无机非金属材料论文.doc

毕业论文题 目：日产5000T/D水泥熟料生产线总体设计及水泥熟料烧成系统窑头、窑中设计姓 名： 吕佑成 专 业： 无机非金属材料 学 号： 指导教师： 郑 双 柒 2013年04 月01日1、 摘要 32、 目录2.1前言.4 2 配料及物料平衡计算62.1配料计算62.1.1确定率值及其意义62.1.2计算各物质的化学成分72.2 物料平衡计算72.3 回转窑的选型计算72.3.1熟料冷却机的选型计算82.3.2篦冷机冷却风机选型计算82.3.3熟料料耗和实物消耗的计算92.3.4计算干、湿基实际消耗定额和湿物料配合比92.5 原、燃材料消耗定额的计算 . 122.5.1煤磨各项参数.133、工艺流程简介3.1.1原料工段153.1.2烧成工段.173.1.3水泥磨工段.173.2烧成窑尾计算.173.2.1理论消耗料耗.183.2.2预热器及分解炉工艺计算 .184、窑头冷却设备4.1篦冷机主要功能及发展234.2第四代篦冷机引进及应用255、参考文献.26摘 要： 本设计是对一条日产5000吨水泥熟料新型干法生产线总体设计及水泥熟料烧成系统窑头、窑中部分进行设计。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。但是还是很有多缺点存在，所以请谅解。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。虽然是小设备但在实际生产过程中作用却很重要。关键词：物料平衡、新型干法生产、篦冷机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5000吨水泥熟料新型干法生产线窑尾系统工艺设计”这个课题作为我的毕业课题。设计范围主要是窑尾系统，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。 为了使本次设计各项指标符合国家标准，本次设计的过程和结果完全依据水泥工厂设计规GB502951999；同时设计上参考了德州大坝水泥5000 t/d 熟料生产线、烟台东源5000 t/d 新型干法生产线等国内先进的相近规模生产线，并密切联系了毕业实习以及大学期间的认识实习、生产实习等。在符合最新生产发展要求的基础上，达到最大程度节约资源、能源，做到既降低生产成本又能稳定生产，经济效益和社会效益双赢的可持续生产。 关键词：电力系统；烧成系统；配料系统；粉磨系统前言水泥与钢材、木材、塑料为四大工程基础材料，而水泥以其数量大、用途广、耐久性强和具备许多其它材料不可取代的性能而处于非常重要的地位，素有“建筑工业的粮食”之称。生产水泥虽然需要比较多的资源，但是水泥与砂、石等集料所制成的混凝土则是一种低能耗型建筑材料，因此水泥工业的发展对保证国家建设的顺利进行具有十分重要的作用。 自九十年代以来世界水泥产量平均每年以4%的速度连续增长。这种发展趋势今后仍将保持下去。近10年来，发达国家由于各国经济发展速度减缓，生产成本增高和能源消耗、环保要求等各方面原因，水泥生产呈现饱和和缩减态势。而与此同时，发展中国家水泥需求量不断增大，带动了那里的水泥工业的迅猛发展，特别是东亚、西南亚地区，1998年亚洲国家生产的水泥几乎占到了世界水泥总量的60%以上。 七十年代我国陆续建立了一些立筒预热器窑和旋风预热器窑，并在预分解的开发方面烧油烧煤实验均获得成功。七十年代末我国分别从日本、澳大利亚、丹麦等国引进了大、中型的预分解窑干法生产成套设备，并在建成投产后取得良好的技术经济效益。在此基础上，通过对国外设备的消化和国内自行建设的新型干法生产线的总结，八十年代初我国自行设计了700t/d熟料生产线的预分解窑成套设备，并组织了2000t/d熟料预分解窑干法生产线成套设备的设计、制造和建设。 二十世纪八十年代末，我国已建成二十多套2000t/d新型干法水泥生产线，通过引进消化国外20项先进技术来改进我们自行开发的设备，是我国2000t/d新型干法水泥生产线渐趋成熟，双阳水泥厂的建成并达标生产就是成熟的标志。二十世纪九十年代初，我国实施开发4000t/d大型新型干法烧成系统。 我国已经成为名副其实的水泥生产大国，但总体水平不高，不是水泥工业强国，其表现有以下的基本特点： （1）总产量的生产能力世界第一 我国水泥工业从1978年至1985年水泥产量由6500万吨发展到1.45亿吨，7年增长约8000万吨，平均年增长1140万吨；1995年到2000年水泥产量由4.7亿吨到20世纪末预计可达5.8亿吨，5年增长了1亿吨，平均年增长2000万吨。其间，5000吨水泥生料生产线安装调试成功。2002年，规划水泥产量5.9亿吨，实际生产7.5亿吨；2003年，规划水泥产量7.5亿吨，实际生产8.5亿吨；2004年，规划水泥产量8.5亿吨，实际生产9.5亿吨；2005年，规划水泥产量9.5亿吨，实际生产10.5亿吨。2008年，规划12.5亿吨，实际生产13.8亿吨。连续10年，每年水泥的规划目标与实际水泥产量，相差几乎都在一亿吨以上。 （2）技术进步步伐加快，但总体技术水平与世界先进水平差距较大 悬浮预热器窑是在窑后安装了悬浮预热器，使原来在窑内以堆积态进行的物料预热及部分硅酸盐分解过程移到悬浮预热器内以悬浮状态进行。由于悬浮状态的生料粉与1000左右的窑尾热烟气接触的面积大，故传热速度快、热效率高。生料粉能在数十秒内从常温提高到750以上，入窑生料的表观分解率可达30-40%，从而大大的减轻了回转窑的预烧负担，窑产量的以提高；从回转窑窑尾排出的高温烟气的热量能得到很好的利用，出预热器的废气温度可降低到350-400，熟料的单位热耗可大大降低，且出预热器的废气还可用于烘干含6-8%水分的物料。这些优点随着窑体尺寸的增加而更加显著，因此悬浮预热器窑从五十代初期出现后，得到迅速发展，并在水泥生产中占据了绝对的优势。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。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17 Nm3kg熟料，而国内篦冷机大多需要20 Nm3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7 m，使得投资也有很大降低。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-冷却机以及KHD公司和PyroSTEP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。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710张；其中由指导教师指定的手工图25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。2.2工艺设计的指导思想与原则2.2.1指导思想水泥工业及水泥工厂设计有如下几个特点： 、水泥厂需要用大量的矿物原料（如石灰石）等，因此水泥厂大都自行开采矿山，并靠近矿源建厂。 、产品（水泥）、燃料（煤）等物料运输量大，且价格底，因此要求要有良好的运输条件。 、水泥工业能耗和电耗较大，因此，在水泥厂设计中要注意确保能源供应，并充分重视节约能源的问题。 、水泥厂采用的主机多属重型设备，重量大，建构筑物荷重也大。因此，一般要求在工程地质条件好的场地建厂。 、水泥厂设备种类多，布置复杂。因此，工艺布置应同土建设计紧密结合。 、水泥厂用水量大，且水无卫生要求。因此，一般水泥厂多建在远离城市的地方，且自备水源。 、水泥厂存在粉尘和噪音两大污染。因此，设计时必须加强收尘措施，尽量搞好厂区绿化。 、从发展来看，水泥工业的发展逐渐趋向大型化和自动化。因此在设计时，应尽量采用新技术，新方案并要重点考虑节约能源。 从水泥厂的整体设计来说，工艺设计是主体，它的主要任务是确定工艺流程，进行工艺设计的选型和布置。但工厂设计是各专业共同完成的一个整体。因此，工业设计与其它专业的设计有着密切的联系，特别是工艺布置和其土建的关系更密切。生产设备的布置直接影响到建筑物的结构形式和尺寸。因此，工艺人员只有与其他人员相互配合，共同研究，才能产生交好的方案.2.2.2设计原则、根据计划任务书规定的产品品种、质量、规模进行设计。 计划任务书规定的产品规模往往有一定的范围，设计规模在该范围之内或略超出该范围，都认为是合适的；但如限于设备选型，设计达到的规模略低于该范围，则说明原因，取得上级同意后，才能继续设计。 对于产品品种，如果认为计划任务书的规定在技术上或经济上有不当之处，也应阐明理由，建议调整，并取得上级部门的同意。 窑、磨等主机的产量，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。 、主要设备的能力应与工厂规模相适应 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。 、选择技术先进经济、合理的工艺流程和设备 工厂的工艺流程和主要设备确定以后，整个工厂设计可谓大局已定。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。如在原料的破碎方面，采用一级反击式反击式锤式破碎机代替二级或三级破碎系统；在干法生料粉磨工序普遍采用烘干兼粉磨系统；在水泥粉磨系统采用辊压、机球磨、高效选粉机（如OSEPA选粉机等）的混合粉磨系统。 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。工艺流程和设备的选择应进行方案比较，以达到技术先进、经济合理的目的。 在进行具体设备的选型时，应注意下列一些问题：尽量选用结构新、体型小、质量轻、效率高、消耗省且操作可靠维修方便、供应有保证或能自行加工制造的设备。各种附属设备的型号、规格应尽量统一，以便于生产管理和减少配、备件的种类。 、全面解决工厂生产、厂外运输和各种物料储备的关系 由于工厂生产要求长期连续运转，而回转窑、磨机和破碎机等设备则需一定的时间进行计划检修；同时受各种复杂条件如厂外运输等因素的制约，所以各种物料都应有适当的储备。各种堆场、储库的容量，应满足各种物料储存期的要求。储存期的确定应使生产有一定的机动性，以利于工厂均衡连续地生产。但储存期也不应太长，以免增加基建工程量和费用及占用工厂的流动资金。 、注意考虑工厂建成后生产挖潜的可能和留有工厂发展余地 工厂从设计到建成投产往往要好几年时间，而生产技术却是向前发展的。因此设备能力应能切实满足生产要求并留有余地。此外应结合设计的国内外未来时期水泥需求情况的预测，以及当前国民经济发展的方针政策，考虑在设计中是否需要或应留有多大的扩建余地。 考虑工厂扩建的原则是：既要便于今后的扩建，使工厂扩建时尽量不影响原有的生产，又要尽可能不增加当前建厂的占地面积的投资。 、合理考虑机械化、自动化装备水平 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。 生产控制自动化，具有反应灵敏控制及时调整精确的特点，是保证现代化连续性大生产安全稳定进行的必不可少的手段。如在原料配料和粉磨过程中，新型干法生产广泛地采用电子秤-X荧光分析仪-电子计算机自动调节系统，控制原料配料，实现了原料配料的自动控制。在水泥粉磨系统已广泛采用电子定量喂料秤、自动化仪表、电子计算机控制生产。其主要利用电耳、提升机负荷和选粉机回料量等进行磨机负荷控制。 、重视消音除尘，满足环保要求 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/m3 。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。 为减少环境污染，应广泛的采用新型高效除尘设备，在物料储存设计上采用以“圆库”为主方案。与此同时，也应重视噪音防治、污水治理、绿化环境，使水泥厂工业实现文明生产 、方便施工、安装、方便生产、维修 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。2.3 配料计算熟料热耗的确定 随着新型干法水泥煅烧技术的不断提高，熟料的热耗不断降低，单位熟料热耗依国内新型干法厂现状，熟料热耗取2885KJ/kg熟料 2.3.3 计算煤灰掺入量 Aad=Aar（100-Mad）（100-Mar）已知：Aad=24.2 Mar=2.3 Mad=1.5 Aad空气干燥基灰分 Aar收到基灰分 Mar收到基水分 得 ：Aar=24.1% Qnet.ar=（Qnet.ad+25Mad）（100-Mar）（100- Mad）-25Mar Qnet.ar收到基低位发热值Qnet.ad空气干燥基低位发热值 Mad空气干燥基水分 已知：Qnet.ad=25700 Mad =1.5 Mar=2.3 得：Qnet.ar=25471.27KJ/Kg 最后得出煤灰掺入量GA=qAarS/Qnet,ar=295024.1%100%25471.27=2.79% Qar煤的收到基低位发热值 Q熟料的热耗 Aar煤收到基灰分 S煤灰沉降率一般取100%表1.1-1原燃料化学成分名称烧失量SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgO其他石灰石41.632.651.040.5052.370.920.8910000砂岩3.1175.9313.053.950.540.642.7810000铁粉3.8910.974.9768.684.071.735.6910000煤灰51.9833.473.044.540.636.3410000物料名称石灰石砂岩铁粉原煤水分（）161610粒度（）6004010100表1.1-3煤的工业分析挥发分固定碳灰分热值29.7741.8225.8225260KJ/Kg2.4烧成车间生产能力和工厂能力的计算2.41熟料料耗和实物消耗的计算计算熟料料耗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熟料计算实物煤耗P=P/（1-煤生产损失）=0.1245Kg煤/Kg熟料计算干基实际消耗定额干石灰石=1.51050.835/（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熟料计算湿基实际消耗定额由公式 得：湿石灰石=1.2732/（1-1%）=