本科毕业论文---日产5000吨熟料新型干法烧成系统工艺设计.doc

日产5000吨熟料新型干法 烧成车间毕业设计目录绪论4第二章 原料与燃料62.1原料的质量62.11 水泥料（普通硅酸盐水泥）62.1 2混合材及石膏 72.2 燃料的质量要求82.2.1 煤92.2.2 熟料热耗的选择11第三章 配料计算与物料平衡133.1 配料计算133.1.1. 原料选择133.1.2. 水泥配料方案133.2 物料平衡计算133.2 1烧成车间生产能力和工厂生产能力的计算153.2 2.原燃料消耗定额153.3 3 主机平衡与选型3.3 1 车间工作制度的确定183.3 2主机的选型183.3 3主机平衡表.20第四章 储库计算214.1 确定各物料的储存期214.2 储库设施的计算214.2.1. 石灰石.原煤.联合预均化堆场254.2 2 各种物料储存设施有效容积和容量25第五章 物料和热平衡计算265.1原始资料265.2物料平衡及热平衡计算265.2 1物料平衡计算275.2 2热量平衡计算276.5.2煤磨系统的热平衡计算285.3物料平衡表及热平衡表的编制31第六章 窑外分解系统的设计计算336.1 原始资料336.2相关参数的设定336.3单位烟气的计算.336.4 窑尾各部为的计算336.5 窑尾各部位烟气量汇总的计算6.6 分解炉设计方案的选择6.7 分解炉结构尺寸的计算6.8 旋风筒设计方案的选择6.9 旋风筒结构尺寸的计算6.10分解炉.旋风筒各结构尺寸汇总表.第七章.窑尾设计的计算及选型.7.1 喷嘴设备7.2窑尾收尘器的选型7.3窑尾高温风机及尾排风机的选型7.4烟囱的计算7.5窑尾为了系统主要设备选型7.6生料输送系统及窑灰回灰系统主要设备选型第八章 烧成车间工艺布置第九章 全厂工艺平面布置9.1全场总平面设计的基本原则.349.2全厂工艺平面布置说明35结论.35致谢.36参考文献37第1章 绪 论1.1 引言新型干法水泥生产自问世以来倍受世界各国的关注，特别是80年代以来得到了突飞猛进的发展，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，形成了一套具有现代高科技为特征和符合优质、高效、节能、环保以及大型化、自动化的现代生产方法。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，可以选用低质燃料或低价废物燃料，节省燃料，降低热耗和电耗，减小设备和基建投资费用、CO和NOx生成量少和事故率低，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。新型干法水泥生产技术已经成为当今水泥工业发展的主导技术和最先进的工艺。目前，日本、德国、法国等发达国家新型干法技术已占95%以上，其他的发达国家也达到80%以上，而我国自2007年国家环保改革以来，新型干法技术已由15%提升到70%，因此我国的新型干法水泥技术目前发展势头正良好。1.2 设计简介本设计是5000t/d熟料新型干法生产线烧成车间（窑尾）部分的工艺设计，采用目前国内外水泥行业相对较为先进的技术和设备，最大限度的降低能耗、降低基建投资，又最大限度的提高产、质量，做到环保，技术经济指标先进、合理。本设计石灰石设置圆形预均化堆场，其规模 110 m。石灰石矿山全矿化学成分稳定，品质优良，均匀性好。全矿CaCO3标准偏差仅有3个台段超过3.0%，最大为3.25%，平均为2.18%，厂区设1- 818m 圆库储存石灰石用于生料配料，库有效储量1360.5 t，实际储存时间为5.1h，能满足生产的正常进行。同时对原煤设置圆形预均化堆场，原煤成分的波动对烧成工艺、热工制度的稳定性及熟料质量等影响极大，外购煤的质量难以完全预先控制，同时多点供应原煤的可能性是存在的，并且考虑将来使用低品位原煤的需要，故设置原煤预均化设施。原煤圆形预均化堆场直径90m，堆场有效储量6207.17t。回转悬臂堆料机生产能力150t/h，桥式刮板取料机取料能力60t/h。原煤预均化堆场外设置一个煤堆棚，直接在铁路旁边，煤可以由火车直接卸料到煤堆棚内，这样可以节约基建投资，也有效地利用土地资源。采用4组分（石灰石、页岩、砂岩、硫酸渣）配料，页岩配料仓下设Centrex筒仓卸料器，以顺利排出粘湿物料。生料粉磨采用ATOX50立磨系统，此磨在国内几家新建干法水泥生产线运行正常，其台时产量为：400t/h。入磨水分6%，出磨水分0.5%，入磨粒度允许2%100mm，出磨细度：80m筛余10%，主电机功率3800 kw。为了减小磨机风环风速，降低磨内压降，节约粉磨电耗，设有物料外循环系统。生料均化库采用IBAU型均化库，根据烟台东原日产5000t熟料生产线的生产情况,规格为 22.5 m48 m，有效储量16000t，该库集生料储存、均化和喂料于一体，具有均化效果好、电耗低、系统简单、操作管理方便等优点。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。生料入窑计量采用冲板流量计，由气动流量调节阀(由德国的CP公司供货)调节人窑流量。储期2.1d。窑尾喂料采用国外进口的提升机，单段提升，100m3入窑生料计量仓位于生料库顶，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。熟料烧成采用带DD分解炉的双系列五级旋风预热器，DD分解炉特别适合于低挥发分煤的完全燃烧；旋风预热器结构优化，系统阻力低，节能效果显著。PYROJET多通道燃烧器和PYROSTEP篦冷机系统。日产熟料正常生产能力5000t，目标生产能力5300t/d，熟料热耗 3100kJ/kg。窑尾预热器采用4-2-2-2-2组合。预热器规格：C1为4-4900mm，C2C3均为2-6500mm，C4为2-6800mm ，C5为2-7200mm。出C1废气量为1.81Nm3/kg熟料。DD分解炉：直径 7510mm，有效高度26.8m。窑与分解炉用煤比例为40%和60%。PYRORAPID回转窑规格为： 4.8m72m，斜度3.5%，正常转速3.15r/min。窑磨废气处理采用低压长袋脉冲袋收尘器，确保了废气达标排放。在预热器出口至高温风机管道上设有喷水系统，根据收尘器入口温度可自动控制喷水量。4座1832m圆库（预应力隧道库）储存熟料，有效储量为12519.9t，另设1座820m的黄料库，有效储量1520t。同时设计规格为23120m的条形熟料堆场，储量为20759t在水泥销售淡季，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。煤磨采用煤粉制备系统设计放弃传统的风扫管磨+粗粉分离器+旋风除尘器+电除尘器的方案，采用MPF2117辊式磨，其生产能力为45 t/h，煤粉细度可灵活调节，原煤入磨粒度 25mm，出磨粒度80m筛余12%；水分 10.0% ，煤粉水分48%, MgO2.5%）的要求，所以该石灰石是生产水泥的优质原料，据了解该矿山储量丰富，据初步勘测其储存量能服务5000t/d熟料生产线30年以上，成分稳定性好，距建厂位置有3公里，交通方便，是生产水泥的最佳选择。2、辅助校正原料传统的水泥生产的辅助原料主要是粘土质原料，校正原料是铁粉和砂岩。粘土质原料是含碱和碱土的铝硅酸盐，主要化学成分是SiO2，其次Al2O3，还有Fe2O3，一般生产1吨熟料用0.30.4吨粘土质原料。但是粘土资源越来越紧缺，如果用来生产水泥则会提高水泥成本同时还造成较大的浪费，所以决定不使用粘土，而改用页岩和砂岩来代替。铁粉则选用硫酸渣。其化学成分全分析如下：表 2-2 硫酸渣化学成分(%)硫酸渣lossSiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO33.8013.062.0862.076.175.034.9797.18表 2-3 砂岩化学成分(%)砂岩lossSiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO34.9876.4415.241.980.300.420.0199.37表 2-4 页岩化学成分(%)页岩lossSiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO311.0059.9613.763.285.562.2695.822.1.2混合材及石膏1、混合材本设计的混合材主要采用粒化高炉矿渣，同时搭配少量的石灰石，通过对本设计的石灰石原料的化学成分分析后的评价，此石灰石同时也是优质的混合材原料，这样加入少量的石灰石作为混合材，不仅提高水泥强度从而提高了水泥质量，而且还减小了粒化高炉矿渣的消耗量，减小了成本投入。 2、石膏本此设计所使用的石膏其化学成分分析如下：表 2-5 石膏化学成分(%)lossSiO2Fe2O3Al2O3CaOMgOK2ONa2OSO3IR（不溶物）石膏9.1216.750.974.8525.121.020.880.5039.640.9599.80石膏含水量为2.60%2.2燃料的质量要求2.2.1煤我国水泥工业一般使用煤做为燃料，回转窑水泥厂一般使用烟煤，燃料品质既影响煅烧过程又影响熟料质量，发热量高的优质燃料，其火焰温度高，熟料KH值可高些，若燃料质量差，除了火焰温度低外，还会因煤灰的沉落不均匀，降低熟料质量。对回转窑来说，采用的煤的发热量高，挥发分低，则因挥发分低，火焰黑火头长，燃烧部分短，热力集中，熟料易结大块，游离氧化钙增加，耐火砖寿命缩短。1、水泥工业用燃料的质量分析(1) 热值: 对燃煤的热值希望越高越好，可有效地提高发热能力和煅烧温度.热值较低的煤使煅烧熟料的单位热耗增加，同时窑的单位产量降低。因此对于预分解窑一般要求煤的低位发热量大于21000kJ/kg煤。本设计用煤热质为24368kJ/kg煤。(2) 挥发分：煤的固定碳和挥发分是可燃成分, 挥发分低的煤不易着火，窑内会出现较长的黑火头，高温带比较集中。综合考虑燃料成本和技术条件，本设计中的使用的是无烟煤，其挥发分较低，为9.24%。(3) 灰分:煤的灰分是水泥工业用煤的主要指标之一。如果灰分过高将导致煤的着火点后移，辐射传热效率下降;导致熟料颗粒的成分不均匀，从而影响窑热工制度的稳定和窑熟料产、质量的提高。在新型干法中，煤灰分过高，热值过低，不仅会降低预分解窑生产效率，同时造成燃料不完全燃烧，预分解系统黏结堵塞，降低熟料质量。一般要小于25%-30%，本设计中所用煤品质较差，灰分为20.01%。(4) 水分:水分是影响煤粉制备和燃烧的不利因素之一。对于燃烧，水分越高，煤粉滞后起燃越严重，相应的热耗增大。对于粉磨，则由于流动性变差，使其运输、喂料不畅，粉磨困难，相应的煤磨的产量降低和电耗会增加。生产中对煤粉的水分应控制在1%-1.5%。(5) 煤粉的细度:煤粉的细度直接影响火焰的长度及形状。国内生产、设计采用的煤粉细度，通常80m筛余为8-10%，煤粉越细比表面积越大，与空气中氧气接触的机会越多，燃烧速度快，燃烧越完全，单位时间放出的热量也多，可以提高窑内火焰的温度；煤粉太粗时，黑火头长，难着火，燃烧速度慢，火力不集中，烧成温度低，太粗时也会造成煤灰的不均匀掺入。这些因素都会使熟料质量降低，窑内热工制度不稳定，操作困难。特别是当煤粉太细时，其自燃的几率也增大。本次设计所使用的煤是无烟煤，其元素分析和工业分析结果如下：表 2-6 煤的元素分析（%）C arH arO arN arS arA arM ar72.106.064.961.040.3517.413.04表2-7 煤的工业分析及发热量MarVarAarFCadQnet,ad原煤（无烟煤）1.039.2420.0170.75243682.2.2熟料热耗的选择我国的预分解窑的熟料烧成热耗一般为31003300kJ/kg熟料，故本设计选取3100kJ/kg。第3章 配料计算与物料平衡3.1配料计算3.1.1原料选择表 3-1 原料化学成分（%）成分名称LossSiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3石灰石39.984.661.280.4052.021.00-99.34页岩11.0059.9613.763.285.562.26-95.82砂岩4.9876.4415.241.980.300.420.0199.37硫酸渣3.8013.062.0862.076.175.034.9797.18煤灰-57.8519.0915.263.840.971.1098.11表 3-2 煤的工业分析MadVadAadFCadQnet,ad原煤（无烟煤）1.039.2420.0170.7524368熟料热耗： q=3100kJ/kg。3.1.2水泥配料方案成分名称LossSiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3石灰石39.984.661.280.4052.021.00-99.34页岩11.0059.9613.763.285.562.26-95.82砂岩4.9876.4410.246.980.300.420.0199.37硫酸渣3.8013.062.0862.076.175.034.9797.18煤灰-57.8519.0915.263.840.971.1098.11三率值的目标值：KH=0.90 SM=2.600.1 IM=1.600.11.计算熟料中煤灰掺入量GAGA= （B：煤灰沉落率，带电收尘器的窑为：100%） =2.54559kg/kg熟料2.假设原料配比，计算配料数据及灼烧基生料成分设干基原料配比为：表 3-3 假设干基原料配比石灰石砂岩页岩硫酸渣83.00%9.00%6.00%2.00%计算各种原料带入白生料中各种成分的量：原料配比该原料化学成分中各氧化物含量，如：石灰石带入白生料中的SiO2的白分含量为：SiO2=84.00%4.66%=3.91%用此法计算所有原料带入白生料中各氧化物百分含量示于下表：表 3-4 化学成分（%）原料名称配比LossSiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3石灰石83.00%33.1833.8681.0620.33243.1770.83082.452砂岩9.00%0.4486.8801.3720.1780.0270.0380.0018.943页岩6.00%0.6603.5980.8260.1970.3340.1360.0015.750硫酸渣2.00%0.0760.2610.0421.2410.1230.1010.0221.866白生料100%34.36814.6063.3011.94843.6611.1040.02599.012灼烧生料22.2555.0302.96966.5231.6820.03698.494灼烧基生料=白生料中各氧化物含量 =白生料中各氧化物含量3.计算熟料成分 （=灼烧基生料中各氧化物含量（100-煤灰掺入量GA）+煤灰中各氧化物含量GA）表 3-5 熟料的计算成分（%）项 目SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3灼烧基（100-GA）%97.5%21.6884.9022.89364.8301.6390.03595.987煤灰成分GA%2.5%1.4730.4860.3880.0980.0250.0282.497熟料成分100%23.1615.3883.28264.9271.6640.06398.4844.计算熟料率值及矿物组成 （P0.64）KH=0.846SM=2.672IM=1.642根据计算结果，KH低于于配料目标要求,而IM、SM略高于要求，则重新调整原料配比：表 3-6 重新调整原料配比石灰石砂岩页岩硫酸渣84.0%8.00%6.00%2.00%5. 重新假设调节原料配比，计算配料数据及灼烧基生料成分，设干基原料配比为：石灰石砂岩页岩硫酸渣84.0%8.00%6.00%2.00%用此法计算所有原料带入白生料中各氧化物白分含量列于下表：表 3-7 化学成分（%）原料名称配比LossSiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3石灰石84.0%33.5833.9141.0750.33643.6970.84083.446砂岩8.00%0.3986.1151.2190.1580.0240.0340.0017.950页岩6.00%0.6603.5980.8260.1970.3340.1360.0015.750硫酸渣2.00%0.0760.2610.0421.2410.1230.1010.0221.866白生料100%34.71813.8883.1621.93344.1781.1100.02399.011灼烧生料21.2744.8432.96067.6721.7000.03698.485表 3-8 熟料的计算成分（%）项 目SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3灼烧基（100-GA）%97.5%20.7334.7202.96065.9491.6570.03595.978煤灰成分GA%2.5%1.4730.4860.3880.0980.0250.0282.497熟料成分100%22.2055.2063.27366.0471.6810.06398.4766. 计算熟料率值及矿物组成 （P0.64）KH=0.906SM=2.619IM=1.590C3S=3.8（30.906-2）22.205% =60.58%C2S=8.61（1-0.906）22.205% =17.97%C3A=2.65（5.206-0.643.273）%=8.24%C4AF=3.043.273% =9.96%重新调整配比后，熟料率值和矿物组成均符合设计要求，而且MgO和SO3也在控制范围内。所以原料配比确定为：表 3-9 确定原料配比石灰石砂岩页岩硫酸渣84.0%8.00%6.00%2.00%7.将干燥基原料配比换算为湿原料配比，计算生料系统控制指标：表 3-10 设原料操作水分（%）：名称石灰石砂岩页岩硫酸渣水分（M）1.002.504.007.00湿原料=干原料表 3-11 计算结果湿原料石灰石砂岩页岩硫酸渣份数0.84850.08210.06250.02151.0146换算白生料百分比83.63%8.09%6.16%2.12%100%8.白生料的理论消耗量：白生料理论消耗量=1.4935 kg/kg =149.35（kg白生料/100kg熟料）9. 熟料煤耗：（熟料的空气干燥基煤耗）P1=0.12722= 12.722（kg煤/100kg熟料）3.2物料平衡计算3.2.1烧成车间生产能力和工厂生产能力的计算1.窑的台数标定熟料产量Qd =5300T/D，小时产量Qh,1=220.8t/hn= =0.94 故n取1。式中：n 窑的台数；（台） 要求的熟料日产量（t/d）；按照窑的日产量，窑的标定产量设定为220.8 t/h；2.计算烧成系统的生产能力熟料小时产量： Qh =nQh,1=1220.8=220.8 (t/h)熟料日产量： Qd=24Qh=220.824=5300(t/d)熟料周产量： Qw=168Qh=168220.8=37100 (t/w)式中：Qh - 窑的台时产量 （t/h） Qd - 窑的日产量 （t/d） Qw - 窑的周产量 （t/w）3.工厂的生产能力由烧成车间的生产能力求得当设计任务书是两种或者两种以上，但所用熟料相同时，可先分别求出每种水泥的产量，然后计算水泥产量的总和。本次设计任务书规定的水泥品种有两种，所用熟料相同，其中熟料分别：P .42.5 100t/h ，P.O42.5 120.8t/h。因此水泥小时生产能力计算可先分别求出每种水泥的小时产量，然后计算水泥小时产量的总和。每种水泥小时产量：=220.850%=117.94(t/h)=220.850%= 129.33(t/h)水泥小时产量总和：= 117.94+129.33= 247.27(t/h)式中：，分别表示每种水泥小时产量（t/年）；，分别表示水泥中石膏的掺入量（）；分别为5.2、5.2；， 分别表示每种水泥中混合材的掺入量（）；分别为4、12； 两种水泥小时产量的总和（t/年）。水泥日产量 =24247.27= 5934.48（t/d）水泥周产量 =168243.02 = 41541.36（t/w）3.2.2原、燃料消耗定额1.原料消耗定额考虑煤灰掺入时，1t熟料的干生料理论消耗量：KT = =1.4935 t/t 熟料式中：KT 干生料理论消耗定额，t/t 熟料；S 煤灰掺入量，%；I 干生料的烧失量，%。考虑煤灰掺入时，1t熟料的干生料消耗定额：K生 = =1.54 (t/t 熟料)式中：K生干生料消耗的定额，t/t 熟料；P生干生料生产损失。%，取3%（见水泥厂工艺设计概论P40）各种干原料的消耗定额：K石灰石= K生 =1.5484.00%=1.294 (t/t 熟料)K页岩= K生 =1.546.00%=0.092 (t/t 熟料)K砂岩= K生 =1.548.00%=0.123 (t/t 熟料)K硫酸渣= K生 =1.542.00%=0.031 (t/t 熟料)结果见下表：表 3-12 干原料的消耗定额石灰石砂岩硫酸渣页岩 (t/t熟料)1.54i（%）84.00%8.00%2.00%6.00% (t/t熟料)1.2940.1230.0310.092式中 干原料的消耗定额（t/t熟料） 干生料消耗定额（t/t熟料） i物料干基配比2.干石膏消耗定额： 本设计石膏掺入量：d =100%=5.25%确定P .42.5、P .O 42.5水泥混合材掺入量分别为e=4%、e=12%,生产损失均为Pd=3%, 则：Kd= kg/kg熟料表 3-13P .42.5P.O 42.5d (%)5.25e (%)412（kg/kg熟料）5.9610-26.5410-23.干混合材消耗定额：Ke= kg/kg熟料表 3-14e(%)d(%)Pe(%)Ke（kg/kg熟料）P .42.545.2530.045P .O 42.5125.2530.1504.烧成用干煤消耗定额：Kr1=0.1312kg/kg熟料5.烘干用干煤消耗定额：（本设计主要是对混合材进行烘干处理）Kr2=0.0054 kg/kg 熟料式中：Kf1烧成用干煤消耗定额，kg/kg 熟料；Kf2烘干用干煤消耗定额，kg/kg 熟料；pf煤的生产损失%，一般取3%。（见水泥厂工艺设计概论P41）Qnet.ad煤的低位热值，kJ/kg 熟料；w1、w2分别表示该物料烘干前、后的水分，%，分别为：15%、1%。q熟料烧成热耗，kJ/kg 熟料；M湿须烘干的湿物料量，t/周；6090。Q烧烧成系统生产能力，t/周；35000。q烘蒸发1kg水分的热耗量，kJ/kg水分，5150，参考新型干法水泥厂工艺设计手册P113烘干机的热工参数。6.上述各种干物料消耗定额换算为天然水分的湿物料消耗定额： K湿=式中：K干、K湿分别表示湿物料、干物料消耗定额，kg/kg 熟料；w0该物料的天然水分，%用此公式计算见下表：表 3-15 原料消耗定额表石灰石页岩砂岩硫酸渣石膏混合材（矿渣）P.42.5P.O 42.5P.42.5P.O 42.5w0（%）1.004.002.507.002.602.6015.0015.00K干（kg/kg 熟料）1.2940.0920.1230.0310.05960.06410.0450.150K湿（kg/kg 熟料）1.3070.0960.1260.0330.06120.06580.05290.17653.2.3烧成系统和工厂的生产能力1.烧成系统的生产能力：熟料小时产量：Qh=208.3(t/h)熟料日产量：QD=5000(t/d)熟料周产量：QW=35000(t/w)2.工厂生产能力：水泥小时产量：Gh= Gh=Qh (t/h)水泥日产量：GD=24 Gh (t/d)水泥周产量：GW=168 Gh (t/w)水泥品种混合材石膏熟料石灰石矿渣P.42.51.0%3%5.25%90.75%P.O42.52.0%10%5.25%82.75%表 3-16 水泥配料表按上法计算全厂物料需要量见下表：