日产吨吨同水泥熟料窑尾系统工艺设计Word文档格式.doc

日产吨吨同水泥熟料窑尾系统工艺设计Word文档格式.doc

《日产吨吨同水泥熟料窑尾系统工艺设计Word文档格式.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《日产吨吨同水泥熟料窑尾系统工艺设计Word文档格式.doc（67页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

3.4.4生料配料计算 9

3.4.5计算干原料料耗 9

3.4.6计算生料的干原料配合比 9

3.4.7根据原料配合比验证率值 10

4全厂工艺平衡计算 11

4.1窑规格的设计及产量标定 11

4.1.1窑尺寸的计算 11

4.1.2产量标定 12

4.2全厂物料平衡计算 13

4.2.1计算窑的台数 13

4.2.2烧成系统的生产能力 14

4.2.3水泥的生产能力 14

4.2.4原、燃料消耗定额计算 14

4.2.5编制物料平衡表 19

4.3全厂主机平衡计算和主机选型 20

4.3.1破碎机选型 20

4.3.2回转窑设备选型 22

4.3.3烘干机选型 22

4.3.4磨机选型 22

4.3.5主机平衡表 25

4.4储存设施的计算 25

4.4.1堆场的设计 26

4.4.2堆棚的设计 29

4.4.3圆库的设计 30

4.4.4物料储存库、堆场选型表 35

5全厂工艺布置和工艺流程图 36

5.1全厂工艺布置 36

5.2工艺流程图 37

6重点车间的设计计算 38

6.1烧成车间的工艺流程 38

6.2窑尾系统的物料平衡计算 39

6.2.1收入物料 40

6.2.5支出物料 44

6.3窑尾系统的热量平衡计算 49

6.3.1收入热量 49

6.3.2支出热量 51

6.3.3燃料消耗量 52

6.4物料平衡表与热量平衡表 53

6.5窑尾系统烟气平衡计算 54

6.5.1系统各部位烟气量计算 55

6.6窑尾系统预热器与分解炉的选型及尺寸确定 59

6.6.1悬浮预热器 59

6.6.2分解炉 61

参考文献 62

致谢 63

-63-

1前言

水泥是当今世界上最重要的建筑材料之一。

水泥窑的发展经历了五个阶段,分别是立窑、干法中空窑、湿法窑、悬浮预热器窑、预分解窑。

如今以预分解窑为代表的新型干法水泥生产技术是国际公认的代表当代技术发展水平的水泥生产技术。

它凭借着生产能力大、自动化程度高、产品质量高、低能耗、有害物排放低、广业废弃物利用量大等一系列优点成为世界水泥工业生产的主要技术。

1.1国际现状

20世纪90年代，国际上围绕着预分解烧成技术，对系统内各单项装备技术进一步优化，提高产量和质量，降低热耗和电耗，进而提高劳动生产率，降低产品成本，增加经济效益，同时扩大原料试用范围，减少粉尘及有害气体的排放，以保持可持续发展[1]。

新型干法窑大型化发展，自动化水平不断提高，单机最大能力达12000t/d，吨水泥综合电耗已降低到90kW·

h以下，熟料热耗低于2827kJ/kg（700kcal/kg），劳动生产率（水泥）提高到15000~20000t/（人·

年）[2]。

环保日益受到重视，在德国、英国、法国等一些环保标准较高的国家，对新建水泥厂污染物排放的限值为：

粉尘（标准状态下）＜40mg/m3，SO2（标准状态下）＜200mg/m3，NOx（标准状态下）＜500mg/m3。

在烧废料方面，1999年德国和瑞典已取代了熟料煅烧用燃料的18%~20%，北欧各国为10%~14%，英国为8%，美国为5%。

在瑞典和美国的个别水泥企业中，烧废料的比例已有高达80%的实例，瑞典计划2008年全国达到50%以上，2020年基本实现100%[3]。

回转窑的平均规模不断扩大，尤其是20世纪90年代以来，投产了较多的5500t/d和7500t/d以及少数10000t/d级的回转窑。

进入21世纪以来，国际水泥工业的发展特点主要表现在：

（1）设备大型化。

回转窑的单机最大能力达12000吨/天，用于生料粉磨辊式磨的最大能力可达800吨/小时，且运转率与窑匹配，与之相适应的材料及加工方法同步发展，计算机辅助设计、有限元分析、计算流体力学、计算机仿真手段可确保大型化设备的设计更可靠有效。

（2）操作及维护成本低。

大型化烧成熟料热耗可低于2717kJ/kg（650kcal/kg）。

吨水泥电耗可低于80kW·

h/t（水泥）。

余热、替代原料的利用、有害有毒废物利用，使产品成本进一步降低，扩大了资源的有效利用[4,5]。

（3）自动化程度高。

生产过程控制（各种专家系统），产品质量的全方位控制，生产、销售的网络化管理、使工厂资本运作达到最佳化。

（4）环境效应。

水泥工业进一步与环境相容，不但降低粉尘的排放，而且采用新技术使气体中得CO2、NOx、SO2的排放量达到最小。

21世纪水泥企业在环保上的目标做到“三零一负”，即在水泥生产过程中实现对环境的零污染；

对电能和天然矿物燃料的零消耗；

对废渣、废料的零排放，最大限度减轻社会环境负荷。

此外，水泥企业还能治理和循环利用部分有毒，有害废弃物和城市垃圾等作为二次原料，减轻全社会的环境问题，实现水泥工业可持续发展[6]。

1.2国内现状

21世纪以来，我国新型干法水泥生产技术飞速发展。

2004年水泥总产量公报数为9.7亿吨，同比增长12.4%。

经中国水泥协会统计计算，其中新型干法水泥产量为3.15亿吨，同比增长67.9%。

占水泥总产量的比例达到32.5%。

就是说新型干法水泥产量达到了总量的三分之一[7]。

2010年底我国新型干法生产线已达到1432条，产能总量占水泥总产量的80%左右[8]，到2012年底，我国新型干法生产线将达到1600条[9]。

在新型干法水泥生产线所占比重快速增长同时，我国新型干法水泥技术的发展也从单纯的数量增长型不断地向质量效益型转变。

在原料预均化技术，预分解窑节能煅烧工艺和技术装备，节能粉碎粉磨技术与装备，自动控制技术，环境保护等方面取得了很大进步。

例如，天津院在4000t/d规模新型干法水泥工程设计和装备开发上，系统的开发了具有自主知识产权的、完整的5000t/d水泥生产的技术与装备[10]。

以安徽海螺集团池州一线5000t/d项目为代表的国产化示范生产线于2002年6月顺利投产以后，河北冀东，亚泰明城、中国联合水泥等三十余条5000t/d国产化生产线相继投产[11]。

大批5000t/d新型干法水泥生产线的建成、投产，标志着我国新型干法水泥生产技术已经成熟。

在国家产业技术政策指导下，近10年，以预分解技术为核心的新型干法水泥生产技术得到迅速发展。

我国成功研发出具有自主知识产权的新型高效、低阻、低NOx的预分解系统，主要技术指标达到国际先进水平，全面提升了中国新型干法水泥熟料烧成系统的国产化、大型化技术水平[12]。

预热器作为预分解技术的主要部分。

现如今，为实现节能、高效，降低预热器的压损，提高分高效率，预热器不断地从结构或工作参数上进行优化，采用的多级预热器结构形式[13]。

旋风预热器系统是目前普遍采用一种预热器，一般采用双列五级旋风筒结构，大型窑系统还采用双列六级旋风筒结构，其中间级旋风筒为低阻高效旋风筒，这可有效地降低旋风筒的压损，从而对于提高旋风筒的风速有利（目前先进的旋风筒内表面截面风速已达6m/s）[14]。

同时，旋风筒内筒陶瓷化，使用碳化硅陶瓷做成内筒，有效的降低了热耗并使旋风筒的内筒长寿化[15]。

随着分解技术的进步和煤粉燃烧力学的研究，为适应不同燃料燃烧的需要和低NOx排放，作为预分解系统核心的分解炉炉型，已达数10种之多，使入窑物料碳酸钙分解率达到90％－95％[16]。

为适低挥发省质煤和无烟煤的燃烧，出现了多种在主炉外增加预燃炉或后燃烧装置的组合型分解炉。

为减少Nox排放，采用在分解炉初始段造成还原气氛的技术手段[17]。

分解炉的容积可使物料在其内的平均停留时间一般达到12秒以上，从而保证燃料完全燃烧与生料从分分解，也能适应利用劣质燃料和可燃废弃物的需求[18]。

随着新型干法生产工艺各环节的不断发展、完善与优化，我国新型干法水泥生产技术和装备水平已与国际水平相接近。

尽管如此，在整体水平上我国还存在较大差距。

原料均化技术，预热预分解系统的技术性能改进，生料粉磨系统以及用于水泥预粉磨、终粉磨的粉磨系统的开发推广，电耗降低，现代信息化管理系统的推广，个性化设计方案，技术装备的开发和应用，功能材料，生态化工程设计，替代燃料，环境保护，水泥相关产品，新装备等仍是我国水泥工业面临的重要研究课题。

1.3选题的目的及意义

在环境保护问题越来越受到社会的重视的今天，一个产业的环境保护意识和环保效率已成为衡量其社会效益的重要标准之一。

水泥工业是污染环境最为严重的工业部门之一，其主要污染物是粉尘。

水泥厂最大的粉尘污染源是回转窑生产系统，包括窑的喂料、锻烧和熟料冷却等。

新型干法水泥生产技术均将窑尾烟气用来烘干原料，并与窑尾共用一台收尘器。

因而，窑尾系统的粉尘排放量占到整个生产线的二分之一，是水泥厂环保控制的重点[19]。

新型干法水泥生产技术的发展，使得水泥生产新工艺、新技术、新设备及操作控制手段日益更新。

新型干法水泥生产技术代表着当今世界水泥生产的潮流，其生产能力已达到世界水泥生产能力的60%[20]。

对于材料科学与工程专业的大四学生，通过对“富强水泥厂日产4000吨水泥熟料窑尾系统工艺设计”课题的实践，模拟工艺设计的基本内容进行一次较为深入的专业的训练，将帮助我全面了解水泥生产新技术、新设备和新工艺，综合运用所学专业知识，熟练掌握设计过程中所涉及的理论与实际知识。

提高查阅文件资料，处理数据和识图、绘图技术水平。

为今后的学习和工作打下良好的基础。

而且基于窑尾系统工艺流程所具有的多样性，以及水泥工厂设计复杂、涉及专业多、知识面广、各环节相互制约、生产连续化的特点。

这个课程设计更有助于培养我综合运用该学科基本理论、基本技能和专业知识的能力。

提高我结合生产，分析和解决问题的能力。

促使我养成理论联系实际，注重调查研究的良好作风。

2基础资料

2.1设计题目

富强水泥厂日产4000吨水泥熟料窑尾系统工艺设计

2.2建厂条件

建厂地点：

贵州省贵阳市郊区，靠国道；

厂区地形：

厂区地势较平坦；

交通情况：

便利，有国道、铁路等，有利于原料、水泥等运输；

气温：

年平均气温15.3℃，月平均最低气温4.6℃，月平均最高气温24℃；

降雨量：

年平均总降雨量1129.5mm；

主导风向：

东南风，平均风速2.1m/s；

地耐力：

17.5吨/平方米，压力：

750mm汞柱。

2.3原始数据

石灰石：

工厂自备矿山，储量丰富，火车运入；

砂岩：

外运，储量丰富，火车运入；

硫酸渣：

某厂供应，汽车运入；

石膏：

石膏矿供应，成分稳定，汽车运入；

矿渣：

某钢厂供应，汽车运入；

烟煤：

煤矿供应，火车运入。

表2.1原、燃料化学成分（%）

名称

烧失量

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaO

MgO

K2O

Na2O

SO3

Cl-

合计

石灰石

40.28

6.16

1.26

0.67

48.43

2.00

0.53

0.01

0.02

0.00

99.37

砂岩

5.79

70.60

12.22

3.24

3.22

1.45

1.80

1.40

0.28

100.00

硫酸渣

2.22

23.00

18.11

47.49

3.99

1.68

2.43

0.59

0.15

99.66

煤灰

54.58

25.32

5.26

7.31

4.73

2.44

99.64

表2.2原、燃料水分（%）

原料

矿渣

石膏

煤

天然水分

1.5

2.5

6

10

3

表2.3燃料组成（%）

Mad

Aad

Vad

Cad

工业分析

1.6

23.36

13.57

61.47

表2.4元素分析（%）

Car

Har

Oar

Nar

Sar

Aar

Mar

∑

元素分析

61.53

4.22

7.40

1.62

0.30

23.38

1.50

99.95

3配料计算

3.1计算目的

制造水泥熟料的主要原料是石灰石（主要提供氧化钙）、黏土或砂岩（主要提供氧化硅、氧化铝）、铁矿石或硫酸渣（主要提供氧化铁）。

为了准确地控制熟料的矿物组成，这些原料必须按一定的配比进行混合、粉磨。

配料计算的目的就是根据水泥品种、原燃料条件、生料制备与煅烧工艺确定水泥熟料的率值，求出合乎熟料率值要求的原料配合比。

3.2率值确定

水泥熟料是一种由四种主要氧化物化合而成的多矿物集合体，因此在生产中要控制熟料中各氧化物含量和各氧化物之间的比例，即率值。

我国目前采用的是石灰饱和系数KH、硅率SM和铝率IM三个率值。

KH值表示熟料中SiO2被CaO饱和形成C3S的程度。

水泥熟料强度主要来源于硅酸盐矿物，而C3S又是硅酸盐矿物强度的主要提供者。

在实际生产中，为了使水泥具有较好的力学性能，应适当提高C3S在熟料中的含量，KH一般控制在0.82~0.94。

SM值表示熟料中氧化硅含量与氧化铝、氧化铁之和的质量比，也表示了熟料中氧化盐矿物与溶剂矿物的比例。

如果熟料中硅率过高，煅烧时由于液相量显著减少，熟料煅烧困难。

特别当氧化钙含量低，硅酸二钙含量多时，熟料易于粉化。

硅率过低，则熟料中硅酸盐矿物太少而影响水泥强度，且由于液相过多，易出现结大块、结炉瘤、结圈等，影响窑的操作。

通常硅酸盐水泥熟料的硅率在1.7~2.7之间。

IM值表示熟料中氧化铝和氧化铁含量的质量比，也表示熟料溶剂矿物中铝酸三钙与铁酸四钙的比例。

铝率高，熟料中铝酸三钙多，相应铁铝酸四钙就较少，则液相黏度大，物料难烧；

铝率过低，虽然液相黏度较小，液相中质点易于扩散，对硅酸三钙的形成有利，但烧结范围变窄，窑内易结大块，不利于窑的操作。

硅酸盐水泥的铝率在0.8~1.7之间。

为使熟料既顺利烧成，又保证质量，保持矿物组成稳定，应根据各厂的原料、燃料和设备等具体条件来选择三个率值，使之互相适当配合，不能单独强调某一率值。

通常，不能三个率值同时都高，或同时都低。

本设计采用新型干法生产，预分解窑生料预热好，分解率高。

另外，由于单位产量窑筒体散热损失少，以及耗热量最大的碳酸盐分解带已移到窑外，因此窑内气流温度高。

为了有利于挂窑皮和防止结皮、堵塞、结大块，目前趋于低液相量的配料方案。

我国大型预分解窑大多采用高硅率、高铝率、中饱和比的配料方案。

根据新型干法窑的生产实践,建议为：

KH：

0.89±

0.02；

SM：

2.5±

0.2；

IM：

1.6±

0.2。

因而本设计选取率值KH=0.89±

0.02，SM=2.6±

0.1，IM=1.6±

0.1[21]。

3.3热耗确定

如今我国已经拥有较成熟、可靠的熟料煅烧系统,且新型干法生产技术仍在不断发展。

我国4000ｔ/ｄ新型干法水泥生产线不论是从装备水平上、还是从所达到的技术经济指标上来看,与国外提供的生产线相比已经没有太大差距。

本设计中取单位熟料热耗q=3150kJ/kg（熟料）。

3.4计算过程

3.4.1根据燃料组成计算发热量

对于固体（液体）燃料，当已知燃料元素分析值时，有以下经验公式：

（3.1）

式中：

Qnet,ar——煤收到基低热值，kJ/kg；

Car、Har、Oar、Sar、Mar——收到基时燃料中C、H、O、S及水的百分含量。

所以：

3.4.2计算煤灰掺入量

熟料中煤灰掺入量可按下式计算:

（3.2）

式中:

GA——熟料中煤灰掺入量，%；

q——单位熟料热耗，kJ/kg；

Qnet,ar——煤收到基低热值，kJ/kg；

Aar——煤收到基灰分含量，%；

S——煤灰沉落率，该设计中使用电收尘器装置，煤灰沉落率S=100%。

3.4.3计算要求熟料的化学成分

∑为熟料中CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3四种氧化物的总量估计值，一般在95~97%，这里设∑=98%。

（3.3）

（3.4）

（3.5）

（3.6）

3.4.4生料配料计算

以100kg熟料为基准，列累加试凑表：

表2.1累加试凑表（%）

计算

步骤

其他

备注

要求熟

料成分

22.58

5.56

3.47

66.38

98.00

（+3.02）

1.648

0.765

0.159

0.221

0.143

0.074

（+137）

8.416

1.721

0.915

66.164

2.732

0.773

（+17.7）

12.518

2.167

0.574

0.571

0.257

0.617

（+3.84）

0.884

0.696

1.826

0.153

0.065

0.122

KH=0.869，SM=2.660，IM=1.540；

热耗=3024kJ/kg熟料

累计熟

23.466

5.349

3.474

67.109

3.197

1.586

104.18

（-0.5）

0.353

0.061

0.016

0.007

0.017

KH=0.883，SM=2.643，IM=1.529；

热耗=3037kJ/kg熟料

23.113

5.288

3.458

67.093

3.190

1.569

103.71

表2.1中，第一个累计熟料值所对应的KH值偏低，经过在excel表格中试凑，最后减少表中所示的砂岩量，得到最后一个累计熟料成分，也即是所配熟料的实际化学成分，备注栏中得三个率值和热耗即为所配熟料的实际率值和热耗，可见此时完全满足要求值。

3.4.5计算干原料料耗

由表2.1可知，配制100kg熟料所需的干原料如下：

石灰石=137×

100/