年产120万吨水泥熟料煅烧设备.docx
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1、确定出规模要求根据设计要求,年产120万吨水泥熟料煅烧设备有立窑和回转窑两大类。立窑由于生产规模小,熟料质量不均匀,劳动生产率低和劳动强度大等缺点,将逐步淘汰。但我国在相当长的一段历史时期内,立窑仍将继续存在。水泥的生产方法按生料制备方法的不同,分为干法,湿法和半干法三大类。将原料先烘干后粉磨或在烘干磨内同时烘干与粉磨成生料粉,喂入干法窑内煅烧成熟料,称为干法生产。如干法中空窑、悬浮预热器窑和预分解窑为干法生产。将生料粉加入适量水分制成生料球,喂入立窑或立波尔窑内煅烧成熟的生产方法为半干法生产。另外,将湿法制备的生料浆脱水后入窑煅烧,称为湿磨干烧,也属半干法生产,亦可将其归入半湿法或湿法。将原
2、料加水粉磨成生料浆后喂入湿法回转窑煅烧成熟料,称为湿法生产。湿法生产由于水分蒸发需要吸收大量气化潜热,因而热耗较高。但湿法粉磨电耗较低,生料易于均化,成分均匀,熟料质量较高,且输送方便,扬尘少,在20世纪30年代得到迅速发展。半干法生产的立波尔窑是回转窑生产史上的重大发展,回转窑热耗降低了50%以上。但由于炉篦子加热机的结构和操作较复杂,物料受热不均匀,熟料的质量较差。随着均化技术的发展、收尘设备的改进和一系列新技术的应用,新型干法生产的熟料质量与湿法相当,由于热耗的大幅度降低和单机生产能力的大幅度提高,以悬浮预热和窑外分解技术为代表的新型干法生产技术逐渐成为水泥生产的主导技术。根据此工艺设计
3、要求,目前结合我国水泥工业具体情况,在大中型长建设中生产方法的选择应尽可能考虑选择新型干法生产。所以确定为新型干法生。石膏掺量的确定石膏的缓凝机理:未加石膏的水泥加水拌和之后之所以会发生快凝,主要是由于熟料中的C3A佷快地溶于水中,迅速生成铝酸钙水化物。从而使水泥浆体很快凝结。为了避免这种不正常的快凝现象,水泥中一般都需加入适量石膏,以调节水泥的凝结时间。适量石膏,对水泥熟料的缓凝作用一般认为是由于水泥水化时,石膏很快与C3A及Ca(OH)2发生反应生成难溶于水的水化硫铝钙(即钙矾石3CaSO4Ca(OH)2)。在C3A粒子表面形成包裹层,阻止了C3A进一步水化,使溶液中铝酸盐的溶解度降低,以
4、致铝酸钙的水化产物不能分离出来。这样,对凝结时间起决定作用的将不是C3A,而是反应较慢的C3S胶体溶液自身浓度的增大,从而延缓了水泥的凝结时间。普通硅酸盐水泥SO3含量为:1.52.5%,又由石膏中SO3含量约为40%,可取普通硅酸盐水泥中石膏的掺入量约为5%。熟料单位热耗确定根据水泥熟料煤的单位热耗GB50443-2075规定水泥厂设计要求日产熟料4000吨及以下q3175KJ/Kg,煤的单位熟料热耗为3150KJ/Kg混合材掺量的确定粉煤灰是火力发电厂燃烧锅炉排出的废渣。我国电力工业是以燃煤为主,每年排出量以达5000万吨以上,随着电力工业的发展,其排出量还将逐步增加,如不加以很好的利用就
5、会占用农田,阻塞江河,污染环境。粉煤灰是具有一定活性的火山灰质混合材料,利用粉煤灰作为水泥混合材料,可增产水泥,降低成本,又可改善水泥的某些性质,变费为宝,化害为利。P硅酸盐的混合材掺加量为小于5%。确定此次设计的混合材为粉煤灰,因为石膏的掺加量为5%左右,所以粉煤灰的掺加量可取30%原料配合比的的确定水泥生产原燃料及配料生产硅酸盐水泥的主要原料为石灰原料和粘土质原料,有时还要根据燃料品质和水泥品种,掺加校正原料以补充某些成分的不足,还可以利用工业废渣作为水泥的原料或混合材料进行生产石灰石原料石灰质原料是指以碳酸钙为主要成分的石灰石、泥灰岩、白垩和贝壳等。石灰石是水泥生产的主要原料,每生产一吨
6、熟料大约需要1.3吨石灰石,生料中80%以上是石灰石黏土质原料黏土质原料主要提供水泥熟料中的碳酸钙是少量的。天然黏土质原料有黄土、黏土、页岩、粉砂岩及河泥等。其中黄土和黏土用得最多。此外,还有粉煤灰、煤矸石等工业废渣。黏土质为细分散的沉积岩,由不同矿物组成,如高岭土、蒙脱石、水云母及其它水化铝硅酸盐校正原料当石灰质原料和黏土质原料配合所得生料成分不能满足配料方案要求时(有的含量不足,有的和含量不足)必须根据所缺少的组分,掺加相应的校正原料(1)硅质校正原料含80%以上(2)铝质校正原料含30%以上(3)铁质校正原料含50%以上水泥熟料的简介硅酸盐水泥熟料主要由四种矿物组成:硅酸三钙(SC3)硅
7、酸二钙(SC2)铝酸三钙(AC3)铁铝酸四钙(AFC4)。硅酸三钙是硅酸盐水泥熟料的主要矿物,其含量通常在5467%。加水调和后硅酸三钙凝结时间正常。水化较快,早期强度高,早强增进率大,28天起强度可达1年强度的80%,为四种矿物中最高的。适当提高硅酸三钙的含量,可以获得高质量的熟料,但是如果含量过高,会给煅烧到来,使熟料中游离氧化钙增加,从而降低水泥强度,甚至影响的水泥的安定性。硅酸三钙水化热较高,所以抗水性较差。硅酸二钙也是硅酸盐水泥熟料的主要的矿物之一。其含量一般在20%左右。水化较慢,早强较低,28天强度仅为1年强的20%左右。但是后期强度高,后强增进率大,1年后可赶上硅酸三钙。水化热
8、较小,抗水性能好。铁铝酸四钙的水化速度在早期介于铝酸三钙合硅酸三钙之间,但随后的发展不如硅酸三钙。它的早期强度类似于铝酸三钙,而后期还能不断增长,类似于硅酸二钙。抗冲击性和抗硫酸盐性能较好。水化热较铝酸三钙低。熟料的率值我国主要采用石灰饱和系数(KH)、硅率(SM)和铝率(IM)三个率值来控制熟料的成分。石灰饱和系数(KH):表示熟料中氧化硅被氧化钙饱和形成硅酸三钙的程度。一般控制在0.860.94之间。KH值越高,SC3的含量越高,SC2含量越低,熟料的质量好,水泥硬化快,早强高,但是生料难烧。KH低,SC2含量多,SC3的含量低,此时易烧,但水泥质量较差,水泥水化慢,早强低。硅率(SM):
9、表示熟料中氧化钙含量与氧化铝、氧化铁之和的质量比。一般控制在1.72.9之间。熟料中硅率过高,煅烧是由于液相量显著减少,造成熟料煅烧困难;特别当氧化钙含量低,硅酸二钙含量多时,熟料易于粉化。硅率过低,则熟料中的硅酸盐矿物太少而影响水泥强度,且由于液相过多,易出现结大块、结炉瘤、结圈等,影响窑的操作。铝率(IM):表示熟料中氧化铝与氧化铁含量的质量比。控制在0.81.8之间。硅率高低,一定程度上反应了水泥煅烧过程中高温液相的粘度。铝率高,熟料中铝酸三钙多,则相应的铁铝酸四钙少,液相粘度大无聊难烧;铝率低,液相粘度小,对硅酸三钙的形成有利,但烧结范围变窄,窑内易结大块,不利于窑的操作。确定原料配合
10、比计算各原料配合比原材料及混合材化学成份名称烧失量SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgO总和石灰石40.643.961.041.6750.911.26100.48砂页岩2.3889.562.251.472.121.0198.79粉煤灰3.9949.1732.246.643.680.5796.29铁矿石1.8550.025.9634.282.741.5396.38烟煤煤灰0.0049.6929.166.306.701.2893.13烟煤工业分析水分(Mar/%)挥发分(Var/%)灰分(Aar/%)固定碳(Car/%)热值(Qar/kJ/kg)2.1621.7324.6051.5122916.
11、50确定熟料率值:要求熟料的三率值为KH=0.890.01, SM=2.60.1, IM=1.60.1。根据参考资料推荐值是KH=0.89, SM=2.60, IM=1.60煤灰掺入量确定Ga=qAyS/(Qy*100)=3.381407%本设计取煤灰掺入量取3.3814%计算原料配合比:设 =96.8% ,则: = =3.3163% =1.63.3273% = 5.3060% = 2.5(5.2839%+3.3273%)=22.4180%=97.5%-(22.4773%+5.2839%+3.3273%)=65.7814%以100kg熟料为基准,列表递减如下:递减法计算步骤其它要求熟料组成22
12、.425.313.3265.783.18-3.39kg煤灰1.641.230.180.920.23差20.774.073.1465.692.94- 127.42kg干石灰石5.051.332.1364.871.61差15.732.751.010.821.34- 12.67kg砂页岩11.340.290.180.270.13差4.382.460.820.551.21- 7.45kg粉煤灰3.662.400.490.270.04差0.720.060.330.281.17-1.49kg铁矿石0.740.090.510.040.02差-0.03-0.030.18-0.231.15计算结果表明,各组分误
13、差已不是太大。所以原料各组分的配合比为:干石灰石=127.419/(127.419+0+12.66738+7.451402+1.49028)x100%=85.5%干沙页岩=12.66738/(127.419+0+12.66738+7.451402+1.49028)x100%=8.5%干粉煤灰=7.451402/(127.419+0+12.66738+7.451402+1.49028)x100%=5%干铁矿石=1.49028/(127.419+0+12.66738+7.451402+1.49028)x100%=1%验证熟料的三个率值名称配比烧失量石灰石85.5034.753.390.891.43
14、43.53砂页岩8.500.207.610.190.130.18粉煤灰5.500.0.222.701.770.370.20铁粉0.500.010.250.030.170.01生料10035.1813.952.882.0943.92煤灰的参入量 = 3.3814%,则灼烧生料的配合比为100-3.3814%=96.6186%。以此计算熟料的化学成分熟料化学成分名称配合比灼烧生料97.6220.804.303.1165.47煤灰3.381.680.990.210.23熟料100.0022.485.283.3365.70则熟料的率值计算如下:=0.8835=2.5408=1.5238可见上述的率值都
15、在误差允许的范围内,所以得出的各干原料的配合比为: 石灰石 82.9%,砂页岩 8.50%,粉煤灰5.50%,铁粉 0.50%。计算湿原料的配比:已知各原料的含水量为:石灰石 1%,砂页岩3%,粉煤灰0.5%,铁粉 4%。则湿原料的质量配合比为:湿石灰石=86.36%湿砂页岩=8.76%湿粉煤灰=5.03%湿铁粉=0.52%将上述质量比换算为百分比:湿石灰石=85.79%湿砂页岩=8.69%湿粉煤灰=5.00%湿铁粉=0.52%综上所述:最终确定各原料的湿物料配合比为:石灰石 85.79%,砂页岩 8.69%,粉煤灰 5.00%,铁粉 0.52%窑规格的选择和产量的标定窑型的选择:目前所用回转
16、窑煅烧熟料的设备,按生料制备方法分有湿法窑、半干法窑和干法窑,湿法窑是湿法制成生料后,其生料以料浆形式入窑的熟料生产方法。由于其料浆水量达35%左右,因此在入窑后需要消耗大量的热量用以蒸发水分,固然能耗较高。半干法窑,一般是生料以湿法形式制成,料浆在入窑前经过压滤后形成含水量约15%-20%左右的料饼后,经烘干,破碎后在入窑煅烧,能耗一般较湿法窑低。干法窑是干法制备生料,生料以干粉状态入窑煅烧方。由于其生料含水量极地,因而大大地节约了煤耗,干法窑又分为悬浮预热窑和新型干法窑,两者的区别仅在于是否带有分解炉,而新型干法窑药尾带一个用于碳酸钙分解的分解炉。由于湿法窑比新型的悬浮预热窑和预分解窑,煅
17、烧熟料的热耗高,世界各国水泥工业都从节能出发,逐渐用新型干发窑取代湿法窑,并对已有的湿法生产工艺进行彻底的改造。预分解窑是在悬浮预热窑基础上发展起来的,它是在悬浮预热器与回转窑之间增设分解炉,在分解炉中加入占总用量50%-60%的燃料,使燃料燃烧的放热过程与生料碳酸钙分解的吸热过程在悬浮态或沸腾态下迅速地进行,从而使入窑生料的分解率从悬浮预热窑的30%-40%提高到85%-95%,使窑的热负荷大为减轻,窑的寿命延长,而窑产量却可成倍增长,与悬浮预热窑相比,在单机产量相同的条件下,预分解窑具有体型小,占地面积减少,制造运输和安装容易,基建投资较低,且由于一半以上的燃料是在温度较低的分解炉内燃烧,
18、产生的有害气体NOx较少,减少对大气的污染。窑规格的选择要求的生产能力为日产熟料2500吨窑产量的标定所选择的窑规格为4.060m,所以,=D - 2 = 4.020.15 = 3.7则根据日本水泥协会推荐公式可计算窑的产量为: t/h要求的产量为日产2500 t水泥,设计的窑产量为时产110t熟料,满足所需生产要求外,还有富余,故可进一步扩大生产规模。所以最终确定窑规格为:4.060m。物料平衡的计算烧成系统的生产能力熟料小时产量:=104.2 (t/h)熟料日产量: =24=24104=2500.8(t/d)熟料年产量: =8760=876080%104 =730233.6(t/y)工厂的
19、生产能力水泥年产量:=803117(t/y) 水泥日产量: =2750 (t/d)水泥小时产量: (t/h) 原料消耗定额 考虑煤灰掺入时,1t熟料的干生料理论消耗量=1.49(t/t熟料)其中: I干生料的烧失量(%) S煤灰参入量,以熟料百分数表示(%) 考虑煤灰参入时,1t熟料的干生料的消耗定额 =1.54(t/t熟料) 式中:生料的生产损失(%),本设计中取1% 各种干原料消耗定额 式中 : 各种原料的消耗定额(t/t熟料)干生料消耗定额(t/t熟料)生料中该原料的配合比(%) 所以,各干原料的消耗定额为: 1.5485.5%=1.32(t/t熟料) =1.548.5%=0.13(t/
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