日产4000吨分解炉课程设计.doc

课程设计说明书日产4000吨熟料现代化干法生产水泥厂设计（重点车间：分解炉） 学 院： 材料科学与工程学院 课程名称： 制品机械设备课程设计 专业班级： 无机非金属材料工程班 学生姓名： 学 号： 指导教师： 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，对人类生活文明的重要性不言而喻。 现代最先进的水泥生产技术就是新型干法预分解窑。预分解窑是在悬浮预热器与回转窑之间增设分解炉，在分解炉中加入占总用量50%-60%的燃料，使燃料燃烧的过程与生料碳酸盐分解的吸热过程在悬浮状态或沸腾状态下迅速进行，从而使入窑生料的分解率从悬浮预热窑的30%-40%提高到85%-90%，使窑的热负荷大为减轻，窑的寿命延长，而窑的产量却可成倍增长。与悬浮预热器窑相比，在单机产量相同的条件下，预分解窑具有:窑的体积小，占地面积减小，制造、运输和安装较易，基建投资较低，且由于一半以上的燃料是在温度较低的分解炉内燃烧，产生有害气体NO较少，减少了对大气的污染。为了符合当今水泥行业的发展需求同时也是对大学本科四年所学知识的考查，我选择了“日产4000吨熟料现代化干法生产水泥厂初步设计”这个课题作为我的毕业设计课题。设计范围主要是分解炉，通过配料计算、工艺平衡计算等得出结果，并结合实际对主机及附属设备进行选型，进而对各种设备进行工艺布置，对全厂的设备进行简单规划。 关键词：水泥；新型干法预分解窑；分解炉设计任务书第一节 设计目的此次课程设计是进入大学以来的第一次设计课程，也是在参加了生产实习后的一次总结。基于在学习了制品机械设备课程设计，并结合本专业的发展特色而开设的一项重要的实践学习环节。其目的在于通过课程设计的锻炼，树立正确的设计思想，培养我们认真的科学态度和严谨求实的工作作风。在设计过程中培养我们学生掌握绘图、计算、研究等科学设计方法，提高工程设计计算,锻炼我们分析解决实际问题的能力。第二节 设计原则与指导思想1.根据任务书规定产品品种、质量、规模进行设计；2.选择技术先进、经济合理的工艺流程和设备；3.主要设备的能力应与生产规模相适应；4.满足工艺要求，确保工艺畅通；5.充分考虑安全因素，确保安全生产。第三节 设计任务本设计的设计任务是：1.建设项目：日产4000吨水泥熟料生产线（重点：分解炉）；2.建厂规模：日产水泥熟料4000吨；3.产品品种： 普通硅酸盐水泥4.生产方法：新型干法回转窑；第四节 设计内容和要求一、总体设计1、设计的目的和意义；2、初始条件；3、平衡计算；4、设备选型计算二、设计要求的起止日期本课程设计日期为2016年6月13日-6月26日，所有的的设计工作必须如期完成。三、要求设计说明书文字要通顺、层次清楚、工艺方案选择合理、选定的参数要有依据、计算正确、各种符号应注有文字说明，必要时列出计算表格；设计说明书文字一般不少于500字；设计说明书格式可参考其他样式编写。目 录1.初始条件11.1 原料的原始资料11.2原料配比计算11.3煤的低位发热量计算11.3.1燃料煤的原始资料11.3.2低位发热量计算11.2.煤灰掺入量计算11.3.计算干燥原料配合比21.4.计算生料和湿物料的配合比32.物料平衡与热平衡计算32.1.物料平衡计算42.1.1收入项目52.1.2支出项目92.2热量平衡计算122.2.1收入项目122.2.2支出项目142.3列出收支热量平衡方程式152.4物料平衡、热量平衡表162.4.1物料平衡表162.4.2热量平衡表172.5主要热工技术参数172.5.1水泥熟料的实际烧成热耗172.5.2窑的发热能力172.5.3分解炉的热负荷172.5.4熟料烧成热效率182.5.5主要热工技术参数一览表183 分解炉尺寸计算与设计183.1相关参数183.2分解炉工作风量193.2.1分解炉用燃料产生的烟气量193.2.2分解炉内释放出来的CO2量193.2.3入分解炉的出窑废气量193.2.4分解炉工作风量193.3分解炉直筒部位的有效截面积AF与有效内径DF203.4分解炉锥体部有效高度203.5分解炉锥体下端口直径203.6分解炉的有效高度203.7分解炉直筒部位的有效高度203.8入分解炉三次风管直径di，进风口宽度a和高度b203.9分解炉生料进料口直径213.10分解炉燃料进口直径213.11分解炉主要结构尺寸一览表214.耐火材料选材计算与散热计算214.1 耐火衬料的设计理念224.2 材料的主要参数.224.3 厚度计算224.4 散热量计算224.5 耐火材料厚度对分解炉筒体尺寸的修正22总结：23参考资料231.初始条件1.1 原料的原始资料(%)表1 原料与煤灰的化学成分(%) 数据 物料烧失量SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgO总和石灰石41.552.291.860.8450.650.7698.63砂页岩2.2989.032.382.552.180.6599.08粉煤灰2.4952.9830.295.424.60.5196.29铁矿石2.7951.396.1730.191.861.8894.28烟煤煤灰04934.097.682.391.694.761.2原料配比计算设定比例为：石灰石 -0.844 砂页岩 -0.090 粉煤灰 -0.032 铁矿石 -0.0351.3煤的低位发热量计算1.3.1燃料煤的原始资料表2 煤元素分析结果CarHarNarOarSarAarMar65.652.640.993.190.5119.028.01.3.2低位发热量计算 1.2.煤灰掺入量计算根据参考文献1中p175相关知识，取水泥熟料的实际形成热q = 3176kJ/kg-熟料，取煤灰沉落率，可知：1.3.计算干燥原料配合比已知假设原料配合比为：石灰石84.4%,砂页岩9%,粉煤灰3.2%，铁矿石3.5%，计算生料化学成分 表3 干燥原料配合比物料配合比烧失量SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgO CaO石灰石84.435.072.511.6 0.7142.750.64砂页岩9 0.21 8.01 0.21 0.230.20.06粉煤灰3.2 0.081.70.970.170.150.02铁矿石3.5 0.11.80.221.06 0.07 0.07配合生料10035.4614.02 32.1743.17 0.79灼烧生料100.0_ 21.724.65 3.3666.891.22 煤灰参入量Ga=2.47%,则灼烧生料配合比为：100%-2,47%=97.53%.按此计算熟料的化学成分 表4 干燥熟料配合比名称配比烧失量SiO2Al2O3Fe2O3CaOCaO无灰熟料97.5321.184.543.2865.241.19煤灰2.471.210.840.190.060.01熟料10022.395.383.4765.31.23由此计算熟料率值：KH=（ CaO-1.65Al2O3-0.35 Fe2O3 ）/(2.8SiO2) =(65.3-1.655.38-0.353.47)/(2.822.39)=0.881SM= SiO2/( Al2O3+ Fe2O3)=22.39/(5.38+3.47)=2.53 IM= Al2O3/ Fe2O3=5.38/3.47=1.55经比较可得该率值符合标准，及该配比符合标准。1.4.计算生料和湿物料的配合比 生料的配比：石灰石 = 84.4/(84.4+9+3.5) 100%=87.1%页岩石=9/(84.4+9+3.5) 100%=9.3%铁矿石=（100-87.1-9.3）%=3.6%干生料烧失量Ls = Ls 湿基配比：根据原始资料知入磨各原料水分分别为：石灰石1%，粘土1%，铁粉4.00%，则入磨湿基配比计算如表3.1所示：表5 湿基物料配比及计算过程名称湿基用量（份）湿基配比（%）石灰石砂页岩 铁矿石合计97.99100 计算湿物料水分含量： 2.物料平衡与热平衡计算：（1）温度a. 入预热器生料温度：50；b. 入窑回灰温度：50；c. 入窑一次空气温度：30；d. 入窑二次空气温度：1300；e. 环境温度：30；f. 入窑、分解炉燃料温度：60；g. 入分解炉三次空气温度：1100；h. 气力提升泵输送生料空气温度：50；i. 熟料出窑温度：1360；j. 废气出预热器温度：290；k. 飞灰出预热器温度：330；（2）入窑风量比（%）分别取K1=8，K2=90，K3=2；（3）燃料比（%）回转窑（Ky）：分解炉（KF）=40:60；（4）出预热器飞灰量：0.1 kg/kg熟料；（5）出预热器飞灰烧失量：35.0%；（6）各处过剩空气系数：窑尾：=1.05 分解炉混合室出口：=1.15 预热器出口：=1.3;其中：预热器漏风量占理论空气量的比例=0.1，气力提升泵喂料带入空气量占理论空气量的比例=0.09，折合料风比为19.8 kg/Nm；（7）分解炉及窑尾漏气量（包括分解炉一次空气量）占分解炉用燃料理论空气量的比例=0.05；（8）电收尘和增湿塔综合收尘效率为99.99%；（9）系统表面散热损失：430 kJ/kg熟料;(10) 生料水分含量：1.11%(11) 窑的日产量：4000t/d(或166.67t/h)。2.1.物料平衡计算基准：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，绘制物料平衡图如下：图1 物料平衡图2.1.1收入项目按参考文献2 118页中的方法，可知：2.1.1.1燃料总消耗量：mr（kg/kg熟料） 窑头燃料量： 分解炉燃料量：2.1.1.2生料消耗量、入预热器物料量 干生料理论消耗量：式中：燃料飞灰掺入量，取100%。 出电收尘飞损量及回灰量： 考虑飞损后干生料实际消耗量： 考虑飞损后湿生料实际消耗量： 入预热器物料量：2.1.1.3入窑系统空气量根据参考文献3 242 页中介绍的计算方法： 燃料燃烧理论空气量： 入窑实际干空气量：其中，入窑一次空气量，二次空气量及漏风量： 分解炉从冷却机抽空气量： 出分解炉混合室过剩空气量： 分解炉燃料燃烧空气量： 窑尾过剩空气量： 分解炉及窑尾漏入的空气量： 分解炉从冷却机抽空气量：气力提升泵喂料带入空气量： 漏入空气量：预热器漏入空气量：窑尾系统漏入空气总量：全系统漏入空气总量：2.1.2支出项目2.1.2.1熟料量：Msh = 1kg2.1.2.2出预热器废气量 生料中物理水含量： 生料中化学水含量： 生料分解放出CO2气体量：燃料燃烧生成理论烟气量: 烟气中过剩空气量：其中： 总废气量： 2.1.2.3出预热器飞灰量2.2热量平衡计算按参考文献2 121 页中的方法，可知：图2 热平衡图2.2.1收入项目 根据文献8中相关知识计算：2.2.1.1燃料燃烧化学热2.2.1.2燃料带入物理热（060时熟料平均比热Cr = 1.154kJ/kg）2.2.1.3生料带入物理热（050时，水的平均比热Cw = 4.182kJ/kg，干生料平均比热Cs=0.878kJ/kg熟料）2.2.1.4入窑回灰带入热量（050时，回灰平均比热Cyh = 0.836 kJ/kg）2.2.1.5空气带入热量 入窑一次风温：（030时，空气平均比热Cy1k = 1.298 kJ/Nm3） 入窑二次风温：（01300时，空气平均比热Cy2k = 1.443 kJ/Nm3） 入分解炉三次风温：（01100时，空气平均比热CF2K = 1.422 kJ/Nm3） 气力提升泵喂料空气带入热量：（050时，空气平均比热Csk = 1.299kJ/Nm3） 系统漏风带入热量：（030时，空气平均比热CLOK = 1.298kJ/Nm3）2.2.1.6总收入热量2.2.2支出项目2.2.2.1熟料形成热按参考文献2 121 页中的方法2.2.2.2蒸发生料中水分耗热量（50时，水的汽化热qqh = 2380kJ/kg）2.2.2.3废气带走热量（0290时，CO2、N2、H2O、O2、SO2平均比热分别为1.870kJ/kg、1.310 kJ/kg、1.530 kJ/kg、1.351kJ/kg、1.950kJ/kg）2.2.2.4出窑熟料带走热量（01360时，熟料平均比热Csh = 1.078kJ/kg）2.2.2.5出预热器飞灰带走热量（0330时，飞灰平均比热Cfh = 0.895kJ/kg）2.2.2.6系统表面散热损失根据相关资料，设定：2.2.2.7支出总热量2.3列出收支热量平衡方程式。即：烧成1kg熟料需要消耗0.1174kg燃料。求得燃料的消耗量后，即可列出物料平衡列表和热量平衡表，并计算一些主要热工技术参数。2.4物料平衡、热量平衡表2.4.1物料平衡表（单位：kg/kg熟料）表6 物料平衡表：收入项目数量支出项目数量燃料消耗量0.11743.88%熟料量1.00 33.19%入预热器生料值1.624 53.80%出预热器飞灰量0.100 3.32%入窑实际干空气量0.409 13.57%出预热器废气量分解炉抽空气量0.682 22.60%生料物理水0.0156 0.52%气力提升泵送空气量0.0878 2.91%生料化学水0.0189 0.63%窑尾系统漏人空气量0.09793.24%生料分解CO20.521 17.29%燃料理论烟气量1.065 35.35%烟气过剩空气量0.292 9.70%合计3.0177 100.00%合计3.013100.00%2.4.2热量平衡表（单位：kg/kg熟料）表7 热量平衡表收入项目数量支出项目数量燃料燃烧热2874.23766.56%熟料形成热1787.291 41.59%燃料显热8.1290.19%蒸发生料水分耗热85.6281.92%生料带入热70.081 1.62%废气带出热量528.08112.14%回灰带入热4.18 0.10%熟料带出热量1466.08 33.77%入窑一次空气带入热0.988 0.02%飞灰带出热量29.5350.68%入窑二次空气带入热535.557 12.31%系统散热损失430.00 9.90%入分解炉空气带入热826.918 19.01%气力提升泵风带入热4.4150.10%系统总漏风带入热4.0870.09%合计4328.592100.00%合计4341.722100.00%2.5主要热工技术参数根据参考文献4中p22页的公式，计算主要热工技术参数如下：2.5.1水泥熟料的实际烧成热耗2.5.2窑的发热能力： 2.5.3分解炉的热负荷2.5.4熟料烧成热效率2.5.5主要热工技术参数一览表表8 主要热工技术参数一览表回转窑的发热能力Qyr (kJ/h)19.16107分解炉的热负荷QFr (kJ/h) 28.74107实际烧成热耗q (kJ/kg)2874.237理论热耗Qsh (kJ/kg)1787.291熟料烧成热效率s62.18煤耗 (kg/kg)0.11743 分解炉尺寸计算与设计3.1相关参数表3-1 相关参数（按参考文献5中p84页及参考文献5相关知识，选择CDC-I型分解炉。）表9 相关参数整个烧成系统的熟料产量166.67入窑生料的表观分解率90入窑生料的真实分解率70分解炉内截面风速9.0分解炉内气流滞留时间3.0分解炉喷口处的气流速度20入分解炉风管(三次风管)内的平均风速20分解炉从冷却机抽空气量0.52783.2分解炉工作风量3.2.1分解炉用燃料产生的烟气量3.2.2分解炉内释放出来的CO2量 普通生料烧成1kg熟料由碳酸盐分解出来的CO2量计算如下： 分解炉内释放出来的CO2量计算如下： 3.2.3入分解炉的出窑废气量3.2.4分解炉工作风量 取气体在标准状态下的绝对压强，p0=101325Pa=760mmHg,由已知气压为720mmHg 假设分解炉内的负压，t为分解炉内的平均温度，取1000。计算如下：3.3分解炉直筒部位的有效截面积AF与有效内径DF3.4分解炉锥体部有效高度3.5分解炉锥体下端口直径3.6分解炉的有效高度3.7分解炉直筒部位的有效高度 3.8入分解炉三次风管直径di，进风口宽度a和高度b3.9分解炉生料进料口直径 因CDC-分解炉有4根预热生料进料管，所以：3.10分解炉燃料进口直径 因CDC-分解炉有4根燃料进料管，所以：3.11分解炉主要结构尺寸一览表表10 分解炉主要结构尺寸一览表AF(m2)DF(m)H(m)H1(m)H2(m)dF(m)di(m)ds(m)dr(m)21.3105.2102723.8743.1261.2933.9780.6420.1384.耐火材料选材计算与散热计算4.1 耐火衬料的设计理念 根据参考资料6 中p165，耐火材料的耐高温和隔热保温性能对于预热器系统非常重要，本设计中对下面几级预热器以及联结管道、分解炉可以采用耐碱的及耐磨的粘土砖。中间层为隔热层厚度取 。，最外层为钢板，厚度取 。4.2 材料的主要参数 根据参考资料7中的相关知识，设定一下参数： 隔热层导热系数：4.3 厚度计算 假设：钢板内侧直径为： 分解炉直筒部位外径为： 隔热复合层内直径为： 粘土砖的厚度为： 根据6分解炉结构尺寸计算与设计可知，分解炉直筒部位的有效内径为：DF=5.210(m) 查阅参考资料6 中p38 表2.4，取耐火材料与直筒部位的内径比值,则粘土砖的厚度为： 所以取 4.4 散热量计算 取耐火粘土砖内壁温度为tw1=800，外壁温度为 tw2=80。则粘土砖的导热系数为： 根据以上参数，由公式可计算出分解炉耐火材料和钢板的单位传热量即散热量为：4.5 耐火材料厚度对分解炉筒体尺寸的修正耐火材料在分解炉内表面均匀铺盖，考虑其厚度得到分解炉的实际技术尺寸，如下表：表11 分解炉的实际技术尺寸项目理论尺寸/内尺寸(mm)修正尺寸/外尺寸(mm)分解炉直筒部分直径DF43205210高度H12201523874分解炉锥体部分下端口直径dF12021293高度H231263126三次风管直径di24332877生料进料口直径ds640642喷煤管直径dr137138总 结 制品机械设备课程设计已接近尾声了，两个星期的课程设计训练既短暂且漫长，恍惚之间所有的工作已经完成，其中的点点滴滴累积了一个漫长细致的过程。无论是学习知识还是体会过程的心境，都让人受益匪浅。 这次训练是对大学三年级所学的专业课知识及很多相关知识的综合运用，全面的考察了我们对所学知识的综合运用能力，涉及了很多内容，有无机非金属材料工艺学的配料计算，制品机械设备课程设计的配料平衡计算以及热平衡计算，无机非金属材料热工设备的设备尺寸就散等等。这次制品机械设备课程设计是对以前知识的一次加深和认识，也是对所学的知识进行综合运用，更是培养了我们掌握知识、综合运用知识和综合素质的能力。所以从刚开始的认识起，一步步走来是一个从无到有，不断摸索的过程。在这过程中，当然会遇到各种各样的问题和麻烦，需要我们去寻找各种可能的解决方法，查找相关的资料，能克服这些问题是对我们