【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 器結(jié)構(gòu)形式 [13]。旋風(fēng)預(yù)熱器系統(tǒng)是目前普遍采用一種預(yù)熱器，一般采用雙列五級(jí)旋風(fēng)筒結(jié)構(gòu)，大型窯系統(tǒng)還采用雙列六級(jí)旋風(fēng)筒結(jié)構(gòu)，其中間級(jí)旋風(fēng)筒為低阻 高效旋風(fēng)筒，這可有效地降低旋風(fēng)筒的壓損，從而對(duì)于提高旋風(fēng)筒的風(fēng)速有利（目前先進(jìn)的旋風(fēng)筒內(nèi)表面截面風(fēng)速已達(dá) 6m/s） [14]。同時(shí)，旋風(fēng)筒內(nèi)筒陶瓷化，使用碳化硅陶瓷做成內(nèi)筒，有效的降低了熱耗并使旋風(fēng)筒的內(nèi)筒長(zhǎng)壽化 [15]。 ****畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 隨著分解技術(shù)的進(jìn)步和煤粉燃燒力學(xué)的研究，為適應(yīng)不同燃料燃燒的需要和低NOx排放，作為預(yù)分解系統(tǒng)核心的分解爐爐型，已達(dá)數(shù) 10 種之多，使入窯物料碳酸鈣分解率達(dá)到 90％－ 95％ [16]。為適低揮發(fā)省質(zhì)煤和無煙煤的燃燒，出現(xiàn)了多種在主爐外增加預(yù)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(shù)手段 [17]。分解爐的容積可使物料在其內(nèi)的平均停留時(shí)間一般達(dá)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(yīng)利用劣質(zhì)燃料和可燃廢棄物的需求 [18]。 隨著新型干法生產(chǎn)工藝各環(huán)節(jié)的不斷發(fā)展、完善與優(yōu)化，我國(guó)新型干法水泥生產(chǎn)技術(shù)和裝備水平已與國(guó)際水平相接近。盡管如此，在整體水平上我國(guó)還存在較大差距。原料均化技術(shù)，預(yù)熱預(yù)分解系統(tǒng)的技術(shù)性能改進(jìn)，生料粉磨系統(tǒng)以及用于水泥預(yù)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(gè)性化設(shè)計(jì)方案，技術(shù)裝備的開發(fā)和應(yīng) 用，功能材料，生態(tài)化工程設(shè)計(jì)，替代燃料，環(huán)境保護(hù)，水泥相關(guān)產(chǎn)品，新裝備等仍是我國(guó)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(hù)問題越來越受到社會(huì)的重視的今天，一個(gè)產(chǎn)業(yè)的環(huán)境保護(hù)意識(shí)和環(huán)保效率已成為衡量其社會(huì)效益的重要標(biāo)準(zhǔn)之一。水泥工業(yè)是污染環(huán)境最為嚴(yán)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(zhuǎn)窯生產(chǎn)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(chǎn)技術(shù)均將窯尾煙氣用來烘干原料，并與窯尾共用一臺(tái)收塵器。因而，窯尾系統(tǒng)的粉塵排放量占到整個(gè)生產(chǎn)線的二分之一，是水泥廠環(huán) ?？刂频闹攸c(diǎn) [19]。 新型干法水泥生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，使得水泥生產(chǎn)新工藝、新技術(shù)、新設(shè)備及操作控制手段日益更新。 新型干法水泥生產(chǎn)技術(shù)代表著當(dāng)今世界水泥生產(chǎn)的潮流，其生產(chǎn)能力已達(dá)到世界水泥生產(chǎn)能力的 60%[20]。 對(duì)于材料科學(xué)與工程專業(yè)的大四學(xué)生，通過對(duì) “富強(qiáng)水泥廠日產(chǎn) 4000 噸水泥熟料窯尾系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì) ”課題的實(shí)踐，模擬工藝設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容進(jìn)行一次較為深入的專業(yè)的訓(xùn)練，將幫助我全面了解水泥生產(chǎn)新技術(shù)、新設(shè)備和新工藝，綜合運(yùn)用所學(xué)專業(yè)知識(shí)，熟練掌握設(shè)計(jì)過程中所涉及的理論與實(shí)際知識(shí)。提高查閱文件資料，處理數(shù)據(jù)和識(shí)圖、 繪圖技術(shù)水平。為今后的學(xué)習(xí)和工作打下良好的基礎(chǔ)。 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(shè)計(jì)復(fù)雜、涉及專業(yè)多、知識(shí)面廣、各環(huán)節(jié)相互制約、生產(chǎn)連續(xù)化的特點(diǎn)。這個(gè)課程設(shè)計(jì)更有助于培養(yǎng)我綜合運(yùn)用該學(xué)科基本理論、基本技能和專業(yè)知識(shí)的能力。提高我結(jié)合生產(chǎn)，分析和解決問題的能力。促使我養(yǎng)成理論聯(lián)系實(shí)際，注重調(diào)查研究的良好作風(fēng)。 ****畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 2 基礎(chǔ) 資料 設(shè)計(jì)題目 富強(qiáng)水泥廠日產(chǎn) 4000 噸水泥熟料窯尾系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì) 建廠條件 建廠地點(diǎn) ： 貴州省 貴陽市郊區(qū)，靠國(guó)道 ； 廠區(qū)地形：廠區(qū)地勢(shì)較平坦； 交通情況 ：便利，有國(guó)道 、鐵路等，有利于原料、水泥等運(yùn)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(dǎo)風(fēng)向：東南 風(fēng)，平均風(fēng)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(chǔ)量豐富，火車運(yùn)入 ； 砂 巖 ：外運(yùn)，儲(chǔ)量豐富，火車運(yùn)入 ； 硫酸渣：某 廠供應(yīng)，汽車運(yùn)入 ； 石膏：石膏礦供應(yīng)，成分穩(wěn)定，汽車運(yùn)入 ； 礦渣 ：某鋼廠供應(yīng)，汽車運(yùn)入 ； 煙煤：煤礦供應(yīng)，火車運(yùn)入 。 表 原、 燃料化學(xué)成 分 （ %） 名稱 燒失量 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O Na2O SO3 Cl 合計(jì) 石灰石 砂巖 硫酸渣 煤灰 ****畢業(yè)設(shè)計(jì) 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 ****畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 3 配料計(jì)算 計(jì)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(zhǔn)確地控制熟料的礦物組成，這些原料必須按一定的配比進(jìn)行混合、粉磨。 配料計(jì)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(chǎn) 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(guó)目前采用的是石灰飽和系數(shù) KH、硅率 SM 和鋁率 IM 三個(gè)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(qiáng)度主要來源于硅酸鹽礦物，而 C3S 又是硅酸鹽礦物強(qiáng)度的主要提供者。在實(shí)際生產(chǎn)中，為了使水泥具有較好的力學(xué)性能，應(yīng)適當(dāng)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(zhì)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(shí)由于液相量顯著減 少，熟料煅燒困難。特別當(dāng)氧化鈣含量低，硅酸二鈣含量多時(shí)，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(qiáng)度，且由于液相過多，易出現(xiàn)結(jié)大塊、結(jié)爐瘤、結(jié)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(zhì)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(yīng)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(zhì)點(diǎn)易于擴(kuò)散，對(duì)硅酸三鈣的形成有利，但燒結(jié)范圍變窄，窯內(nèi)易結(jié)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(zhì)量，保持礦物組成穩(wěn)定，應(yīng)根據(jù)各廠的原料、燃料和設(shè)備等具體條件來選擇三個(gè)率值，使之互相適當(dāng)配合，不能單獨(dú)強(qiáng)調(diào)某一率值。通常，不能三個(gè)率值同時(shí)都高，或同時(shí)都低。 本設(shè)計(jì)采用新型干法生產(chǎn)，預(yù)分解窯生料預(yù)熱好，分解率高。另外，由于單位產(chǎn)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(nèi)氣流溫度高。為了有利于掛窯皮和防止結(jié)皮、堵塞、結(jié)大塊，目前趨于低液相量的配料方案。****畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 我國(guó)大型預(yù)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(chǎn)實(shí)踐 ,建議為： KH： 177。； SM： 177。； IM： 177。因而本設(shè)計(jì)選取率值 KH=177。 ， SM=177。 ， IM=177。 [21]。 熱耗確定 如今我國(guó)已經(jīng)擁有較成熟、可靠的熟料煅燒系統(tǒng) ,且新型干法生產(chǎn)技術(shù)仍在不斷發(fā)展。我國(guó) 4000ｔ /ｄ新型干法水泥生產(chǎn)線不論是從裝備水平上、還是從所達(dá)到的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)上來看 ,與國(guó)外提供的生產(chǎn)線相比已經(jīng)沒有太大差距。本設(shè)計(jì)中取單位熟料熱耗 q=3150kJ/kg（熟料）。 計(jì)算過程 根據(jù)燃 料組成計(jì)算發(fā)熱量 對(duì)于固體（液體）燃料，當(dāng)已知燃料元素分析值時(shí)，有以下經(jīng)驗(yàn)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(shí)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(jì)算煤灰摻入量 熟料中煤灰摻入量可按下式計(jì)算 : ,?arA arqA SG Q （ ） 式中 : GA——熟料中煤灰摻入量， %； ****畢業(yè)設(shè)計(jì) 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(shè)計(jì)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(jì)算要求熟料的化學(xué)成分 ∑為熟料中 CaO、 SiO Al2O Fe2O3四種氧化物的總量估計(jì)值，一般在 95~97%，這里設(shè) ∑=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? ? ? ? ?? ? ? ?? （ ） ****畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 生料配料計(jì)算 以 100kg 熟料為基準(zhǔn)，列累加試湊表 ： 表 累加試湊表（ %） 計(jì)算 步驟 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO 其他 合計(jì) 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(jì)熟 料成分 砂巖 （ ） KH=， SM=，IM=； 熱耗 =3037kJ/kg熟料 累計(jì)熟 料成分 表 中，第一個(gè)累計(jì)熟料值所對(duì)應(yīng)的 KH 值偏低，經(jīng)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(gè)累計(jì)熟料成分，也即是所配熟料的實(shí)際化學(xué)成分，備注欄中得三個(gè)率值和熱耗即為所配熟料的實(shí)際率值和熱耗，可見此時(shí)完全滿足要求值。 計(jì)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(jì)算生料的干原料配合比 石灰石 =(++)=% 砂巖 =(++)=% 硫酸渣 =(++)=% ****畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 根據(jù)原料配合比驗(yàn)證率值 表 6 生料、熟料的化學(xué)成分（ %） 配合比 燒失量 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 其他 合計(jì) 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(shè)計(jì)要求。 ****畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 4 全廠工藝平衡計(jì)算 窯規(guī)格的設(shè)計(jì)及產(chǎn)量標(biāo)定 本設(shè)計(jì)采用預(yù)分解窯，該技術(shù)是在懸浮預(yù)熱器和回轉(zhuǎn)窯之間， 增設(shè)一個(gè)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(shí)在懸浮態(tài)或流化態(tài)下極其迅速地進(jìn)行，使生料在入回轉(zhuǎn)窯之前基本上完成碳酸鹽的分解反應(yīng)，因而窯系