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1、1前言1.1选题背景水泥是国民经济的基础原材料，水泥工业与经济建设密切相关，在未来相当长的时期内，水泥仍将是人类社会的主要建筑材料。水泥厂设计工作的水平和质量，不仅关系到工厂建设过程中的各项任务能否顺利完成，而且对工厂键成后能够正常生产，以及能否获得较好的投资效果，均有重大的影响。工厂设计除必须认真贯彻国家的经济和工业政策外，还应结合实际情况深入细致的开展工作，力求做到技术先进、经济合理、安全实用，为水泥工业的发展创造有利条件 1。改革开放以来，我国水泥工业得到较快的发展，整体素质明显提高，以预分解窑为中心的新型干法生产工艺取得了较大的进展，日产2000t预分解窑成套设备已基本国产化；产品质量
2、大幅度提高，热耗指标明显下降2。产量已多年居世界第一位。党的十六大提出了全面建设小康社会的宏伟目标，随着我国工业化和城镇化进程的加快，水泥消费将继续保持较高的水平，水泥工业也将进入新的发展时期。当前我国水泥工业还存在新型干法窑发展速度太快，落后生产能力退出太慢的问题，所以.政府要采取措施，促进落后生产能力尽快退出市场。大企业要担负起调控市场重任3。熟料烧成系统是水泥生产过程的重要环节。它包括窑、预热器、蓖冷机 喂料系统以及其他的相关设备等。因此，所有系统工艺装备的选型和优化配置应密切结合对原料的正确分析和评价。在原料处理和应用方面的丰富经验是设计成功的原料制备方案，从而生产高质量的水泥的必要前
3、提。在原料制备方案中的每个环节，都可能对投资成本产生巨大的影响4。因此节能是熟料烧成系统最突出的问题之一，在进行烧成系统的选择时，对节能问题应予充分的重视5。1.2国内外的研究发展状况进入新世纪以来、水泥企业出现了集团化、大型化趋势。大型水泥集团产量占总量1/3,2006年1-7月份大型水泥集团水泥熟料产量14959万t,占个国总量的32.26%;预分解窑熟料产量13334万t,占个国总量的62.84%;水泥产量16584万t,占全国总量的25.65%。大型水泥集团控制了全国水泥熟料产量的1/3，新型干法熟料产量近2 /3，对改变水泥工业的工艺结构和企业结构起着举足轻重的作用6。一百多年来，对
4、回转窑的改进主要从两个方向进行的，一方面是局限于窑本体的改进。例如，对窑直径某部分的扩大、窑长度的变化，或者窑内装设附加换热装置等，以达到改进某些部分换热条件，改变气流速度或延长滞留时问的目的；另一方面,则是将某些熟料形成化学过程移到窑外，以改善换热和化学反应条件。从对回转窑技术改进方面分析，后一方面的改进，才具有真正对回转窑挑战的意义。从1928年立波尔窑的诞生，1932年旋风预热器专利的获取，1950年旋风预热窑的出现，1971年预分解窑的诞生，以及80年代长径比为10的两支点短回转窑用于生产等，这些对回转窑功能削弱的技术革新过程至今仍在进行。这样，就使凡是能采用比回转窑更加优越的设备进行
5、的水泥熟料锻烧过程，都转移到窑外进行，以尽量克服其固有的缺点和不足。但是，到目前为止:熟料锻烧的最后烧结过程，仍采用回转窑来完成，还没有研制开发出可用于现代化大型生产的更好装备。特别是回转窑所具有的降解利用各种废弃物的优良环保功能被挖掘利用后、更赋子其新的发展活力7。新型干法水泥生产技术的应用，使水泥生产在大型化方而有了新的突破，更重要的是它指标的先进性和技术上的实用性。但新型水泥窑外分解技术木身的先进性却与过程的复杂性并存，因此，掌握窑外分解锻烧系统的合理操作十分重要。在窑外分解窑上影响热工制度的可变因素较多。除风、煤、料和窑速外，全系统的阻力变化，入分解炉的三次进风、风量的变化，窑尾缩口闸
6、板的开度，预热器及下料管的结皮和堵塞，冷却机内料层厚度及冷却风量的调整等，都将会影响预分解窑的正确操作。对上述因素如果分析判断不准，操作调整不正确，或不及时，全系统的热工制度很快就会被破坏，影响窑的正常运行8。在水泥熟料的生产过程中，粉磨发生在水泥的制作开始和结束的过程中. 大约1.5吨原料可以制作成1吨的成品水泥。电能消耗在水泥生产过程中110kwh/tonne，约30%是用做原料制备及约40%是用做最终生产水泥熟料粉磨. 生产成本和对环境的关住,强调需要使用更少的能源,因此需要开发更多高效粉磨机种类。对于20世纪的大部分时间，干磨回路生产成品水泥熟料分为两个部分-磨煤机和空气分离机。它是一
7、条并不鲜见水泥生产线。水泥粉磨技术的改进是缓慢的，这种改进只局限于发达国家9-11。水泥熟料的冷却是一个非常重要的过程、蓖式冷却机属穿流骤冷式气固换热装备，冷却空气以垂直方向穿过熟料料层，使熟料得以冷却。自20世纪30年代美国富勒公司研制成功第一台用于水泥熟料冷却的推动蓖式冷却机以来，蓖式冷却机在世界水泥下业中得到了广泛的应用，并随着水泥工业不断的技术进步而日益更新，不断完善 。水泥熟料蓖式冷却机自诞生以来，经过水泥工作者的不懈努力，其技术水平得到了不断提高、特别是近10多年来，水泥熟料的冷却成为水泥熟料烧成系统技术创新活动中最活跃的领域、20世纪90年代初期出现的第三代蓖式冷却机，以高阻力蓖
8、板和允气梁结构为特征，通过分区域高速射流供风和厚料层作业提高了冷却机热回收效率和入窑、入炉风温、新世纪之交，由史密斯(F.L.Smidth)和富勒(Fuller)公司共同开发出的、被称为第四代蓖式冷却机的推杆棒式蓖冷机，把传统蓖式冷却机中往复移动蓖床承担的推动物料运动和供风的双重功能分解为由一组具有气流自适应调节功能的充气蓖板排列组成的静止蓖床实现供风，而让设置于其上的一组往复移动推杆推动熟料层前进、这种新的技术组合方式改善了冷却空气分布的均匀性和料层分布的均匀性，进一步提高了冷却机热回收率和操作可靠性，有效地降低了设备制造成本12。旋风预热器是新型干法水泥生产过程的主要设备之一，承担着物料加
9、热、气固分离、物料输送及部分物理、化学反应等多项功能。分离效率和阻力损失是设计和评价旋风预热器最主要的两项性能指标13。所以在选择预热器在保持一定收尘效率和压力损失的条件下，旋风筒体积和高度相对较小，有利于减少投资和便于布置的优点。新型干法窑采用悬浮技术，窑本身具有良好的均化作用。因此，借鉴湿法精确配料的经验，可考虑省去均化库。以旋风预热器为主组合的旋风预热器窑。旋风溽热器由一级旋风预热器发展到五级旋风预热器，整整花了30多年80年代末，宝山水泥厂引进了五级旋风预热器技术及部分装备后，我国地方水泥厂掀起五级旋风预热器工艺生产线的建设热潮，至今不衰14。现代化的新型干法水泥生产线，是大型设备的连
10、续生产，生产规模大，质量好，产量高，对生产过程的自动控制的可靠性、工艺性状及工艺参数的稳定性，大型设备的安全性，均提出了更高的要求。于是根据自身需求，各种自动控制软件都运用在水泥干法生产的过程控制中15。当前，世界水泥工业中心的课题仍然能源、资源和环境保护等。我们一定要依靠技术进步来加速发展水泥工业，要在现有的技术基础上，因地制宜地采用先进技术，减少能耗，提高质量，降低成本，改善环境，增加产量，不断提高经济效益。今后要进一步优化工厂布局，加速发展采用预分解窑的骨干企业，合理配置以机械立窑为中心的小型生产线，大力推进水泥工业的现代化 16。1.3本研究课题的价值和意义目前水泥熟料烧成工艺装备开发
11、中所面临的急待解决的基础理论研究课题有：(1)工艺装备大型化，降低投资费用，如大型生产线的预热器向单系列发展。(2)回转窑由三支点改为双支点。(3)启动液压摩擦传动及无运动蓖板蓖冷机的研发工作。(4)我们需要花大力气研究开发设备的材料和制造加工问题。现实告诉我们，大型生产线国产化的难点还在于一些大型机械设备的制造加工和材料加工上，这是一个瓶颈，不容忽视。(5)加快利用新型干法窑处置城市混合型废弃物技术及装备的研究和开发。(6)加速超细粉磨装备技术的开发，最大程度地利用高炉炉渣、粉煤灰等工业废渣用作水泥混合材。(7)加快纯低温余热发电系统设备的开发与推17。我国新型干法水泥生产技术通过30年的努
12、力，技术完全成熟，产量位居世界首位，但是国内占主导的是立窑生产，仍然面临结构调整的重大仟务。近年来，为实现与新型干法技术接轨，大量的立窑生产企业兴建新型干法生产线，均取得较好的效果，应在此基础上，总结经验，提高技术水平，加速发展进程18。所以，目前在做水泥熟料生产线烧成车间设计仍然有很大的价值和意义。2本课题要研究或者解决的问题和拟采用的研究手段2.1解决的问题结合国内外的新型水泥窑系统的发展并结合国内现状，确定合适的窑、预热器和分解炉。并根据选定的烧成系统，进行热工计算，确定热工制度，编写设计说明书。最后进行工艺设计，绘制布置图。2.2拟采用的研究手段生产采用新型干法窑水泥预热分解系统。预热
13、器采用五级洪堡型旋风预热器（21111型），它具有结构简单，在保持一定收尘效率和压力损失的条件下，旋风筒体积和高度相对较小，有利于减少投资和便于布置的优点。分解炉采用强化悬浮式分解炉，即RSP分解炉。篦式冷却机采用水平推动篦式冷却机。2 建厂条件2.1 原、燃料条件1) 石灰石 工厂自备矿山，储量丰富，粒度300mm，水分2； 2) 粘土 工厂自备矿山，储量丰富，汽运入厂，水分15； 3) 铁粉 某钢厂供应，汽车运入厂，水分5；4) 石膏 石膏矿供应，成分稳定，汽运入厂，掺量5，水分5；5) 混合材 某钢厂供应，汽车运入厂，掺量15，水分15； 6) 烟煤 煤矿供应，火车运入厂，水分7.0%；
14、热耗：3500kJ/kg熟料；表1.1 原、燃料化学成分物料名称化学成分lossSiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOR2OSO2Cl -合计石灰石42.591.730.580.4551.492.250.240.0199.09粘土4.9366.3115.596.061.091.383.2098.40铁粉3.0014.004.0070.004.003.2098.20煤粉57.5221.269.265.900.911.840.0197.20石膏17.860.100.310.0732.251.7841.3293.68表1.2 燃料组成工业分析组成WadAadVadCadQadDW(KJ/Kg熟料)
15、%3.4816.6920.4453.4127082.22表1.3 燃料组成元素分析组成CadHadNadOadSadWadAad%63.495.951.488.010.923.4816.67100.002.2 交通 临近铁路线，厂内有专用铁路，公路运输方便。2.3 建厂地点及自然条件 （1）建厂地点：山西地区，主导风向：东北风，平均风速1.5 m/s。 （2）厂内地形：较平坦，地耐力：17.0 t/m2 （3）气温：最高39，最低-15，月平均20。 （4）降雨量：年总降水量800 mm，最大日降水量100 mm。3 生产方式的确定本次设计的指导思想是，尽量采用新技术、新工艺，降低能耗，提高产量，这也是国家水泥的发展方针。根据设计任务，建厂条件，本着上述方针，本次设计的窑型选择为预分解窑。预分解窑是最新的水泥煅烧工艺，其特点如下：31 窑外分解窑的优点： a. 同传统的其它类型
