
充气梁技术的应用，大大降低了热端篦板的机械故障率，可充分保证窑的运转率；可以单排篦板或小风室通风，细分冷却单元，解决了错流通风因单元面积过大，而产生通风不均的难题。
冷风速度较高，穿透能力强，能实施厚料层操作技术，增加冷却风与热熟料接触面积和延长接触时间，提高热效率和冷却能力，显著提高了单位面积产量，提高二次风温，降低出料温度。
第三代篦冷机由于采用“阻力篦板”，相对减小了因熟料料层阻力变化而对熟料冷却的影响；采用“空气梁”，热端篦床实现了每块或每个小区篦板，根据篦上阻力变化调整冷却风量；同时，采用高压风机鼓风，减少冷却空气量，增大气固相对速率及接触面积，从而使换热效率大为提高。
此外，由于阻力篦板在结构、材质上的优化设计，提高了使用寿命和运转率。
鉴于“阻力篦板”虽然解决了由于熟料料层分布不匀造成的诸多问题，但是由于其阻力大，动力消耗高，因此新一代篦冷机又向“控制流”方向发展。
在取消“阻力篦板”后，采用空气梁分块或分小区鼓风，根据篦上料层阻力自动调节冷却风压和风量，实现气固之间的高效、快速换热。
从9O年代末开始．一些新型冷却机开始出现．其进料部位与第三代可控气流通风完全一致．大致有二种结构．无漏料篦板．熟料在固定充气篦板的料层上通过机械推料装置对熟料进行输送，冷风透过料层对熟料进行冷却。
这就是第四代篦冷机。
第四代冷却机的主要特点：
1．模块化设计 一方面是篦冷机的篦板模块化，另一方面是将篦冷机的主要部件分成几个部分，例如分成固定篦板段，多个活动篦板段以及破碎机段等。
2．篦板多样化继20世纪80年代中期IKN公司开发成功阻力篦板，完全解决了以往冷却机容易出现“红河”、“堆雪人”及“穿流”等事故后。
其他公司也推出了自己的产品如：
IKN公司的阻力篦板，CP公司I-l一冷却机的交叉运动篦床篦板以及FLS公司的固定篦床篦板。
3．采用液压驱动，运行更平稳 液压传动方式可靠，运行稳定，承载能力大；而电机直接驱动装置会产生空间的拥挤。
另外低故障率和低噪声也是液压驱动被广泛采用的一个重要原因。
4．辊式破碎机的使用，提高了适应性及使用寿命提高了篦冷机的生产效率。
5．减少冷风量、降低能耗 从篦冷机着手降低系统能耗主要有两个途径：
提高篦冷机热回收效率和降低篦冷机运转能耗。
之前主要是以提高其热回收效率为目的，当热回收效率已经提高到75％左右时，人们就更多的关注篦冷机的运行能耗了。
通过提高篦冷机热交换效率来减少冷却风量，既保证了热回收效率，又降低了冷却风机能耗。
例如国外一些厂家的篦冷机正常运转时，所需冷却风量不超过1．7Nm3／kg熟料，而国内篦冷机大多需要2．0Nm3／]喀熟料，前者会使生产成本明显下降。
6．降低建筑高度，节省投资 传统篦冷机篦板由于漏料会在篦冷机下加设l条清灰拉链机或者将入熟料库斜拉链延伸至篦冷机下部。
新型低漏料、无漏料篦板的使用使取消篦冷机下的拉链机。
采用这种技术的新型篦冷机不仅省去了拉链机及其维护费用，而且也使整个烧成车间的高度降低近7m，使得投资也有很大降低。
国际上主要有四种品牌的第四代篦冷机。
丹麦FLS公司的SF交叉棒式冷却机。
德国的Polysius公司的PolyTRACK冷却机德国C.P公司的η-冷却机以及KHD公司和Py—roSTEP冷却机。
主要分为两种类型第一类为固定充气篦床加推料装置（SF交叉棒式冷却机和PolyTRACK冷却机）。
第二类为活动充气篦床不设推料装置。
近几年我国也投入到了第四代篦冷机的研究中。
2008年8月1日完全依靠我国建材科研人员独立研发并拥有自主知识产权的第四代S型篦式冷却机在成都建筑材料工业设计研究院有限公司研制成功，并投入批量生产。
对于本设计，从技术角度进行比较：
对于第三代冷却机以充气梁篦冷机为例。
高效充气梁篦冷机具有以下特点：
1、冷却效率高，采用厚料层、强淬冷技术，可提高熟料产量及标号，同时提高水泥磨机对物料的易磨性，从而降低水泥的成本。
2、热回收率高，按料层分布规律，合理配送冷却风，提高风的利用率、保证了物料的冷却和热回收，二次风温≥1100℃，三次风温≥850℃，排风温度≤250℃，热效率为75%。
3、采用复合篦床，熟料淬冷和热回收区采用充气篦板和充气梁，充分保证了高运转率和高效热回收的要求；中低温区进行深层冷却，采用了易于维修的结构和风室供风的冷却方式，确保冷却效果。
4、由于结构合理，可适应烧成工艺中出现的诸多问题，彻底杜绝“堆雪人”、“红河”、“吹穿”等现象，使篦冷机运转率可达95%；高温区篦板使用寿命可达24个月。
5、可配设三元控制系统和监测装置（供选择），保证高效、稳定、安全操作。
当第三代冷却机热回收效率提高到75％左右这一接近极限水平时，第四代并没有多少优势。
由于第三代篦冷机使用活动篦板推动熟料运动，造成篦板间及有关部位之间的磨损，因此经常出现漏料的情况。
相比第四代篦冷机使用新型低漏料、无漏料篦板，故没有漏料情况发生。
由于采用模块化设计，操作也要比第三代简单。
因此，无疑第四代篦冷机要更优秀。
从价格角度进行比较：
目前，由于国内具有具有生产第四代冷却机的厂家较少，而国外的第四代冷却机价格有比较高。
因此，无疑使用第四代冷却机的成本要很高。
反观第三代冷却机，国产第三代控制流充气梁篦冷机已在已建、新建水泥熟料生产线上广泛使用。
经过多年的发展，第三代冷却机技术已经广泛普及，其设备价格也比第四代冷却机低很多。
从冷却机使用的稳定性角度比较：
相比于第四代篦冷机的试用，国产第三代控制流充气梁篦冷机已在已建、新建水泥熟料生产线上广泛使用，其技术也已经相当成熟。
投入生产后也要更加的稳定，可靠。
通过以上对第三代和第四代冷却机性能的比较，虽然第四代篦冷机要更加先进更加节能，但是由于设备价格和技术要求很高。
目前还无法在短期内全面替代第三代篦冷机的广泛使用，同时一味的改用第四代篦冷机也不符合国情和企业实际情况。
因此本设计使用第三代高效充气梁篦冷机。
因此本设计的选型方案定为成都水泥设计院设计的LBTF5000篦冷机。
本次设计所要完成的任务包括一下几个方面：
1．配料设计和物料平衡计算并填写物料平衡表和物料贮存库明细表；2．回转窑及冷却机选型计算，确定设备型号规格和主要技术参数，并填写主机设备生产能力平衡表；3．绘制全厂平面布置图和烧成系统工艺流程图；4．一套能反映主机设备安装位置和各设备连接关系的工艺布置图样7～10张；其中由指导教师指定的手工图2～5张，其余用计算机绘图。
5．编制设计计算说明书。
6．与本专业有关科技文献一篇（英译汉）。
具体工作安排如下：
1.两周时间查阅资料定初步设计方案；2.配料设计和物料平衡计算用时一周；3.一周时间绘制烧成系统工艺流程图；4.三周时间进行设备选型计算和主机能力平衡计算；5.毕业实习用时2周；6.六周时间进行烧成系统工艺布置图设计；7.编制设计说明书用时一周；8.设计答辩准备工作用时一周。
第一章总论
本次设计课题是日产5000吨水泥熟料新型干法生产线烧成系统窑头工艺设计。
其设计主机设备熟料冷却机作为水泥厂熟料烧成系统重要的主机设备，它担负着对高温红热熟料进行冷却、热回收、输送、破碎等多重作用。
在现代新型干法水泥生产规模愈来愈大型化的今天，其关键因素之一是装备的大型化和高新技术的应用，而高效节能、运行可靠的篦式冷却机是保证整个生产系统高效运转的一个非常重要的因素。
本设计使用新型干法水泥生产线，与普通水泥生产线相比具有以下优点：
1.熟料单位热耗低，单机生产能力大，并可利用窑尾余热烘干物料，虽电耗略高，但其综合能耗低。
2.由于原料和生料的预均化技术的发展，使干法生产的熟料质量得到了保证，并由于采用了新技术等措施，不断改进燃烧系统，增强了新型干法生产对原料的适应性。
3.由于收尘设备及技术发展，使干法厂在环境污染方面有了很大的改善。
4.与产量相同的湿法窑相比，预分解窑的质量轻，占地面积小，基建投资少。
鉴于此，这次毕业设计的任务选为5000t/d熟料的预分解窑。
为了在尽量降低水泥厂早期投入成本的前提下，又使水泥生产技术具有先进和现代化的特点，与此同时也要保证生产的稳定性，本设计多采用目前已经投产且在实际生产中性能表现良好的成熟工艺技术和设备。
在设计中遵循以下原则：
1.窑等主机的产量，除了参考设备说明书和经验公式计算外，还应根据国内同类型主机的生产数据并参考国内外近似规格的主机产品进行标定。
在工厂建成后的较短时期内，主机应能达到标定的产量，同时标定的主机产量应符合优质、高产、低消耗和设备长期安全运转的要求。
既要充分发挥设备的能力，但又不能过分追求强化操作。
2.大型工厂应配套与之相适应的大型设备，否则将造成工艺线过多的现象。
在现代大中型水泥厂的设计中，一般只采用一条或两条由大型设备组成的工艺线。
3.在选择生产工艺流程和设备时，应尽量考虑节省能源，采用国内外较成熟的先进经验和先进技术。
对于新技术、新工艺、新设备，必须经过生产实践鉴定合格后，才可应用于新建厂的设计中。
4.机械化水平应与工厂规模和装备水平相适应，特别是连续生产过程中大宗物料的装、运、卸，必须实现机械化。
重大设备的检修、起重以及需要减轻繁重体力劳动的场合，也应尽可能实现机械化；5.贯彻执行国家环保、工业卫生等方面的规定。
我国水泥生产最高容许排放浓度为50mg/
。
今后，由于对环保要求愈睐愈高，应采取积极措施，减少环境污染，以保护职工身体健康和延长设备生产寿命。
6.工艺布置做到生产流程顺畅、紧凑、便捷。
力求缩短物料的运输距离，并充分考虑设备安装、操作、检修和通行的方便，以及其它专业对工艺布置的要求。
为减少环境污染，应广泛的采用新型高效除尘设备，重视噪音防治、污水治理、绿化环境，使水泥厂工业实现文明生产
本设计说明书针对熟料烧成窑头部分对包括对设计原理和方法、方案选择的过程以及所采用方案的特点等进行详细阐述。
除此之外，本设计说明书重点对设计的计算部分进行了详细介绍，包括：
配料计算、物料平衡计算、回转窑产量标定计算、主机设备选型计算等。
第二章设计任务及所给条件依据
2.1设计任务
日产5000吨水泥熟料新型干法生产线烧成系统窑头部分工艺设计包括：
a.配料设计、物料平衡计算；
b.烧成窑头设备选型计算和主机生产能力平衡计算；
2.2设计条件依据
1）采用窑外分解窑生产熟料；
2）物料参数见表1-1～1-3；
3）要求熟料三个率值：
KH=0.90±0.01、SM=2.60±0.10、IM=1.60±0.10；
4）单位熟料热耗：
3050kJ/kg
5）生产损失：
生料按1%计算，其它按3%计算
表2.2.1原燃料化学成分（%）
名称
烧失量
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
其它
Σ
石灰石
41.63
2.65
1.04
0.50
52.37
0.92
0.89
100.00
砂岩
3.11
75.93
13.05
3.95
0.54
0.64
2.78
100.00
铁粉
3.89
10.97
4.97
68.68
4.07
1.73
5.69
100.00
煤灰
51.98
33.47
3.04
4.54
0.63
6.34
100.00
表2.2.2进厂原燃料水分及粒度
物料名称
石灰石
砂岩
铁粉
原煤
水分（%）
1
6
16
10
粒度（mm）
≤600
≤40
≤10
≤100
表2.2.3煤的工业分析
挥发分
固定碳
灰分
热值
29.77%
41.82%
25.82%
25260kJ/kg
第三章回转窑的选型计算
回转窑主要结构是由窑筒体，支承装置，窑头、窑尾密封装置，传动装置，进料煅烧装置组成。
由于简体的倾斜和缓慢回转作用，物料既沿圆周方向翻滚又沿轴向移动，继续完成分解和烧成的工艺过程，最后，生成熟料经窑头罩进入冷却机冷却。
回转窑的设计计算一般采用经验公式，记过对比本设计根据《新型干法水泥厂设备选型使用手册》相关资料确定窑型及规格。
具体过程见下表：
表3.1回转窑的选型计算
序号
项目
单位
计算公式和依据
计算结果
1
设计要求
日额定产量
t/d
设计任务要求及《新型干法水泥厂设备选型使用手册》
5000
最大连续产量
t/d
5500
最小连续量
t/d
4750
2
回
转
窑
计
算
耐火砖内径
m
（k为与窑型有关系数NSP取50~60）
4.37
回转窑筒体内径
m
（耐火砖本设计取220mm）
4.81
确定筒体长度
m
《新型干法水泥厂设备选型使用手册》表5.1—4
69.75
回转窑斜度
%
《新型干法水泥厂设备选型使用手册》表5.1—5
3
回转窑转速
r/min
《新型干发水泥厂设备选型使用手册》Pg444
3.5
4
选
择
回
转
窑
规格
《新型干法水泥厂设备选型使用手册》及目前各水泥生产厂家5000t/d线生产使用情况
φ4.8×72
生产能力
t/d
5000
筒体直径
m
4.8
筒长
m
72
筒体斜度
%
3.5
筒体转速
r/min
0.369~3.69
支撑数
档
3
5
6
回转窑年利用率
%
《新型干法水泥厂设备选型使用手册》η=310/365
85
窑的台数计算
台
（
窑标定台时产量）
得0.9994取1
第四章配料及物料平衡计算
4.1配料计算：
4.1.1确定率值
由设计任务知：
石灰石饱和系数KH=0.90±0.01
硅率SM=2.60±0.10、
铝率IM=1.60±0.10
4.1.2率值及其意义
a.石灰石饱和系数表示水泥熟料中的氧化钙总量减去饱和酸性氧化物（SiO2、Al2O3、Fe2O3）所需的氧化钙后，剩下的与二氧化硅化合的氧化钙的含量与理论上二氧化硅与氧化钙化合全部生成硅酸三钙所需的氧化钙含量的比值。
简言之，饱和比KH表示熟料中氧化硅被氧化钙饱和生成硅酸三钙的程度。
b.硅率是水泥熟料中SiO2与Al2O3+Fe2O3之间的比值，也代表熟料中的硅酸盐矿物和溶剂矿物之间的比值。
硅率过高，表示硅酸盐矿物多，对水泥熟料是强度有利，但意味着溶剂矿物较少，液相量少，将给煅烧造成困难。
硅率过低，则对熟料强度不利。
且溶剂矿物过多，易结大块、炉瘤，结圈等，也不利于煅烧。
c.铝率是水泥熟料中Al2O3与Fe2O3之间的比值。
也反映了熟料中的C3A和C4AF的相对含量。
选择铝率的高低，也应视具体情况而定。
在溶剂矿物C3A+C4AF含量一定时，铝率高，意味着C3A量多，C4AF量小，液相粘度增加，C3S形成比较困难，且熟料的后期强度、抗干缩性、耐磨性等均受影响；相反。
如果铝率过低，则C3A量少，C4AF量多，液相粘度降低，这对保护好旋窑的窑皮和立窑的底火比例。
4.1.3假设原料配比
石灰石:
砂岩:
铁粉=0.834:
0.148:
0.018
4.1.4计算白生料化学成分
表4.1.1
名称
烧失量
二氧化硅
三氧化二铝
三氧化二铁
氧化钙
氧化镁
其他
合计
石灰石
34.7194
2.2101
0.8674
0.4170
43.6766
0.7673
0.7423
83.4001
砂岩
0.4603
11.2376
1.9314
0.5846
0.0799
0.0947
0.4114
14.7999
铁粉
0.0700
0.1975
0.0895
1.2362
0.0732
0.0311
0.1024
1.7999
白生料
35.2497
13.6452
2.8883
2.2378
43.8297
0.8931
1.2561
100
4.1.5计算灼烧基生料化学成分
灼烧基成分=A/（100-L）=A/（100-35.2497）
表4.1.2
名称
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
其它
合计
成分
21.0736
4.4607
3.4560
67.6903
1.3793
1.9399
100
4.1.6计算熟料标准煤耗
表4.1.3煤的工业分析
挥发分
固定碳
灰分
热值
29.77%
41.82%
25.82%
25260kJ/kg
单位熟料热耗:
3050kj/kg
标准煤耗=熟料热耗/煤热值=3050/25260=0.12074426Kg煤/Kg熟料
4.1.7计算煤灰掺入量
GA=P×A×S/100=0.12074426×25.82%×100/100=3.1176%
（其中A:
煤收到基灰分含量（%）；S：
煤灰沉落于熟料中的百分率（%），一般取100）
4.1.8计算熟料化学成分（%）
表4.1.4
成分
二氧化硅
三氧化二铝
三氧化二铁
氧化
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