【文章內容簡介】 器結構形式 [13]。旋風預熱器系統(tǒng)是目前普遍采用一種預熱器，一般采用雙列五級旋風筒結構，大型窯系統(tǒng)還采用雙列六級旋風筒結構，其中間級旋風筒為低阻 高效旋風筒，這可有效地降低旋風筒的壓損，從而對于提高旋風筒的風速有利（目前先進的旋風筒內表面截面風速已達 6m/s） [14]。同時，旋風筒內筒陶瓷化，使用碳化硅陶瓷做成內筒，有效的降低了熱耗并使旋風筒的內筒長壽化 [15]。 濟南大學畢業(yè)設計 3 隨著分解技術的進步和煤粉燃燒力學的研究，為適應不同燃料燃燒的需要和低NOx排放，作為預分解系統(tǒng)核心的分解爐爐型，已達數(shù) 10 種之多，使入窯物料碳酸鈣分解率達到 90％－ 95％ [16]。為適低揮發(fā)省質煤和無煙煤的燃燒，出現(xiàn)了多種在主爐外增加預燃爐或后燃燒裝置的組合型分解爐。為減少 Nox排放，采用 在分解爐初始段造成還原氣氛的技術手段 [17]。分解爐的容積可使物料在其內的平均停留時間一般達到 12 秒以上，從而保證燃料完全燃燒與生料從分分解，也能適應利用劣質燃料和可燃廢棄物的需求 [18]。 隨著新型干法生產工藝各環(huán)節(jié)的不斷發(fā)展、完善與優(yōu)化，我國新型干法水泥生產技術和裝備水平已與國際水平相接近。盡管如此，在整體水平上我國還存在較大差距。原料均化技術，預熱預分解系統(tǒng)的技術性能改進，生料粉磨系統(tǒng)以及用于水泥預粉磨、終粉磨的粉磨系統(tǒng)的開發(fā)推廣，電耗降低，現(xiàn)代信息化管理系統(tǒng)的推廣，個性化設計方案，技術裝備的開發(fā)和應 用，功能材料，生態(tài)化工程設計，替代燃料，環(huán)境保護，水泥相關產品，新裝備等仍是我國水泥工業(yè)面臨的重要研究課題。 選題的目的及意義 在環(huán)境保護問題越來越受到社會的重視的今天，一個產業(yè)的環(huán)境保護意識和環(huán)保效率已成為衡量其社會效益的重要標準之一。水泥工業(yè)是污染環(huán)境最為嚴重的工業(yè)部門之一，其主要污染物是粉塵。水泥廠最大的粉塵污染源是回轉窯生產系統(tǒng)，包括窯的喂料、鍛燒和熟料冷卻等。新型干法水泥生產技術均將窯尾煙氣用來烘干原料，并與窯尾共用一臺收塵器。因而，窯尾系統(tǒng)的粉塵排放量占到整個生產線的二分之一，是水泥廠環(huán) 保控制的重點 [19]。 新型干法水泥生產技術的發(fā)展，使得水泥生產新工藝、新技術、新設備及操作控制手段日益更新。 新型干法水泥生產技術代表著當今世界水泥生產的潮流，其生產能力已達到世界水泥生產能力的 60%[20]。 對于材料科學與工程專業(yè)的大四學生，通過對 “富強水泥廠日產 4000 噸水泥熟料窯尾系統(tǒng)工藝設計 ”課題的實踐，模擬工藝設計的基本內容進行一次較為深入的專業(yè)的訓練，將幫助我全面了解水泥生產新技術、新設備和新工藝，綜合運用所學專業(yè)知識，熟練掌握設計過程中所涉及的理論與實際知識。提高查閱文件資料，處理數(shù)據(jù)和識圖、 繪圖技術水平。為今后的學習和工作打下良好的基礎。 而且基于窯尾系統(tǒng)工藝流程所具有的多樣性，以及水泥工廠設計復雜、涉及專業(yè)多、知識面廣、各環(huán)節(jié)相互制約、生產連續(xù)化的特點。這個課程設計更有助于培養(yǎng)我綜合運用該學科基本理論、基本技能和專業(yè)知識的能力。提高我結合生產，分析和解決問題的能力。促使我養(yǎng)成理論聯(lián)系實際，注重調查研究的良好作風。 濟南大學畢業(yè)設計 4 2 基礎 資料 設計題目 富強水泥廠日產 4000 噸水泥熟料窯尾系統(tǒng)工藝設計 建廠條件 建廠地點 ： 貴州省 貴陽市郊區(qū)，靠國道 ； 廠區(qū)地形：廠區(qū)地勢較平坦； 交通情況 ：便利，有國道 、鐵路等，有利于原料、水泥等運輸； 氣溫： 年平均氣溫 ℃ ，月平均最低氣溫 ℃，月平均 最高氣溫 24℃； 降雨量：年 平均 總降雨量 ； 主導風向：東南 風，平均風速 ； 地耐力： 噸 /平方米，壓力： 750mm 汞柱 。 原始數(shù)據(jù) 石灰石：工廠自備礦山，儲量豐富，火車運入 ； 砂 巖 ：外運，儲量豐富，火車運入 ； 硫酸渣：某 廠供應，汽車運入 ； 石膏：石膏礦供應，成分穩(wěn)定，汽車運入 ； 礦渣 ：某鋼廠供應，汽車運入 ； 煙煤：煤礦供應，火車運入 。 表 原、 燃料化學成 分 （ %） 名稱 燒失量 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O Na2O SO3 Cl 合計 石灰石 砂巖 硫酸渣 煤灰 濟南大學畢業(yè)設計 5 表 原、燃料水 分 （ %） 原料 石灰石 砂巖 硫酸渣 礦渣 石膏 煤 天然水分 6 10 3 表 燃料組成（ %） Mad Aad Vad Cad 工業(yè)分析 表 元素分析（ %） Car Har Oar Nar Sar Aar Mar ∑ 元素分析 濟南大學畢業(yè)設計 6 3 配料計算 計算目的 制造水泥熟料的主要原料是石灰石（主要提供氧化鈣）、黏土或砂巖（主要提供氧化硅、氧化鋁）、鐵礦石或硫酸渣（主要提供氧化鐵）。為了準確地控制熟料的礦物組成，這些原料必須按一定的配比進行混合、粉磨。 配料計算的目的就是根據(jù)水泥品種、原燃料條件、生料制備與煅燒工藝確定水泥熟料的率值，求出合乎熟料率值要求的原料配合比 。 率值確定 水泥熟料是一種 由四種主要氧化物化合而成 的 多礦物集合體 ， 因此在生產 中 要控制 熟料中各氧化物含量 和 各氧化物之間的比例 ， 即率值。 我國目前采用的是石灰飽和系數(shù) KH、硅率 SM 和鋁率 IM 三個率值。 KH 值表示熟料中 SiO2 被 CaO 飽和形成 C3S 的程度。水泥熟料強度主要來源于硅酸鹽礦物，而 C3S 又是硅酸鹽礦物強度的主要提供者。在實際生產中，為了使水泥具有較好的力學性能，應適當提高 C3S 在熟料中的含量， KH 一般控制在 ~。 SM 值表示熟料中氧化硅含量與氧化鋁、氧化鐵之和的質量比，也表示了熟料中氧化鹽礦物與溶劑礦物的比例。如果熟料中硅率過高，煅燒時由于液相量顯著減 少，熟料煅燒困難。特別當氧化鈣含量低，硅酸二鈣含量多時，熟料易于粉化。硅率過低，則熟料中硅酸鹽礦物太少而影響水泥強度，且由于液相過多，易出現(xiàn)結大塊、結爐瘤、結圈等，影響窯的操作。通常硅酸鹽水泥熟料的硅率在 ~ 之間。 IM 值表示熟料中氧化鋁和氧化鐵含量的質量比，也表示熟料溶劑礦物中鋁酸三鈣與鐵酸四鈣的比例。鋁率高，熟料中鋁酸三鈣多，相應鐵鋁酸四鈣就較少，則液相黏度大，物料難燒；鋁率過低，雖然液相黏度較小，液相中質點易于擴散，對硅酸三鈣的形成有利，但燒結范圍變窄，窯內易結大塊，不利于窯的操作。硅酸鹽水 泥的鋁率在 ~ 之間。 為使熟料既順利燒成，又保證質量，保持礦物組成穩(wěn)定，應根據(jù)各廠的原料、燃料和設備等具體條件來選擇三個率值，使之互相適當配合，不能單獨強調某一率值。通常，不能三個率值同時都高，或同時都低。 本設計采用新型干法生產，預分解窯生料預熱好，分解率高。另外，由于單位產量窯筒體散熱損失少，以及耗熱量最大的碳酸鹽分解帶已移到窯外，因此窯內氣流溫度高。為了有利于掛窯皮和防止結皮、堵塞、結大塊，目前趨于低液相量的配料方案。濟南大學畢業(yè)設計 7 我國大型預分解窯大多采用高硅率、高鋁率、中飽和比的配料方案。根據(jù)新型干法窯的生產實踐 ,建議為： KH： 177。； SM： 177。； IM： 177。因而本設計選取率值 KH=177。 ， SM=177。 ， IM=177。 [21]。 熱耗確定 如今我國已經擁有較成熟、可靠的熟料煅燒系統(tǒng) ,且新型干法生產技術仍在不斷發(fā)展。我國 4000ｔ /ｄ新型干法水泥生產線不論是從裝備水平上、還是從所達到的技術經濟指標上來看 ,與國外提供的生產線相比已經沒有太大差距。本設計中取單位熟料熱耗 q=3150kJ/kg（熟料）。 計算過程 根據(jù)燃 料組成計算發(fā)熱量 對于固體（液體）燃料，當已知燃料元素分析值時，有以下經驗公式： , 3 3 9 1 0 3 0 1 0 9 ( ) 2 5? ? ? ? ?n e t a r a r a r a r a r a rQ C H O S M （ ） 式中 ： Q,ar——煤收到基低熱值， kJ/kg； Car、 Har、 Oar、 Sar、 Mar——收到基時燃料中 C、 H、 O、 S 及水的百分含量。 所以： , 3 3 9 6 1 . 5 3 1 0 3 0 4 . 2 2 1 0 9 ( 7 . 4 0 0 . 3 0 ) 2 5 1 . 52 4 3 9 1 . 0 ( / )? ? ? ? ? ??n e t a rQ k J k g 計算煤灰摻入量 熟料中煤灰摻入量可按下式計算 : ,?arA arqA SG Q （ ） 式中 : GA——熟料中煤灰摻入量， %； 濟南大學畢業(yè)設計 8 q——單位熟料熱耗， kJ/kg； Q,ar——煤收到基低熱值， kJ/kg； Aar—— 煤收到基灰分含量， %； S——煤灰沉落率， 該設計中使用電收塵器裝置，煤灰沉落率 S=100%。 所以： 3 1 5 0 2 3 3 8 1 0 0 3 0 22 4 3 9 1 0????A . % %G . %. 計算要求熟料的化學成分 ∑為熟料中 CaO、 SiO Al2O Fe2O3四種氧化物的總量估計值，一般在 95~97%，這里設 ∑=98%。 23 ( 2. 8 1 ) ( 1 ) 2. 6 1. 3598%( 2. 8 0. 89 1 ) ( 1. 6 1 ) 2. 5 2. 6 1. 6 1. 35 3. 47 %Fe OK H I M SM I M??? ? ? ??? ? ? ? ? ? ?? （ ） 2 3 2 3 % %Al O I M Fe O? ? ? ? ? （ ） 2 2 3 2 3( ) ( 6% 7% ) 22. 58%SiO SM A l O F e O? ? ? ? ? ? （ ） 2 2 3 2 3()98% ( % % % )%C aO Si O Al O Fe O? ? ? ? ?? ? ? ?? （ ） 濟南大學畢業(yè)設計 9 生料配料計算 以 100kg 熟料為基準，列累加試湊表 ： 表 累加試湊表（ %） 計算 步驟 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO 其他 合計 備注 要求熟 料成分 煤灰 （ +） 石灰石 （ +137） 砂巖 （ +） 硫酸渣 （ +） KH=， SM=，IM=； 熱耗 =3024 kJ/kg熟料 累計熟 料成分 砂巖 （ ） KH=， SM=，IM=； 熱耗 =3037kJ/kg熟料 累計熟 料成分 表 中，第一個累計熟料值所對應的 KH 值偏低，經過在 excel 表格中試湊，最后減少表中所示的砂巖量，得到最后一個累計熟料成分，也即是所配熟料的實際化學成分，備注欄中得三個率值和熱耗即為所配熟料的實際率值和熱耗，可見此時完全滿足要求值。 計算干原料料耗 由表 ，配制 100kg 熟料所需的干原料如下： 石灰石 =137 100/=(kg) 砂巖 =（ ） 100/=(kg) 硫酸渣 = 100/=(kg) 計算生料的干原料配合比 石灰石 =(++)=% 砂巖 =(++)=% 硫酸渣 =(++)=% 濟南大學畢業(yè)設計 10 根據(jù)原料配合比驗證率值 表 6 生料、熟料的化學成分（ %） 配合比 燒失量 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 其他 合計 石灰石 砂巖 硫酸渣 生料 灼燒生料 灼燒生料 煤灰 熟料 熟料率值： KH=， SM=， IM=，符合設計要求。 濟南大學畢業(yè)設計 11 4 全廠工藝平衡計算 窯規(guī)格的設計及產量標定 本設計采用預分解窯，該技術是在懸浮預熱器和回轉窯之間， 增設一個分解爐或利用窯尾煙室管道，在其中加入 30～ 60%的燃料，使燃料的燃燒放熱過程與生料的吸熱分解過程同時在懸浮態(tài)或流化態(tài)下極其迅速地進行，使生料在入回轉窯之前基本上完成碳酸鹽的分解反應，因而窯系