日产5000t水泥熟料预分解窑窑尾工艺设计说明书.doc

III
武汉理工大学专科生毕业论文

5000t/d水泥分解窑窑尾（低氮氧化合物排放）工艺设计

摘要：水泥是社会经济发展最重要的建筑材料之一，在今后几十年甚至是上百年之内仍然是无可替代的基础材料，对人； 低氮排放； 工艺设计

The Process Design of the Back End of Precalciner Kiln for 5000T/D Cement Clinker(Low Nitrogen Oxide Emissions)

Abstract:Cement is one of the most important building materials of the social and economic development, within the coming decades or even a century,Cement is still no substitute for basic materials, the importance of human civilization is self-evident.
calciner kiln as the representatives has become leading technology and the most advanced technology of the cement industry. It has many advantages, such as high throughput, a high degree of auto mation, high quality products, low energy consumption, low emissions of harmful substances, etc.
In the production process of cement will release a number of harmful substances,particularly nitrogen oxides,according to the requirement of this design,the design uses a range of methods to reduce the concentration of nitrogen oxide .Based on the design of new dry cement production technology in today's design requirements, the main task is the back-end part of the process design, including the production of cement raw materials, fuel quality requirements, the design of ingredients and ingredients, the material balance calculation , the main auxiliary balance and equipment selection, calculation and storage back-end process design.
Key words: 5000T / D, Low Nitrogen Emissions, Process Precalciner kiln, Design

目 录
第1章 绪论........................................................... ..1
1.1 引言...........................................................1
1.2设计简介........................................................1
第2章 建厂基本资料......................................................3
2.1设计题目...........................................3
2.2建厂条件…………………………………………………………………3
2.3原料质量要求....................................................3
2.3.1水泥原料质量要求.......................................... ...3
2.3.2石膏和混合材质量要求.........................................4
2.4燃料品质要求....................................................5
2.5熟料热耗的选择..................................................6
2.6生产方法和窑型的选择............................................6
第3章 配料计算与物料和主机平衡..........................................8
3.1配料计算........................................................8
3.1.1原料...........................................24
3.3主机平衡与选型.................................................24
3.3.1车间工作制度确定............................................24
3.3.2主机选型....................................................25
3.3.3主机平衡表..................................................32
第4章 储库计算........................................................33
4.1各种物料储存期的确定............................................33
4.2各种原料储存设施的计算..........................................34
4.2.1石灰石、原煤、联合预均化堆场、石膏、矿渣预均化堆场计算........34
4.2.1.1石灰石预均化堆场计算......................................34
4.2.1.2原煤预均化堆场计算..................... ..................35
4.2.1.3联合储库计算........................... ..................36
4.2.1.4石膏、矿渣预均化堆场计算.................. ...............36
4.3各种物料的储存设施计算..........................................37
4.3.1生料配料站.............................................. ... .37
4.3.2生料均化库............................................. .... .39
4.3.3熟料库.................................................. ... .40
4.3.4熟料配料站.................................................. 40
4.4水泥库计算...................................................... 41
4.5储库一览表.......................................................42
第5章 物料和热平衡计算......................................... ... 43
5.1原始资料................................................... ....43
5.2物料平衡与热平衡计算........................................ ...44
5.2.1 物料平衡计算............................................. ...44
5.2.2 热平衡计算............................................... ...50
5.3物料平衡表与热平衡表的编制................................... ..54
第6章 窑外分解系统的设计计算......................................56
6.1原始资料..................................................... ..56
6.2相关参数的设定..................................................56
6.3单位烟气的...........................................61
6.7分解炉结构尺寸计算........................................... ..63
6.8旋风筒设计方案选择..............................................66
6.9旋风筒结构尺寸计算..............................................68
6.10分解炉与旋风筒尺寸汇总表.......................................75
第7章 窑尾设备的............................91
致谢................................................................. .. .92
参考文献.......................................................... .. .. ..93

武汉理工大学专科生毕业论文
第一章 绪论
1.1引言
我国氮氧化合物的排放量年增长5%-8%，如果不采取进一步的的减排措施，到2030年我国氮氧化合物排放量将达到3540吨，如此巨大的排放量讲给公众健康和生态环境带来灾难家有着明显差距，同时水泥行业排污严重的情况下，为了使我国水泥工业实现可持续发展，必须加大发展新型干法水泥生产技术和水泥产业结构调整的力度，同时通过对各种设备的改进达到低碳低氮氧化合物排放的目标。
1.2 设计简介
水泥工厂的设计是一项复杂的系统工程，涉及专业多，知识面广，其生产又具有连续化，各环节相互制约，故设计时，对生产技术配套设备等的选择，要选择最佳方案，统筹安排。尽量选取国内先进的工艺和设备，力求做到工艺先进，流程顺畅，设备选型合理，技术指标先进可行。毕业设计是工艺专业的学生在学完全部课程后，模拟工艺设计的基本内容而进行的一次实际的训练。它有助于培养学生综合运用该学科基本理论、基本技能和专业知识，结合生产实际，提高分析和解决问题的能力，它有助于培养学生理论联系实际，注重调查研究的良好作风，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。
新型干法工艺是当代最具现代化、规模化的水泥生产方式，已被世界各国普遍采用，成为水泥生产技术的主流。通过技术攻关和科技创新，我国相继完成了700～5000t/d的国产化装备系列生产线的设计，主要经济技术指标达到了20世纪90年代国际先进水平。通过不断技术创新，新型干法水泥工艺技术和装备的开发已形成1000～8000t/d生产线系列，10000t/d的新型干法水泥生产线也已建成，我国的水泥生产已迈入新时代。
我国已经成为名副其实的水泥生
(2)有害杂质的含量应尽量少

第三章 配料计算与物料和主机平衡
3.1配料计算：
3.1.1原料原始数据
3.1.1．1原、燃料化学成分
表3-1 原料的化分分析

原料名称
Loss
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
SO3
总和
石灰石
42.66
2.42
0.31
0.19
53.13
0.57
——
99.28
粘土
5.27
70.25
14.72
5.48
1.41
0.92
0.06
99.01
铁粉
——
34.42
11.53.
48.27
3.53
0.09.
1.02
98.86
煤灰
——
53.52
35.34
4.46
4.79
1.19
0.04
99.34
3.1.1.2原、燃料水分
表3-2 原、燃料水分表
原料名称
石灰石
粘土
铁粉
煤粉
水分
1%
0.8%
12%
1%
3.1.1.3烟煤的工业分析
表3-3 煤的工业分析及发热量（%）
组 分
Wf
Af
Vf
Ff
QfD（kJ/kg）
含量（%）
1.00
20.86
28.28
49.86
24321
3.1.1.4烟煤的元素分析
表3-4 该煤的元素分析（%）
组分
Wy
Ay
Hy
Sy
Oy
Ny
Cy
含量（%）
1.00
20.86
4.29
0.48
9.17
1.49
62.71

3.1.2水泥配料方案
水泥的性能和质量取决于熟料的矿物组成，而熟料的矿物组成取决于熟料的组分，
项 目
比例
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
SO3
∑
灼烧生料×（100-GA）
97.43
21.408
4.441
3.629
65.229
0.920
0.061
95.688
煤灰成分×GA
2.57
1.515
1.000
0.126
0.136
0.034
0.001
2.812
熟料成分
100
22.923
5.441
3.855
65.365
0.954
0.062
98.600
SM== =2.47
IM===1.41
C3S==3.8×（3×0.858-2）×22.923% =50.00%
C2S==8.60SiO2（1-KH）=8.60 ×22.923%×(1-0.858) =27.99%
C3A==2.65×（5.441-0.64×3.855）%=7.88%
C4AF==3.04×3.855% =11.72%
KH值偏低，SM和 IM也偏低，孰料矿物中C3S较低 ，说明石灰石质原料掺量偏低，应适当增加石灰石的配比。
3.1.2.4干燥原料配合比调整
1、鉴于第一次配料结果石灰饱和系数偏低，C3S 过少，C2S偏多，铝率和硅率也有一定的偏差，现对原料配比进行如下调整：
表3-9 干燥原料调整配比 （%）
石灰石
粘土
铁粉
81.78
15.90
2.32
2、生料的各化学成分计算：
按照前面的计算方法得到原料带入白生料中各氧化物百分含量结果如下3-10表：
3、灼烧生料中化学成分计算：
根据灼烧生料=×生料中各氧化物含量 ，灼烧生料中的其他氧化物的含量依次计算结果如下3-11表：
表3-10 调整配合比后生粉的化学成分（%）
原料名称
配比
Loss
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
SO3
∑
石灰石
81.78
34.887
1.979
0.254
0.155
43.450
0.466
——
81.189
粘土
15.90
0.838
11.17
2.340
0.872
0.224
0.146
0.010
15.599
铁粉
2.32
——
0.798
0.267
1.120
0.082
0.002
0.023
2.294
生粉
100
35.725
13.947
2.861
2.147
43.756
0.614
0.033
99.082
表3-11 调整配合比后灼烧生料化学成分表（%）
氧化物
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
SO3
∑
灼烧生料
21.700
4.452
3.340
68.076
0.956
0.052
98.576
4、熟料化学成分的计算：
煤灰的掺入量GA=2.57%，灼烧生料配合比为100%-2.57%=97.17% 由熟料化学成分=灼烧生料中氧化物含量×（1-GA）+煤灰中相应氧化物含量×GA即等于生料氧化物含量×97.43% + 煤灰氧化物含量×2.57%，由此求得的调整配合比后孰料化学成分如下3-12表：
表3-12 调整配合比孰料化学成分表（%）
项 目
比例
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
SO3
∑
灼烧生料×（100-GA）
97.43
21.142
4.338
3.254
66.326
0.929
0.050
96.039
煤灰成分×GA
2.57
1.375
0.908
0.114
0.124
0.033
0.001
2.555
熟料成分
100
22.517
5.246
3.368
66.450
0.962
0.051
98.594
5.调整配合比后的熟料率值计算及矿物组成
KH= （IM≧0.64）
==0.90
SM== =2.61
IM===1.56
C3S==3.8×（3×0.90-2）×22.517% =59.385%
C2S==8.60SiO2（1-KH）=8.60 ×22.517%×(1-0.90) =19.754%
C3A==2.65×（5.326-0.64×3.368）%=8.196%
C4AF==3.04×3.368% =10.227%
KH、 SM和 IM均能达到预定值，孰料矿物中各矿物组成也符合水泥孰料矿物要求，而且MgO和SO3也在控制范围内，说明该配合比是符合的设计要求的。
3.1.2.5生料湿原料配合比的计算：
前面已经确定石灰石水分为1%，粘土水分0.8%，铁粉水分12%，湿原料=干原料×（M为各原料的含水量），计算结果如下表：
表3-13 生料湿原料质量配合比
湿原料
石灰石
粘土
铁粉
湿原料质量比
82.61
16.03
2.64
将上述质量比换算成百分比：∑=82.61+16.03+2.64=101.28
湿石灰石 = 82.61÷101.28 =81.57%
湿黏土 =16.03÷101.28 =15.83%
湿铁粉 =2.64÷101.28 =2.60%
3.1.2.6生料配合比最终确定：
表3-14 生料最终配合比表
湿原料
石灰石
粘土
铁粉
干燥基配比
81.78
15.90
2.32
湿原料配比
81.57
15.83
2.60
3.1.2.7 理论熟料煤耗：
===0.1234（kg煤/kg熟料）
式中：q ──熟料热耗（KJ/Kg熟料）；
Qnet,ar──燃料应用基低位热值，KJ/Kg燃料；
── 单位熟料烧成总燃料量，Kg/Kg熟料。
3.1.2.8水泥中石膏的掺入量

==4.75%
式中 d ──水泥中石膏掺入量(%)。
3.2物料平衡计算
3.2.1烧成车间生产能力和工厂生产能力的计算
通过物料平衡计算可得到各种原料、燃料、材料的需要量以及从原料进厂到成品出厂各生产环节需要处理的物料量，依据这些数据可以进一步确定工厂的物料运输量、工艺设备选型以及堆场、储库等设施的规模。因而物料平衡计算是水泥厂设计必不可少的工艺计算内容之一，是主机平衡与储库平衡计算的基础与依据。
窑的孰料产量是物料平衡的计算基准，当工厂规模以水泥年产量表示时，取孰料年产量为基准，这种方法称为年平衡法，当工厂规模以孰料日产量表示时，取孰料周产量为基准，这种方法称为周平衡法，本设计中采用周平衡法计算。
1、 计算所需原始数据：
①熟料日产量：5000t/d
②生料中各原料配合比：
表3-15 干燥原料调整配比 （%）
石灰石
粘土
铁粉
81.78
15.90
2.32
③物料天然水分：
表3-17 物料天然水分（%）
物料名称
石灰石
粘土
铁粉
矿渣
石膏
烟煤
天然水分(%)
1
0.8
12
15
19.69
1
④各种物料生产损失p:
表3-18 物料生成损失（%）
生产损失
石灰石
粘土
铁粉
生料
石膏
矿渣
水泥
煤
（%）
4
4
4
4
3
3
4
3
⑤熟料热耗：q=3000 kJ/kg熟料
⑥煤的应用基低热值：＝24321 kJ/kg煤
⑦石膏掺入量d=4.75%
⑧根据GB175-2007规定，P.O水泥中混合材的掺入量为5%-20%，本设计中掺入的混合材为粒化高炉矿渣，取其掺入量为15%；P.Ⅱ42.5水泥中可掺入不超过水泥质量的5%的石灰石或粒化高炉矿渣,本设计中掺入的高炉矿渣为4%；
2、 窑的基础资料：
设计中要求熟料日产量为5000吨，小时产量 G=5000/24=208.5t/h，由经验公式G=1.5564Di3.0782得Di=4.4，根据相关资料选取：L=70m ，则长径比 L/Di=68/4.3=15.8m ，根据经验值衬砖厚度选取：δ=0.18，按经验4＜D≤5m, δ=0.18m(见《水泥工艺热工设备》P109)
则筒体外径为：D=Di+2δ =4.4+2×0.18=4.8m
综合考虑，本设计采用峨胜水泥厂所用的回转窑
表3-19 回转窑参数
窑规格
设计产量(t/d)
实际产量(t/h)
功率(kw)
φ4.8×74
5000
208.5
630
额定电流
额定转数
斜度
总重
1006A
1500r/min
4%
844吨
3、窑的台数计算：
标定熟料产量Qd =5000T/D，小时产量Qh=208.5t/h，本设计中所选的窑标定日产量为5000t/d熟料；则=208.5t/h。
= =1
式中 ───窑的台数；
───要求的熟料日产量（t/d）；
───所选窑的标定台时产量（t/台.时）；
24───每日小时数。
4、烧成系统的生产能力计算：
熟料小时产量：=n·Qh,1=1×208.5t/h=208.5t/h
熟料日产量：=24·= 24×208.5t/h=5000t/d
熟料周产量：=168=168×208.5=35000t/周
孰料年产量：Qy =8760y=8760×0.81×208.5=1479400t/年
式中： ───窑的台时产量 （t/h）；
───窑的日产量 （t/d）；
───窑的周产量 （t/w）；
168 ───每周小时数；
Qy ─── 窑的年产量（t/年）
8760 ───每年小时数；
y ───窑的年利用率，预分解窑一般为0.8-0.82，本设计中y取0.81
5、工厂的生产能力计算：
1、水泥小时产量计算：
本次设计任务书规定的水泥品种有两种，所用熟料相同，其中熟料分别：P .Ⅱ42.5 、P.O42.5，两种水泥各占40%和60%，因此水泥小时生产能力计算可先分别求出每种水泥的小时产量，然后计算水泥小时产量的总和。
每种水泥小时产量：
（P.O42.5）
=×208.5×40%=99.8(t/h)
(P .Ⅱ42.5)
=×208.5×60%= 131.6(t/h)
水泥小时产量总和：
= 99.8+131.6= 231.4(t/h)
式中： ───P.O42.5和P .Ⅱ42.5水泥的小时总产量（t/h）；
，───分别表示P.O42.5和P .Ⅱ42.5水泥的小时产量（t/h）；
，───分别表示水泥中石膏的掺入量（%）均为4.75%；
， ──分别表示P.O42.5和P .Ⅱ42.5水泥中混合材的掺入量（﹪）；=15%，=4%。
───水泥的生产损失（%），一般取3%-5%，本设计中取4%（见 金蓉蓉《水泥厂工艺设计概论》P38）。
2、水泥日产量计算：
（t/d）=24×231.4= 5554（t/d）
式中 ───P.O42.5和P .Ⅱ42.5水泥的小时总产量（t/h）；
───水泥的日产量（t/d）；
3、水泥周产量
=168×231.4= 38875（t/w）
式中 ───水泥日产量(t/d)；
───水泥周产量（t/w）；
168───每周小时量。
4、水泥年产量计算：
=8760y=8760×0.81×231.4=1641922（t/年）
式中 ───水泥的年产量（t/年）；
y ───窑的年利用率，本设计中采用悬浮预热器窑，y取0.81
───水泥的日产量（t/d）；
3．2.2原、燃料消耗定额计算
1、原料消耗定额
（1）考虑煤灰掺入时，1t熟料的干生料理论消耗量：
KT = ==1.512 t/t 熟料

式中：KT ──干生料理论消耗定额，t/t 熟料；
I ──干生料的烧失量(%)；I=35.725
S ──煤灰掺入量,以熟料百分数表示(%)；S=2.83。
（2）考虑煤灰掺入时，1t熟料的干生料消耗定额：
= ==1.575(t/t 熟料)
式中：K生──干生料消耗的定额（t/t 熟料）；
P生──干生料生产损失，一般有电收尘器时取3%~5%《水泥厂工艺设计概论》P40）本设计中取P生=4%
（3）各种干原料的消耗定额：

式中： K原── 某干生料的消耗定额；
K生──干生料消耗的定额（t/t 熟料）；
──干生料中该原料的配合比（%）。
则：K石灰石= K生 =1.575×81.78%=1.288(t/t 熟料)
K粘土= K生 =1.575×15.90%=0.250(t/t 熟料)
K铁粉= K生 =1.575×2.32%=0.037(t/t 熟料)
2、干石膏消耗定额：
=
式中 ───干石膏消耗定额（Kg/Kg熟料）；
───水泥中石膏掺入量（%），=4.75%；
───水泥中混合材掺入量（%）；P .O 42.5、P .Ⅱ42.5水泥混合材掺入量分别为=15%、=4%；
───石膏生产损失（%），取3%(见王君伟《水泥工艺计算手册》P78)
则 = ×40% （P .O 42.5）
=×40%=0.024（Kg/Kg熟料）
=×60% （P .Ⅱ42.5）
=×60%=0.032（Kg/Kg熟料）
=0.024+0.032=0.056（Kg/Kg熟料）
3、干混合材消耗定额：
=
式中 ───干混合材消耗定额（Kg/Kg熟料）；
───混合材生产损失（%），取3%(见王君伟《水泥工艺计算手册》P78)
───水泥中石膏掺入量（%），=4.75%；
───水泥中混合材掺入量（%）；P .O 42.5、P .Ⅱ42.5水泥混合材掺入量分别为=15%、=4%；
=×40% （P .O 42.5）
=×40%=0.077（Kg/Kg熟料）
= ×60% （P .Ⅱ42.5）
=×60%=0.027（Kg/Kg熟料）
=0.077+0.027=0.104（Kg/Kg熟料）
4．烧成用干煤消耗定额：
Kf1=
式中： Kf1——烧成用干煤消耗定额，Kg/Kg熟料；
q ——熟料烧成热耗，KJ/Kg熟料；取3300
Pf ——煤的生产损失，%，一般取3%
——干煤低位热值，KJ/Kg干煤，本设计用煤热值为24321。
则： Kf1= =0.127 Kg/Kg熟料
5．烘干用干煤消耗定额：（本设计主要是对混合材进行烘干处理）
Kf2=×××
=×××=0.00379kg/kg 熟料
式中：Kf1——烧成用干煤消耗定额，kg/kg 熟料；
Kf2——烘干用干煤消耗定额，kg/kg 熟料；
pf——煤的生产损失%，取3%。（见《水泥厂工艺设计概论》P40）
Qnet.ar——煤的低位热值，kJ/kg 熟料，Qnet.ar =24321 kJ/kg 熟料；
w1、w2——主要是粒化高炉矿渣水分，分别表示该物料烘干前、后的水分，%，，分别为：15%、1%。
q——熟料烧成热耗，kJ/kg 熟料，q = 3000 kJ/kg 熟料；
M湿——须烘干的湿物料量，t/周；M湿=100/(100-15) ×35000=4282
Q烧——烧成系统生产能力，t/周；取35000；
q烘——蒸发1kg水分的热耗量，kJ/kg水分，5150，参考《新型干法水泥厂工艺设计手册》P113烘干机的热工参数。
6、各种干物料消耗定额换算为天然水分的湿物料消耗定额的计算：
=
（1）、 = ==1.301（Kg/Kg熟料）
（2）、= ==0.252（Kg/Kg熟料）
（3）、= = =0.042（Kg/Kg熟料）
（4）、= ==0.030（Kg/Kg熟料）
= ==0.040（Kg/Kg熟料）
（5）、= ==0.091（Kg/Kg熟料）
= ==0.034（Kg/Kg熟料）
（6）、= ==0.128（Kg/Kg熟料）
= ==0.00382（Kg/Kg熟料）
3.2.3原、燃料需要量的计算及物料平衡表
1、生料每小时需要量：单位：（t/小时）
①、干生料每小时需要量：单位：（t/小时）
石灰石： G=208.5×1.288=268.55
粘土 ： G=208.5×0.250=52.13
铁粉： G=208.5×0.037=7.71
石膏： G1=208.5×0.024=5.00 （P.O42.5）
G2=208.5×0.032=6.67 （P. Ⅱ42.5）
混合材： G=208.5×0.077=16.05 （P.O42.5）
G=208.5×0.027=5.63 （P. Ⅱ42.5）
烧成用煤：G=208.5×0.127=26.48
烘干用煤：G=208.5×0.00379=0.79
②、湿生料每小时需要量：单位：（t/小时）
石灰石： G=208.5×1.301=271.26
粘土： G=208.5×0.252=52.54
铁粉： G=208.5×0.042=8.76
石膏： G1=208.5×0.030=6.26 （P.O42.5）
G2=208.5×0.040=8.34 （P. Ⅱ42.5）
混合材： G1=208.5×0.091=18.97 （P.O42.5）
G2=208.5×0.034=7.09 （P. Ⅱ42.5）
烧成用煤：G=208.5×0.128=26.69
烘干用煤：G=208.5×0.00382=0.80
3、 生料每日需要量：单位：（t/天）
① 、干生料每日需要量：单位：（t/天）
石灰石： G=5000×1.288=6440
粘土： G=5000×0.250=1250
铁粉： G=5000×0.037=185
石膏： G1=5000×0.024=120 （P.O42.5）
G2=5000×0.032=160 （P. Ⅱ42.5）
混合材：G1=5000×0.077=385 （P.O42.5）
G2=5000×0.027=135 （P. Ⅱ42.5）
烧成用煤：G=5000×0.127=635
烘干用煤：G=5000×0.00379=18.95
②、湿生料每日需要量：单位：（t/天）
石灰石： G=5000×1.301=6505
粘土： G=5000×0.252=1260
铁粉： G=5000×0.042=210
石膏： G1=5000×0.030=150 （P.O42.5）
G2=5000×0.040=200 （P. Ⅱ42.5）
混合材：G1=5000×0.091=455 （P.O42.5）
G2=5000×0.034=170 （P. Ⅱ42.5）
烧成用煤：G=5000×0.128=640
烘干用煤：G=5000×0.00382=19
4、 生料每周需要量：单位：（t/周）
①、干生料每周需要量：单位：（t/周）
石灰石： G=5000×7×1.288=45080
粘土： G=5000×7×0.250=8750
铁粉： G=5000×7×0.037=1295
石膏： G1=5000×7×0.024=840 （P.O42.5）
G2=5000×7×0.032=1120 （P.