1、課程設計說明書日產 3200 噸熟料現代化干法生產水泥廠初步設計（重點車間：預熱器部分）學 院：材料與化學工程學院專業班級： 無機非金屬材班學生姓名：學 號：指導教師：設計時間：摘要迄今為止， 水泥是全球經濟發展最重要的建筑材料之一， 并且在很長一段時間內 是難以用其他材料替代的基礎經濟建設材料， 對整個人類文明的延存和發展都有 極其重要的作用。 在其生產過程中， 生料的預熱起著相當重要的作用， 而對生料 預熱的設備就是懸浮預熱器。懸浮預熱器主要有旋風預熱器及立筒預熱器兩種。現在立筒預熱器已趨于淘汰。預分解窯采用旋風預熱器作為預熱單元裝備 構成旋風預熱器的熱交換單元設備主要是旋風筒及各級旋風筒

2、之間的 連接管道 （亦稱換熱管道）。懸浮預熱器的主要功能在于充分利用回轉窯及分解爐內排出的熾熱氣流中所具 有的熱焓（或熱）加熱生料，使之進行預熱及部分碳酸鹽分解，然后進入分解爐 或回轉窯內繼續加熱分解， 完成熟料燒成任務。 因此它必須具備使氣、 固兩相能 充分分散均布、迅速換熱、高效分離等三個功能。只有兼備這三個功能，并且盡 力使之高效化，方可最大限度地提高換熱效率（或效率），為全窯系統優質、高 效、低耗和穩定生產創造條件。關鍵詞： 3200 噸熟料干法生產線；預熱器；回轉窯設計任務書一、設計題目日產 3200 噸熟料現代化干法生產水泥廠初步設計。（重點車間：預熱器部分）二、設計目的此次課程設

3、計是進入大學以來的第一次設計課程， 也是在參加了生產實習后的一 次總結。基于在學校學習的專業知識， 并結合本專業的發展特色而開設的一項重 要的實踐學習環節。 其目的在于通過課程設計的鍛煉， 樹立正確的設計思想， 培 養我們認真的科學態度和嚴謹求實的工作作風。 在設計過程中培養我們學生掌握 繪圖、計算、研究等科學設計方法，提高工程設計計算，鍛煉我們分析解決實際 問題的能力。三、本設計的設計任務1.建設項目 ：日產 3200 噸水泥熟料生產線（重點：預熱器部分）2.建廠規模：日產水泥熟料 3200 噸3.產品品種：普通硅酸鹽水泥4.生產方法：新型干法回轉窯5.三廢處理要求： 符合水泥工業污染物排放

4、標準 (GB49152004)和工 業企業設計衛生標準 (TJ3679)的規定四、原料的原始資料 (%)砂頁巖粉煤灰鐵礦石煙煤煤灰 0 49設定比例為：石灰石砂頁巖粉煤灰鐵礦石山西陽泉無煙煤，收到基元素分析的成分為 Mar=%， Aar=%，Car=%，Har=%， Oar=%，Nar=%，Sar=%五、設計原理和設計內容1) 設計原理根據材料工廠設計概論和水泥生產工藝及設備上的原理對日產 3200 噸 熟料現代化干法生產水泥廠的預熱器部分進行初步設計（2）設計內容1）配料計算；2）生料消耗定額（理論料耗與實際料耗）計算；3）年產熟料計算（窯年運轉率自行擬定）；4）要求窯尾預熱器系統廢氣量計算

5、5）各級預熱器主要結構參數計算目錄1 配料計算 煤灰的摻入量 計算干燥原料配合比 率值計算 計算濕原料的配合比 2 物料平衡計算 干原料消耗定額計算 濕原料消耗定額計算 制定物料平衡表 3 廢氣量的計算 窯尾排出廢氣量 分解爐內廢氣量4 預熱器尺寸計算 旋風筒直徑及高度 旋風筒進風口的形式和尺寸排氣管尺寸及插入深度錐體參數 5 窯尾工藝流程簡介6 參考文獻7 設計評述與體會8 致謝1 配料計算生料配比計算 ,經查閱無機非金屬材料工學如下表 1 各窯型三率值及熟料熱耗表窯型KHSMIM熟料熱耗（ kJ/kg）預分解窯2920 3750現代立窯3150 5000干法窯5850 7520對于分解窯，

6、 KH取值為， SM為之間， IM 為之間，熱耗為 2920-3750KJ/Kg，用 煤的干燥基低熱值大于 20900 KJ/Kg。在水泥熟料生產工藝中， KH取值越大，則硅酸鹽礦物中的 C3S的比例越高，熟 料強度越好。硅率 SM除了表示熟料的 Si2O與 Al2O3和 Fe2O3的比例之外，還表 示熟料中硅酸鹽礦物熔劑礦物的比例關系，相應的反映了熟料的質量和易燒性。 硅率過高則高溫液相量顯著減少，熟料煅燒困難， C3S不易形成；硅率過低則熟 料中硅酸鹽礦物減少而強度降低，且液相量過多，易出現結大塊、結爐瘤、結圈 等，影響操作。鋁率值過大，熟料中 C3A多，液相粘度大，物料難燒，不利于 C3

7、S 的形成，易引起熟料快凝，鋁率過低，雖然液相粘度小，液相中質點擴散對 C3S形成有利，但 C4AF量相對較多，窯內燒結范圍窄，窯內易結大塊，對煅燒不 利，不易掌握煅燒操作。在熟料中摻加石膏煅燒，石膏中的硫對熟料形成有強化作用：SO3 能降低液相粘度，增加液相數量，有利于 C3S 的形成，而且在燒成中可形成硫鋁酸鈣早強礦物， 對熟料強度是有利的。摻和的石膏，以熟料中含 SO3 %為好。摻和石膏等礦物的熟料多采用高飽和率、高鋁率和低硅鋁率的配料方案。為保證順利燒成、熟料質量和礦物組成穩定，本設計選的工藝要求為：KH=± SM=±0. 1 IM=±熟料熱耗 q=335

8、0kJ/kg熟料；煤灰摻入量計算因為選用新型干法窯，采用袋式收塵器。所以可知 S=100%。所以:熟料中的煤灰 摻入量：Ga= =式中： Ga熟料中煤灰摻入量， %；q單位熟料熱耗， kJ/kg熟料；Qnet,ad煤的干燥基低位熱值， kJ/kg 煤；煤的收到基低位熱值， kJ/kg 煤；Aar煤的收到基灰份含量，%；Aad煤的干燥基灰份含量，%，可選 100%；Ga=（3350kJ/kg × × 100%）/ kg × 100）=%其中，Qnet,ar=32793Car+98320Har-9100（Oar-Sar） -2450Mar=32793×%+9

9、8320×%-910（0×%）-2450 ×%=Kg計算干燥原料配合比設干燥原料配合比為：表 2 原料配合比石灰石砂頁巖粉煤灰鐵礦石%9%計算灼燒生料數值如下表：表 3 灼燒生料的計算物料燒失量SiO2Al2O3Fe2O3CaO MgO 設定比例石灰石%砂頁巖粉煤灰鐵礦石 總計灼燒生料計算熟料化學成分由煤灰的摻入量 GA=%得, 灼燒生料的配合比為： 1 %=% 表 4 熟料的化學成分名稱 配合比SiO2Al2O3Fe2O3CaO MgO灼燒生料 煙煤煤灰熟料 100率值計算計算率值：KH=SM=IM= 表 5 熟料的率值率值 計算率值 率值取值范圍KHSMIM由

10、上表可以看出，此率值是在其取值范圍內，所以干燥原料配合比為： 石灰石% 砂頁巖% 粉煤灰% 鐵礦石%計算濕原料配合比假設各原料的含水率為：石灰石 1% 砂頁巖 8% 粉煤灰 7% 鐵礦石 5%將上述質量比換算為百分比：各物料含水量及百分比見下表：表 6 各物料含水量及百分比濕物料名稱含水率 %濕原料質量配合比 % 濕原料質量百分比 %石灰石1砂頁巖8粉煤灰7鐵礦石52 物料平衡計算要求設計日產 3200 噸熟料生產線的石灰石破碎，根據設計要求，各原料生產損 失 P 生設為 3%；物料平衡計算以年平衡法計算。干原料消耗定額計算首先計算生料燒失量生料燒失量 =石灰石燒失量 +砂頁巖燒失量 +粉煤灰

11、燒失量 +鐵礦石燒失量=%×%+9%×%+%×% +%×%= %+ %+%+%= % 干生料燒失量： % 煤灰的摻入量： % 考慮煤灰摻入時， 1t 熟料的干生料理論消耗量： K 干 =t 熟料則干生料消耗量： KT=× =× = t熟/t料 式中:KT干生料消耗定額， t/t 熟料； K 干干生料的理論消耗量， t/t 熟料； S煤灰摻入量 ,%；I干生料的燒失量 ,%；生產損失 , 參考下列數值：回轉窯為 3%5%，本設計取 3%濕生料消耗定額K 生=（t/t 熟料 ） 式中KT干生料消耗量， t/t 熟料； w生 生料的含水量，

12、一般取， %； （1）各種干原料的消耗定額： 石灰石消耗定額： K 干石灰石 = KT×X1=× %= （t/t熟料） 砂頁巖消耗定額： K 干砂頁巖 = KT×X2=× 9%= （t/t熟料） 粉煤灰消耗定額： K 干粉煤灰 = KT×X3= ×% =（t/熟t料） 鐵礦石消耗定額： K 干鐵礦石 = KT×X4=× %=（t/t熟料）2）各種濕原料的消耗定額：K濕石灰石100K干石灰石100w石灰石1.312 100100 11. 325t / t 熟料K濕砂巖100K干砂巖100w砂巖0. 140 10010

13、0 80. 152t / t 熟料100K干粉煤灰K濕粉煤灰100w粉煤灰100 0. 050100 70. 054t / t 熟料K濕鐵粉100K干鐵粉100w鐵粉100 0.054100 50. 057t / t 熟料燒成用干煤消耗定額：先計算煤的干燥基低位熱值：QDWg=(QDWg+25Wy) =+× =(Qar/KJ/Kg)則燒成用干煤消耗定額為：t/t 熟料則濕煤量為：t 熟料各物料干料時、日、年消耗量 由于設計日產 3200 噸熟料生產線，窯的年運轉率為 85%，所以熟料的日產量為 3200t/d ，時產量為 3200÷24=ha 石灰石干料消耗定額為石灰石時消

14、耗量： ×= (t/h)石灰石日消耗量： ××24= (t/d)石灰石年消耗量： ××24×365×85%= (t/y)b 砂頁巖干料消耗定額為砂頁巖時消耗量： ×= (t/h)砂頁巖日消耗量： ××24= (t/d) 砂頁巖年消耗量： ×× 24×3×6585%= (t/y) c 粉煤灰干料消耗定額為 粉煤灰時消耗量： ×= (t/h) 粉煤灰日消耗量： ××24=150 (t/d) 粉煤灰年消耗量： ××

15、;2×4365×85%= (t/y) d 鐵礦石干料消耗定額為 鐵礦石時消耗量： ×=(t/h) 鐵礦石日消耗量： ×× 24= (t/d) 鐵礦石年消耗量： ×× 2×4365×85%= (t/y) e 生料干料消耗定額為 生料時消耗量： ×= (t/h) 生料日消耗量： ××24= (t/d) 生料年消耗量： ×× 2×4365× 85%= (t/y) f 燒成用煤干料消耗定額為 燒成用煤時消耗量： ×= (t/h) 燒成

16、用煤日消耗量： ××24= (t/d) 燒成用煤年消耗量： ××2×4365×85%= (t/y)各物料濕料時、日、年消耗量：a 石灰石濕料消耗定額石灰石時消耗量： ×= (t/h) 石灰石日消耗量： ××24= (t/d)石灰石年消耗量： ×× 24×3×6585%= (t/y) b 砂頁巖濕料消耗定額砂頁巖時消耗量： ×= (t/h)砂頁巖日消耗量： ×× 24= (t/d)砂頁巖年消耗量： ×× 24×

17、;3×6585%= (t/y)c 粉煤灰濕料消耗定額粉煤灰時消耗量： ×= (t/h) 粉煤灰日消耗量： ××24= (t/d) 粉煤灰年消耗量： ×× 24×3×6585%= (t/y) d 鐵礦石濕料消耗定額鐵礦石時消耗量： × = (t/h) 鐵礦石日消耗量： ×× 24=( t/d) 鐵礦石年消耗量： ×× 24×3×6855%= (t/y) e 生料濕料消耗定額生料時消耗量 ×= (t/h) 生料日消耗量： ×

18、15;24= (t/d) 生料年消耗量： ××24×3×6855%= (t/y) f 燒成用煤濕料消耗定額 燒成用煤時消耗量： ×= (t/h) 燒成用煤日消耗量： ××24= (t/d) 燒成用煤年消耗量： ××24×3×6585%= (t/y)制定物料平衡表依據以上計算結果，綜合之后得出以下物料平衡表砂頁巖粉煤灰 150鐵礦石生料熟料 - - 125 3000 930750燒成用煤3 廢氣量計算預熱器的主要功能是充分利用回轉窯和分解爐排出的廢氣余熱加熱生料， 所以預 熱器的廢氣來源

19、主要是燃料燃燒放出的廢氣及生料分解產生的廢氣和漏入的氣 體量。由前面的計算數據可知：熟料煤耗量： Kf =生料的額定消耗量： K=kg熟料查閱相關資料，預分解窯相關數據如下：表 8 原始參數溫度/負壓 /pa空氣系數分解率 /%風速（ m/s）窯尾10503505分解爐8802000808802000958002800307003400105504000331045000空氣系數，漏風量 5%則：理論空氣量： =（ 0. 24 Qarnet 0.5） Kf =kg1000 f理論廢氣量： =kg生料分解廢氣量： V=K×J%×=kg窯尾排出廢氣量（40%為回轉窯用燃料比 ）

20、窯內煤燃燒產生的廢氣量 =× 40%= /kg 窯尾過剩空氣量=（ -1）× 40%=kg生料分解產生的廢氣量=V× 5%=kg所以窯尾廢氣量為： =+=kg 化為工作態：=kg熟料分解爐內廢氣量煤燃燒的廢氣量：V 4 =（爐內煤 +窯內煤）燃燒的廢氣量 =Vf =kg生料分解產生的 CO 2 的量：V5=生料全部分解產生的的量 ×（爐內分解率 +窯內分解率）=V×（80%+5%）=kg過剩空氣量：=（-1）=（）×=kg所以爐內廢氣量為： =+=kg， 化為工作態：= /kg 熟料C5廢氣量： 出爐廢氣量： =kg 漏入空氣量： =

21、× 5%=kg C5 分解產生的量： =V× =kg所以 C5 廢氣量為： =+=kg，化為工作態為：= /kg 熟料C4廢氣量： 來自 C5 的廢氣量： =kg 漏入空氣量： =× 5%=kgC4 廢氣量： =+=kg化為標準態為：/kg 熟料C3廢氣量：C3 廢氣量： =（1+5%）=kg化為標準態為：= /kg 熟料C2廢氣量：C2 廢氣量： =（1+5%）=kg化為標準態為：= /kg 熟料C1廢氣量：C2 廢氣量： =（1+5%）=kg化為標準態為：= /kg 熟料注解： CaCO3 在時分解，所以在計算 C1、C2、C3、C4的廢氣量時 ,忽略了生料

22、分解產生的二氧化碳氣體的量。窯的小時產量為 h。所以根據產量、煤耗等列出窯尾的廢氣量為：表 9 窯尾廢氣量名稱標況工況負壓 /pa溫度總風量 /單位風量 /窯尾3501050分解爐2000880C52000880C42800800C33400700C24000550C145003104 預熱器尺寸計算旋風預熱器主要由旋風筒、排氣管、下料管、撒料器、換熱管道、內筒、鎖 風閥等部件組成。預熱器的主要功能是充分利用回轉窯和分解爐排出的廢氣余熱 加熱生料，使生料預熱，及部分碳酸鈣分解。旋風筒直徑及高度旋風筒的處理能力主要取決于通過的風量和截面風速。 各級旋風筒圓筒斷面 風速如下：表 10 各級旋風筒圓

23、筒斷面風速項目C1C2C3C4C5圓筒斷面風速（ m/s ）3-4所以，對于 C2，由公式D=2式中： D-旋風筒圓柱體直徑， mQ-旋風筒內氣體流量， m/s-假想截面風速， m/s（ 取 6m/s）209. 91所以：D=2 3.14 6則： D外=D+2× =+2× =根據經驗選擇耐火磚厚度為）設計 C2是氣固分離效率要求不是很高，所以采用低型旋風筒，即： H/D=2。H=h1 h2 ）且 h1 / h2 1。所以：圓柱體高度 = 圓錐體高度 =旋風筒進風口的形式和尺寸旋風筒進風口的類型一般有兩種：直入式和蝸殼式。由于蝸殼式進風口能使進、 出旋風筒的內、外氣流干擾小，

24、減少了形成渦流的可能性，降低了旋風筒的阻力 損失，所以一般選用蝸殼式。而蝸殼式又分為 90o切、180o切、270o切三中主要 的蝸殼形式。由于本次設計的進風口處理的風量較大，綜合考慮后，選用 切蝸殼式旋風筒進風口。180o根據進風量計算進風口的橫截面積 F:式中：旋風筒的進口風速， m/s。目前一般為 17-19m/s，這里選擇 18m/s。所以：=209. 92=18由經驗可知b/a=2.此處取，則高寬分別為：b=a=內筒這樣排氣管尺寸及插入深度排氣管也稱出風管或者出口導管或中心風管， 簡稱內筒或套筒。根據經驗， 外徑與旋風筒內徑之比 d/D=還要注意旋風筒內的氣流速度達到 13-20m/

25、s， 有利于上一級換熱單元中粉料的分散與懸浮。 一般來說，中間各級的內筒插入深 度可取（） b,以降低壓損。綜合各方面因素，選取 d/D=， h3 =。所以：錐體參數旋風筒錐體部分的作用是將捕獲的固體顆粒向排料口輸送， 并且提供旋轉氣體轉 折向上的空間。錐角可由下式計算：式中：-排料口的直徑， m經計算得： = =o其他參數：下料管位置： =2×=下料管內徑： =式中： M-下料管內的下料量， kg-生料/h旋風筒的鋼板厚度：D1030.002 =旋風筒之間連接管道的內徑：d表 11 C1C5 級預熱器的參數列表C1C2C3C4C5旋風筒直筒內徑 D（m）旋風筒直外徑 （m） 旋風筒

26、直筒高度 h1 （m） 旋風筒圓錐體高度 h2 （m） 旋風筒圓錐體錐角（o）排氣管外徑 d （ m） 排氣管插入深度 h3 （m） 旋風筒進風口橫截面積 F（ ） 旋風筒進風口高 b（ m） 旋風筒進風口寬 a（m） 下料管位置（ m ） 下料管內徑（ m ） 排料口直徑 de （ m） 旋風筒鋼板厚度（ mm ） 旋風筒之間連接管道內徑 d ' （m）5 窯尾系統工藝流程簡介圖 1 窯尾系統工藝流程圖窯尾系統由預分解窯、分解爐、回轉窯、篦冷機組成。生料經預熱器提高溫度， 完成預熱和部分分解后， 進入分解爐內進行碳酸鈣分解， 然后在窯內完成燒結成 熟料的任務，出窯高溫熟料則在冷卻中被

27、冷卻。預熱器充分利用逆流和懸浮兩種熱交換方式提高熱交換效果， 如圖一所示， 氣流 方向為：窯尾煙室 分解爐 C5C4C3C2C1;料流方向： C1C2C3C4C5分解爐 回轉窯。逆流熱交換主要在各級旋風筒連接風管 內進行，旋風筒主要起物料的收集作用， 并通過下料管將收集的物料喂入下一級 旋風筒。37參考文獻1 李海濤 .新型干法水泥生產技術與設備 M. 化學工業出版社，2 陳景華，張長森，蔡樹元 .無機非金屬材料熱工過程及設備 M. 華東理工 大學出版社， 513 姜洪舟 .無機非金屬材料熱工設備 M.武漢理工大學出版社， 984 劉述祖 .水泥工業熱工基礎 M.武漢工業出版社， 425 金容容 .水泥廠工藝概論 M.武漢工業大學出版社， 1346 嚴生，常捷，程麟 .新型干法水泥廠工藝設計手冊 M. 中國建材工業出版 社， 2427 肖爭鳴，李堅利 .水泥工藝技術 M. 化學工業出版社， 738 胡道和 .水泥工業熱工設備 M.武漢理工大學出版社， 829 熊會思，熊然 .新型干法水泥廠設備選型使用手冊 M. 中國建材工業出版 社,14610 林宗壽 .水泥工藝學 M.武漢理工大學出版社， 46設計評述與體會在這設計中充分了解了旋