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1、 课程设计说明书日产 3200 吨熟料现代化干法生产水泥厂初步设计（重点车间：预热器部分）学 院： 材料与化学工程学院专业班级： 无机非金属材班学生姓名： 学 号： 指导教师： 设计时间： 摘 要迄今为止，水泥是全球经济发展最重要的建筑材料之一，并且在很长一段时间内是难以用其他材料替代的基础经济建设材料，对整个人类文明的延存和发展都有极其重要的作用。在其生产过程中，生料的预热起着相当重要的作用，而对生料预热的设备就是悬浮预热器。悬浮预热器主要有旋风预热器及立筒预热器两种。现在立筒预热器已趋于淘汰。预分解窑采用旋风预热器作为预热单元装备构成旋风预热器的热交换单元设备主要是旋风筒及各级旋风筒之间的
2、连接管道（亦称换热管道） 。悬浮预热器的主要功能在于充分利用回转窑及分解炉内排出的炽热气流中所具有的热焓（或热）加热生料，使之进行预热及部分碳酸盐分解，然后进入分解炉或回转窑内继续加热分解，完成熟料烧成任务。因此它必须具备使气、固两相能充分分散均布、迅速换热、高效分离等三个功能。只有兼备这三个功能，并且尽力使之高效化，方可最大限度地提高换热效率（或效率） ，为全窑系统优质、高效、低耗和稳定生产创造条件。关键词：3200 吨熟料干法生产线；预热器；回转窑 设计任务书一、设计题目日产 3200 吨熟料现代化干法生产水泥厂初步设计。 （重点车间：预热器部分）二、设计目的此次课程设计是进入大学以来的第
3、一次设计课程，也是在参加了生产实习后的一次总结。基于在学校学习的专业知识，并结合本专业的发展特色而开设的一项重要的实践学习环节。其目的在于通过课程设计的锻炼，树立正确的设计思想，培养我们认真的科学态度和严谨求实的工作作风。在设计过程中培养我们学生掌握绘图、计算、研究等科学设计方法，提高工程设计计算，锻炼我们分析解决实际问题的能力。三、本设计的设计任务1.建设项目：日产 3200 吨水泥熟料生产线（重点：预热器部分）2.建厂规模：日产水泥熟料 3200 吨3.产品品种： 普通硅酸盐水泥4.生产方法：新型干法回转窑5.三废处理要求：符合水泥工业污染物排放标准 （GB49152004）和工业企业设计
4、卫生标准 （TJ3679）的规定四、原料的原始资料(%)表 1.1 原料与煤灰的化学成分(%)数据 物料烧失量 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO 总和石灰石 41.55 2.29 1.86 0.84 50.65 0.76 98.63砂页岩 2.29 89.03 2.38 2.55 2.18 0.65 99.08粉煤灰 2.49 52.98 30.29 5.42 4.6 0.51 96.29铁矿石 2.79 51.39 6.17 30.19 1.86 1.88 94.28烟煤煤灰 0 49 34.09 7.68 2.39 1.6 94.76设定比例为：石灰石 -0.844砂页岩
5、-0.090粉煤灰 -0.032铁矿石 -0.035山西阳泉无烟煤，收到基元素分析的成分为Mar=8.0%，Aar=19.02%，Car=65.65%，Har=2.64%，Oar=3.19%，Nar=0.99%，Sar=0.51%五、设计原理和设计内容（1）设计原理根据材料工厂设计概论和水泥生产工艺及设备上的原理对日产3200 吨熟料现代化干法生产水泥厂的预热器部分进行初步设计。（2）设计内容1）配料计算；2）生料消耗定额（理论料耗与实际料耗）计算；3）年产熟料计算（窑年运转率自行拟定） ；4）要求窑尾预热器系统废气量计算5）各级预热器主要结构参数计算目录1 配料计算1.1 煤灰的掺入量1.2
6、 计算干燥原料配合比1.3 率值计算1.4 计算湿原料的配合比2 物料平衡计算2.1 干原料消耗定额计算2.2 湿原料消耗定额计算2.3 制定物料平衡表3 废气量的计算 3.1 窑尾排出废气量3.2 分解炉内废气量4 预热器尺寸计算4.1 旋风筒直径及高度4.2 旋风筒进风口的形式和尺寸4.3 排气管尺寸及插入深度4.4 锥体参数5 窑尾工艺流程简介6 参考文献7 设计评述与体会8 致谢1 配料计算生料配比计算,经查阅无机非金属材料工学如下：表 1 各窑型三率值及熟料热耗表窑型 KH SM IM 熟料热耗（kJ/kg）预分解窑 0.860.95 2.2 2.6 1.4 1.8 29203750
7、现代立窑 0.920.97 1.6 2.2 1.1 1.5 31505000干法窑 0.860.89 2.0 2.4 1.0 1.6 58507520对于分解窑，KH 取值为 0.86-0.95，SM 为 2.4-2.8 之间，IM 为 1.4-1.9 之间，热耗为 2920-3750KJ/Kg，用煤的干燥基低热值大于 20900 KJ/Kg。在水泥熟料生产工艺中，KH 取值越大，则硅酸盐矿物中的 C3S 的比例越高，熟料强度越好。硅率 SM 除了表示熟料的 Si2O 与 Al2O3和 Fe2O3的比例之外，还表示熟料中硅酸盐矿物熔剂矿物的比例关系，相应的反映了熟料的质量和易烧性。硅率过高则高
8、温液相量显著减少，熟料煅烧困难，C 3S 不易形成；硅率过低则熟料中硅酸盐矿物减少而强度降低，且液相量过多，易出现结大块、结炉瘤、结圈等，影响操作。铝率值过大，熟料中 C3A 多，液相粘度大，物料难烧，不利于 C3S 的形成，易引起熟料快凝，铝率过低，虽然液相粘度小，液相中质点扩散对 C3S 形成有利，但 C4AF 量相对较多，窑内烧结范围窄，窑内易结大块，对煅烧不利，不易掌握煅烧操作。在熟料中掺加石膏煅烧，石膏中的硫对熟料形成有强化作用：SO 3能降低液相粘度，增加液相数量，有利于 C3S 的形成，而且在烧成中可形成硫铝酸钙早强矿物，对熟料强度是有利的。掺和的石膏，以熟料中含 SO3 1.5
9、%2.5%为好。掺和石膏等矿物的熟料多采用高饱和率、高铝率和低硅铝率的配料方案。为保证顺利烧成、熟料质量和矿物组成稳定，本设计选的工艺要求为：KH=0.900.02 SM=2.40. 1 IM=1.70.1;熟料热耗 q=3350kJ/kg 熟料； 1.1 煤灰掺入量计算因为选用新型干法窑，采用袋式收尘器。所以可知 S=100%。所以:熟料中的煤灰掺入量：Ga= = 式中：Ga熟料中煤灰掺入量，%；q单位熟料热耗，kJ/kg 熟料； Qnet,ad煤的干燥基低位热值，kJ/kg 煤；Qnet.ar煤的收到基低位热值，kJ/kg 煤；Aar煤的收到基灰份含量， %；Aad煤的干燥基灰份含量， %
10、，可选 100%；Ga=(3350kJ/kg 19.02 100%)/ (23684.37kJ/kg 100)=2.69%其中，Qnet,ar=32793Car+98320Har-9100（Oar-Sar）-2450Mar=3279365.65%+983202.64%-9100（3.19%-0.51%）-24508.0%=23684.37KJ/Kg1.2 计算干燥原料配合比设干燥原料配合比为：表 2 原料配合比石灰石 砂页岩 粉煤灰 铁矿石84.4% 9% 3.2% 3.5%计算灼烧生料数值如下表：表 3 灼烧生料的计算物料 烧失量 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO 设定比例石
11、灰石 35.07 2.51 1.57 0.71 42.74 0.64 84.4%砂页岩 0.21 8.00 0.21 0.23 0.20 0.06 0.090粉煤灰 0.08 1.67 0.96 0.17 0.15 0.02 0.032铁矿石 0.10 1.78 0.21 1.05 0.06 0.07 0.035总计 35.45 13.96 2.95 2.16 43.15 0.78 灼烧生料 21.62 4.58 3.34 66.84 1.21 计算熟料化学成分由煤灰的掺入量 GA=2.69%,得灼烧生料的配合比为：12.69%=97.31%表 4 熟料的化学成分名称 配合比 SiO2 Al2
12、O3 Fe2O3 CaO MgO灼烧生料 97.31 21.04 4.46 3.25 65.04 1.18烟煤煤灰 2.69 1.32 0.92 0.21 0.06 0.04熟料 100 22.36 5.38 3.46 65.10 1.221.3 率值计算计算率值：KH=0.88SM=2.5IM=1.6表 5 熟料的率值率值 计算率值 率值取值范围KH 0.88 0.860.95SM 2.5 2.22.6IM 1.6 1.41.8由上表可以看出，此率值是在其取值范围内，所以干燥原料配合比为：石灰石 84.4% 砂页岩 9.0% 粉煤灰 3.2% 铁矿石 3.5%1.4 计算湿原料配合比假设各原
13、料的含水率为：石灰石 1% 砂页岩 8% 粉煤灰 7% 铁矿石 5%将上述质量比换算为百分比： 各物料含水量及百分比见下表：表 6 各物料含水量及百分比湿物料名称 含水率% 湿原料质量配合比% 湿原料质量百分比%石灰石 1 83.45 83.46砂页岩 8 9.57 9.57粉煤灰 7 3.37 3.37铁矿石 5 3.60 3.602 物料平衡计算要求设计日产 3200 吨熟料生产线的石灰石破碎，根据设计要求，各原料生产损失 P 生 设为 3%；物料平衡计算以年平衡法计算。2.1 干原料消耗定额计算首先计算生料烧失量生料烧失量=石灰石烧失量 +砂页岩烧失量+粉煤灰烧失量+铁矿石烧失量 =84
14、.4%41.55%+9%2.29%+3.2%2.49% +3.5%2.79%= 35.0682%+ 0.2061%+0.07968%+0.09765%= 35.45%干生料烧失量：35.45%煤灰的掺入量：2.69%考虑煤灰掺入时，1t 熟料的干生料理论消耗量：K 干 =1.508t/t 熟料则干生料消耗量：K T=1.555 t/t 熟料 式中:KT干生料消耗定额，t/t 熟料 ； K 干 干生料的理论消耗量，t/t 熟料 ； S煤灰掺入量,%；I干生料的烧失量,%； 生产损失, 参考下列数值：回转窑为 3%5%，本设计取 3%2.2 湿生料消耗定额K 生 =1.56（ t/t 熟料 ）式中
15、 KT干生料消耗量，t/t 熟料 ；生料的含水量，一般取 0.5，%；生w（1）各种干原料的消耗定额：石灰石消耗定额： K 干石灰石 = KTX1=1.55584.4%= 1.312(t/t 熟料 )砂页岩消耗定额： K 干砂页岩 = KTX2=1.5559%= 0.140(t/t 熟料 )粉煤灰消耗定额： K 干粉煤灰 = KTX3= 1.5553.2% =0.050(t/t 熟料 )铁矿石消耗定额： K 干铁矿石 = KTX4=1.5553.5%=0.054(t/t 熟料 )（2）各种湿原料的消耗定额： 熟 料石 灰 石干 石 灰 石湿 石 灰 石 /325.11032.w10 tK 熟 料砂 岩干 砂 岩湿 砂 岩 84K熟 料粉 煤 灰干 粉 煤 灰湿 粉 煤 灰 t/054.710w10K 熟
