【正文】 ............................. 38 窯爐燃料比的確定 ........................................... 38 預熱器級數(shù)及各級筒的分離效率的確定 ......................... 39 電收塵的收塵效率的確定 ..................................... 39 出一級筒氣體含塵 量的確定 .................................... 40 原始數(shù)據(jù)和選定參數(shù)匯總 ........................................... 40 ................................................... 40 分解爐和預熱器系統(tǒng)熱工計算 ....................................... 42 物料平衡計算 ............................................... 42 空氣量與廢氣量計算 .......................................... 46 熱平衡計算 .................................................. 50 窯尾工藝設備選型 ................................................. 54 窯外分解技術的特點 .......................................... 54 窯外分解系統(tǒng)的主要形式及選擇 ................................ 55 分解爐和三次風管的尺寸計算 ................................. 56 各級旋風筒的設計計算 ....................................... 60 增濕塔的設計計算 ........................................... 66 電收塵器的選型計算 ......................................... 66 參考文獻 ................................................................ 70 謝辭 .................................................................... 71 河 北 理 工 大 學 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 1 第一章 緒論 國內(nèi)外預分解窯技術的發(fā)展概 況 新型干法窯包括 3 種類型：五六十年代出現(xiàn)的立筒預熱器窯和旋風預熱器窯， 70年代開發(fā)成功的預分解窯。 90 年代以來這兩種窯型的發(fā)展已趨緩慢。由于預分解窯體現(xiàn)了當代水泥工業(yè)的最高技術與經(jīng)濟水平， 80 年代以來在國內(nèi)外得到快速發(fā)展并不斷創(chuàng)新，成為新 型干法窯的代表。近 3 年增產(chǎn)的旋窯水泥有 80％左右來自預分解窯生產(chǎn)線。這預示我國新型干法窯即將跨入世界先進水平 [1,2]。對生產(chǎn)過程中各種物料與氣流的數(shù)量、成分、壓力的控 制、計量、監(jiān)測、調(diào)節(jié)、顯示等均通過自動化系統(tǒng)操作，窯、磨等主要崗位不需專人看管，可保證生產(chǎn)高質(zhì)量產(chǎn)品。 3)水泥的綜合能耗： 2020t/d 以上的預分解窯每 kg 熟料熱耗約為 3428kJ 左右，窯尾與篦冷機的廢氣可用于烘干原燃料，還可用 于發(fā)電。我國近年來投產(chǎn)和在建的新型干法生產(chǎn)線與許多老線相比，較多采用了立式磨、輥壓機、第三代空氣梁篦冷機等先進高效節(jié)能設備，熟料熱耗已降至 3177kJ 左右，水泥綜合電耗接近 105kWh，水泥的綜合能耗已降至約 135kg 標煤。在老廠擴建或改造一條 2500t/d熟料生產(chǎn)線，從礦山至熟料庫 (不含水泥粉磨、儲存及包裝 )，固定資產(chǎn)投資不超過 億元 (每噸熟料約 323 元 )。 5)對環(huán)境的影響：水泥廠對環(huán)境的影響主要是粉塵污染，根據(jù)國家環(huán)?？偩纸y(tǒng)計，1999 年全國水泥企業(yè)排放的工業(yè)粉塵和煙塵共 972 萬 t，占當年水泥產(chǎn)量 ％，占全國總排放量近 42％。近幾年投產(chǎn)的新型干法生產(chǎn)線，其熱工設備的粉塵排放濃度不超過100mg/Nm3，非熱工設備不超過 50mg/Nm3。 目前一些技術較先進的國家在選擇水泥生產(chǎn)方法時趨向于盡可能選用新型干法生產(chǎn)。目前在水泥工業(yè)技術開發(fā)的熱點 [3]： 1)水泥廠替代物料及原燃料資源的利用技術：較傳統(tǒng)的內(nèi)容 擴大原燃料資源是水泥技術發(fā)展史上持續(xù)活躍的一個技術開發(fā)領域。在相對寬松的成分要求范圍內(nèi)尋找價格最 低廉的原料資源 ,通過特定工藝和適當配比制造水泥是水泥廠商降低生產(chǎn)成本的重要措施。上世紀 90 年代 ,KHD和 地應用于傳統(tǒng)上只能燒煙煤的預分解窯系統(tǒng)上 ,這一新技術在一些場合具有特殊的價值。 3)熟料冷卻技術 :熟料冷卻是近 10年來水泥燒成系統(tǒng)技術創(chuàng)新活動最活躍的領域。新世紀之交由 公司推出的、被稱為第四代冷卻機的推桿式冷卻機 ,把傳統(tǒng)篦式冷卻機中往復移動篦床承擔的推動物料運動和供風的雙重功能分解為由一組具氣流自適應調(diào)節(jié) 功能的充氣篦板排列組成的靜止篦床實現(xiàn)供風 ,而讓設置于其上的一組往復移動推桿推動熟料層前進。 4)預分解窯低 NOX燃燒技術本項技術的開發(fā)狀況很大程度上取決于政府對 NOX污染的關注度。該指標將于近年轉(zhuǎn)為各歐盟國家法規(guī)并將于2020 年起在水泥工業(yè)中實施。 5)預熱器節(jié)能技術過去 20 年里典型的水泥窯預熱器系統(tǒng)已由 4級增加為 6 級 ,借助于更合理的預熱器結(jié)構(gòu)設計及氣體和物料管路設計 ,預熱器的分離效率和氣固傳熱效果得到了改善 ,操作可靠性也得以提高 ,窯系統(tǒng)壓降和出一級筒氣體溫度呈現(xiàn)持續(xù)下降的趨勢。 6)筒輥磨粉磨技術：法國 FCB公司于 1993 年完成這一新粉磨技術的工業(yè) 試驗 ,1995年前為產(chǎn)品筒輥磨投放市場的第一階段 ,實現(xiàn)銷售量折合裝機功率約 萬千瓦。 2020 年以墨西哥 CEMEX 公司 Tepetzingo 水泥廠兩條 2020t/d 生產(chǎn)線上由 4臺相同規(guī)格筒輥磨組成的全部 (生料和水泥 )粉磨能力展示的優(yōu)異操作業(yè)績標志了這一新技術第二階段投放市場具備的強大競爭力。 河 北 理 工 大 學 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 4 7)立磨粉磨技術：在生料粉磨領域 ,近 20 年中立磨 粉磨技術穩(wěn)居首選技術的地位 ,為應對來自新技術的挑戰(zhàn) ,近來半風掃復合選粉操作原理已被用來作為完善傳統(tǒng)全風掃粉磨與選粉一體化技術的新技術措施 ,從而實現(xiàn)進一步降低粉磨電耗。目前在磨輥形狀和磨內(nèi)循環(huán)料除鐵技術上已取得的開發(fā)成果有望大幅度提高立磨在水泥粉磨領域的競爭力。國際上 ,水泥制造過程中的專用設備都是由相應專用設備制造商供應的 ,歷史 上這些制造商是相應工藝的發(fā)明人或革新者。適應這一變化 ,這些制造商強化并完善了各自的技術創(chuàng)新實驗體系 ,特別是其中的中間試驗和工業(yè)試驗環(huán)節(jié) ,有效地消解了技術創(chuàng)新及大型化過程中的工程風險。 9)除塵技術：與有害氣體、噪音、熱輻射等技術相比 ,粉塵治理技術是水泥工業(yè)在環(huán)境治理方面取得最大成功的一項技術 ,其技術創(chuàng)新活動持續(xù)于新型干法水泥生產(chǎn)技術30 年的發(fā)展史 ,并為新型干法技術增添了無可爭議的亮色。當前 ,除塵效率達 %的高入口粉塵濃度高效除塵器以其簡化工藝的效果已愈來愈多地成為現(xiàn)代水泥廠粉磨系統(tǒng)的標志性技術裝備。現(xiàn)代社會對各種超大型超高層建筑極限的挑戰(zhàn)對作為混 凝土原材料的水泥性能在強度、耐久性和其他物理化學性能上提出了更高的要求。針對現(xiàn)有的 X螢光分析技術必須離線制樣才能分析其成分導致控制周期長的缺點 ,美國 Metrics公司在上世紀 80年代初開發(fā)了在線瞬發(fā)中子分析儀產(chǎn)品及其應用技術 ,在過去 10 年中漸被國際水泥界所接受 ,在一些工廠實現(xiàn)了改善生料成分穩(wěn)定性 ,降低燒 成系統(tǒng)熱耗和省卻預均化取樣站河 北 理 工 大 學 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 5 或生料均化庫的操作效果?，F(xiàn)代新型干法生產(chǎn)技術以顆粒體和粉體為處理對象 ,節(jié)能高效的生產(chǎn)要求導致過程操作的精細化。特別在窯系統(tǒng)中 ,“風、煤、料 ” 匹配的操作原則早已不再停留在老技術慣用的定性描述上 ,而是利用最先進的檢測技術和數(shù)字信息處理技術 ,通過精確檢測、快速信息處理、短周期反饋控制實現(xiàn)最佳穩(wěn)定匹配關系。 設計的要求 本設計包括總體設計和車間設計兩方面。車間設計的主要內(nèi)容是完成日產(chǎn)熟料 3000 噸水泥生產(chǎn)線窯尾車間的設計，包括窯尾系統(tǒng)風量計算；預熱器系統(tǒng)旋風筒級數(shù)的確定及各級旋風筒尺寸的計算；各級旋風筒和全預熱器系統(tǒng)的物料平衡計算；分解爐和三次風管尺寸的計算等。 設計的范圍是以原料從生料均化庫經(jīng)過斗式提升機進入預熱器系統(tǒng)到熟料經(jīng)斜拉鏈進入熟料庫， 圖紙主要為預熱器系統(tǒng)。設計的要求是工藝流程簡單、布局合理、設備選型恰當、能滿足生產(chǎn)的要求，另外還要對自動化要求、環(huán)保要求、是否需要考慮擴建留下余地等問題 [4]。第一次是在礦山初步設計之前的初步配料計算。 熟料熱耗的確定 熟料的熱耗：單位熱耗是指窯系統(tǒng)生產(chǎn)單位熟料產(chǎn)量的實際燒成熱耗。但熟料實際熱耗則遠大于理論熱耗，干法窯熱效率約為 42~%，濕法回轉(zhuǎn)窯的熱效率為~%。 （ 1） 熱耗的 影響因數(shù) :從總體上看燒成熱耗中影響最大的是熱損失 ,如密 封 系統(tǒng)排出廢氣帶走的熱量含損失 ,熟料帶走的熱損失和系統(tǒng)表面散熱等 。 降低系統(tǒng)熱耗的途徑有多方面。二是優(yōu)化系統(tǒng)設計和生產(chǎn)操作，通過采用多級低阻高效旋風預熱器系統(tǒng)，或充分利用預熱器出口廢氣熱含量和出冷卻機余風熱含量，通過低溫廢氣余熱發(fā)電技術，為降低熟料熱耗作貢獻。 耐火材料和保溫材料的正確合理的配套選擇、使用和管理等對降低系統(tǒng)熱 耗至關重要。 （ 2） 國內(nèi)部分廠家熟料熱耗，如下表所示： 河 北 理 工 大 學 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 7 表 21國內(nèi)部分廠家熟料熱耗 廠名 設計能力 / t/d 設計熱耗 / kJ/kg熟料 回轉(zhuǎn)窯規(guī)格 / m 分解爐型式 預熱器規(guī)格 冀東 4000 3308 Φ 74 NSF 四級 寧國 4000 3429 Φ 75 MFC 四級 珠江 4000 SLC 四級 淮海 3500 MFC 四級 柳州 3200 3262 Φ 68 SLC 四級 江西 2020 3763 Φ 4 60 RSP 四級 雙陽 2020 3260 Φ 4 60 DD 順昌 2020 3182 Φ 56 ILC 五級 巢湖 1500 3559 Φ 54 NHE 五級 本溪 1200 3977 Φ 53 類似 KSV 邳縣 720 3977 Φ 3 RSP 五級 表 22國外部分較先進的預分解窯熱平衡主要 項目的數(shù)據(jù) 項目 日本熊谷丁 CSF 丹麥 FLS 日本東谷丁NMFC 日本小野田 RSP 日本赤穗丁 SCS 比利時CCB 墨西哥 窯規(guī)格 /m ф 100 ф 75 ф 63 ф 58 ф 82 ф 90 ф 48 預熱器 四級 四級 五級 五級 五級 五級 六級 熟料生產(chǎn)能力 /t/d 熱耗 / KJ/Kg 3128 3191 2994 3078 2973 2948 據(jù) “ 國標 50295— 1999 水泥工廠設計規(guī)范 ” ，預分解窯生產(chǎn)能力 ≥2020t/d 的熟料熱耗 q≤3220KJ/Kg 熟料（ ≤770cal/kg 熟料），而據(jù) 《 新世紀水泥導報 》 中生產(chǎn)現(xiàn)狀統(tǒng)計、大中型預分解窯的熱耗類比，并結(jié)合設計的特點，因此初定本設計的窯熱耗為： q＝ 3200KJ/Kg 熟料。目前國內(nèi)各水泥企業(yè)的三個率值（見表 21） 表 21 國內(nèi)部分水泥廠資料 Factory house Design the ability/td1 heat consume of clinker/kJkg1 KH SM AM Lu bi 1000 177。 177。 Wan nian qing 2020 177。 177。 177。 Chao hu 1500 177。 177。從理論上講，當 KH= 時，熟料礦物只有 C3S， C3A， C4AF；當 KH 時，無論生產(chǎn)工藝條件多完善，總有游離氧化鈣存在；當 KH=，熟料中只有 C3A、 C4AF、 C2S 而無 C3S。這樣應無 fCaO 存在，但在實際生產(chǎn)中，由于被煅燒物料的性質(zhì)、煅燒溫度、液相量、液相黏度等因素的限制，理論計算和實際情況并不完全一致。 KH 過高，工藝條件難以滿足需要， fCaO 會明顯增加，熟料質(zhì)量反而下降； KH過底， C3S過少，熟料質(zhì)量也會很差。 硅率系數(shù)增加將使易燃性變差 ,因為 Al2O3及Fe2O3含量使得 CaO 及 SiO2可在較低溫度下化合 。 鋁率系數(shù) (IM)： IM= Al2O3/Fe2O3。 熟料 IM=～ 之間最佳 ,易燒性好 ， 偏高時 ， 會產(chǎn)生易燒性變差 。因此可按此配