年产150万吨新型干法水泥生产线回转窑工艺设计说明书课程设计说明书

PAGE143PAGE15湖北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：年产150万吨回转窑热平衡计算专业：无机非金属材料工程班级：2010级（一）班学号：201040940141姓名：刘成龙成绩：指导教师（签名）：姜老师设计时间：2012.11.27——2012.12.7原始资料1.气候条件：（1）当地大气压101.325Kp

（2）环境风速0m/s（3）空气干球温度7℃

（4）空气相对湿度6％物料的性质及工艺要求(1)物料化学成分（%）成分项目LossSiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3其它合计干生料35.5813.673.552.5942.51.560.55100熟料020.605.855.0063.912.102.54100煤灰040.5016.7210.8515.975.425.515.03100煤的工业分析及元素分析（%）元素分析（%）工业分析（%）发热量QfDW（kJ/kg煤粉)CfHfSfNfOfVfFCfAfWf66.484.080.351.1711.8430.4053.5211.284.8025376(3)熟料矿物组成组分C3SC2SC3AC4AF含量（％）57.0916.087.0515.20熟料出冷却机温度tLsh=200℃

（5）如要煤粉温度tr=40℃(6)一次空气入窑温度ty1k=36℃(7)入窑冷却机冷空气温度tk=36℃(8)窑头漏风温度tyLOK=36℃(9)入冷却机冷空气量VLK=2.14Nm3/㎏熟料入窑风量比（%）。一次风:二次风:窑头漏风=29:64:7燃料比（%）。回转窑(Ky):分解炉(Kf)=47:53废气出预热器温度tf=370℃出预热器飞灰量mfh=0.141kg/kg熟料(14)电收尘器和增湿塔综合收尘效率为η=99.28%回收飞灰入窑温度tth=50℃气力提升泵料风比14.1kJ/Nm3喂料带入空气温度ts=50℃(18)窑尾过剩空气系数ɑy=1.05(19)分解炉漏风占分解炉燃料燃烧用理论空气量的0.05分解炉出口过剩空气系数ɑf=1.25系统热损失QB=540kJ/kg熟料熟料中燃料灰分掺辱的百分比ɑ=100生料水分Ws=0冷却机烟囱排出空气温度tpk=220℃

冷却水带出热量QLs=170kJ/kg熟料窑的设计产量：年产150万吨目录前言…………………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………………………112.1.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…………122.2.2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………………………14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。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1.1物料平衡计算1.1.1收入项目(1)燃料总消耗量mr=myr+mFr(kg/kg熟料)(2)生料消耗量、入预热器物料量a.干生料理论消耗量mgsL＝=＝1.552－0.175mr(kg/kg熟料）式中：α—燃料灰分掺入量，取100％。b.出预热器飞灰量mfh=0.141(kg/kg熟料）c.烟囱飞损飞灰量mFh=mfh(1-η)=0.141×(1-0.9928)=0.001(kg/kg熟料）d.入窑回灰量myh＝mfh－mFh＝0.141－0.001＝0.14(kg/kg熟料）e.考虑飞损后干生料实际消耗量mgs=mgsL+mFh·=(1.552－0.175mr)+0.001×＝(1.553－0.175mr)(kg/kg熟料)f.考虑飞损后生料实际消耗量ms=mgs＝(1.553－0.175mr)×＝1.553－0.175mr(kg/kg熟料)g.入预热器物料量入预热器物料量＝ms＋myh＝(1.553－0.175mr)+0.14＝(1.693－0.175mr)(kg/kg熟料)(3)入窑系统空气量燃料燃烧理论空气量V1K＝0.089Cf+0.267Hf+0.033(Sf－Of)=0.089×66.48＋0.267×4.08+0.033×(0.35－11.84)＝6.627(Nm3/kg煤)m'Lk＝V1K×ρ＝6.627×1.293＝8.569(kg/kg煤)b.入窑实际干空气量Vyh=αyV1Kmr=αyV1KKFmr＝0.47×1.05×6.627mr＝3.270mr（Nm3/㎏熟料）myh=ρ×Vyh＝1.293×3.270mr＝4.229mr（Nm3/㎏熟料）其中一次空气Vy1k=3.270mr×0.29=0.948mr（Nm3/㎏熟料）my1k=4.229mr×0.29=1.226mr(kg/kg熟料)二次空气量Vy2k＝3.270mr×0.64＝2.093mr（Nm3/㎏熟料）my2k＝4.229mr×0.64=2.707mr(kg/kg熟料)熟料漏风VyLOk＝3.270mr×0.07＝0.229mr（Nm3/㎏熟料）myLOk＝4.229mr×0.07＝0.296mr(kg/kg熟料)c.分解炉从冷却机抽空气量①出分解炉混合室过剩空气量＝(αF－1)V1Kmr＝(1.25－1)×6.627mr=1.657mr（Nm3/㎏熟料）②分解炉燃料燃烧理论空气量0.53V1KmFr＝0.53×6.627mr=3.512mr（Nm3/㎏熟料）③窑尾废气过剩空气量(1.05－1)×0.47×6.627mr＝0.156mr（Nm3/㎏熟料）④分解炉漏风量VFLOK＝0.05×0.53×6.627mr＝0.176mr（Nm3/㎏熟料）mFLOK＝VFLOK=(kg/kg熟料)⑤分解炉冷却机抽空气量VF2k＝1.657mr+3.512mr－0.156mr－0.176mr＝4.837mrNm3/㎏熟料mF2k＝ρ×VF2k=1.293×4.837mr＝6.254mr（Nm3/㎏熟料）d.气力提升泵喂料带入空气量msh=ρ×VLk=（0.118－0.012mr)×1.293=(0.153-0.016mr)(kg/kg熟料)E.进入冷却机冷空气量VLk=2.14（Nm3/㎏熟料）mLk=VLk×ρ=2.14×1.293=2.767(kg/kg熟料)预热器漏入空气量（Nm3/㎏熟料）(kg/kg熟料)物料总收入：(kg/kg熟料)1.1.2支出项目(1)熟料msh=1kg预热器出口飞灰量(kg/kg熟料)冷却机烟囱排出空气量（Nm3/㎏熟料）(kg/kg熟料)(4)出预热器废气量a.生料中物理水含量b.生料生成CO2气体量：CO2s＝CaOs＋MgOs=42.50×＋1.56×＝35.10％c.生料中化学水含量H2OS＝Ls－CO2s＝35.58—35.10=0.48％d.生料中化合水量（Nm3/㎏熟料）e.生料中分解的CO2msco2=mgs×CO2s/100－mFh＝(1.553－0.175mr)×－0.001×＝0.545－0.061mr(kg/kg熟料)Vsco2=m3co2×22.4/44＝0.277－0.031mr（Nm3/㎏熟料）f.燃料燃烧生成理论烟气量Vrco2=＝×mr＝1.241mr（Nm3/㎏熟料）VrN2＝0.79V1K×mr＋mr＝0.79×6.627mr＋×mr＝5.244mr（Nm3/㎏熟料）VfH2O＝×mr＋×mr＝(×＋×)mr＝0.517mr（Nm3/㎏熟料）Vfso2=×mr＝×mr=0.002mr(Nm3/kg)Vr＝Vrco2＋VrN2＋VrH2O＋Vrso2＝(1.122＋4.872＋0.456＋0.002)mr＝6.452mr(Nm3/kg)mr=(m'LK＋l－)mr＝(7.961＋l－mr＝8.704mr(kg/kg)e.烟气中过剩空气量Vk＝(αf—1)V'Lkmr＝(1.40－1)×6.157mr＝2.463mr(Nm3/kg)mk＝Vk×1.293=2.463×1.293＝3.185mr(kg/kg)其中：VkN2=0.79Vk=0.79×2.463mr＝1.946mr(Nm3/kg)mkN2＝VkN2×＝1.946×mr＝2.433mr(kg/kg)VkO2＝0.21Vk=0.21×2.463mr＝0.517mr(Nm3/kg)mkO2=VkO2×＝0.571×mr=0.739mr(kg/kg)f.总废气量Vf=VCO2+VN2+VH2O+VO2+VSO2=(0.281－0.072mr＋1.122mr)＋(4.872mr＋1.946mr)＋(0.004－0.001mr＋0.020－0.005mr＋0.456mr)＋0.517mr＋0.002mr＝0.305＋8.837mr(3)出预热器飞灰量mfh＝0.100(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QrR＝mrQyDW＝23200mr(kJ/kg)(2)燃料带入显热Qr＝mrCrtr＝mr×1.154×60=69.240mr(kJ/kg)(0～60℃时熟料平均比热Cr＝l.154kJ/kg·℃)(3)生料带入热量Qs=(mgsCs+mwsCw)ts＝[(1.560－0.401mr)×0.878十(0.003－0.001mr)×4.182]×50＝69.111－17.813mr(kJ/kg)(0～50℃时，水的平均比热Cw＝4.182KJ/kg℃，干生料平均比热Cs＝0.878kJ/kg)(4)入窑回灰带入热量Qyh＝mykCyhtyh＝0.100×0.836×50＝4.180kJ/kg(0～50℃时，回灰平均比热Cyh＝0.836kJ/kg℃)(5)空气带入热量a.入窑一次空气带入热量Qy1k＝Vy1kCy1kty1k＝0.10VykCy1kty1k＝0.10×2.586mr×1.298×25＝8.39mr(kJ/kg)(0～25℃时，空气平均比热Cy1k＝1.298KJ/Nm3.℃)b.入窑二次空气带入热量Qy2k＝Vy2kCy2kty2k＝0.85VykCy2kty2k＝0.85×2.586mr×1.403×1100＝3392.3mr(kJ/kg)(0～1100℃时，空气平均比热Cy2k＝1.403kJ/Nm3·℃)c.入分解炉二次空气带入热量QF2k＝VF2kCF2ktF2k＝4.310mr×1.403×900＝5442.2mr(kJ/kg)(0～900℃时，空气平均比热CF2k＝1.403kJ/Nm3.℃)d.气力提升泵喂料带入空气量Vsk=(ms+msh)/14.4=(1.693-0.175mr)/14.4=(0.118-0.012mre.系统漏风带入热量QLOK=VLOKCLOKtLOK=1.299mr×1.298×25＝42.153mr(kJ/kg)(0～25℃时，空气平均比热CLOK＝1.298kJ/Nm3·℃)总收入热量Qzs＝QrR＋Qr＋Qs＋Qyk＋Qy1k+Qy2k＋QF2k＋Qsk＋QLOK＝24200mr＋69.240mr＋(69.111－17.813mr)＋4.180＋8.39mr＋3392.3mr＋5442.2mr＋0+42.253mr＝73.291＋33136mr(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(2)蒸发生料中水分耗热量Qss＝(mws＋mks)qqh＝(0.003－0.001mr＋0.016－0.004mr)×2380＝45.220－11.9mr(kJ/kg)(50℃时，水的汽化热qqh＝2380kJ/kg)(3)废气带走热量＝[(0.281＋1.050mr)×1.921＋6.818mr×1.319＋(0.025＋0.450mr)×1.550＋0.517mr×1.370＋0.002mr×1.965]×330＝190.92＋4098.5mr(kJ/kg)[0～340℃时，各气体平均比热：CCO2＝1.921kJ/Nm3·℃；CN2＝1.319kJ/Nm3·℃；CH2O＝1.550kJ/Nm3·℃；CO2＝1.370kJ/Nm3·℃；CSO2＝1.965kJ/Nm3·℃](4)出窑熟料带走热量Qysh＝1×Cshtsh=1×1.078×1360＝1466.1(kJ/kg)(0～1360℃时，熟料平均比热Csh=1.078kJ/kg.℃)(5)出预热器飞灰带走热量Qfh=mfhCfhtfh=0.100×0.895×300＝26.85(kJ/kg)(0～300℃时，飞灰平均比热Cfh＝0.895kJ/kg·℃)(6)系统表面散热损失QB＝460kJ/kg支出总热量Qzc＝QSh＋Qss十Qf＋Qysh＋Qfh＋QB＝1776＋(45.220—11.9mr)＋(190.92＋4098.5mr)＋1466.1＋26.850＋460＝3965＋4086.6mrkJ/kg列出收支热量平衡方程式Qzs＝Qzc73.291＋33136mr＝3965＋4086.6mr求得：mr＝0.1340(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1物料平衡表单位：kg/kg熟料收入项目kg/kg熟料%支出项目kg/kg熟料%燃料消耗量0.15052.86出冷却机熟料量1.00019.04入预热器生料量1.66731.72预热器出口飞灰量0.1412.68一次空气量0.1843.50预入器出口废气量2.69351.27入冷却机冷空气量2.76752.65冷却机烟囱排出空气量1.41927.01生料带入空气量0.1502.86合计5.235100.00系统漏入空气量0.3376.41合计5.255100.00表2热量平衡表单位：kg/kg熟料收入项目kJ/kg熟料%支出项目kJ/kg熟料%燃料燃烧热3818.894.85熟料形成热1750.743.49燃料显热7.00.17出冷却机熟料带走显热165.04.10生料带入显热68.71.71预热器出口废气带走显热1036.625.75入窑回灰带入显热5.90.15预热器出口飞灰带走显热47.41.18窑头一次空气带入显热6.70.17飞损飞灰脱水及分解耗热0.10.00入冷却机冷空气带入显热99.22.46冷却机烟囱排出空气显热316.17.85生料带入空气显热7.60.19系统表面散热损失54013.41系统漏入空气显热12.20.3冷却水带走热量1704.22合计4026100.00合计4026100.00二、窑的计算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（1）其中，G熟料为窑的日产量4110t/d；Di为窑的有效内径为4.015m。根据式（2）计算窑筒体直径（2）其中，δ为回转窑用耐火材料厚度230mm。对于直径大于4.0m的回转窑，其值一般为230mm。因而D=4.015+2×0.23=4.475m根据建材行业标准JC331-91，D值取4.5m，则回转窑有效内径为4.02m。2.1.2长度预分解窑的长径比L/D≈10~20，且其长度还应按GB321优先数系列选配。综合最近投产的4110t/d水泥熟料生产线情况，L值取68m，此时L/D=15.5。由以上计算结果，回转窑的规格为φ4.5×70m。根据国内外实际生产情况，该规格预分解窑产量一般在4000t/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4.5r/min。根据统计，对于φ4.5×72m的预分解窑，当其斜度为3.5%，转速n为3.8r/min时，最高产量可达5500t/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3.8r/min。2.2.2功率回转窑功率可根据式（3）进行计算。（3）根据计算，2.3风速核算2.3.1烧成带标准风速一般要求≤2Nm/s。=1.42Nm/s符合要求=7.95m/s符合要求Vyw——窑尾烟气量，m3/kg熟料Tyw——窑尾温度，℃Vyw＝＝Ky·6.452mr+（αy-1）·6.157mr=0.404m3/Kg2.3.2窑尾工况风速一般要求≤10m/s。=7.95m/s符合要求Vyw——窑尾烟气量，m3/kg熟料Tyw——窑尾温度，℃Vyw＝＝Ky·6.452mr+（αy-1）·6.157mr=0.404m3/Kg三、主要热工技术参数计算3.1、熟料单位烧成热耗QrR=mr＝0.1340×24200＝3242.8(kJ/kg)3.2、熟料烧成热效率ηs＝×100％＝×100％＝54.77％3.3、窑的发热能力Qyr=Myr＝KymrG＝0.4×0.134×208.3×103×24200＝27.02×107(kJ/h)3.4、燃烧带衬砖断面热负荷＝18.27×106(kJ/m2·h)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]刘志江．新型干法水泥技术．北京：中国建材工业出版社，2005．[2]黄书谋，谭仲明．第6届全国新型干法水泥生产技术交流会论文集北京：中国建材工业出版社，2006．[3]严生，常捷，程麟硅．新型干法水泥厂工艺设计手册．北京：中国建材工业出版社，2007．基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究基于单片机的嵌入式Web服务器的研究MOTOROLA单片机MC68HC（8）05PV8/A内嵌EEPROM的工艺和制程方法及对良率的影响研究基于模糊控制的电阻钎焊单片机温度控制系统的研制基于MCS-51系列单片机的通用控制模块的研究基于单片机实现的供暖系统最佳启停自校正（STR）调节器单片机控制的二级倒立摆系统的研究基于增强型51系列单片机的TCP/IP协议栈的实现基于单片机的蓄电池自动监测系统基于32位嵌入式单片机系统的图像采集与处理技术的研究基于单片机的作物营养诊断专家系统的研究基于单片机的交流伺服电机运动控制系统研究与开发基于单片机的泵管内壁硬度测试仪的研制基于单片机的自动找平控制系统研究基于C8051F040单片机的嵌入式系统开发基于单片机的液压动力系统状态监测仪开发模糊Smith智能控制方法的研究及其单片机实现一种基于单片机的轴快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于双单片机冲床数控系统的研究基于CYGNAL单片机的在线间歇式浊度仪的研制基于单片机的喷油泵试验台控制器的研制基于单片机的软起动器的研究和设计基于单片机控制的高速快走丝电火花线切割机床短循环走丝方式研究基于单片机的机电产品控制系统开发基于PIC单片机的智能手机充电器基于单片机的实时内核设计及其应用研究基于单片机的远程抄表系统的设计与研究基于单片机的烟气二氧化硫浓度检测仪的研制基于微型光谱仪的单片机系统单片机系统软件构件开发的技术研究基于单片机的液体点滴速度自动检测仪的研制基于单片机系统的多功能温度测量仪的研制基于PIC单片机的电能采集终端的设计和应用基于单片机的光纤光栅解调仪的研制气压式线性摩擦焊机单片机控制系统的研制基于单片机的数字磁通门传感器基于单片机的旋转变压器-数字转换器的研究基于单片机的光纤Bragg光栅解调系统的研究单片机控制的便携式多功能乳腺治疗仪的研制基于C8051F020单片机的多生理信号检测仪基于单片机的电机运动控制系统设计Pico专用单片机核的可测性设计研究基于MCS-51单片机的热量计基于双单片机的智能遥测微型气象站MCS-51单片机构建机器人的实践研究基于单片机的轮轨力检测基于单片机的GPS定位仪的研究与实现基于单片机的电液伺服控制系统用于单片机系统的MMC卡文件系统研制基于单片机的时控和计数系统性能优化的研究基于单片机和CPLD的粗光栅位移测量系统研究单片机控制的后备式方波UPS提升高职学生单片机应用能力的探究基于单片机控制的自动低频减载装置研究基于单片机控制的水下焊接电源的研究基于单片机的多通道数据采集系统基于uPSD3234单片机的氚表面污染测量仪的研制基于单片机的红外测油仪的研究96系列单片机仿真器研究与设计基于单片机的单晶金刚石刀具刃磨设备的数控改造基于单片机的温度智能控制系统的设计与实现基于MSP430单片机的电梯门机控制器的研制基于单片机的气体测漏仪的研究基于三菱M16C/6N系列单片机的CAN/USB协议转换器基于单片机和DSP的变压器油色谱在线监测技术研究基于单片机的膛壁温度报警系统设计基于AVR单片机的低压无功补偿控制器的设计基于单片机船舶电力推进电机监测系统基于单片机网络的振动信号的采集系统基于单片机的大容量数据存储技术的应用研究基于单片机的叠图机研究与教学方法实践基于单片机嵌入式Web服务器技术的研究及实现基于AT89S52单片机的通用数据采集系统基于单片机的多道脉冲幅度分析仪研究机器人旋转电弧传感角焊缝跟踪单片机控制系统基于单片机的控制系统在PLC虚拟教学实验中的应用研究基于单片机系统的网络通信研究与应用基于PIC16F877单片机的莫尔斯码自动译码系统设计与研究基于单片机的模糊控制器在工业电阻炉上的应用研究基于双单片机冲床数控系统的研究与开发基于Cygnal单片机的μC/OS-Ⅱ的研究基于单片机的一体化智能差示扫描量热仪系统研究基于TCP/IP协议的单片机与Internet互联的研究与实现变频调速液压电梯单片机控制器的研究基于单片机γ-免疫计数器自动换样功能的研究与实现基于单片机的倒立摆控制系统设计与实现单片机嵌入式以太网防盗报警系统基于51单片机的嵌入式Internet系统的设计与实现单片机监测系统在挤压机上的应用MSP430单片机在智能水表系统上的研究与应用基于单片机的嵌入式系统中TCP/IP协