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

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2011年06月07日27 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、27 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ABSTRACTThisdesignisone5000tonsofcementclinkerproductionlinesburningdrykilnsystemofsomeofthedesign.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,Electrostaticprecipitator27 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目录摘要IABSTRACTII前言1第一章总论5第二章设计任务及所给条件依据72.1设计任务72.2设计条件依据7第三章回转窑的选型计算8第四章配料及物料平衡计算94.1配料计算：94.1.1确定率值94.1.2率值及其意义94.1.3假设原料配比94.1.4计算白生料化学成分94.1.5计算灼烧基生料化学成分104.1.6计算熟料标准煤耗104.1.7计算煤灰掺入量104.1.8计算熟料化学成分（%）104.1.9计算率值104.2物料平衡计算104.2.1计算熟料料耗104.2.2计算实物煤耗114.2.3计算干基实际消耗定额114.2.4计算湿基实际消耗定额114.2.5计算湿物料配合比11第五章编制物料平衡表如下12第六章总平面布置和工艺流程136.1水泥总平面设计步骤136.2工艺设计的基本原则和程序136.2.1基本原则136.2.2设计程序136.3工艺流程简介146.3.1、破碎及预均化146.3.2、生料制备156.3.3、生料均化156.3.4、预热分解156.3.5、水泥熟料的烧成166.3.6、水泥粉磨166.3.7、水泥包装1627 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第七章熟料冷却机及冷却风机选型计算17第八章窑头电收尘选型计算20第九章附属设备选型229.1煤粉燃烧器选型229.2离心引风机选型239.3破碎机选型239.4熟料输送设备选型24结论25参考文献26致谢2727 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。27 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。27 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。27 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。27 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；5.27 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。27 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/kg5）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SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgO其它Σ石灰石41.632.651.040.5052.370.920.89100.00砂岩3.1175.9313.053.950.540.642.78100.00铁粉3.8910.974.9768.684.071.735.69100.00煤灰51.9833.473.044.540.636.34100.00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（%）161610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/kg27 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/d5500最小连续量t/d47502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—469.75回转窑斜度%《新型干法水泥厂设备选型使用手册》表5.1—53回转窑转速r/min《新型干发水泥厂设备选型使用手册》Pg4443.54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/d5000筒体直径m4.8筒长m72筒体斜度%3.5筒体转速r/min0.369~3.69支撑数档356回转窑年利用率%《新型干法水泥厂设备选型使用手册》η=310/36585窑的台数计算台（窑标定台时产量）得0.9994取127 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±0.104.1.2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=0.834:0.148:0.0184.1.4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34.71942.21010.86740.417043.67660.76730.742383.4001砂岩0.460311.23761.93140.58460.07990.09470.411414.7999铁粉0.07000.19750.08951.23620.07320.03110.10241.7999白生料35.249713.64522.88832.237843.82970.89311.256110027 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SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgO其它合计成分21.07364.46073.456067.69031.37931.93991004.1.6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钙氧化镁其他总共灼烧生料21.07364.46073.456067.69031.37931.939998.5478煤灰1.62051.04350.09480.14150.01960.19763.1176熟料22.69415.50423.550867.83181.39892.1375101.66544.1.9计算率值KH=（CaO-1.65Al2O3-0.35Fe2O3）/2.8SiO2=0.9050(0.90±0.01)SM=SiO2/(Al2O3+Fe2O3)=2.5063(2.60±0.10)IM=Al2O3/Fe2O3=1.5501(1.60±0.10)经过验算满足设计要求，可取.原料配比为：石灰石:砂岩:铁粉=0.834:0.148:0.0184.2物料平衡计算4.2.1计算熟料料耗27 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a.理论料耗HL=（100-GA）/（100-生料烧失量）=1.4962Kg生料/Kg熟料b.实际料耗HS=HL/（1-生产损失）=1.5113Kg生料/Kg熟料4.2.2计算实物煤耗P`=P/（1-煤生产损失）=0.1245Kg煤/Kg熟料4.2.3计算干基实际消耗定额干石灰石=1.5105×0.835/（1-1%）=1.2732Kg干石灰石/Kg熟料干砂岩=0.2259Kg干砂岩/Kg熟料干铁粉=0.0275Kg干铁粉/Kg熟料4.2.4计算湿基实际消耗定额由公式得：湿石灰石=1.2732/（1-1%）=1.2861Kg湿石灰石/Kg熟料湿砂岩=0.2259/（1-6%）=0.2403Kg湿砂岩/Kg熟料湿铁粉=0.0275/(1-16%)=0.0327Kg湿铁粉/Kg熟料湿原煤=0.1245/（1-10%）=0.1383Kg湿原煤/Kg熟料4.2.5计算湿物料配合比湿物料总量=湿石灰石+湿砂岩+湿铁粉=1.5591表4.2.1物料名称湿石灰石湿粘土湿铁粉配比%82.49015.41272.097327 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第五章编制物料平衡表如下根据以上计算结果即可编制物料平衡表如下：表5.1物料平衡表（每年按310天计算，每天24小时）物料名称湿物料配合比（%）天然水分（%）消耗定额(t)物料平衡量(t)干燥含天然水分的干燥的含天然水分的每小时每天每年每小时每天每年1234567891011石灰石82.49011.271.28265.2563661973460267.936430.301993393.99砂岩15.412760.220.2446.96112734937049.961198.93371669.66铁粉2.0973160.030.035.73137.5426256.82163.6950744.52煤/100.120.1428.81691.521436532.01768.33238183.42熟料208.35000155000027 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第六章总平面布置和工艺流程根据厂区地形，进出厂物料运输方向和运输方式，工程地址等，合理的安排工厂各个设备的位置，使之适合于工艺流程，并且尽可能做到人性化，从而使工厂组成一个有机的生产整体，以使工厂能发挥其最大的生产效能。水泥企业从生产所需原料的机械化开采起，经过一系列的运输和加工，到水泥的包装或散装输出为止，是一套复杂而科学的生产过程，故其总平面图设计必须处理许多复杂的技术问题。而总平面设计的合理与否，对工厂的建设，生产以及将来的发展都有直接而深远的影响。6.1水泥总平面设计步骤设计分工厂总平面图设计亦按初步设计及施工图设计两阶段进行。每个设计阶段又分为资料图和成品图两个步骤进行工作。现将各阶段工作分别叙述如下：施工图设计（1）工厂总平面资料图（2）工厂总平面布置施工图：①竖向布置图：具体表示厂区设计标高的关系和边坡处理。②土方工程图：具体表示厂区场地平整土石方的调拨和工程量。③铁路专用线施工图：表示铁路专用线坐标、标高、桥涵、纵横剖面等施工要求。④厂区道路及雨水排除施工图。⑤管线汇总施工图：表示厂区内地上、地下各种管线的关系位置。6.2工艺设计的基本原则和程序6.2.1基本原则①根据计划任务书规定的产品品种、质量、规模进行设计。②主要设备的能力应与工厂规模相适应。③选择技术先进、经济合理的工艺流程和设备。④全面解决工厂生产，厂外运输和各种物料的储备关系。⑤注意考虑工厂建成后生产挖潜的可能和留有工厂发展的余地。⑥合理考虑机械化、自动化装备水平。⑦重视消音除尘，满足环保要求。⑧方便施工、安装，方便生产、维修。6.2.2设计程序首先要有27 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资源地质详细勘探报告，之后进行原料加工试验，配料计算，结合设计基础资料进行物料平衡、主机平衡、储库平衡计算。接着开始进行绘图部分，包括:全厂生产车间总平面轮廓图;工厂总平面资料图；各车间工艺布置图；其他专业配合设计；全厂生产车间平、剖面图、设计表、设计说明书，经审查批准后，即得工艺施工资料图。结合其他专业配合设计得施工图（成品图）。6.3工艺流程简介水泥生产可概括为生料制备、熟料煅烧、水泥粉磨三步。生产方法依生料制备方法不同分为干法和湿法。湿法生产产量低、熟料热好高、耗水量大，逐渐被干法生产取代。干法生产主要包括干法回转窑生产、悬浮预热窑生产、预分解窑生产，其熟料的煅烧大致分为预热、分解及烧成三个过程。其中窑外分解技术是将水泥煅烧过程中的不同阶段分别在旋风预热器、分解炉和回转窑内进行，把烧成用煤的50~60%放在窑外分解炉内，是燃料燃烧过程与生料吸热同时在悬浮状态下极其迅速的进行，时入窑物料的分解率达到90%以上，使生料入窑前基本完成硅酸盐的分解。预热分解窑生产工艺，煅烧系统的热工布局更加合理、窑生产效率高、产品质量好、能源消耗低、窑内衬体寿命长，环境保护诸多方面具有更加优越的性能。本设计水泥生产工艺采用先进的新型干法生产工艺，其工艺流程简述如下：6.3.1、破碎及预均化（1）破碎水泥生产过程中，大部分原料要进行破碎，如石灰石、黏土、铁矿石及煤等。石灰石是生产水泥用量最大的原料，开采后的粒度较大，硬度较高，因此石灰石是生产水泥用量最大的原料，开采后的粒度较大，硬度较高，因此石灰石的破碎在水泥厂的物料破碎中占有比较重要的地位。破碎过程要比粉磨过程经济而方便，合理选用破碎设备和和粉磨设备非常重要。在物料进入粉磨设备之前，尽可能将大块物料破碎至细小、均匀的粒度，以减轻粉磨设备的负荷，提高黂机的产量。物料破碎后，可减少在运输和贮存过程中不同粒度物料的分离现象，有得于制得成分均匀的生料，提高配料的准确性。（2）原料预均化预均化技术就是在原料的存、取过程中，运用科学的堆取料技术，实现原料的初步均化，使原料堆场同时具备贮存与均化的功能。原料预均化的基本原理就是在物料堆放时，由堆料机把进来的原料连续地按一定的方式堆成尽可能多的相互平行、上下重叠和相同厚度的料层。取料时，在垂直于料层的方向，尽可能同时切取所有料层，依次切取，直到取完，即“平铺直取”。意义：（1）均化原料成分，减少质量波动，以利于生产质量更高的熟料，并稳定烧成系统的生产。27 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（2）扩大矿山资源的利用，提高开采效率，最大限度扩大矿山的覆盖物和夹层，在矿山开采的过程中不出或少出废石。（3）可以放宽矿山开采的质量和控制要求，降低矿山的开采成本。（4）对黏湿物料适应性强。（5）为工厂提供长期稳定的原料，也可以在堆场内对不同组分的原料进行配料，使其成为预配料堆场，为稳定生产和提高设备运转率创造条件。（6）自动化程度高。6.3.2、生料制备水泥生产过程中，每生产1吨硅酸盐水泥至少要粉磨3吨物料（包括各种原料、燃料、熟料、混合料、石膏），据统计，干法水泥生产线粉磨作业需要消耗的动力约占全厂动力的60%以上，其中生料粉磨占30%以上，煤磨占约3%，水泥粉磨约占40%。因此，合理选择粉磨设备和工艺流程，优化工艺参数，正确操作，控制作业制度，对保证产品质量、降低能耗具有重大意义。6.3.3、生料均化新型干法水泥生产过程中，稳定入窖生料成分是稳定熟料烧成热工制度的前提，生料均化系统起着稳定入窖生料成分的最后一道把关作用。均化原理：采用空气搅拌，重力作用，产生“漏斗效应”，使生料粉在向下卸落时，尽量切割多层料面，充分混合。利用不同的流化空气，使库内平行料面发生大小不同的流化膨胀作用，有的区域卸料，有的区域流化，从而使库内料面产生倾斜，进行径向混合均化。6.3.4、预热分解把生料的预热和部分分解由预热器来完成，代替回转窑部分功能，达到缩短回窑长度，同时使窑内以堆积状态进行气料换热过程，移到预热器内在悬浮状态下进行，使生料能够同窑内排出的炽热气体充分混合，增大了气料接触面积，传热速度快，热交换效率高，达到提高窑系统生产效率、降低熟料烧成热耗的目的。（1）物料分散换热80%在入口管道内进行的。喂入预热器管道中的生料，在与高速上升气流的冲击下，物料折转向上随气流运动，同时被分散。（2）气固分离当气流携带料粉进入旋风筒后，被迫在旋风筒筒体与内筒（排气管）之间的环状空间内做旋转流动，并且一边旋转一边向下运动，由筒体到锥体，一直可以延伸到锥体的端部，然后转而向上旋转上升，由排气管排出。（3）预分解27 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预分解技术的出现是水泥煅烧工艺的一次技术飞跃。它是在预热器和回转窑之间增设分解炉和利用窑尾上升烟道，设燃料喷入装置，使燃料燃烧的放热过程与生料的碳酸盐分解的吸热过程，在分解炉内以悬浮态或流化态下迅速进行，使入窑生料的分解率提高到90%以上。将原来在回转窑内进行的碳酸盐分解任务，移到分解炉内进行；燃料大部分从分解炉内加入，少部分由窑头加入，减轻了窑内煅烧带的热负荷，延长了衬料寿命，有利于生产大型化。6.3.5、水泥熟料的烧成生料在旋风预热器中完成预热和预分解后，下一道工序是进入回转窑中进行熟料的烧成。在回转窑中碳酸盐进一步的迅速分解并发生一系列的固相反应，生成水泥熟料。随着物料温度升高物料变成液相。熟料烧成后，温度开始降低。最后由水泥熟料冷却机将回转窑卸出的高温熟料冷却到下游输送、贮存库和水泥磨所能承受的温度，同时回收高温熟料的显热，提高系统的热效率和熟料质量。6.3.6、水泥粉磨水泥粉磨是水泥制造的最后工序，也是耗电最多的工序。其主要功能在于将水泥熟料（及胶凝剂、性能调节材料等）粉磨至适宜的粒度（以细度、比表面积等表示），形成一定的颗粒级配，增大其水化面积，加速水化速度，满足水泥浆体凝结、硬化要求。6.3.7、水泥包装水泥出厂有袋装和散装两种发运方式。27 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第七章熟料冷却机及冷却风机选型计算冷却机系统是水泥厂熟料烧成系统中的重要组成部分，其主要作用是对水泥熟料进行冷却、输送；同时为回转窑及分解炉等提供热空气，是烧成系统热回收的主要部分。随着现代新型干法水泥生产技术和装备的迅速发展，以及水泥熟料冷却设备的技术不断提高，高效能、运行可靠的熟料冷却机成为确保系统生产能力的关键。因此无论是作为水泥生产中保证水泥质量的部分，还是作为降低水泥生产能耗的部分，冷却机系统的作用都是极其重要的。熟料冷却机作业原理在于高效、快速地实现熟料与冷却空气之间的气固换热。本设计选用第三代篦式冷却机，故设计计算使用第三代使用的系数。冷却风机选型，对第三代篦冷机而言，熊会思先生认为在热回收区高阻力篦板的风载大大低于第二代篦冷机的风载。压力设计可仍采用△P=△Pg+△Pcl公式，只是V通孔的数值不同，这样计算出的P值大约在11000Pa左右。采用压强具体见下表：表7.1篦冷机及冷却风机的选型计算序号项目单位计算公式及依据计算结果1雇主对冷却剂要求额定产量Gt/d参照《物料平衡表》及《新型干法水泥厂设备选型使用手册》5000最大连续产量Ght/d5500最小连续产量Gdt/d4750平均熟料粒度mm25熟料比重t/㎡＜1.45冷却机入口温度℃＜1400允许出口温度℃环境±652确定篦床规格熟料层厚度mm《新型干法水泥厂设备选型使用手册》800单位面积产量gt/（d㎡）40有效篦床面积S㎡S=G/g125篦床宽度Bm《新型干法水泥厂设备选型使用手册》Pg5682.4总篦床长度Lm52.1篦床段数三段27 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续表7.1序号项目单位计算公式及依据计算结果3篦床输送能力t/hG=60KenhBr1464确定工艺方案型号根据以上计算结果结合目前水泥厂家使用篦冷机情况LBTF50000篦床有效面积㎡查LBTF相关资料《LBTF5000第三代空气梁往复推动篦式冷却机的开发设计》121.48段数三段篦床冲程mm130冲程次数次4到25入料温度℃1400出料℃环境±65出料粒度mm＜25序号项目单位计算公式及依据计算结果6篦冷机传动装置功率计算KW《关于篦冷机设计若干方面的探讨》72.167冷却风机风压计算阻力篦缝喷出风速m∕sV=1/0.02540空气通过箅板压力降dPaP1=Vr/（2g）98空气通过熟料层压力降dPa648风机压力dPaP=1.5Δp11198风机风量计算日本经验公式583552篦冷机参数458333最终风量57979227 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续表7.1序号类型风室型号规格风量（）风压（dPa）9选择冷却风机一60—308.9D右135°17280117605—487.8D右180°237608330二6—308.4D左9013200107809—2611.2D左180°265207546三6—3013.5D左0°3120066646—308.5D左135°14700107806—308.5D右135°1470010780四9—2612.5D左135°3702093109—2612.5D右135°3702093106—4013.3D左0°526206272五5—4813.5D左135°655205880六5—4812.5D左0°507005390七4—6011.8D右0°480004410八4—6011.7D右0°514803920九4—6010.8D右0°429003430表7.2回转窑中心和篦冷机中心偏心距项目单位公式及依据计算结果偏心距m《新型干法水泥厂工艺设计手册》Pg365式8—690.7227 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第八章窑头电收尘选型计算静电除尘器的工作原理是利用高电压电场使烟气发生电离，气流中的粉尘荷电在电场作用下与气流分离。电除尘器的性能受粉尘性质、设备构造和烟气流速等三个因素的影响。粉尘的比电阻是评价导电性的指标，它对除尘效率有直接的影响，静电除尘器能处理比电阻为103～1014Ω·cm的粉尘，对比电阻范围为104～5×1011Ω·cm的粉尘最有效。比电阻过低，尘粒难以保持在集尘电极上，致使其重返气流。比电阻过高，到达集尘电极的尘粒电荷不易放出，在尘层之间形成电压梯度会产生局部击穿和放电现象。这些情况都会造成除尘效率下降。表8.1序号项目单位计算公式及依据计算结果1收尘废气性质出篦冷机废气温度℃由《水泥厂电除尘器应用技术》（化学工业出版社）可查得200—250废气含尘浓度g/3—20粉尘比电阻Ω•••••••••cm电收尘器处理风量要求∕h各风室风量之和（1—9风室）5266202电收尘器截面尺寸Q—处理风量∕hV—气体在电场内流速m∕s。板式电收尘器0.5—1.2m∕s，本设计取0.9m∕s162.543要求电收尘器收尘效率计算％国家要求水泥生产企业废气排放含尘浓度要求：η=/入电收尘废气含尘浓度为99.2527 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续表8.1序号项目单位计算公式及依据计算结果4电收尘器选型规格根据处理风量、收尘器截面尺寸、收尘效率及铜陵上峰5000t/d熟料生产线使用情况选择34∕12.5∕3×10∕0.4处理风量∕h580000电场横断面积㎡176烟气温度℃250（最高400入口含尘浓度g／＜20出口含尘浓度mg∕N≤50压力损失Pa＜350允许烟气工作压力Pa-2000气流速度m／s0.915核算电收尘效率％《水泥厂电除尘器应用技术》（化学工业出版社）Pg348式7-499.9927 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第九章附属设备选型9.1煤粉燃烧器选型煤粉燃烧器具有特殊设计的多级多嘴送风导向结构，能在短时间内使煤粉产生高温涡流，具有燃烧完全，热利用率高，消烟除尘、高效节能，改善工作条件，减轻劳动强度等优点燃烧器是煤粉炉燃烧设备的主要组成部分，它的作用是把煤粉和燃烧所需的空气送入炉膛，并组织合理的气流结构，使燃料能迅速地着火，稳定地燃烧。一个良好的燃烧器应具备的确良基本条件是：（1）一二次风出口截面应保证适当的一二次风风速比；（2）出口气流有足够的扰动性，使气流能很好地混合；（3）煤粉气流的扩散角，能在一定范围内任意调节，以适应煤种变化的需要；（4）沿出口截面煤粉的分布应均匀；（5）结构应简单、紧凑，通风阻力应小。本设计选择三通道煤粉燃烧器表9.1序号项目单位计算公式及依据计算结果1喷煤量计算煤粉日用量q1t/d由物料平衡表差得691.5时用量q2t/hQ2=q1/2428.81窑头燃烧部分t/hq3=q2×0.514.4052煤粉燃烧器选型型号满足生产能力要求下参照铜陵上峰5000t/d熟料生产线使用情况选择DBC-220-550-7规格mmφ500×7000mm燃烧能力t/h正常15最大18移动速度m/min2.1827 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9.2离心引风机选型离心风机是依靠输入的机械能，提高气体压力并排送气体的机械，它是一种从动的流体机械。离心风机广泛用于工厂、矿井、隧道、冷却塔、车辆、船舶和建筑物的通风、排尘和冷却；锅炉和工业炉窑的通风和引风；空气调节设备和家用电器设备中的冷却和通风；谷物的烘干和选送；风洞风源和气垫船的充气和推进等。窑头离心风机作用是为了克服除尘器等系统阻力而存在的。表11.1序号项目计算公式及依据计算结果1风量计算设计风量q∕h由电收尘选型计算可知526620选型风量∕hQ=q×η（η富余系数取1.1）5792822风机选型型号满足生产能力要求下参照铜陵上峰5000t/d熟料生产线使用情况选择Y4-2×73-14N023F旋向°右（出）45~135流量∕h580000全压Pa2000转速r/min740工作温度℃250max300烟气含尘浓度mg/503电动机型号参照铜陵上峰5000t/d熟料生产线使用情况选择YRKKK560-8功率kw5009.3破碎机选型在水泥粉磨工艺中，球磨机入磨物料粒度的大小，对其台时产量影响较大，预破碎工艺作为提高磨机台时产量、降低粉磨电耗的重要途径。因此熟料破碎机作为熟料入磨前的预破碎工序十分重要。此外，熟料破碎机还起到破碎熟料使之粒度满足熟料输送机输送粒度要求的作用。27 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表10.1序号项目单位计算公式及依据计算结果1计算要求产量t/h=5500÷24229.22破碎机选型规格mm满足生产能力要求下参照铜陵上峰5000t/d熟料生产线使用情况选择φ1300×3300转子转速r/min258.8出料粒度mm≤259.4熟料输送设备选型水泥场内熟料作为粉状物料形式输送，粒度细，易飞扬且温度高，要求用具有良好密封性和耐磨性的输送设备进行输送。本设计选用天津水泥设计院设计的拉链机作为熟料输送设备。具体见下表：表12.1序号项目单位计算公式及依据计算结果1输送能力篦冷机生产能力t∕d由比冷选型计算知5000~5500拉链机输送能力t/h5500÷24×1.1252.122拉链机选型型号《新型干发水泥厂设备选型使用手册》查表7.2-54Y4036规格SL700×60278链速m/s0.347产量t/h260传动机型号Y280s-427 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结论本次毕业设计历时半个学期，通过此次的设计使我把大学中所学的知识进行了系统运用。在设计之中锻炼了我自主学习的能力。本次设计从原始资料入手，进行工艺的选择与配料计算以及全厂物料平衡计算，以求出符合要求熟料组成的原料配合比和各种物料的消耗定额。以全厂物料平衡表为依据进行主机的选型和标定。对于窑头部分着重对熟料冷却机和电收尘进行了设计选型以及工艺设计。通过毕业设计不仅使学过的知识得以巩固、提高，而且进一步培养我们独立思考、设计及解决实际技术问题的能力，使自己的学识和工程实践能力有一个很大的进步。本文重点论述了水泥烧成窑头部分。通过对目前各种类型熟料冷却机对比选择了兼顾技术和价格两方面的篦冷机。其中包括篦冷机、破碎机、电收尘器、拉链机的选型和生产能力的标定等。本设计再设计中，以工艺设备的运行可靠性、国内目前投产状况以及价格方面因素为主要考虑因素做出设计成果。在设计中由于知识和实际的生活常识缺乏。所以设计只是在工艺流程的层面上，与实际生产有一定的差距，希望能够谅解。27 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参考文献[1]熊会思.《新型干法烧成水泥熟料设备设计、制造、安装与使用》［M］.北京：中国材工业水泥出版社，1995.[2]黄书谋.第五届全国新型干法水泥生产技术交流会论文集［C］.北京：中国建材工业水泥出版社，2003.[3]王仲春.《水泥工业粉磨工艺技术》［M］.北京：中国建材工业水泥出版社，2000.[4]严生常捷程麟《新型干法水泥厂工艺设计手册》中国建材工业出版社2007.[5]熊会思熊然《新型干法水泥厂设备选型使用手册》中国建材工业出版社2007.[6]陈全德.《新型干法水泥技术原理与应用》［M］.北京：中国建材工业水泥出版社2004.[7]陈闻清《LBTF5000篦冷机的维护及问题处理》文章编号：1002-9877(2008)02-0062-0《水泥CEMENT》2008．No．2.[8]贺云龙陈泽瑜成都建筑材料工业设计研究院有限公司(610021)《LBTF5000第三代空气梁往麟动篦式冷却机的开发设计》文章编号：1008-0473(2004)01-0016-0《新世纪水泥导报》2004年第1期.[9]张庆今《硅酸盐工业机械及设备》华南理工大学出版社2005-7-1.[10]唐国山、唐复磊《水泥厂电除尘器应用技术》化学工业出版社2005年01月.[11]金容容.《水泥厂工艺设计概论》［M］.武汉：武汉理工大学出版社，1993.[12]王伟君，李祖尚.《水泥生产工艺计算手册》［M］.北京：中国建材工业水泥出版社，2001.[13]沈威.《水泥工艺学》［M］.武汉：武汉理工大学出版社，1991.[14]丁奇生《水泥生产技术丛书--水泥熟料烧成工艺与装备》化学工业出版社2008-1-1.[15]李海涛主编，郭献军，吴武伟《新型干法水泥生产技术与设备》化学工业出版社2006-1-1.[16]姜凤有《工业除尘设备——设计、制作、安装与管理》冶金工业出版社2007-1-1.[17]王纯，张殿印《除尘设备手册》化学工业出版社2009-9-1.[18]彭宝利.《水泥生产工艺流程及设备参考图册》，武汉工业大学出版社.27 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致谢在这次毕业设计中指导老师吴修胜老师、杨明刚老师、谭京梅老师给予我耐心的指导和帮助，课程设计组的同学们亦给我很多帮助，我深深的感谢他们。在老师的耐心指导和同学们的热心帮助下我才能顺利的完成本次设计任务。与此同时，在与老师和同学们对某些问题的探讨中，促进了交流，增进了友谊，增强了自己团队合作的能力。此外，在本次设计中，我从指导老师们身上学到了许多，特别是科学严谨的治学思想以及脚踏实地的工作态度。这些为即将步入工作岗位的我打下了良好的基础，必将让我终身受用！在此，再一次表达对指导老师们的谢意！27