〔大学论文〕5000吨水泥厂设计毕业论文（含word文档） .pdf

西南科技大学本科生毕业论文 1 第一章 绪论 1.1 概述 水泥工厂设计是水泥工厂土建施工、投产后正常生产和未来发展的前提基础，最直接关系到水泥 厂的投资成本和效益回报，具有至关重要的低位和意义。而水泥工厂设计的核心就是工艺设计， 包括生产工艺流程的选择和工艺设备的选型及布置。 新型干法水泥生产经过多年的技术攻关和生产实践，在我国已经实现了 5000t/d 的国产化，并在 投产后迅速达标。各设计院利用自己的核心技术优化烧成系统，能耗均能达到国际先进水平的。 新型干法是以旋风预热器-分解炉-回转窑-篦冷机系统（既“筒-管-炉-窑-机” ）为核心，使水泥生 产过程具有高效、低耗、绿色环保和大型化、自动化的特征。同时有效降解利用生活垃圾、工业 废渣和有毒有害废弃物，促使水泥工业实现清洁生产和可持续发展的战略目标。这在德国一些为 发达国家已逐步显露。 我国水泥产量已经连续 18 年居世界各国首位，但产品质量不高、生产水平落后、污染严重的问 题也十分突出，急需进行产业调整。新型干法水泥生产的水泥仅占水泥总量的 55%，而发展国家 都在 90%以上。目前我国水泥生产企业有一定规模的近 5000 多家，国内十大水泥集团水泥产量 仅达到全国总产量的 23%，而世界十大水泥集团的产量占世界水泥总产量的 1/3 以上。另外我国 的水泥散装率也非常低，2007 年仅达到了 40%，而世界发达国家水泥在上世纪 60 年代末就完成 了从袋装到散装的改革，实现了水泥散装，散装率达到并保持在 90%以上。因此，我国水泥工业 的发展任重而道远。 经过 512 汶川大地震和国家大力发展西部的政策性引导，四川水泥出现了前所未有的火爆，国 内水泥巨头纷纷在四川投产新生产线， 随着大量中小立窑的淘汰， 四川水泥资源配置正逐渐优化， 步入良好的发展轨道。放到全国，中国水泥正发生着翻天覆地的变化。在 2009 年中国国际水泥 峰会上中国水泥协会会长雷前治透露，有关部门正在酝酿制定水泥工业发展规划，推动产业联合 重组将是主要内容之一。所以，中国水泥的前景值得期待。 1.2 本设计简介 本设计是 5000t/d 水泥熟料预分解窑烧成窑尾工艺设计，采用目前国内外水泥行业相对比较先进 的技术和设备，特别结合我国原燃料条件，在设备选型上尽量考虑国产，最大限度的降低基建投 资和能耗，同时又最大限度的提高产量和质量，做到技术经济指标先进、合理，生产过程绿色环 保。 本设计采用 4 组分 （石灰石、 铝矾土、 砂岩、 硫酸渣） 配料生产， 因交通便利， 离峨眉山市约 12km， 铝矾土、砂岩、硫酸渣来源丰富、运距短，因此采用火车和汽车结合的运输方式。页岩配料仓底 下设 centrex 筒仓卸料器，以便湿物料的顺利排出。 本设计中石灰石的预均化采用圆形预均化堆场，相对矩形预均化堆场具有占地面积少、基建投资 省、操作维护方便且均化效果相差不大等优势。其规模为110 m。石灰石矿山矿化学成分稳定， 品质优良， 均匀性好， 全矿 caco3 标准偏差只有 3 个台段超过 3.0%， 最大为 3.5%， 平均为 2.25%。 配料用石灰石存储圆库规格为 1-818m，有效储量为 1360t，实际存储时间为 5.1h，能满足生 产的正常进行。 原煤在预均化方式选择时亦采用圆形预均化堆场，原煤成分波动对外购煤而言质量很难预先控 制，同时考虑到可能存在多点供煤，设置预均化堆场非常有必要。其规格为90m，有效储量为 6207t。回转悬臂堆料机生产能力 150t/h，桥式刮板取料机取料能力为 60t/h。预均化堆场外设置 一堆棚，作为原煤进厂的临时堆放地，也起缓冲作用。 生料磨采用 trm53.4 的立磨一台，生产能力 430 t/h，设有物料外循环系统。该生料磨 2008 年 9 月 1 日在辽宁富山水泥 5000t/d 生产线上投产运行，台时产量稳定在 430 t/h，无论是产、质量均 能满足 5000t/d 生产线的生产要求。 西南科技大学本科生毕业论文 2 生料均化库采用ibau 库，规格为22.552m，存储量为 18000t。ibau 库均化效果好、电耗低、 操作维护简便。 库内分 8 个卸料区， 生料按照一定的顺序分别由各个卸料区卸出进入均化小仓(兼 窑喂料仓)， 均化作用主要由库内重力切割和均化小仓的搅拌来实现。 且考虑到只有一台配套生料 磨，为保证生产持续稳定，储量选择较一般生料均化库稍偏大。均化库底部采用固体流量计 dlm6.5，控制进入入窑提升机生料量。 窑尾喂料采用国外进口的提升机，单段提升 100m，布置紧凑，设备运转可靠，入窑生料采用申 克皮带秤计量，计量准确可靠。 烧成系统采用带 tdf 炉的五级双系列旋风预热器。tdf 炉完全能适应本设计所烧原煤（挥发份 为 25.30%） ，如果以后燃用较低品味的原煤，可以通过加长分解炉出口与 c5 级旋风筒的连接管 道来保证煤的完全燃烧。窑尾预热器采用 4-2-2-2-2 组合，预热器规格：c1：4-4.7m，c2：2- 6.5m，c3、c4：2-6.7m，c5：2-6.8m。tdf 分解炉规格为7.427m，回转窑为4.872m， 斜度为 3.54%，正常运转转速为 3.5r/min。窑头选用 pyrojet 多通道燃烧器和 lbt36356nc-型 空气梁推动篦式冷却机，保证窑头煤燃烧形式的最优化和熟料的冷却，降低能耗。窑炉燃料比为 40%与 60%。窑尾废气处理采用低压长袋脉冲收尘器，降低粉尘排放和保护环境。 熟料储库采用单帐篷库，规格：6040.6m，有效储量为 12520t。单库工艺布置更简洁，便于 维护。同时设有一 2000t 的黄料库，规格为813m。在熟料库与水泥制成车间之间设有一规格 为 35200m 的矩形熟料堆场，储存过剩的熟料，以保证生产的连续进行，同时也可以直接销售 熟料。 煤磨系统采用现今比较成熟的立磨系统：立式磨+袋收尘。根据本设计选用 hrm2200 立磨，处理 量 45t/h，通过风量为 120000m3/h，入磨粒度50mm，出磨粒度为 200 目筛余48%, mgo5504.1t 实际储存期为：47201.4585504.1=8.7d 则确定水泥库的规格为：8-1530m 西南科技大学本科生毕业论文 19 表表 4-34-34-34-3 各物料储库规格各物料储库规格 储库名称型式、规格数量 有 效 储 量 （m/个） 有效储量 t设 计 储 存期/d 实 际储 存期/d单个总共 石灰石库 818m1938.31360.51360.555.1 页岩库 48m1104.4208.8208.8510.4 砂岩库 48m1105.3279.1279.159.6 硫酸渣库 48m1106.3159.5159.5524.5 生料均化库 22.552m113846180001800022.3 熟料库6040.6m135586516005160055.2 黄料库8131137920002000 熟料堆场35200m146202075920759 石膏库 48m1108.9141.6141.6510.4 混合材库 68m1245.9196.7196.755.4 水泥库1530m8472068446296878.7 第五章 物料平衡和热量平衡 5.1 初始资料 1、窑型：4.872m 带 tdf 炉和五级双系列预热器的预分解窑 2、生产水泥：p.c32.5 和 p.o42.5 3、物料化学成分： 表表 5-15-15-15-1 物料化学成分物料化学成分 名称losssio2al2o3fe2o3caomgoso3 干生料35.87013.4672.8191.90844.3050.5510.17399.092 煤灰56.1226.4010.00298.25 熟料22.3325.1873.23567.0520.8750.36799.048 表表 5-25-25-25-2 原煤的工业分析原煤的工业分析 marmadvadaadfcadqnet,ad 原煤(沐川烟煤）5.301.1025.3028.8044.1024368 4、烧成系统各处温度设定 1）入预热器生料温度： 50 2）入窑回灰温度： 50 3）入窑一次空气温度： 30 4）入窑二次空气温度： 950（参考冀东） 5）环境温度：30 6）入窑、分解炉燃料温度：50 7）入分解炉三次空气温度：850 8）废气出预热器温度：300 9）飞灰出预热器温度：300 5、窑头入窑风量比例 目前国内水泥厂在新建或改造中均趋向于选择四通道喷煤管，改喷煤管具有良好的火焰形状和刚 西南科技大学本科生毕业论文 20 度，保证煤粉喷人窑后迅速分散和着火燃烧，并且还可减少一次风量的比例，一般在 10%左右， 增加二次风量，这样可以减小一次风的设备规格、降低能耗和 nox排风量。因此本设计采用 pyro-jet 型燃烧器，一次风、二次风和漏风量的比例为 10：85：5。 6、燃料比例：窑头与分解炉燃煤比例为 40%：60% 7、出预热器飞灰量：0.1kg/kg-cl 8、出预热器飞灰烧失量：34% 9、各处空气过剩系 1）窑尾：1.05 2）分解炉出口：1.15 3）预热器出口：1.35 10、分解炉及窑尾漏风占分解炉用燃料理论空气量的比例 k=0.05 11、窑尾袋收尘效率：99.9% 12、系统表面散热损失：240kj/kg-cl 13、生料中水分含量：0.1% 14、窑产量：5000t/d，208.3t/h 5.2 物料平衡进而热量平衡计算 5.2.1 物料平衡计算 温度基准：0，物料基准：1kg 熟料。 物料平衡系统：篦冷机+回转窑+分解炉+预热器 收入项目 1.燃料消耗量：mr= fryr mm+ r m-燃料消耗量，kg/kg-cl yr m-窑用燃料量，kg/kg-cl fr m-分解炉用燃料量，kg/kg-cl 2.生料消耗量 1）干生料理论消耗量： s r f gsl l ma a m = 100 100 100 = 13.64 8 . 28100 87.35100 8 . 28 100 100 100 r r m m = s m-生料消耗量，kg/kg-cl a-熟料中燃料灰分掺入百分比，%，预分解窑中掺入率取 100% f a-燃料中灰分含量，% s l-干生料烧失量，% 2）烟囱飞损飞灰量：)1 (= fhfh mm=0.1（1-0.999）=0.0001 kg/kg-cl mfh-烟囱飞损飞灰量，kg/kg-cl 西南科技大学本科生毕业论文 21 mfh-出预热器飞灰量，kg/kg-cl -收尘器收尘效率，以小数表示。 3）入窑回灰量： fhfhyh mmm=0.1-0.0001=0.0999 kg/kg-cl 4）考虑飞损后干生料实际消耗量 87.35100 34100 0001 . 0 13.64 8 . 28100100 + = += r s fh fhgslgs m l l mmm =1.5604-0.4491 mr lfh-飞灰烧失量，% 5）考虑飞损后生料（含物理水）实际消耗量 1 . 0100 100 )4491 . 0 5604. 1 ( 100 100 = = r s gss m w mm=1.5620-0.4495 mr ws-生料中水分含量，%，取 0.1% 3.空气消耗量 燃料燃烧理论空气量：5 . 0 1000 24368 241 . 0 5 . 0 1000 241 . 0 , +=+= dwneto k q v=6.3727 nm3/kgr o k m=1.293 o k v=8.240 kg/kgr dwnet q , -原煤的低位发热量，kj/kgr 理论烟气量：65 . 1 1000 24368 213 . 0 65 . 1 1000 213 . 0 , +=+= dwneto yq q v=6.8404 nm3/kgr 入窑实际空气量： ryr k o yyk mkmvv4 . 03727 . 6 05 . 1 =2.6765 mr vyk-入窑实际空气量，nm3/kg-cl y -窑尾空气过剩系数，取 1.05 ky-窑用燃料比，窑、分解炉用燃料比为 40%：60% myk=1.293vyh=3.4610mr 采用新型四通道喷煤管，一次空气一般取 10%就保证可煤粉得到很好的分散，并且以减小热耗， 窑头漏风取 5%，即一次风量 vy1k：二次风量 vy2k：漏风量 vylk=10：85：5 一次风消耗量：my1k=0.1 myk=0.3461 mrvy1k=0.1 vyh=0.2676 mr 二次风消耗量：my2k=0.85 myk=2.9418 mrvy2k=0.85 vyh=2.2750 mr 窑头漏风量： mylk=0.05 myk=0.1731 mrvylk=0.05 vyh=0.1338 mr 1）进入系统一次空气量： kfkyk vvv 111 +=0.2676 mr kkk vm 111 =0.3461 mr 西南科技大学本科生毕业论文 22 m1k，v1k-入系统一次空气的质量和体积，kg/kg-cl，nm3/kg-cl vy1k-入窑一次空气的体积，nm3/kg-cl vf1k-如分解炉一次空气的体积，nm3/kg-cl，分解炉不设一次风，近似为 0 k1 -一次空气密度，kg/nm3 2）进入冷却机冷空气量： klklk vm=1.9171.293=2.4787 kg/kg-cl 参考铜陵海螺 2 线，选用南京院的 lbt36356nc-型空气梁推动篦式冷却机。入料温度：1400 ，出料温度：65+环境温度，篦床有效面积：124.74m2，冷却用气量：1.917 nm3/kg-cl， （传 达+破碎）功率：293kw。 lk m， lk v-进入冷却机冷空气的质量和体积，kg/kg-cl，nm3/kg-cl 3）生料喂料设备带入空气量： ksksk vm= 提升机喂料带入空气，取占燃料燃烧理论空气量 1%。即 vsk=0.016.3727mr=0.0637 mr sk m=1.2930.0637 mr=0.0824 mr sk m， sk v-生料喂料设备带入空气的质量和体积，kg/kg-cl，nm3/kg-cl 4）窑系统漏入空气量 窑头及分解炉部分： flkylklok mmm+= 1 =0.1731mr+0.2472 mr=0.4203 mr 预热塔部分： kloklok vm= 22 =0.16.3727 mr1.293=0.8240 mr 21lokloklok mmm+= 1.2443 mr lok m， lok v-系统漏入空气的质量和体积，kg/kg-cl，nm3/kg-cl 物料总收入 loksklkkyhsrzs mmmmmmmm+= 1 =4.1406+2.2233 mr zs m-物料单位熟料收入总质量，kg/kg-cl 支出物料： 1. 出冷却机熟料量： sh m=1kg 2. 预热器出口飞灰量： fh m=0.1kg/kg-cl 3. 冷却机烟囱排出空气量： kpkpk vm= 分解炉出口过剩空气量： r o kffgk mvv) 1(=（1.15-1）6.3727 mr=0.9560 mr 西南科技大学本科生毕业论文 23 fgkfgk vm293 . 1 =1.2361 mr f -分解炉出口过剩空气系数，取为 1.15 窑尾过剩空气量 ry o kyygk mkvv) 1(=（1.05-1）6.37270.4 mr=0.1275 mr ygk m=1.293 ygk v=0.1649 mr y -窑尾过剩空气系数，取为 1.05 分解炉燃料燃烧空气量 rf o kfk mkvv=6.37270.6 mr=3.8236 mr fk m=1.293 fk v=4.9439 mr f k-分解炉用燃料比 分解炉漏入空气量 ry o kflk mkvv05 . 0 =0.056.37270.6 mr=0.1912 mr flkflk vm293 . 1 =0.2472 mr 根据分解炉空气量平衡，分解炉抽三次风 flkygkfkfgkk mmmmm+= 3 =5.7679 mr 则由物量平衡得冷却机烟囱排出空气量： rkkyklkpk mmmmm= 23 =2.3787-8.7097 mr 4. 预热器出口废气量 1）生料中物理水： 100 s ssw m mm=1.5620-0.4495 mr0.001=（1.5620-0.4495 mr）10-3 s m-入窑生料中水分含量 2）生料中化学水： 32 00353 . 0 oalmm gshs =0.00353（1.5604-0.4491mr）2.819 = 0.0155- 0.0045mr al2o3-生料中 al2o3占比例，主要是粘土成分中水 3）燃烧产生理论烟气量： kr o yqfy mvm=6.84041.293 mr= 8.8446 mr 4）生料分解产生 co2量 生料中 co2占比例： mgo co cao co m m mgo m m caoco 22 2 += = 40 44 551 . 0 56 44 305.44+=35.42% 西南科技大学本科生毕业论文 24 生料中co2的量： 100 - 100 2 2 fh fhgsco l m co mm=（1.5604-0.4491mr）0.3542-0.10.34 =0.5187-0.1591 mr mgocaoco mmm, 2 -co2、cao、mgo 的相对分子量 co2，cao，mgo-co2、cao、mgo 在生料中的比例，% 5）预热器出口过剩空气量： kr o kccgk mvm) 1(=（1.355-1）6.37271.293 mr = 2.9252 mr 预热器出口排出总废气量： swhsfycocgkf mmmmmm+= 2 = 0.5358+11.6078 mr 5. 煤磨从系统抽出热空气量： krkrk vm=0.1kg/kg-cl（参考池州海螺） 物料总支出 shfhpkfrkzz mmmmmm+=3.5528+2.8569 mr 5.2.2 热量平衡 温度基准：0，物量基准：1kg-cl 热量平衡系统：篦冷机+回转窑+分解炉+预热器 1. 燃料燃烧热： f dwrrr qmq=24368 mr rr q-燃料燃烧产生的热量，kj/kg-cl f dw q-燃料的低位发热量，kj/kgr 2. 燃料带入显热： rrrr tcmq=1.09850 mr=54.9 mr r q-燃料带入显热，kj/kg-cl cr-燃料比热，kj/(kg) tr-燃料温度，由煤粉仓要求煤粉最高存储温度，确定为 50。 3. 生料可燃物质燃烧热：由于生料中可燃物微乎其微，在这里忽略不计。 4. 生料带入显热 swwssgss tcmcmq)(+= =(1.5604-0.4491 mr) 0.878+（1.5620-0.4495 mr）10-34.182 50 =68.8282-19.8095 mr s q-生料带入显热，kj/kg-cl mws-生料中含水分的量，kg/kg-cl cs、cw-干生料和生料中物理水的比热，kj/(kg)，参考水泥工业热工设备p130，050 的平均比热分别取为 0.878 kj/(kg)和 4.182 kj/(kg)。 西南科技大学本科生毕业论文 25 ts-生料温度， 5. 入窑回灰带入显热： yhyhyhyh tcmq=0.09990.83650=4.1758 kj/kg-cl yh q-入窑回灰带入显热，kj/kg-cl cyh-回灰比热，kj/(kg) tyh-回灰温度， 6.空气带入显热 1）一次空气带入显热： kkkk tcmq 1111 =0.34611.00530mr=10.4349 mr 2）进冷却机冷空气带入显热： lklklklk tcmq=2.47871.00530=74.7328 kj/kg-cl 3）生料喂料带入空气显热： sksksksk tcmq=0.08241.00550mr=4.1406 mrkj/kg-cl 4）系统漏入空气的显热： kkloklok tcmq=1.24431.00530 mr=37.5156 mr 热量总收入 loksklkkyhssrrrrzs qqqqqqqqqq+= 1 =147.7368+24455.1816mr 支出热量： 1.熟料形成热 不考虑碱的影响时： shshshshsh sh ofesiocaomgooalq 32232 47 . 2 44.2103.3213.2721.17+= =1773.8941 kj/kg-cl 考虑碱的影响时： )(74.83)(18.71)(02.108 332222 shsshsshs shsh sosookokonaonaqq+= =1757.529 kj/kg-cl sh oal 32 、 sh mgo、 sh cao、 sh sio2、 sh ofe 32 、 sh so3-分别为熟料中相应成分的百分含量，% s so3、 s ona2、 s ok2-为以 1kg 熟料为单位的生料相应成分的含量，%。 2. 出冷却机熟料带走显热： lshshlsh tcq=1=0.77585=65.89 kj/kg-cl lsh q-出冷却机熟料带着显热，kj/kg-cl csh-熟料的比热，kj/(kg) tlsh-出冷却机熟料温度，选用篦冷机控制出熟料温度在 60+环温以内。取 85 3. 蒸发生料中物理水耗热： qh s sss q w mq= 100 =（1.5620-0.4495 mr）0.0012380=3.7176-1.0698 mr qss-蒸发生料中物理水耗热，kj/kg-cl 西南科技大学本科生毕业论文 26 qqh-水的汽化热，kj/kg 水，50时为 2380 kj/kg 水。 4. 预热器出口废气带着显热： ffff tcmq=（0.5358+11.6078mr）1.082300 =173.9207+3767.8919 mr f q-预热器出口废气带着显热，kj/kg-cl cf-废气比热，kj/(kg) tf-出口废气温度，参考峨胜，取 300。 5. 预热器出口飞灰带走显热 ： ffhfhfh tcmq=0.10.870300=26.1 kj/kg-cl fh q-预热器出口飞灰带着显热，kj/kg-cl cfh-飞灰的比热，kj/(kg) 6.飞灰脱水及碳酸盐分解耗热 1662 44 100 ) 100100100 100 (6699 100100 100 22 + = fh fh s s fh fh s s fh fhtf l m co l l m oh l l mq =0.0010 kj/kg-cl tf q-飞灰脱水及碳酸盐分解耗热，kj/kg-cl s oh2、 s co2-生料中水和二氧化碳的含量，%。 7.冷却机烟囱排除空气带走显热 pkpkpkpk tcmq=(2.3787-8.7097 mr) 1.023268=652.1539-2387.8862 mr pk q-冷却机烟囱排除空气带着显热，kj/kg-cl cpk-废气比热，kj/(kg) tpk-废气温度，参考铜陵海螺的 lbt36356 型篦冷机，取 268。 8.煤磨从系统抽出热空气带走显热 rkrkrkrk tcmq=0.11.032350=36.12 kj/kg-cl rk q-煤磨抽风显热，kj/kg-cl crk-煤磨抽风比热，kj/(kg) trk-煤磨抽风温度， 9. 机械不完全燃烧，加强和协调烧成系统各部位的操作，不完全燃烧量很少，忽略不计。 10. 化学不完全燃烧，忽略不计。 11. 系统表面散热损失： b q=240 kj/kg-cl 热量总支出 rkbpktffhfsslshshzc qqqqqqqqqq+= =2955.4322+1378.9359 mr 西南科技大学本科生毕业论文 27 根据能量守恒定律列出热量平衡方程式： zczs qq= 147.7368+24455.1816mr=2955.4322+1378.9359 mr 解得：mr=0.122kg/kg-cl 即烧成 1kg 熟料需燃烧 0.122kg 煤。 5.2.3 熟料热耗和窑的热负荷 1、熟料单位热耗： f dwrrr qmq=0.12224368=2972.896 kj/kg-cl 2、窑的热效率： rr sh q q = 2972.896 53.1757 =59.12% 3、窑的发热能力： yr q= yr m .net ar q = yr k m g .net ar q =0.40.122208.33100024368 =24.77107kj/h 4、燃烧带衬砖断面热负荷： a q= 2 4 yr i q d = 2 7 34. 4 4 1077.24 =1.68107kj/m2.h 式中：di-表示窑筒体衬砖内径，m，di=d-2=4.8-20.23=4.34m 其中表示窑筒体衬砖厚度，按经验 4d5m, 参考池州海螺统计国内外 5000t 及以上规格窑 的数据，=0.23m。 5.3 物料平衡表和热量平衡表的编制 表表 5-35-35-35-3 热料平衡表热料平衡表 收入项目kj/kg-cl支出项目kj/kg-cl 燃料燃烧热 燃料显热 生料显热 入窑回灰显热 一次风显热 进冷却机空气显热 生料喂料带空气显热 系统漏风显热 2972.90 6.70 66.41 4.18 1.27 74.73 0.51 4.58 熟料形成热 熟料带走显热 蒸发生料物理水热 预热器废气显热 预热器飞灰显热 飞灰脱水及分解热耗 冷却机排风显热 煤磨抽风显热 系统表面散热 1757.53 65.89 3.59 633.60 26.10 0.001 360.83 36.12 240.00 合计3131.28合计3123.66 表表 5-45-45-45-4 物量平衡表物量平衡表 西南科技大学本科生毕业论文 28 收入项目kg/kg-cl支出项目kg/kg-cl 燃料消耗量 入窑生料消耗量 入窑回灰量 一次空气量 进冷却机空气量 生料喂料带入空气量 系统漏入空气量 合计 0.122 1.507 0.0999 0.042 2.4787 0.010 0.152 4.412 出冷却机熟料 预热器出口飞灰 冷却机烟囱排气量 预热器出口废气量 煤磨抽风量 合计 1.000 0.100 1.316 1.952 0.100 4.468 第六章 预分解系统的设计计算 6.1 初始资料 6.1.1 外界参数确定 1、窑型：4.872m 带 tdf 炉和五级双系列预热器的预分解窑 2、窑产量：5000t/d， 208.3t/h 3、熟料热耗：q=2960kj/kg-cl 4、生料温度：50 5、大气压力：取当地大气压为标准大气压，及 p=101325pa 6、出窑飞灰与入窑生料量比例：取 z=8% 6.1.2 相关参数的设定 1、各级旋风筒分离效率 本设计拟选用天津院的第三代预分解系统，其预热器系统重点考虑了提高换热效果和降低系统阻 力，采用结构合理的二心 2700大蜗壳型式的偏锥旋风预热器，优化撒料箱、导流板后阻力损失控 制在 4500pa 以内，旋风筒 c1 分离效率可达 96%左右，其他各级在 90%左右。c1 旋风筒必须要 求有较高的分离效率以保证低回灰量和降低窑尾收尘负荷，所以 c1 旋风筒分离效率取为 96%， c2 筒也应有较高的收尘效率以降低 c1 筒进口气体含尘浓度。c5 筒收尘效率是控制系统热端物 料内循环的关键。经充分加热和分解的生料由 c5 筒收集下来，并喂入窑内。c5 筒的高收尘效率 有利于防止热端高温颗粒物料的再循环、无功消耗和高温引起的粘结堵塞。结合 c5 筒工作温度 较高和内筒使用寿命相对较短的特点，本设计确定了各级旋风筒收尘效率匹配顺序为：15 243。 表表 6-16-16-16-1 旋风筒分离效率旋风筒分离效率 旋风筒级别12345袋收尘系统 效率0.960.910.870.870.900.999 2、窑尾各处温度、压力和过剩空气系数 表表 6-26-26-26-2 窑尾系统参数窑尾系统参数 西南科技大学本科生毕业论文 29 项目压力pa 温度 分解率 % 空气过剩系数 窑尾烟室-2501050 951.05 分解炉入口-30010001.10 分解炉出口-1050890 931.12 五级筒入口-11008801.12 五级筒出口-1650860 951.15 四级筒入口-18007901.15 四级筒出口-235076020401.20 三级筒入口-25006751.20 三级筒出口-30506505101.25 二级筒入口-32005601.25 二级筒出口-38005251.30 一级筒入口-4150335 1.35 一级筒出口-4800300 高温风机入口-50002901.40 高温风机出口3002801.45 增湿塔入口-100260 增湿塔出口-900130 三次风入口-200850 袋收尘器入口-100090 袋收尘器出口-250075 以上数据设定参考池州海螺 5000t/d 熟料生产线、白马山 5000t/d 熟料生产线、东华水泥生产线、 台泥（英德）5000t/d 熟料生产线的生产参数以及新型干法水泥技术原理与应用和新型干法 水泥生产技术与设备 。 窑系统各处温度及负压如下： 天津院第三代旋风筒总压降为 （4800300） pa，旋风筒单体具有低阻耗，550650pa，加上上升连接管道取为（800200）pa，各级压降取 760pa 左右（参考东华水泥公司） 3、窑尾各段分解率 表表 6-36-36-36-3 窑尾各段分解率窑尾各段分解率 西南科技大学本科生毕业论文 30 c3 旋风筒c4 旋风筒c5 旋风筒分解炉回转窑 5155705 6.2 分解炉设计计算 6.2.1 分解炉设计方案选择 本设计选用天津水泥设计研究院的 tdf 分解炉，该分解炉已在近 60 条 5000d/t 生产线上投入运 行，经调试均已达到设计产量，连续运转。tdf 分解炉是在 dd 炉的基础上，结合我国原、燃料 特点设计开发而成，是天津院的主推炉型。其特点如下： 1） 分解炉坐落在窑尾烟室之上，炉与烟室之间缩口在尺寸优化后可以不设调节阀板，结构简单 2） 炉中部设有缩口，保证炉内气固流产生第二次“喷腾效应” 3） 三次风切线入口设于炉下锥体的上部，使三次风涡旋入炉；炉的两个三通道燃烧器分别设于 三次风入口上部或侧部，以便入炉燃料斜喷入三次风气流之中，迅速起火燃烧 4） 在炉的下部，圆筒体内不同的高度设置四个喂料管入口，以利物料分散均布及炉温控制 5） 炉的下锥体部位的适当位置设置有脱氮燃烧喷嘴，以还原窑气中的 nox，满足环保要求 6） 炉的顶部设有气固流反弹室，shiite 气固流产生碰顶反弹效应，延长物料在炉内滞留时间 7） 气固流出口设置在炉上锥体部位的反弹室下部 8） 由于炉容较 dd 炉增大，气流、物料在炉内滞留时间增加，有利于燃料完全燃烧和物料碳酸 盐分解。 例如： yx-dd 炉（引进装备） 的有效容积系数为 2.98 m3/t/h， 炉内气流滞留时间（ g）2.0s，物料滞留时间（s）9.4s，固气滞留时间比（k=s/g）4.8。而 tdf 炉有效容积 系数则增加到 4.0m3/t/h，g2.62.8s，s1214s，k 在 45 之间，炉内截面风速 810m/s 常规的 tdf 炉适合烟煤，由于炉容太小，在实际应用中也发现，如果烧的是无烟煤则会导致煤 粉燃烧不充分， 出现还原气氛， c5 旋风筒内存在部分未燃尽煤的继续燃烧， 预热器出口 co 超标， 易出现旋风筒结皮堵塞，所以不适应无烟煤。一般采取加大炉容的措施，天津院也在 tdf 基础 上开发出多种路炉型以适应无烟煤。本设计燃煤挥发份较高，挥发份在 25%以上，并且 tdf 炉 技术比较成熟，所以选用 tdf 炉，设计时适当加大炉容以保证燃煤充分燃烧。 tdf 炉结构示意图如下： 6.2.2 分解炉规格计算 1、分解炉内通过烟气量 分解炉内通过气体量=分解炉内生料分解产生 co2量+分解炉出口过剩空气量+分解炉产生理论烟 气量+窑尾废气量 1） 分解炉内生料分解产生 co2量：mfco2=0.49930.7=0.3495 kg/kg-cl 西南科技大学本科生毕业论文 31 2）分解炉出口过剩空气量： fgk m=1.23610.122=0.1508 kg/kg-cl 3）分解炉产生理论烟气量：mfly=6.84040.1221.2930.6=0.6475 kg/kg-cl 4）窑尾烟气量 窑尾过剩空气量：mywg=6.37270.1220.4(1.05-1) 1.293=0.0201 kg/kg-cl 窑尾理论烟气量：myly=6.84040.1221.2930.4=0.4316 kg/kg-cl 窑内生料分解产生 co2量：myco2=0.49910.05=0.0250 kg/kg-cl 窑尾烟气量：mywf=0.0201+0.4316+0.0250= 0.4767 kg/kg-cl 分解炉内通过总气体量mfq= mf+ fgk m+ mfly+ mywf =0.3495+0.1508+0.6475+0.4746=1.6245 kg/kg-cl 分解炉工况下风量 24 5000000 1050101325 101325 273 950273 293 . 1 6245 . 1 + = eq q=1186799.451m3/h 分解炉内平均温度取 950。 2、分解炉直筒部分有效内径 g fq f w q d 3600 4 = 93600 11186799.454 =6.831m f d-分解炉有效内径，m eq q-分解炉工况下风量。m3/h g w-分解炉直筒部分截面风速，m/s，取 9m/s。 要求筒体壁厚度：=0.01d+2，加上内砌耐火砖总厚度取 300mm， 则分解炉直筒部分外径： d=6831+2300=7431mm7.4m 3、分解炉有效高度： ggf wth=3.09=27m f h-分解炉内有效高度，m g w-分解炉直筒部分截面风速，m/s， g t-分解炉内气体滞留时间，s。 固气滞留比 k=4.8，为了保证燃料燃尽率，扩大炉容，取气体滞留时间为 3.0s，固体滞留时间即 为 14.4s。 4、分解炉有效截面积： g fg f w q s 3600 = 93600 11186799.45 =36.63 m2 西南科技大学本科生毕业论文 32 5、分解炉有效容积： 3600 gfq f tq v = 3600 0 . 311186799.45 =989 m3 相比于池州海螺同规格窑（cz-tdf 炉容为 848m3）的 tdf 炉炉容扩大了 1.15 倍，加之本设计所 采用的燃料为烟煤，完全能够满足煤燃烧所需空间。同时可以考虑原煤搭配品质较差的烟煤，最 大限度的利用 tdf 分解炉的潜能和降低成本。 6、分解炉的容积热负荷 f fh v v kqg q 3 10 = 989 106 . 02960 3 . 208 3 =3.741105kj/(m3h) 满足净空气预燃型（nsf、dd 等）的容积热力强度设计参考值：3.54.5105kj/(m3h)，本设 计所选分解炉的容积热负荷校核正好在这个范围内，说明该 tdf 分解炉设计合理，能适应工厂 生产要求。 7、分解炉进口直径 工况下窑尾废气流量 24 5000000 300101325 101325 273 1000273 293 . 1 4767 . 0 + = yw q=359218.669 m3/h 则分解炉进口内径 jk yw jk w q d 3600 4 = 353600 359218.6694 =1.906m yw q- 窑尾废气工况风量，m3/h jk w-窑尾废气进口风速，m/s，一般在 3040m/s 间，取 35m/s。 要求筒体壁厚度：=0.01d+2，加上内砌耐火砖总厚度取 300mm， 则分解炉进口外径： w jk d=1906+2300=2506mm 8、分解炉出口直径 分解炉出口烟气工况流量 24 5000000 1050101325 101325 273 890273 293 . 1 6245 . 1 + = eq q=1126732.867 m3/h 则分解炉出口内径 ck cw ck w q d 3600 4 = 2023600 71126732.864 =2.578m cw q-分解炉出口烟气工况流量，m3/h，本设计采用双系列，分解炉有两个出风口，所以风量 除以 2。 ck w-分解炉出口风速，m/s，取 20 m/s 要求筒体壁厚度：=0.01d+2，加上内砌耐火砖总厚度取 300mm， 西南科技大学本科生毕业论文 33 则分解炉出口外径： w ck d=2578+2300=3678mm 9、分解炉缩口直径 由经验缩口风速一般为直筒截面风速的 2 倍 （ 新型干法水泥技术原理与应用 p124） ， 即为 17m/s 则缩口内径： s fq s w q d 3600 4 = 183600 11186799.454 =4.830m 加上内砌耐火砖和保温层厚度，因为缩口出风速比较大，气流对内壁的磨蚀也较大，加之缩口受 力特殊，所以考虑加大耐火砖和钢板的总厚度以平衡分解炉内各处耐火砖的磨蚀速率。取其厚度 为 450mm。 分解炉缩口处外径： w s d=4830+2450=5730mm 缩口处上下高度上筒体下缩口高度： h3= 2 sf dd =1.024m 下筒体上缩口高度： h4= osf tg dd 70 2 =2.813m 10、分解炉高度 hf=直筒部分 h1+锥体部分 h2 参考水泥生产工艺计算手册p180，一般 h2=（0.51）df 所以分解炉锥体部分高度：h2=0.5df=3.416m 分解炉直筒部分高度：h1= hf-h2=27-3.416=23.584m 11、三次风管直径 工况下三次风流量 24 5000000 200101325 101325 273 850273 293 . 1 122 . 0 7679 . 5 3 + = f q=467318.504 m3/h 则三次风管内径： f f f w q d 3 3 3 23600 4 = 3023600 467318.5044 =1.660m f q3-三次风工况流量，m3/h f w3-三次风风速，m/s，取 30 m/s 加上三次风管内砌筑的耐火砖厚度，取 300mm。 则三次风管外径： w f d3=1660+2300=2260mm 12、喷煤管直径 采用气流输送泵分别从头煤仓和尾煤仓向窑头和分解炉送煤，送煤风速 wm=50m/s， 送煤标况风量：qm=0.1220.66.8560.090.85=0.038 nm3/kg-cl 工况下风量： 24093 . 1 105000293 . 1 038 . 0 3 = m q=9365.279m3/h 西南科技大学本科生毕业论文 34 喷煤管内径： m m m w q d 3600 4 = 5023600 279.36594 =0.182m 参考新型干法水泥厂工艺设计手册p633，输送管道壁厚取 3m 则喷煤管外径： w m d=182+23=188mm 13、分解炉进料口直径 进料管处直径 dx（c4 筒内的风速一般为 5.56m/s） ，取风速 wa=6m/s c4 筒出口气体工况流量： g v=1168040.082 m3/h c4 筒的直径 d=6.664m c4 旋风筒下料管直径：dx=(0.10.2)d=0.156.664=1.000m 分解炉进料口外径： w x d=1000+23=1006mm 6.3 旋风预热器设计计算 6.3.1 旋风预热器设计方案选择 天津院的第三代 tc 旋风预热器采用了分离效率高、结构形式合理 270o大蜗壳型式的旋风筒，以 高分离效率保证较好的换热效果。数值模拟研究 cfd 计算表面，该旋风筒 c1 分离效率达到 94%96%，其他各级90%，较第二代（分离效率 c1 在 93%95%，其他 88%）有一定幅度提高， 而系统阻力相当。锥体部分偏锥可以有效的防止堵塞，便于清堵。其结构示意如下： 旋风筒进口风速对旋风筒的收尘效率影响很大，一般进风口风速提高，收尘效率也提高，但阻力 也随同增加。研究表面，如果风速超过 20m/s 后，分离效率提高不明显，而阻力损失却增加很快。 tc 型旋风筒进风口风速在 1518m/s。以前旋风筒截面风速设计为 35m/s，而新型旋风筒风速一 般为 56m/s。利用 cfd 模拟计算得出，当风速高于 6.5m/s 后，虽然旋风筒结构减小了，但是会 引起系统阻力的迅速增加，对节能降耗反而不利。旋风筒出口风速一般为 1020m/s，换热