【正文】 規(guī)格和型號(hào)；根據(jù)全廠物料平衡計(jì)算出儲(chǔ)庫(kù)和堆場(chǎng)的尺寸。水泥生產(chǎn) 工藝 設(shè)計(jì)是工廠建設(shè)的 基礎(chǔ) ， 是 設(shè)計(jì)是工廠設(shè)計(jì)的主要環(huán)節(jié)，是決定全局的關(guān)鍵。所以，水泥行業(yè)務(wù)必朝著節(jié)能減排的方向發(fā)展， 加快產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào) 整步伐，大力推廣新型干法水泥 生產(chǎn)工藝 的節(jié)能技術(shù) 。結(jié)合我國(guó)國(guó)情來(lái)看，水泥工業(yè)無(wú)疑是重污染行業(yè)。 為了降低阻力損失 ，川崎型旋風(fēng)筒采用一種頂部呈錐形、進(jìn)口按一定水平角傾斜下降的結(jié)構(gòu) ， 其阻力損失僅為洪堡型旋風(fēng)筒的 65%左右 ， 分離效率可以滿足作為中間級(jí)旋風(fēng)筒的要求[12]。天津水泥工業(yè)設(shè)計(jì)研究院在燕山水泥廠窯尾系統(tǒng)采用類似結(jié)構(gòu)的旋風(fēng)筒 ， 使五級(jí)筒和分解爐全系統(tǒng)的阻力損失低于 4500Pa， 達(dá)到了比較優(yōu)異的指標(biāo)。采用半橢圓截面結(jié)構(gòu) ， 利用旋流板產(chǎn)生氣流旋轉(zhuǎn) ， 并通過(guò)加裝弧形擋板使旋流空間與沉料空間分開(kāi)。由于采用了這種低阻旋風(fēng)筒 ， 其五級(jí)旋風(fēng)預(yù)熱器的阻力損失相當(dāng)于或略 低于四級(jí)旋風(fēng)預(yù)熱器的水平 [9]。 以 Prepol 和 Pyro?clon 型爐 [8]為代表的管道式分解爐，主要依靠“懸浮效應(yīng)”加強(qiáng)氣固換熱，爐內(nèi)湍流強(qiáng)度較小，一般以增大爐容為主要措施，保證分解爐的功效發(fā)揮，故其單位容積熱負(fù)荷及單位容積產(chǎn)量相對(duì)其他爐型來(lái)說(shuō)，都是比較小的 。整個(gè)系統(tǒng)在相對(duì)低溫下操作可以減少鉀、鈉、氯鹽及一些低熔點(diǎn)礦物形成，有利于系統(tǒng)穩(wěn)定操作，減少預(yù)熱器及分解爐結(jié)皮堵塞。 交叉料流型預(yù)分解法在保證全系統(tǒng)固氣比不變的前提下，可使每級(jí)預(yù)熱器單體的固氣比提高，從而提高系統(tǒng)的熱效率。 通過(guò)建立單級(jí)和多級(jí)粉體懸浮熱交換器熱力學(xué)理論模型和分解爐系統(tǒng)熱穩(wěn)定性理論模型 ， 建立全系統(tǒng)的熱效率模型 ， 系統(tǒng)研究了懸浮預(yù)熱器和分解爐的熱效率及其影響因素、懸浮預(yù)熱器系統(tǒng)特性組合流程、流場(chǎng)、溫度場(chǎng)、濃度場(chǎng)的合理分布和碳酸鹽分解及固液相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)特性 ，并 以 此 為 理論 指導(dǎo)， 開(kāi)發(fā)出新型干法水泥熟料生產(chǎn)技術(shù)裝備 [4]。 伴隨著水泥工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，熟料煅燒設(shè)備經(jīng)歷了立窯、干法中空窯、濕法窯、立 波爾窯、預(yù)熱器窯以及預(yù)分 解窯的變化。 水泥生產(chǎn)過(guò)程中，最重要的工藝環(huán)節(jié)是將化學(xué)成分合格的生料煅燒成既定礦物組成的熟料的過(guò)程 [2]。1 前言 水泥產(chǎn)業(yè)發(fā)展概述 我國(guó)是水泥生產(chǎn)大國(guó)，水泥工業(yè)是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的重要基礎(chǔ)材料產(chǎn)業(yè)，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)可 持續(xù) 發(fā)展中具有舉足輕重的地位。隨著現(xiàn)代化建設(shè)的持續(xù)、穩(wěn)定發(fā)展，我國(guó)水泥工業(yè)正面臨著更好更快地發(fā)展、完善自身、節(jié)能環(huán)保的重任 [1]。 此過(guò)程所使用的設(shè)備包括旋風(fēng)筒預(yù)熱器、分解爐、回轉(zhuǎn)窯和篦冷機(jī)等，這些設(shè)備即為構(gòu)成窯尾系統(tǒng)的主要設(shè)備。 對(duì)于水泥工業(yè)窯爐，國(guó)內(nèi)外主要研究機(jī)構(gòu)均依據(jù)水泥熟料形成熱、動(dòng)力學(xué)機(jī)制 ， 研究水泥窯爐工藝過(guò)程 ， 并對(duì)各設(shè)備子系統(tǒng)工作機(jī)理和料氣運(yùn)動(dòng)、換熱規(guī)律進(jìn)行探討 [3]。 國(guó)內(nèi)外研究 現(xiàn)狀 天津水泥工業(yè)設(shè)計(jì)研究院有限公司開(kāi)發(fā)的 TDF 分解爐，具有三噴騰和碰頂效應(yīng)、湍流回流作用強(qiáng)、固氣停留時(shí)間比大、溫度場(chǎng)及濃度場(chǎng)均勻、物料分散及換熱效果好、阻力系數(shù)低等特點(diǎn) [5]。采用這種生產(chǎn)方法可提高生料入窯分解率，降低預(yù)熱器出口氣體溫度及分解爐操作溫度 [6]。 如 西安建筑科技大學(xué)徐德龍?jiān)菏繄F(tuán)隊(duì) 發(fā)明的懸浮態(tài)高固氣比預(yù)熱分解技術(shù) [7]。 三菱公司設(shè)計(jì)的 N 一 MFC 預(yù)分解系統(tǒng)所用的旋風(fēng)筒則采用了出口內(nèi)筒加裝導(dǎo)向葉片的方式 ，以減少循環(huán)氣體量 ， 從而在不降低收塵效率的前提下降低旋風(fēng)筒阻力損失。 南京化工學(xué)院近年來(lái)開(kāi)發(fā)的 SWP 噴旋預(yù)熱 器 是通過(guò)軸流取代折流而使阻力損失降至普通旋風(fēng)筒的三分之一左右。 宇部型旋風(fēng)筒的出風(fēng)內(nèi)筒呈靴形結(jié)構(gòu) ， 在其進(jìn)口裝設(shè)導(dǎo)流板 ， 從而使循環(huán)氣流量及“縮流”減少 ， 大大降低了旋風(fēng)筒阻力損失 [10]。 神戶制鋼公司的 KoLBoc 筒為例 ， 加裝導(dǎo)向葉片 ， 使旋風(fēng)筒阻力損失 降 低 了 近 30%，并且能適當(dāng)改善分離效果 [11]。 我國(guó)新型干法技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)處于比較完善的時(shí)期，但國(guó)產(chǎn)裝備的能耗、控制水平、運(yùn)轉(zhuǎn)率及可靠性仍有待提高。 2021 年，河北省因霧霾問(wèn)題壓減了鋼鐵、水泥、玻璃等工業(yè)的產(chǎn)量。 本次設(shè)計(jì)的內(nèi)容及特點(diǎn) 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容，是依據(jù)給定的建廠條件，設(shè)計(jì) 日產(chǎn) 3000 噸水泥熟料的水泥廠。 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的有以下幾個(gè)任務(wù)： 第一，參照同類型廠家進(jìn)行數(shù)據(jù)的選擇，包括適當(dāng)?shù)穆手?，熱耗，進(jìn)行配料計(jì)算。第三，根據(jù)配料計(jì)算和全廠工藝平衡計(jì)算設(shè)計(jì)全廠工藝布置和工藝流程圖。 最后依據(jù)以上內(nèi)容完成畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)及畢業(yè)設(shè)計(jì)圖紙。而粘土本身水分含量高，需要加設(shè)烘干設(shè)備，增加煤耗；鐵粉的成本比較高，使用鐵粉作為配合省料是一種資源的浪費(fèi)[13]。一方面減小水泥生產(chǎn)的成本，減少煤耗和燃煤排放的污染物；另一方面，硫酸渣是工業(yè)廢渣，在水泥生產(chǎn)中得到了利用和處理，可以減少固體工業(yè)垃圾的排放，此做法也是按照國(guó)家節(jié)能減排的要求，走可持續(xù)發(fā)展之路 [14]。通過(guò) 這次實(shí)際的訓(xùn)練，使學(xué)生進(jìn)一步了解水泥生產(chǎn)從原料配合、工藝平衡、設(shè)備選型、堆場(chǎng)儲(chǔ)庫(kù)計(jì)算到熟料燒成、水泥產(chǎn)出的整個(gè)過(guò)程，提高學(xué)生運(yùn)用知識(shí)、查閱資料、 處理數(shù)據(jù)和識(shí)圖、繪圖技術(shù)水平 ，加強(qiáng)優(yōu)化方案、 統(tǒng)籌安排 的能力； 結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，提高分析和解決問(wèn)題的能力 。 2 設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 原料化學(xué)成分 生產(chǎn)水泥熟料所用的原料、燃料的成分如下： 表 原料與煤灰的化學(xué)成分（ %） 名稱 Loss ∑ 其他 石灰石 砂巖 鐵鋁土 硫酸渣 煤灰 原、燃料水分 生產(chǎn)水泥熟料所用的 原料、燃料水分如下 表 原、燃料的操作水分（ %） 物料 石灰石 砂巖 鐵鋁土 硫酸渣 煤 水分 3 20 4 6 燃料的 元素分析和 工業(yè)分析 生產(chǎn)水泥熟料所用的 燃料的元素及工業(yè)分析如下 表 燃料的元素分析 (%) 元素分析（ %） 工業(yè)分析（ %） fC fH fS fN fO 建廠條件 建廠地點(diǎn)及自然條件 (1)建廠地點(diǎn)：某市郊區(qū)、靠國(guó)道 (2)廠區(qū)地形：廠區(qū)地勢(shì)較平坦， (3)交通情況：便利，附近有公路、鐵路等，有利于原料、水泥等運(yùn)輸。在水泥生料生產(chǎn)過(guò)程中，配料計(jì)算為各種生料的配合，提供基礎(chǔ)的理論依據(jù)。而生料的有效化學(xué)成分或者說(shuō)能夠提供出的所需礦物百分比以及三率值，則是配料計(jì)算主要影響因素。其次是根據(jù)建廠的原、燃料條件，通過(guò)確定好的率值，計(jì)算出配合比。 率值確定 率值是水泥熟料中各主要氧化物含量之間的比例關(guān)系，包括石灰飽和系數(shù)（ KH） 、硅率 （ SM） 、 鋁率 （ IM） 。從實(shí)際的熟料成分來(lái)說(shuō)，它表示的了 SC3 和SC2 的百分含量比例。所以，石灰飽和系數(shù)的值需要提高，擔(dān)憂不能過(guò)高，實(shí)際生產(chǎn)中一般規(guī)定在 ~ 之間。它反映了熟料中 2SiO 含量和 32OAl 與 32OFe 相加的和的比值，反映了熟料中硅酸鹽礦物與熔劑礦物的相對(duì)含量。它反映了熟料中AC3 和 AFC4 的相對(duì)含量。因此，實(shí)際生產(chǎn)中一般取 ~。 新型干法生產(chǎn)線熟料熱耗約為 )(2969 kgkJq ? ， 不超過(guò) )(3200 kgkJ 。 摻入煤灰量 熟料中的煤灰摻入量可按下式計(jì)算： 100100 . SPAQ SqAG adadne tadA ?? （ ） 式中 AG —— 熟料中的煤灰摻入量， % ； q —— 單位熟料熱耗， kgkJ 熟料； adQ. —— 煤的應(yīng)用基低熱值， kgkJ 煤； adA —— 煤的應(yīng)用基灰分含量， % ； S —— 煤灰沉落率， % ； P —— 煤耗， kgkg 熟料。 表 累加試湊表 % 計(jì)算步驟 其他 合計(jì) 備注 要求熟料成分 煤灰（ +） 石灰石（ +) () /%= 砂巖（ +） () /%= 鐵鋁土（ +） ( )/%= 硫酸渣（ +） ( )/%= 累計(jì)熟料 ?KH , ?SM 2SiO 32OAl 32OFe MgOCaO成分 ?IM ,熱耗=1003177/= 石灰石（ ) ?KH , ?SM ?IM 熱耗 =1003177/= 熱耗 =1003177/= 砂巖（ ） 鐵鋁土（ +） 硫酸渣（ +） 累計(jì)熟 料成分 干原料料耗 計(jì)算干原料料耗（熟料料耗） 由表可知，配制 100kg 熟料所需的干原料如下： 干石灰石 ??? 干砂 巖 ??? 干鐵鋁土 ??? 干硫酸渣 ??? 生料的干原料配合比： 干石灰石 %% ?????? 干砂 巖 %% ?????? 干鐵鋁土 %% ?????? 干硫酸渣 %% ?????? 表 熟料化學(xué)成分及率值校核表 名稱 配合比 % Loss 其他 ∑ 石灰石 砂巖 鐵鋁土 硫酸渣 生料 灼燒生料 灼燒生料 2SiO 32OAl 32OFe CaO MgO煤灰 熟料 4 全廠工藝平衡計(jì)算 就整個(gè)水泥廠的設(shè)計(jì)而言， 全廠 工藝平衡計(jì)算屬于設(shè)計(jì)資料中的設(shè)計(jì)技術(shù)資料，是水泥廠設(shè)計(jì)和建設(shè)的基礎(chǔ)。全廠工藝平衡計(jì)算包括：回轉(zhuǎn)窯的相關(guān)計(jì)算、全廠物料平衡計(jì)算、全廠主機(jī)平衡及主機(jī)設(shè)備選型和儲(chǔ)庫(kù)及堆場(chǎng)的計(jì)算。 回轉(zhuǎn)窯的相關(guān)計(jì)算 窯規(guī)格及設(shè)計(jì)產(chǎn)量標(biāo)定 1 4 iDG ? （ ） 式中 G—— 窯的日產(chǎn)量 iD —— 窯的有效內(nèi) 徑， mDi ? 回轉(zhuǎn)窯的有效內(nèi)徑 iD 和回轉(zhuǎn)窯的筒體內(nèi)徑 D 之間的關(guān)系： ?2?? DDi ， 一般來(lái)說(shuō)回轉(zhuǎn)窯耐火襯磚的厚度 ? 為： mm180?? 。 本次設(shè)計(jì) 選用 河南中材水泥裝備有限公司 日產(chǎn) 3000 噸水泥熟料回轉(zhuǎn)窯。 燒成系統(tǒng)的生產(chǎn)能力 （ 1） 熟料小時(shí)產(chǎn)量： )(. htn hh ???? 熟料日產(chǎn)量： )/( 6 5 5 22424 dt hd ???? 熟料周產(chǎn)量： )( 5 5 7 周t hw ???? （ 2） 水泥產(chǎn)量 水泥小時(shí) 產(chǎn)量： )/( 4100100 100 htQed pG hh ???? ???? ?? 水泥日產(chǎn)量： )/( 3 8 8 22424 dtGG hd ???? 水泥周產(chǎn)量： )/( 0 6 9 15 1 3 8 21 6 81 6 8 周tGG hw ???? 式中 d—— 水泥中石膏的摻入量（ % ） e —— 水泥中混合材的摻入量（ % ），取 %15?e p —— 水泥的生產(chǎn)損失（ % ），取 %4?p 。它是以生產(chǎn)規(guī)模，工藝流程、參數(shù)等為基礎(chǔ)， 同時(shí)參考同類型生產(chǎn)廠家的生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)， 對(duì)于總物料量進(jìn)行一個(gè)理論值的計(jì)算，包括所有原料、燃料、半成品的量，并且表達(dá)為年需要量，日需要量 和小時(shí)需要量。 原料消耗定額 根據(jù)本次設(shè)計(jì)要求， 全廠物料平衡計(jì)算以一臺(tái) 3000t/d 熟料窯外預(yù)分解窯為基礎(chǔ)， 生產(chǎn)普通硅酸鹽水泥 ，水泥 40%包裝， 60%散裝出廠。 ② 1t 熟料的干生料消耗定額： ??????生干生 PKK （ tt 熟料） （ ） 式中 生K —— 干生料消耗定額（ tt 熟料） 生P —— 水泥的生產(chǎn)損失（ % ），取 %4?生P 。 （ 5） 烘干用干 煤消耗定額 ? ?? ?fffPQqwwwQPQqwwwQMK??????????????1001001001001001002212212烘燒烘燒濕 （ ） 式中 2fK—— 烘干用干煤消耗定額 （ tt 熟料）， 濕M —— 需烘干的濕物料量（ 周t ）； 燒Q —— 燒成系統(tǒng)的生產(chǎn)能力，用周平衡法時(shí)以熟料周產(chǎn)量表示（ 周t ）； 21 ww， —— 分別表示烘干前后物料的含水量（ % ）； 烘q —— 蒸發(fā) kg1 水分的耗熱量（ 水分kgkJ/ ）。 所以各濕物料的消耗定額： 濕石灰石 ????濕石灰石K（ 熟料kgkg/ ） 濕砂 巖 ????濕砂巖K（ 熟料kgkg/ ） 濕鐵 鋁土 202