日產4000噸分解爐課程設計

1、課程設計說明書日產4000噸熟料現(xiàn)代化干法生產水泥廠設計（重點車間：分解爐） 學 院： 材料科學與工程學院 課程名稱： 制品機械設備課程設計 專業(yè)班級： 無機非金屬材料工程班 學生姓名： 學 號： 指導教師： 摘 要 水泥是社會經濟發(fā)展最重要的建筑材料之一，在今后幾十年甚至是上百年之內仍然是無可替代的基礎材料，對人類生活文明的重要性不言而喻。 現(xiàn)代最先進的水泥生產技術就是新型干法預分解窯。預分解窯是在懸浮預熱器與回轉窯之間增設分解爐，在分解爐中加入占總用量50%-60%的燃料，使燃料燃燒的過程與生料碳酸鹽分解的吸熱過程在懸浮狀態(tài)或沸騰狀態(tài)下迅速進行，從而使入窯生料的分解率從懸浮預熱窯的30%-

2、40%提高到85%-90%，使窯的熱負荷大為減輕，窯的壽命延長，而窯的產量卻可成倍增長。與懸浮預熱器窯相比，在單機產量相同的條件下，預分解窯具有:窯的體積小，占地面積減小，制造、運輸和安裝較易，基建投資較低，且由于一半以上的燃料是在溫度較低的分解爐內燃燒，產生有害氣體NO較少，減少了對大氣的污染。為了符合當今水泥行業(yè)的發(fā)展需求同時也是對大學本科四年所學知識的考查，我選擇了“日產4000噸熟料現(xiàn)代化干法生產水泥廠初步設計”這個課題作為我的畢業(yè)設計課題。設計范圍主要是分解爐，通過配料計算、工藝平衡計算等得出結果，并結合實際對主機及附屬設備進行選型，進而對各種設備進行工藝布置，對全廠的設備進行簡單規(guī)

3、劃。 關鍵詞：水泥；新型干法預分解窯；分解爐設計任務書第一節(jié) 設計目的此次課程設計是進入大學以來的第一次設計課程，也是在參加了生產實習后的一次總結?；谠趯W習了制品機械設備課程設計，并結合本專業(yè)的發(fā)展特色而開設的一項重要的實踐學習環(huán)節(jié)。其目的在于通過課程設計的鍛煉，樹立正確的設計思想，培養(yǎng)我們認真的科學態(tài)度和嚴謹求實的工作作風。在設計過程中培養(yǎng)我們學生掌握繪圖、計算、研究等科學設計方法，提高工程設計計算,鍛煉我們分析解決實際問題的能力。第二節(jié) 設計原則與指導思想1.根據(jù)任務書規(guī)定產品品種、質量、規(guī)模進行設計；2.選擇技術先進、經濟合理的工藝流程和設備；3.主要設備的能力應與生產規(guī)模相適應；4.

4、滿足工藝要求，確保工藝暢通；5.充分考慮安全因素，確保安全生產。第三節(jié) 設計任務本設計的設計任務是：1.建設項目：日產4000噸水泥熟料生產線（重點：分解爐）；2.建廠規(guī)模：日產水泥熟料4000噸；3.產品品種： 普通硅酸鹽水泥4.生產方法：新型干法回轉窯；第四節(jié) 設計內容和要求一、總體設計1、設計的目的和意義；2、初始條件；3、平衡計算；4、設備選型計算二、設計要求的起止日期本課程設計日期為2016年6月13日-6月26日，所有的的設計工作必須如期完成。三、要求設計說明書文字要通順、層次清楚、工藝方案選擇合理、選定的參數(shù)要有依據(jù)、計算正確、各種符號應注有文字說明，必要時列出計算表格；設計說明

5、書文字一般不少于500字；設計說明書格式可參考其他樣式編寫。目 錄1.初始條件11.1 原料的原始資料11.2原料配比計算11.3煤的低位發(fā)熱量計算11.3.1燃料煤的原始資料11.3.2低位發(fā)熱量計算11.2.煤灰摻入量計算11.3.計算干燥原料配合比21.4.計算生料和濕物料的配合比32.物料平衡與熱平衡計算32.1.物料平衡計算42.1.1收入項目52.1.2支出項目92.2熱量平衡計算122.2.1收入項目122.2.2支出項目142.3列出收支熱量平衡方程式152.4物料平衡、熱量平衡表162.4.1物料平衡表162.4.2熱量平衡表172.5主要熱工技術參數(shù)172.5.1水泥熟料的

6、實際燒成熱耗172.5.2窯的發(fā)熱能力172.5.3分解爐的熱負荷172.5.4熟料燒成熱效率182.5.5主要熱工技術參數(shù)一覽表183 分解爐尺寸計算與設計183.1相關參數(shù)183.2分解爐工作風量193.2.1分解爐用燃料產生的煙氣量193.2.2分解爐內釋放出來的CO2量193.2.3入分解爐的出窯廢氣量193.2.4分解爐工作風量193.3分解爐直筒部位的有效截面積AF與有效內徑DF203.4分解爐錐體部有效高度203.5分解爐錐體下端口直徑203.6分解爐的有效高度203.7分解爐直筒部位的有效高度203.8入分解爐三次風管直徑di，進風口寬度a和高度b203.9分解爐生料進料口直徑

7、213.10分解爐燃料進口直徑213.11分解爐主要結構尺寸一覽表214.耐火材料選材計算與散熱計算214.1 耐火襯料的設計理念224.2 材料的主要參數(shù).224.3 厚度計算224.4 散熱量計算224.5 耐火材料厚度對分解爐筒體尺寸的修正22總結：23參考資料231.初始條件1.1 原料的原始資料(%)表1 原料與煤灰的化學成分(%) 數(shù)據(jù) 物料燒失量SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgO總和石灰石41.552.291.860.8450.650.7698.63砂頁巖2.2989.032.382.552.180.6599.08粉煤灰2.4952.9830.295.424.60.5196

8、.29鐵礦石2.7951.396.1730.191.861.8894.28煙煤煤灰04934.097.682.391.694.761.2原料配比計算設定比例為：石灰石 -0.844 砂頁巖 -0.090 粉煤灰 -0.032 鐵礦石 -0.0351.3煤的低位發(fā)熱量計算1.3.1燃料煤的原始資料表2 煤元素分析結果CarHarNarOarSarAarMar65.652.640.993.190.5119.028.01.3.2低位發(fā)熱量計算 1.2.煤灰摻入量計算根據(jù)參考文獻1中p175相關知識，取水泥熟料的實際形成熱q = 3176kJ/kg-熟料，取煤灰沉落率，可知：1.3.計算干燥原料配合比

9、已知假設原料配合比為：石灰石84.4%,砂頁巖9%,粉煤灰3.2%，鐵礦石3.5%，計算生料化學成分 表3 干燥原料配合比物料配合比燒失量SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgO CaO石灰石84.435.072.511.6 0.7142.750.64砂頁巖9 0.21 8.01 0.21 0.230.20.06粉煤灰3.2 0.081.70.970.170.150.02鐵礦石3.5 0.11.80.221.06 0.07 0.07配合生料10035.4614.02 32.1743.17 0.79灼燒生料100.0_ 21.724.65 3.3666.891.22 煤灰參入量Ga=2.47%,

10、則灼燒生料配合比為：100%-2,47%=97.53%.按此計算熟料的化學成分 表4 干燥熟料配合比名稱配比燒失量SiO2Al2O3Fe2O3CaOCaO無灰熟料97.5321.184.543.2865.241.19煤灰2.471.210.840.190.060.01熟料10022.395.383.4765.31.23由此計算熟料率值：KH=（ CaO-1.65×Al2O3-0.35 Fe2O3 ）/(2.8×SiO2) =(65.3-1.65×5.38-0.35×3.47)/(2.8×22.39)=0.881SM= SiO2/( Al2O3+

11、 Fe2O3)=22.39/(5.38+3.47)=2.53 IM= Al2O3/ Fe2O3=5.38/3.47=1.55經比較可得該率值符合標準，及該配比符合標準。1.4.計算生料和濕物料的配合比 生料的配比：石灰石 = 84.4/(84.4+9+3.5) ×100%=87.1%頁巖石=9/(84.4+9+3.5) ×100%=9.3%鐵礦石=（100-87.1-9.3）%=3.6%干生料燒失量Ls = Ls 濕基配比：根據(jù)原始資料知入磨各原料水分分別為：石灰石1%，粘土1%，鐵粉4.00%，則入磨濕基配比計算如表3.1所示：表5 濕基物料配比及計算過程名稱濕基用量（份

12、）濕基配比（%）石灰石砂頁巖 鐵礦石合計97.99100 計算濕物料水分含量： 2.物料平衡與熱平衡計算：（1）溫度a. 入預熱器生料溫度：50；b. 入窯回灰溫度：50；c. 入窯一次空氣溫度：30；d. 入窯二次空氣溫度：1300；e. 環(huán)境溫度：30；f. 入窯、分解爐燃料溫度：60；g. 入分解爐三次空氣溫度：1100；h. 氣力提升泵輸送生料空氣溫度：50；i. 熟料出窯溫度：1360；j. 廢氣出預熱器溫度：290；k. 飛灰出預熱器溫度：330；（2）入窯風量比（%）分別取K1=8，K2=90，K3=2；（3）燃料比（%）回轉窯（Ky）：分解爐（KF）=40:60；（4）出預熱器

13、飛灰量：0.1 kg/kg熟料；（5）出預熱器飛灰燒失量：35.0%；（6）各處過?？諝庀禂?shù)：窯尾：=1.05 分解爐混合室出口：=1.15 預熱器出口：=1.3;其中：預熱器漏風量占理論空氣量的比例=0.1，氣力提升泵喂料帶入空氣量占理論空氣量的比例=0.09，折合料風比為19.8 kg/Nm³；（7）分解爐及窯尾漏氣量（包括分解爐一次空氣量）占分解爐用燃料理論空氣量的比例=0.05；（8）電收塵和增濕塔綜合收塵效率為99.99%；（9）系統(tǒng)表面散熱損失：430 kJ/kg熟料;(10) 生料水分含量：1.11%(11) 窯的日產量：4000t/d(或166.67t/h)。2.1.

14、物料平衡計算基準：1kg熟料，溫度：0。范圍：回轉窯分解爐預熱器系統(tǒng)。根據(jù)確定的基準和范圍，繪制物料平衡圖如下：圖1 物料平衡圖2.1.1收入項目按參考文獻2 118頁中的方法，可知：2.1.1.1燃料總消耗量：mr（kg/kg熟料） 窯頭燃料量： 分解爐燃料量：2.1.1.2生料消耗量、入預熱器物料量 干生料理論消耗量：式中：燃料飛灰摻入量，取100%。 出電收塵飛損量及回灰量： 考慮飛損后干生料實際消耗量： 考慮飛損后濕生料實際消耗量： 入預熱器物料量：2.1.1.3入窯系統(tǒng)空氣量根據(jù)參考文獻3 242 頁中介紹的計算方法： 燃料燃燒理論空氣量： 入窯實際干空氣量：其中，入窯一次空氣量，二

15、次空氣量及漏風量： 分解爐從冷卻機抽空氣量： 出分解爐混合室過?？諝饬浚?分解爐燃料燃燒空氣量： 窯尾過剩空氣量： 分解爐及窯尾漏入的空氣量： 分解爐從冷卻機抽空氣量：氣力提升泵喂料帶入空氣量： 漏入空氣量：預熱器漏入空氣量：窯尾系統(tǒng)漏入空氣總量：全系統(tǒng)漏入空氣總量：2.1.2支出項目2.1.2.1熟料量：Msh = 1kg2.1.2.2出預熱器廢氣量 生料中物理水含量： 生料中化學水含量： 生料分解放出CO2氣體量：燃料燃燒生成理論煙氣量: 煙氣中過?？諝饬浚浩渲校?總廢氣量： 2.1.2.3出預熱器飛灰量2.2熱量平衡計算按參考文獻2 121 頁中的方法，可知：圖2 熱平衡圖2.2.1收入

16、項目 根據(jù)文獻8中相關知識計算：2.2.1.1燃料燃燒化學熱2.2.1.2燃料帶入物理熱（060時熟料平均比熱Cr = 1.154kJ/kg·）2.2.1.3生料帶入物理熱（050時，水的平均比熱Cw = 4.182kJ/kg·，干生料平均比熱Cs=0.878kJ/kg熟料）2.2.1.4入窯回灰?guī)霟崃浚?50時，回灰平均比熱Cyh = 0.836 kJ/kg·）2.2.1.5空氣帶入熱量 入窯一次風溫：（030時，空氣平均比熱Cy1k = 1.298 kJ/Nm3·） 入窯二次風溫：（01300時，空氣平均比熱Cy2k = 1.443 kJ/Nm3&

17、#183;） 入分解爐三次風溫：（01100時，空氣平均比熱CF2K = 1.422 kJ/Nm3·） 氣力提升泵喂料空氣帶入熱量：（050時，空氣平均比熱Csk = 1.299kJ/Nm3·） 系統(tǒng)漏風帶入熱量：（030時，空氣平均比熱CLOK = 1.298kJ/Nm3·）2.2.1.6總收入熱量2.2.2支出項目2.2.2.1熟料形成熱按參考文獻2 121 頁中的方法2.2.2.2蒸發(fā)生料中水分耗熱量（50時，水的汽化熱qqh = 2380kJ/kg）2.2.2.3廢氣帶走熱量（0290時，CO2、N2、H2O、O2、SO2平均比熱分別為1.870kJ/kg

18、·、1.310 kJ/kg·、1.530 kJ/kg·、1.351kJ/kg·、1.950kJ/kg·）2.2.2.4出窯熟料帶走熱量（01360時，熟料平均比熱Csh = 1.078kJ/kg·）2.2.2.5出預熱器飛灰?guī)ё邿崃浚?330時，飛灰平均比熱Cfh = 0.895kJ/kg·）2.2.2.6系統(tǒng)表面散熱損失根據(jù)相關資料，設定：2.2.2.7支出總熱量2.3列出收支熱量平衡方程式。即：燒成1kg熟料需要消耗0.1174kg燃料。求得燃料的消耗量后，即可列出物料平衡列表和熱量平衡表，并計算一些主要熱工技術參數(shù)。2

19、.4物料平衡、熱量平衡表2.4.1物料平衡表（單位：kg/kg熟料）表6 物料平衡表：收入項目數(shù)量支出項目數(shù)量燃料消耗量0.11743.88%熟料量1.00 33.19%入預熱器生料值1.624 53.80%出預熱器飛灰量0.100 3.32%入窯實際干空氣量0.409 13.57%出預熱器廢氣量分解爐抽空氣量0.682 22.60%生料物理水0.0156 0.52%氣力提升泵送空氣量0.0878 2.91%生料化學水0.0189 0.63%窯尾系統(tǒng)漏人空氣量0.09793.24%生料分解CO20.521 17.29%燃料理論煙氣量1.065 35.35%煙氣過?？諝饬?.292 9.70%合

20、計3.0177 100.00%合計3.013100.00%2.4.2熱量平衡表（單位：kg/kg熟料）表7 熱量平衡表收入項目數(shù)量支出項目數(shù)量燃料燃燒熱2874.23766.56%熟料形成熱1787.291 41.59%燃料顯熱8.1290.19%蒸發(fā)生料水分耗熱85.6281.92%生料帶入熱70.081 1.62%廢氣帶出熱量528.08112.14%回灰?guī)霟?.18 0.10%熟料帶出熱量1466.08 33.77%入窯一次空氣帶入熱0.988 0.02%飛灰?guī)С鰺崃?9.5350.68%入窯二次空氣帶入熱535.557 12.31%系統(tǒng)散熱損失430.00 9.90%入分解爐空氣帶入

21、熱826.918 19.01%氣力提升泵風帶入熱4.4150.10%系統(tǒng)總漏風帶入熱4.0870.09%合計4328.592100.00%合計4341.722100.00%2.5主要熱工技術參數(shù)根據(jù)參考文獻4中p22頁的公式，計算主要熱工技術參數(shù)如下：2.5.1水泥熟料的實際燒成熱耗2.5.2窯的發(fā)熱能力： 2.5.3分解爐的熱負荷2.5.4熟料燒成熱效率2.5.5主要熱工技術參數(shù)一覽表表8 主要熱工技術參數(shù)一覽表回轉窯的發(fā)熱能力Qyr (kJ/h)19.16×107分解爐的熱負荷QFr (kJ/h) 28.74×107實際燒成熱耗q (kJ/kg)2874.237理論熱耗

22、Qsh (kJ/kg)1787.291熟料燒成熱效率s62.18煤耗 (kg/kg)0.11743 分解爐尺寸計算與設計3.1相關參數(shù)表3-1 相關參數(shù)（按參考文獻5中p84頁及參考文獻5相關知識，選擇CDC-I型分解爐。）表9 相關參數(shù)整個燒成系統(tǒng)的熟料產量166.67入窯生料的表觀分解率90入窯生料的真實分解率70分解爐內截面風速9.0分解爐內氣流滯留時間3.0分解爐噴口處的氣流速度20入分解爐風管(三次風管)內的平均風速20分解爐從冷卻機抽空氣量0.52783.2分解爐工作風量3.2.1分解爐用燃料產生的煙氣量3.2.2分解爐內釋放出來的CO2量 普通生料燒成1kg熟料由碳酸鹽分解出來的

23、CO2量計算如下： 分解爐內釋放出來的CO2量計算如下： 3.2.3入分解爐的出窯廢氣量3.2.4分解爐工作風量 取氣體在標準狀態(tài)下的絕對壓強，p0=101325Pa=760mmHg,由已知氣壓為720mmHg 假設分解爐內的負壓，t為分解爐內的平均溫度，取1000。計算如下：3.3分解爐直筒部位的有效截面積AF與有效內徑DF3.4分解爐錐體部有效高度3.5分解爐錐體下端口直徑3.6分解爐的有效高度3.7分解爐直筒部位的有效高度 3.8入分解爐三次風管直徑di，進風口寬度a和高度b3.9分解爐生料進料口直徑 因CDC-分解爐有4根預熱生料進料管，所以：3.10分解爐燃料進口直徑 因CDC-分解

24、爐有4根燃料進料管，所以：3.11分解爐主要結構尺寸一覽表表10 分解爐主要結構尺寸一覽表AF(m2)DF(m)H(m)H1(m)H2(m)dF(m)di(m)ds(m)dr(m)21.3105.2102723.8743.1261.2933.9780.6420.1384.耐火材料選材計算與散熱計算4.1 耐火襯料的設計理念 根據(jù)參考資料6 中p165，耐火材料的耐高溫和隔熱保溫性能對于預熱器系統(tǒng)非常重要，本設計中對下面幾級預熱器以及聯(lián)結管道、分解爐可以采用耐堿的及耐磨的粘土磚。中間層為隔熱層厚度取 。，最外層為鋼板，厚度取 。4.2 材料的主要參數(shù) 根據(jù)參考資料7中的相關知識，設定一下參數(shù)：

25、隔熱層導熱系數(shù)：4.3 厚度計算 假設：鋼板內側直徑為： 分解爐直筒部位外徑為： 隔熱復合層內直徑為： 粘土磚的厚度為： 根據(jù)6分解爐結構尺寸計算與設計可知，分解爐直筒部位的有效內徑為：DF=5.210(m) 查閱參考資料6 中p38 表2.4，取耐火材料與直筒部位的內徑比值,則粘土磚的厚度為： 所以取 4.4 散熱量計算 取耐火粘土磚內壁溫度為tw1=800，外壁溫度為 tw2=80。則粘土磚的導熱系數(shù)為： 根據(jù)以上參數(shù)，由公式可計算出分解爐耐火材料和鋼板的單位傳熱量即散熱量為：4.5 耐火材料厚度對分解爐筒體尺寸的修正耐火材料在分解爐內表面均勻鋪蓋，考慮其厚度得到分解爐的實際技術尺寸，如下

26、表：表11 分解爐的實際技術尺寸項目理論尺寸/內尺寸(mm)修正尺寸/外尺寸(mm)分解爐直筒部分直徑DF43205210高度H12201523874分解爐錐體部分下端口直徑dF12021293高度H231263126三次風管直徑di24332877生料進料口直徑ds640642噴煤管直徑dr137138總 結 制品機械設備課程設計已接近尾聲了，兩個星期的課程設計訓練既短暫且漫長，恍惚之間所有的工作已經完成，其中的點點滴滴累積了一個漫長細致的過程。無論是學習知識還是體會過程的心境，都讓人受益匪淺。 這次訓練是對大學三年級所學的專業(yè)課知識及很多相關知識的綜合運用，全面的考察了我們對所學知識的綜合運用能力，涉及了很多內容，有無機非金屬材料工藝學的配料計算，制品機械設備課程設計的配料平衡計算以及熱平衡計算，無機非金屬材料熱工設備的設備尺寸就散等等。這次制品機械設備課程設計是對以前知識的一次加深和認識，也是對所學的知識進行綜合運用，更是培養(yǎng)了我們掌握知識、綜合運用知識和綜合素質的能力。所以從剛開始的認識起，一步步走來是一個從無到有，不斷摸索的過程。在這過程中，當然會遇到各種各樣的問題和麻煩，需要我們去尋找各種可能的解決方法，查找相關