日产5000tnsp窑课程设计说明书.doc

洛 阳 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 设计课题： 5000t/d水泥熟料NSP窑的设计 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）： 年 月 日课 程 设 计 任 务 书设计课题：5000t/d水泥熟料NSP窑的设计一、课题内容及要求：1. 物料平衡计算2. 热平衡计算3. 窑的规格计算确定4. 主要热工技术参数计算5. NSP窑初步设计：工艺布置与工艺布置图（窑中）二、课题任务及工作量1. 设计说明书（不少于1万字，打印）2. NSP窑初步设计工艺布置图（1号图纸1张，2号图纸1张，手绘）三、课题阶段进度安排1.第17周：确定窑规格、物料平衡与热平衡计算、主要热工参数计算2.第1819周：NSP窑工艺布置绘图四、课题参考资料李海涛. 新型干法水泥生产技术与设备M.化学工业出版社严生.新型干法水泥厂工艺设计手册M.中国建材工业出版社金容容.水泥厂工艺设计概论M.武汉理工大学出版社五、设计班级：*指导老师：* 2010.12.20 设计原始资料一、 物料化学成分（%）项目LossSiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3其他合计干生料35.8813.132.962.0244.960.290.160.60100熟料022.345.473.7267.110.590.050.72100煤灰051.4631.724.093.900.682.205.95100二、煤的工业分析及元素分析工业分析 （%）Qnet.ar kJ/kgMarF.CarAarVar 1.00 44.93 25.71 28.36 28242元素分析（收到基） （）CHONSAW61.383.966.630.970.3525.711.00三、热工参数1. 温度 a. 入预热器生料温度：50；b. 入窑回灰温度：50；c. 入窑一次风温度：20；d. 入窑二次风温度：1070；e. 环境温度：20；f. 入窑、分解炉燃料温度：60；g. 入分解炉三次风温度：900；h. 出窑熟料温度：1360；i. 废气出预热器温度：370；j. 出预热器飞灰温度：300；2. 入窑风量比()。一次风(K1)：二次风(K2)：窑头漏风(K3)10:85:5；3. 燃料比()。回转窑(Ky)：分解护(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. 各处过剩空气系数：窑尾yl.05；分解炉出口L1.15；预热器出口f1.40；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量的比例K40.16；分解炉及窑尾漏风（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K60.05；9. 袋收尘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（620）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(或208.33t/h)。四、其它1、年平均气温 20 2、当地气压 100258Pa目 录前 言1第一章 窑的物料平衡计算31.1收入项目31.2支出项目5第二章 窑的热量平衡计算62.1收入项目62.2支出项目72.3收支热量平衡计算8第三章 NSP窑规格93.1窑的规格93.2回转窑规格的确定103.2.1窑的直径103.2.2窑的长度103.2.3回转窑转速、斜度、及功率的确定与计算103.3窑产量标定10第四章 主要热工参数计算10结 束 语13参 考 文 献14洛阳理工学院课程设计前 言水泥工业诞生180多年以来，其生产规模也从过去的小型化向大规模化发展，工艺和设备不断改进，品种和质量有很大的发展。1826年出现了第一台煅烧水泥用的自然通风的普通立窑，1910年实现了机械化连续生产。1885年出现第一台回转窑，非常有效地提高了产量和质量，使得水泥工业进入了回转窑的时代。1923年出现了立波尔窑，水泥工业出现了重大的变革，窑产量显著提高，热耗也显著降低，水泥生产成本也得到了较大的降低。20世纪中期，悬浮预热和预分解技术的发明，水泥工业熟料煅烧技术取得革命性的突破，推动了水泥生产全过程的技术创新，给水泥工业注入了新技术，新活力。从此，新型干法水泥生产技术得到了广泛的关注和应用。50年代初至70年代初期，新型干法水泥生产诞生并伴随着预分解窑的大型化发展。到70年代中后期，新型干法水泥技术向水泥生产全过程发展。同时，随着预分解技术的日臻成熟，各种类型的旋风预热器与不同种类的预分解方法相结合，发展成为许多类型的预分解窑。在这段时间里，悬浮预热器窑的发展优势逐渐被预分解窑所代替。但是，预分解窑是基于悬浮预热器窑而发展的，是悬浮预热器更高的发展阶段。到80年代中期，由于能源危机的爆发，分解炉得以改进，大大提高了预热系统的功效。至90年代中期，随着悬浮预热器和与分解技术的逐渐成熟，预分解窑旋风筒换热管道分解炉回转窑篦冷机以及挤压粉磨，和同他们配套的耐热、耐磨、耐火、隔热材料，自动控制，环保技术等的全面发展和提高，新型干法水泥生产的各项技术经济指标进一步优化。至今，水泥工业的生产工业得到进一步的优化，环境负荷进一步降低，并且成功研发降解利用各种替代原、燃料和废弃物的生产技术，以新型干法水泥生产为支柱，水泥工业向生态环境友好型产业转型。自新型干法水泥生产技术诞生以来，彻底改变了水泥生产技术的格局和发展进程。国际水泥工业以预分解技术为核心，将现代科学技术和工业化生产的最新成果广泛应用于水泥生产的全过程，形成了一套以现代高科技为特征并符合优质、高效、节能、环保以及大型化、自动化的现代化生产方法。新型干法水泥技术代表了现阶段最高的水泥烧成技术，可以提高窑单位容积产量，提高窑砖衬寿命和运转率，且自动化水平高，生产规模大，可以选用低碳燃料或低价废物燃料，节省能源，降低热耗和电耗，减少了设备和基础建设的投资费用，CO和NOx生成量少，事故率低，操作稳定。发展新型干法水泥技术是环境保护和资源综合利用的必然结果。同时，新型干法水泥技术涵盖了许多丰富的理论和科研成果，指导着水泥工业设计，研发，生产，等工作的不断完善，优化和提升。设计原则1、坚持理论联系实际，从实际生产出发，实事求是。2、设计方案的确定，在技术上做到先进可靠，较大幅度地提高产量，降低能耗。3、工艺布置合理，生产工艺流程顺畅。4、环保设施完善，产品优质节能，成本预算合理第一章 窑的物料平衡计算物料平衡图1.1收入项目燃料总消耗量mr kg/kg其中，窑头燃料量myr = ky mr ; 分解炉燃料量mFr = kFmr 干生料消耗量，入预热器物料量a、干生料理论消耗量mgsL = (100-mrAara)/(100-Ls) ,其中，a为燃料灰分掺入量，100，Aar 为灰分量：25.71；Ls为干生料烧失量35.88 。带入得：mgsL = (100-mr125.71)/(100-35.88) = 1.560-0.401 mrb、出袋收尘器飞损量及回灰量mFh = mfh (1-)= 0.10(1-0.999)=0.0001 kg/kg其中为袋式收尘器和增湿塔的综合收尘效率myh = mfh - mFh = 0.100.0001 = 0.10 kg/kgc、考虑飞损后干生料实际消耗量mgs = mgsL +mFh（100- Lfh）/(100- Ls)=(1.560-0.401 mr)+ 0.0001(100-35.2)(100-35.88)= 1.560-0.401 mr kg/kg其中Lfh 为出预热器飞灰烧失量35.20d、考虑飞损后生料实际消耗量ms = mgs100/(100- ws)=(1.560-0.401 mr)100/(100-0.2) =1.563-0.402 mr kg/kg其中ws为生料水分0.2e、入预热器物料量入预热器物料量=ms+myh=1.563-0.402mr+0.100=1.663-0.402mr kg/kg入窑系统空气量a、燃料燃烧理论空气量Vlk= 0.089Car + 0.267Har + 0.033(Sar - Oar)其中Car为燃料元素分析的碳元素的含量61.38，Har为3.96，Sar为0.35，Oar为6.63，代入上式得Vlk= 0.08961.38 + 0.2673.96 + 0.033(0.35 6.63) = 6.313 m3/kg 煤 （标准状态）换算为质量mlk=1.293 Vlk=1.2936.313=8.163 kg/kg 煤b、入窑实际干空气量Vyk =yVlkmyr =yVlkkymr=1.056.3130.40mr=2.651mr m3/kg煤(标准状态）其中y为窑尾空气过剩系数：1.05；ky为回转窑的燃料用量比：0.4换算成质量myk= 1.293 Vyk = 1.2932.651 mr= 3.428 mr kg/kg其中入窑一次空气量、二次空气量及漏风量分别为：Vyk1=k1 Vyk ,Vyk2= k2 Vyk ,Vyk3=k3 Vyk 而k1 、k2、 k3 分别为入窑风量比，一次空气量（k1）：二次空气量（k2）：窑头漏风（k3）= 10:85:5所以Vyk1=k1 Vyk = 0.10 Vyk Vyk2=k2Vyk=0.85 Vyk，Vlok1=k3Vyk=0.05 Vykc、分解炉从冷却机抽空气量出分解炉混合室过剩空气量V1 =（L - 1）Vlkmr = (1.15 1 )6.313 mr = 0.947 mr m3/kg(标态)其中L为分解炉混合室出口过剩空气系数：1.15分解炉燃料燃烧所需空气量V2 = Vlk mFr = Vlk kFmr = 6.3130.60 mr = 3.788 mr m3/kg(标态)其中kF为分解炉所用燃料的比例0.6窑尾过剩空气量V3 =(y- 1)Vlkmyr =(y- 1)Vlkky mr = (1.05 1 )6.3130.40mr = 0.126 mr m3/kg(标准状态)分解炉及窑尾漏入空气V4 =k6VlkmFr=k6VlkkFmr = 0.056.3130.60mr = 0.189mr m3/kg(标准状态)其中k6为分解炉及窑尾漏风站分解炉用燃料量理论空气量的值：0.05分解炉从冷却机抽空气量（VF2k）VF2k = V1 + V2V3 V4 = 0.947mr +3.788mr0.126mr0.189 mr = 4.420 mr m3/kg(标准状态)换算为质量为mF2k = 1.2934.420 mr = 5.715 mr kg/kgd、漏入空气量预热器漏入空气量为V5 = k4 Vlkmr = 0.166.313 mr = 1.010 mr m3/kg(标准状态)其中k4为预热器漏风量占理论空气量的比值：0.16窑尾系统漏入空气总量为Vlok2 = V4 + V5 = 0.189 mr + 1.010 mr = 1.199 mr m3/kg (标准状态)全系统漏入空气总量为Vlok= Vlok1 + Vlok2 = 0.052.651 mr + 1.199 mr = 1.332 mr m3/kg(标态)换算成质量mlok = 1.2931.332 mr = 1.722 mr kg/kg1.2支出项目 熟料：msh=1kg 出预热器废气量a、生料中物理水含量mws = ms ws/100 = (1.563 - 0.402 mr )0.2/100 = 0.003 - 0.001 mr kg/kg换算成体积Vws = mws/0.804 =(0.003 - 0.001mr)/0.804 = 0.0040.001 mr m3/kg(标准状态)b、生料中化学水含量mhs= 0.00353 mgsAl2O3s = 0.00353(1.560-0.401 mr) 2.96 = 0.016 - 0.004 mr kg/kg换算成体积Vhs = mhs/0.804 = (0.016- 0.004 mr)/0.804 = 0.0200.005 mr m3/kg(标准状态)c、生料分解放出CO2的气体量CO2 = CaOS MCO2/MCao + MgOSM CO2 /MMgO = 44.9644/56 + 0.2944/40.3= 35.64其中CaOS 、MgOS 分别为干生料中含CaO、 MgO的量msco2 = mgsCO2/100-mFhLfh/100=(1.560-0.401mr)35.64/100-0.000135.20/100=0.556-0.143mr kg/kg换算成体积为：VS CO2 =(0.5560.143 mr)/1.977 = 0.2810.072 mr m3/kg(标准状态)d、燃料燃烧生成理论烟气量VrCO2=(22.4/12)Carmr/100=22.461.38mr/1200=1.146mr m3/kg (标准状态)Vr N2=0.79 Vlkmr+(22.4/28)Nar mr/100 = 0.796.313mr + 22.40.97 mr/2800 = 4.995 mr m3/kg (标准状态)其中Vlk为燃料燃烧理论空气量，Nar为燃料中氮元素的含量Vr H2O =(22.4/2)Harmr/100+(22.4/18)War mr/100 =(22.4/2)3.96mr/100 + (22.4/18)1.00mr /100 = 0.456 mr m3/kg(标准状态)其中Har燃料中氢元素的含量，War为燃料中水分的含量Vr SO2 =(22.4/32)Sarmr/100 = 22.40.35 mr/3200 = 0.002mr m3/kg(标态)其中Sar为燃料中所含硫元素的含量则 Vr = Vr CO2 + Vr N2 + Vr H2O + Vr SO2 = 1.146 mr + 4.995 mr + 0.456 mr + 0.002 mr = 6.599 mr m3/kg(标准状态)换算为质量为：mr=(mlk+1-Aar/100)mr=(8.163+1-25.71/100)mr=8.906 mrkg/kge、烟气中过剩空气量Vk =(f-1)Vlk, mr= (1.401)6.313 mr=2.525 mr m3/kg (标准状态)其中f为预热器出口过剩空气系数：1.40换算成质量为：mk =1.293Vk=1.2932.525 mr = 3.265 mr kg/kg其中有：VkN2=0.79 Vk = 0.792.525mr = 1.995 mr m3/kg(标准状态)mkN2= VkN228/22.4 = 1.995mr28/22.4= 2.494 mrkg/kgVkO2=0.21 Vk = 0.212.525mr = 0.530 mr m3/kg(标准状态)mkO2=Vk O232/22.4 = 0.530mr32/22.4 =0.757mrkg/kgf、总废气量为Vf = VCO2 + VN2 + VH2O + VO2 + VSO2 =(0.281-0.072mr+1.146mr)+(4.995mr+1.995mr)+(0.004-0.001mr+0.020- 0.005mr+0.456mr)+0.530mr+0.002mr = 0.305 + 9.046 mr m3/kg(标态)出预热器飞灰量mfh = 0.100 kg/kg第二章 窑的热量平衡计算热量平衡图2.1收入项目燃料燃烧生成热QrR = mr Qnet,ar = 28242mr kJ / kg燃料带入显热为：Qr = mr cr tr = mr1.15460 = 69.240mr kJ/kg060 时，熟料的平均比热容为：Cr = 1.154 kJ /（kg）生料带入热量Qs = (mgs Cs + mwsCw ) ts =(1.5600.401mr )0.87850(0.0030.001 mr)4.18250 = 69.111-17.813 mr kJ / kg050时，水的平均比热容Cw =4.182 kJ/(kg); 干生料平均比热容Cs=0.878 kJ/(kg)入窑回灰带入热量Qyh = myh Cyh tyh = 0.1000.83650 = 4.180 kJ/kg050时,回灰平均比热容Cyh = 0.836 kJ/kg 空气带入热量a、入窑一次空气带入热量Qy1k = Vy1k Cy1k ty1k = K1Vyk Cy1k ty1k = 0.10 2.651 mr 1.297 20 = 6.877mr kJ/kg 020时,空气的平均比热容Cy1k = 1.297 kJ /( kg) b、入窑二次空气带入热量Qy2k = Vy2k Cy2k ty2k = K2Vyk Cy2k ty2k = 0.85 2.651 mr 1.418 1070 = 3418.9 mr kJ/kg01070时,空气的平均比热容Cy2k = 1.418 kJ/(kg)c、入分解炉三次风带入热量QF2k = VF2k CF2k tF2k = 4.420 mr1.397900 = 5557.3 mr kJ / kg0900时,空气平均比热容CF2k = 1.397 kJ / kg d、系统漏风带入热量Qlok = Vlok Clok tlok = 1.332 mr1.29720 = 34.552mr kJ / kg020时, 空气的平均比热容Clok = 1.298 kJ / kg 总收入热量QZS = QRr + Qr + Qs + Qyh+Qy1k+Qy2k+QF2k+Qlok =28242mr+69.240mr+(69.111-17.813mr)+4.180+6.877mr+3418.9mr+5557.3mr+34.552mr=73.291+37311mr kJ / kg 2.2支出项目熟料形成热Qsh=109+30.04CaOk+6.48A3l2Ok+30.32MgOk 17.12SiO2k1.58Fe2O3K - mA ( 30.24CaOA+ 30.32 MgOA + 1.58 A3l2OA )mA =mrAara/100=(mr25.711)/100=0.2571mrQsh= 109 + 30.0467.11 + 6.485.47 + 30.320.59 17.1222.34 1.583.72 0.2571mr( 30.243.90 + 30.320.68 + 1.5831.72) = 1790.048.507mr kJ / kg蒸发生料中水分耗热量Qss=(mws+mhs)qqhqhqh qh=(0.0030.001mr+0.0160.004mr )2380 = 45.220 11.9 mr kJ / kg 50 时,水的汽化热qqhqhqh qh = 2380 kJ / kg 废气带走的热量Qf = ( VCO2CCO2 + V N2C N2 + V H2OC H2O + VO2CO2 + VSO2C SO2 )tf =(0.281-1.074mr)1.921+6.990mr1.319+(0.024+0.450mr)1.550+0.530mr1.370+0.002mr1.965370 =211.27+4703.4mr kJ / kg0370时,各气体的比热容（标准状态）：CCO2=1.921KJ/(m3),CN2 = 1.319 KJ/(m3),CH2O=1.550 KJ/(m3),CO2=1.370 KJ/(m3),CSO2 = 1.956 KJ/(m3)出窑熟料带走热量Qysh = 1C sh t sh = 11.0781360 = 1466.1 kJ / kg 01360时,熟料的平均比热容为C sh = 1.078 kJ / kg出预热器飞灰带走的热量Qfh = mfh Cfh tfh = 0.1000.878300 = 26.340 kJ / kg 0300时,飞灰平均比热容为Cfh = 0.878 kJ /( kg)系统表面散热损失QB = 460 kJ / kg 支出总热量为：Qzc= Qsh+Qss+Qf +Qysh+Qfh+QB =(1790.048.507mr)+(45.22011.9mr)+(211.27+4703.4mr)+1466.1+ 26.340+460 =3998.9+4643.0mr kJ / kg 2.3收支热量平衡计算列出热量收支平衡公式QZS = Qzc73.291+37311mr =3998.9+4643.0mrmr = 0.1202 kJ / kg即烧成1 kg/kg 熟料需消耗0.1202 kg燃料，求得燃料消耗量即可列出物料平衡和热平衡表，并计算一些主要热工参数表6-11 物料平衡表 单位：kJ/kg熟料收 入 项 目数 量%支 出 项 目数 量%燃料消耗量0.1203.98熟料量132.04入预热器生料量1.61553.49出预热器飞灰量0.103.20入窑实际干空气量0.41113.61出预热器废气量分解炉抽空气量0.68722.76生料中物理水量0.0030.10窑尾系统漏入空气量0.1866.16生料中化学水量0.0160.51生料分解CO2量0.53917.27燃料燃烧理论烟气量1.07134.32烟气中过剩空气量0.39212.56合 计3.019100.00合 计3.121100.00 表6-12 热量平衡表 单位：kJ/kg熟料收入项目数量%支出项目数量%燃料燃烧热3394.774.47熟料形成热1784.239.16燃料显热8.30.18蒸发生料水分耗热43.80.96生料带入热67.01.47废气带出热量776.617.04回灰带入热4.20.09熟料带出热量1466.132.17入窑一次空气带入热0.80.02飞灰带出热量26.00.57入窑二次空气带入热411.09.02系统散热损失460.010.10入分解炉空气带入热668.014.66系统总漏风带入热4.20.09合 计4558.2100.00合 计4556.7100.00第三章 NSP窑规格3.1窑的规格(1)表示方式 D L(m) 如：4.8 74(m)D回转窑筒体直径，m ; L回转窑筒体长度，m3.2回转窑规格的确定回转窑窑的尺寸，按回转窑产量的经验公式计算来得到。3.2.1窑的直径经验公式：G熟料 = 53.5 Di3.14其中Di旋窑的有效直径，m; G熟料窑的产量t/d设计窑的生产能力为5000t/d则 5000 = 53.5 Di3.14 得Di = 4.242 m又D=Di+210-3=4.242+20.23 = 4.70 mD回转窑筒体直径，m ; 耐火材料厚度230mm根据JC-333水泥工业用回转窑，选取筒体直径D=4.8 m则Di=D-210-3=4.8-223010-3=4.34 m3.2.2窑的长度有经验公式可得：L=15.36 Di1.07923=15.364.341.07923=74.88 mL的选取：根据GB321优选数和优选数系，回转窑长度一般取整，且多为偶数,故取L=74 m3.2.3回转窑转速、斜度、及功率的确定与计算斜度取值为3.5%功率N0=kDi2.5nL=0.0464.342.53.574 =467.5 kwK系数，对于新型干法水泥窑，K=0.0450.048;这里取0.046 ；n窑的转速，r/min,这里取3.