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1、X X 理 工 学 院课 程 设 计 说 明 书课程名称： 新型干法水泥生产技术与设备设计题目： 5000t /d 新型干法水泥生产线回转窑工艺设计专 业： 无机非金属材料工程班 级：学 号：姓 名：成 绩：指导教师（签名）：设计时间： 2011.12.19 2012.01.06原始资料一、物料化学成分（ %）成分项目 Loss SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 其它 合计干生料 35.82 13.23 2.97 2.05 44.62 0.25 0.16 0.90 100熟 料 0 22.34 5.38 3.65 66.67 0.58 0.06 1.32 100煤 灰
2、0 51.60 31.79 4.14 3.62 0.66 2.29 5.90 100二、煤的工业分析及元素分析（ %）工业分析（ %）Mar F.Car Aar VarQnet,ar （kJ/kg ）1.0 44.78 25.56 28.66 24200元素分析（ %）Car Har Oar Nar Sar Aar War60.10 3.96 7.91 0.97 0.35 25.71 1.00三、热工参数1、温度。入预热器生料温度： 50；入窑回灰温度： 50；入窑一次风温度： 25；入窑二次风温度： 1100；环境温度： 25；入窑、分解炉燃料温度： 60；入分解炉三次风温度：900；出窑熟
3、料温度：1360；废气出预热器温度： 330；出预热器飞灰温度： 300。窑尾气体温度： 1100。2、入窑风量比 （%）。一次风(K 1):二次风(K2):窑头漏风(K3)=10:85:5。23、燃料比（ %）。回转窑(Ky): 分解炉(Kf) =40:60 。4、出预热器飞灰量。 0.1kg/kg 熟料。5、出预热器飞灰烧失量。 35.20%。6、各处空气过剩系数。窑尾， y=1.05 分解炉出口 L=1.15 预热器出口 f=1.40。7、入窑生料采用提升机输送。8、漏风。预热器漏风量占理论空气的比例 K4=0.16；提升机带入空气量忽略；分解炉及窑尾漏风（包括分解炉一次空气量） ，占分
4、解炉用燃料理论空气量的比例 K6=0.05。9、袋收尘器和增湿塔综合收尘效率为 99.9%。10、熟料形成热。根据简易公式（ 6-20）计算。11、系统表面散热损失。 460kJ/kg熟料。12、生料水分。 0.2%。13、窑的设计产量。 5000t/d。目 录前言 4一、物料平衡、热平衡计算 51.1 物料平衡计算 51.1.1 收入项目 51.1.2 支出项目 71.2 热量平衡计算 81.2.1 收入项目 81.2.2 支出项目 9二、窑的计算 1132.1. 窑的规格 112.1.1 直径 112.1.2 长度 122.2 回转窑斜度、转速及功率的计算 122.2.1 斜度和转速 12
5、2.2.2 功率 122.3 风速核算 122.3.1 烧成带标准风速 122.3.2 窑尾工况风速 13三、主要热工技术参数计算 133. 1、熟料单位烧成热耗 133.2 、熟料烧成热效率 133.3 、窑的发热能力 133.4 、燃烧带衬砖断面热负荷 13四. 结语 14五. 参考文献 144前 言当前世界水泥工业的发展是以节能、降耗、环保为中心，走可持续发展的道路。与此相适应，水泥设备尤其是回转窑的资源化利用及应用中的环境行为等方面也成为研究的热点。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方法。具有生产能力大、自动化程度高、产品质量高、能耗低、有
6、害物排放量低、工业废弃物利用量大等一系列优点，成为当今世界水泥生产的主要技术。近年来，我国新型干法水泥生产技术得到了飞速发展。 尤其是进入 21 世纪，大批 5000t/d 熟料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。目前全国已建成的新型干法水泥生产线约 400 余条，产能达 3 亿多吨，占我国水泥总产量的 32%以上。回转窑系统作为新型干法水泥生产技术的重要一环，其设计事关水泥的产量和质量。对窑系统的热工计算，确定单位熟料的热耗，有利于分析窑系统的热工技术性能。 同时也为优质， 高产低耗及节能技改提供科学依据。因此，以新型干法窑（ NSP）的设计为契机，加深对
7、水泥工艺相关知识的理解是很有必要的。本次课程设计的题目是： 5000t/d 熟料带 TSD型分解炉的 NSP窑设计， 设计内容包括窑的规格计算确定、物料平衡计算、热平衡计算、主要热工技术参数计算以及 NSP窑的初步设计（ 1 张A1图纸，1 张 A2图纸）。NSP窑包括预热器系统、分解炉和回转窑，本次设计只需画出回转窑及分解炉下方的烟气室，托轮的的剖面图。5一、物料平衡与热量平衡计算基准：1kg 熟料，温度： 0； 范围：回转窑分解炉预热器系统根据确定的基准和范围， 绘制物料平衡图 （图 1）、热量平衡图 （图 2）。图 1 物料平衡图 图 2 热量平衡图1.1 物料平衡计算1.1.1 收入项
8、目(1) 燃料总消耗量mr (kg/kg)其中：窑头燃料量myrKymr (kg/kg)分解炉燃料量mFrKFmr (kg/kg)(2) 生料消耗量、入预热器物料量a. 干生料理论消耗量mgsL100100mAsrLya 100 25.71 1 mr= 100 35.821.5580.401mr (kg/kg）式中： 燃料灰分掺入量，取 100。b. 出电收尘飞损量及回灰量mF hmfh(1 )0.10(10.999) 0.0001(kg/kg)6myhmfhmFh0.100.00010.10(kg/kg)c. 考虑飞损后干生料实际消耗量100mgs=mgsL+mFh100LfhLs=(1.5
9、580.401mr)+0.000110010035 .235. 821.5580.401mr (kg/kg)d. 考虑飞损后生料实际消耗量ms=mys100 (1.5580.401mr) 1010000.2 1.5610.402mr (kg/kg)100 Wse. 入预热器物料量入预热器物料量 msmyk(1.5610.402mr)+0.1001.6610.402mr (kg/kg)(3) 入窑系统空气量燃料燃烧理论空气量VLK 0.089Cy+0.267Hy+0.033(SyOy)=0.08960.100.2673.96+0.033(0.357.91)3/kg 煤) 6.157(NmmLkV
10、Lk1.2936.1571.2937.961 (kg/kg 煤)b. 入窑实际干空气量Vyh=yVLkmyr =yVLkKFmr 1. 0 56.1570.40mr2.586mr (Nm3/kg)myk=1.293Vyk 1.2932.586mr 3.344mr (kg/kg)其中入窑一次空气量，二次空气量及漏风量Vyk1=K1Vyk=0.10Vyk (Nm3/kg)Vyk2k2Vyk0.85Vyk (Nm3/kg)VLOk1K3Vyk0.05Vyk (Nm3/kg)c. 分解炉从冷却机抽空气量出分解炉混合室过剩空气量V1(L1)VLkmr(1.151)6.157mr =0.924mr (Nm
11、3/kg)分解炉燃料燃烧空气量V2VLkmFrVLkKFmr6.1570.60mr=3.694mr (Nm3/kg)窑尾过剩空气量V3(y1)VLkmyr(y1)VLkKymr(1.051)6.1570.40mr0.123mr (Nm3/kg)7分解炉及窑尾漏入空气量V4K6VLkmFr K6VLkKymr 0.056.1570.60mr 0.185mr (Nm3/kg)分解炉冷却机抽空气量VF2k=V1+V2V3V4 0.924mr+3.694mr0.123mr0.185mr 4.310mr (Nm3/kg)mF2k1.293VF2k =1.2934.310mr 5.573mr (kg/kg
12、)d. 气力提升泵喂料带入空气量（忽略）e. 漏入空气量预热器漏入空气量V5K4VLkmr 0.166.157mr 0.985mr (Nm3/kg)窑尾系统混入空气总量VLOk2V4V5 0.185mr0.985mr 1.170mr (Nm3/kg)全系统漏入空气量3VLOKVLOK1 VLOK20.052.586mr1.170mr1.299mr (Nm /kg)mLOK1.293VLOKl.2931.299mr 1.680mr (kg/kg)1.1.2 支出项目(1) 熟料msh=1kg(2) 出预热器废气量a. 生料中物理水含量Wsmwsms 1000.2(1.5630.402mr) 10
13、00.0030.001mr (kg/kg)mwsVws= 0.804 0. 003 0.001mr= 0.804=0.0040.001mr (Nm 3/kg)3/kg)b. 生料中化学水含量smhs0.00353mysAl 2O 3 0.00353(1.5600.401mr)3.030.0160.004mr (kg/kg)mksVhs = 0.804 0.017 0.004mr= 0.8043/kg)0.0200.005mr (Nmc. 生料分解放出 CO2 气体量：8sCO2CaOM 2coMCaOMgOsM 2coMMgO44=44.62 56440.25 40.335.33COs2m c
14、o2=mgs 100Lfhmff 10035.33(1.5580.4006mr) 10035. 200.0001 1000.5500.142mr(kg/kg)smsco2V co2= 1.977 0.550 0.142 mr= 1.9773/kg)0.2780.072mr (Nmd. 燃料燃烧生成理论烟气量r22.4V co2= 18y 22 .4C m100 100r60.10 mr1.122mr(Nm3/kg)10022 .4r 1V N20.79V LKmr 28yN10022. 4mr0.796.157mr 280.97 100mr4.872mr (Nm 3/kg)3/kg)22.4r
15、V H2O 2yH 10022.4mr 18yW10022.4mr( 23.96 10022.4 181.0 100)mr0.456mr (Nm3/kg)22.4rV so2= 2yS 10022.4mr 320.35 100mr=0.002mr (Nm 3/kg)3/kg)rVrco2VrN2VrH2OVrso2(1.1224.8720.4560.002)mr6.452mr (Nm3/kg) Vymr=(mLK l100 A )mr(7.961lA )mr(7.961l25. 71 100mr8.704mr (kg/kg)e. 烟气中过剩空气量k(f1)VLkmr(1.401)6.157mr
16、 2.463mr (Nm3/kg) VkVk1.293=2.4631.2933.185mr (kg/kg) m其中：kVN2=0.79V k=0.792.463mr1.946mr (Nm3/kg)k=0.792.463mr1.946mr (Nm3/kg)28 1.946k km N2 22.4N2V28 mr2.433mr (kg/kg)22.4kVk=0.212.463mr 0.517mr (Nm3/kg)O20.21Vk km O2=VO2 22.4 32 0.57132 0.57132 mr =0.739mr (kg/kg)22.4f. 总废气量Vf=VCO2+VN2+VH2O+VO2+
17、VSO2=(0.2810.072 mr 1.122 mr)(4.872 mr 1.946 mr)(0.0040.001 mr 0.02090.5 mr 0.456 mr)0.517 mr 0.002 mr0.3058.837mr(3) 出预热器飞灰量mfh0.100 (kg/kg)1.2 热量平衡计算1.2.1 收入项目(1) 燃料燃烧生成热yQrRmrQ DW 23200mr (kJ/kg)(2) 燃料带入显热QrmrCrtrmr1.15460=69.240mr (kJ/kg)(060时熟料平均比热 Crl.154kJ/kg )(3) 生料带入热量Qs=(mgsCs+mw sCw)ts(1.
18、5600.401mr)0.878十(0.0030.001mr)4.1825069.11117.813mr (kJ/kg)(050时，水的平均比热 Cw4.182KJ/kg，干生料平均比热 Cs0.878kJ/kg)(4) 入窑回灰带入热量QyhmykCyhtyh 0.1000.836504.180 kJ/kg(050时，回灰平均比热 Cyh0.836kJ/kg)(5) 空气带入热量a. 入窑一次空气带入热量Qy1kVy1kCy1kty1k 0.10VykCy1kty1k 0.102.586mr1.29825 8.39mr (kJ/kg)3.) ( 025时，空气平均比热 Cy1k1.298KJ
19、/Nmb. 入窑二次空气带入热量Qy2kVy2kCy2kty2k0.85VykCy2kty2k 0.852.586mr1.40311003392.3mr (kJ/kg)3) (01100时，空气平均比热 Cy2k1.403kJ/Nmc. 入分解炉二次空气带入热量QF2kVF2kCF2ktF2k 4.310mr1.403900 5442.2mr (kJ/kg)10(0900时，空气平均比热 CF2k1.403kJ/Nm3.)d. 气力提升泵喂料空气带入热量 （忽略）e. 系统漏风带入热量QLOK=VLOKCLOKtLOK =1.299mr1.2982542.153mr (kJ/kg)3) (02
20、5时，空气平均比热 CLOK1.298kJ/Nm总收入热量QzsQrRQrQsQykQy1k+Qy2kQF2kQskQLOK24200mr69.240mr(69.11117.813mr)4.1808.39mr3392.3mr5442.2mr0+42.253mr73.29133136mr (kJ/kg)1.2.1 支出项目(1) 熟料形成热Qsh=109+30.04CaOk+6.48Al2O3k+30.32MgOk-17.12SiO2k+1.58Fe2O3k=109+30.04 66.67+6.48 5.38+30.32 0.58-17.12 22.34-1.58 3.65=1776kJ/kg(
21、2) 蒸发生料中水分耗热量Qss(mwsmks)qqh(0.0030.001mr0.0160.004mr)238045.22011.9mr(kJ/kg)(50时，水的汽化热 qqh2380kJ/kg)(3) 废气带走热量Qf (V C V C V C V C V C )tCO CO N N H O H O O O SO SO2 2 2 2 2 2 2 2 22f(0.2811.050mr)1.9216.818mr1.319(0.0250.450mr)1.5500.517mr1.3700.002mr1.965330190.924098.5mr(kJ/kg)0340时，各气体平均比热： 3 ；CN
22、21.319kJ/Nm3 ；CH2O1.550kJ/Nm3；CCO21.921kJ/Nm11 3；CSO21.965kJ/Nm3CO21.370kJ/Nm(4) 出窑熟料带走热量Qysh1Cshtsh = 11.07813601466.1 (kJ/kg)(01360时，熟料平均比热 Csh=1.078kJ/kg.)(5) 出预热器飞灰带走热量Qfh=mfhCfhtfh =0.1000.895300 26.85 (kJ/kg)(0300时，飞灰平均比热 Cfh0.895kJ/kg)(6) 系统表面散热损失QB460kJ/kg支出总热量QzcQShQss十 QfQyshQfhQB1776(45.2
23、2011.9mr)(190.924098.5mr)1466.126.85046039654086.6mrkJ/kg列出收支热量平衡方程式QzsQzc73.291 33136mr39654086.6mr求得： mr0.1340 (kg/kg)即烧成 1kg 熟料需要消耗 0.1340kg燃料。求得燃料消耗量后，即可列出物料平衡（表 1）和热量平衡表 (表 2)，并计算一些主要热工技术参数表 1 物料平衡表单位：kg/kg 熟料收入项目 数量 % 支出项目 数量 %燃料消耗量 0.134 4.24 熟料量 1 30.85入预热器生料量 1.607 50.84 出预热器飞灰量 0.100 3.081
24、2入窑实际干空气量 0.448 14.17 生料中物理水量 0.003 0.09分解炉抽空气量 0.747 23.63 生料中化学水量 0.015 0.46窑尾系统漏入空气量 0.225 7.12 生料分解 CO2 量 0.531 16.36燃料燃烧理论烟气量 1.166 35.98烟气中过剩空气量 0.427 13.17合 计 3.161 100.00 合 计 3.242 100.00表2 热量平衡表单位：kg/kg 熟料收入项目 数量 % 支出项目 数量 %燃料燃烧热 3242.8 71.85 熟料形成热 1776 39.36燃料显热 9.3 0.21 蒸发生料水分耗热 43.6 0.97
25、生料带入热 66.7 1.48 废气带出热量 740.1 16.40回灰带入热 4.2 0.09 熟料带出热量 1466.1 32.48入窑一次空气带入热 1.1 0.02 飞灰带出热量 26.9 0.60入窑二次空气带入热 454.6 10.07 系统散热损失 460.0 10.19入分解炉空气带入热 729.3 16.15系统总漏风带入热 5.6 0.12合 计 4513.6 100.00 合 计 4512.7 100.00二、窑的计算 （带 NC-SST-I 分解炉的预分解窑）2.1. 窑的规格:2.1.1 直径根据式（1）计算窑有效内径G 熟料3.1463.5 Di （1）其中，G 熟
26、料为窑的日产量 t/d；Di 为窑的有效内径， m。取 G 熟料=5000 t/d，可计算出 Di=4.242 m。根据式（2）计算窑筒体直径D D 2 （2）i其中，为回转窑用耐火材料厚度， mm。对于直径大于 4.0 m的回转窑， 其值一般为 230mm。因而13D 4 .72 m.242 2 0.23 4根据建材行业标准 JC331-91，D 值取 4.8 m，则回转窑有效内径为 4.34 m。2.1.2 长度预分解窑的长径比 L/D1020，且其长度还应按 GB321 优先数系列选配。综合最近投产的 5000 t/d水泥熟料生产线情况， L 值取 72 m，此时 L/D=15 。由以上
27、计算结果，回转窑的规格为 4.872 m。根据国内外实际生产情况，该规格预分解窑产量一般在 5000 t/d 以上，因而能满足设计要求。2.2 回转窑斜度、转速及功率的计算2.2.1 斜度和转速预分解窑的斜度一般为 3.5%4%，最高转速可达 4.5 r/min。根据统计，对于 4.872 m 的预分解窑，当其斜度为 3.5%，转速 n 为 3.8 r/min 时，最高产量可达 5500 t/d 以上。考虑到实际生产中增产的可能性， 所设计回转窑的斜度为 3.5%，转速为 3.8 r/min。2.2.2 功率回转窑功率可根据式（ 3）进行计算。3 0.75N0 0.03 Di n L（kW）（
28、3）3 0.75根据计算， N 0.0 3 4.34 3 .8 72 480.574kW02.3 风速核算2.3.1 烧成带标准风速一般要求 2 Nm/s。1000 G Vykw =1.42 Nm/si2D 3600i4符合要求1000 G Vy 273 Tw yww =7.95 m/s 符合要求y w2732D 3600i4Vyw 窑尾烟气量， m3/kg 熟料Tyw 窑尾温度，14Vyw r kVy V K y6.452mr+（y-1）6.157 m ry=0.404 m3/Kg2.3.2 窑尾工况风速一般要求 10 m/s。1000 G Vy 273 Tw yww =7.95 m/s 符
29、合要求y w2273D 3600i4Vyw 窑尾烟气量， m3/kg 熟料Tyw 窑尾温度，Vyw r kVy V K y6.452mr+（y-1）6.157 m ry=0.404 m3/Kg三、主要热工技术参数计算3. 1、熟料单位烧成热耗QrR=mrYQDW0.1340242003242.8 (kJ/kg)3.2 、熟料烧成热效率sQQshrR1776100 3242. 810054.773.3 、窑的发热能力Qyr=MyrYQ KymrGDWYQ 0.40.134208.31032420027.02107 (kJ/h)DW3.4 、燃烧带衬砖断面热负荷7 Qyr 6 (kJ/m2h)27
30、.2 10q 18.2710A 22 0 .785 4.34Di415结束语通过这次 NSP窑的设计，我在多方面都有所提高，综合运用本专业所学课程的理论知识和生产实际知识进行一次水泥回转窑的设计工作，从而培养和提高了独立工作的能力，巩固与扩充了水泥厂工艺设计概论、新型干法水泥生产技术和设备和工程制图等课程所学的内容，掌握了 NSP回转窑设计的方法和步骤，掌握了怎样确定工艺方案，提高了计算能力，绘图能力，熟悉了规范和标准，同时各科相关的课程都有了全面的复习，独立思考的能力也有了提高。在此期间曾碰到过一些困难问题，在查阅相关参考文献及资料，请教老师及同学后，结合所学理论知识，解决了此类问题。在以后的工作和学习中，我会更加努力，争取学好自己的专业课程。做到不仅仅是在理论上，更是在实际生产中应用自己所掌握的知识。由于设计能力有限，在设计过程中难免出现错误，恳请老师们多多指教。参考文献1 、李海涛 . 新型干法水泥生产技术与设备 M. 化学工业出版社， 2006.012 、严生. 新型干法水泥厂工艺设计手册 M. 中国建材工业出版社3 、金容容 . 水泥厂工艺设计概论 M. 武汉理工大学出版社 ,1993.051617