年产70万吨普通硅酸盐水泥的-工艺设计--大学论文.doc

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1、目录1.设计任务书21.1设计题目：21.2设计内容：21.3生产的产品与规格：21.4原始资料21.5要求完成的主要任务32. 工艺设计32.1原料配比过程32.1.1煤灰参入量计算42.1.2燃料煤的原始资料42.1.3累加试凑法计算原料配合比42.2物料平衡计算72.2.1烧成车间生产能力和工厂生产能力的计算72.3主机平衡计算142.3.1年平衡法152.4水泥厂工艺设备的选型172.4.1回转窑182.4.2旋风式预热器192.4.3分解炉212.4.4除尘机设备的选择232.4.5冷却机242.4.6破碎机252.4.7烘干机26参考文献291.设计任务书1.1设计题目：题目：年产

2、70万吨普通硅酸盐水泥的工艺设计任务：KH=0.89 SM=2.4 IM=1.9熟料热耗q=3350kj/kg1.2设计内容：重点设计部分：水泥配料计算、物料平衡计算、主机平衡计算1.3生产的产品与规格：序号产品名称年产量（万吨）1年产普通硅酸盐水泥70万1.4原始资料（一）预分解窑系统资料 1、 原料的原始资料 烧失量SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3K2ONa2OH2O石灰石48.131.950.850.4547.320.301粘土4.2565.8215.145.925.160.970.621.120.85铁粉1.4039.272.2648.573.461.543.5煤灰58.

3、6225.389.053.131.582.242、各种物料损失均按3%计算。3、熟料标号50 4、普通硅酸盐水泥，选择合适的石膏掺入量3%和混合材8%掺入量，水泥生产损失P可取35%。（二）烘干机系统资料 1、煤初水分3%，；粘土初水分6%；矿渣初水分8%。应用基水分均为0.2%。2、热源为热风炉产生的热空气或冷却机的回收热空气。3、燃料煤的原始资料煤元素分析结果：收到基（ar）：进行煤质分析化验时，煤样所处的状态为收到该批煤所处的状态。A为灰分；M为水分。成分CarHarNarOarSarAarMar含量70.25.317.20.314.81.2附：1、水泥厂除检修外生产天数：330天。2、

4、 水泥厂主机年利用率可参考文献合适选取。1.5要求完成的主要任务1. 配料计算2. 物料衡算3. 主要设备选型4. 参考文献2. 工艺设计2.1原料配比过程2.1.1煤灰参入量计算查阅参考资料12932页，选取单位熟料耗热q为3350kJ/kg-熟料。2.1.2燃料煤的原始资料煤元素分析结果：【收到基（ar）：进行煤质分析化验时，煤样所处的状态为收到该批煤所处的状态。A为灰分；M为水分。】表1煤中元素的百分比CarHarNarOarSarAarMar70.25.31.07.20.314.81.2将燃料ar基转换为ad基换算系数为100/（100-Mar）=1.002Had= Har0.988=

5、5.31.002=5.311Nad= Nar0.988=1.01.002=1.002Oad= Oar0.988=7.21.002=7.214Sad= Sar0.988=0.31.002=0.3006Aad= Aar0.988=14.81.002=14.829Mad= Mar0.988=1.21.002=1.2024查阅参考资料264页，根据设计任务书中给出的元素分析结果计算的：Qnet,ad=339Cad+1030Had-109（Oad-Sad）-25Mad =33969.358+10305.311-109(7.214-0.3006)-251.2024=28532.63（kJ/kg）计算煤灰掺

6、入量 GA=qAys/Qy100=（335014.829）/(28532.63100)=1.741%煤灰沉落率S取100 2.1.3累加试凑法计算原料配合比表2原料的原始资料成分原料烧失量SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3K2ONa2OH2O石灰石48.131.950.850.4547.320.31粘土4.2565.8215.145.925.160.970.621.120.85铁粉1.439.272.2648.573.461.543.5煤灰58.6225.389.053.131.582.24据参考文献2174页，表10.2预设KH=0.89 SM=2.4 IM=1.9 =98.5%

7、Fe2O3=/(2.8KH+1)(IM+1)SM+2.65IM+1.35=98.5%/(2.80.89+1)(1.9+1)2.4+2.651.9+1.35=3.21%Al2O3=IMFe2O3=1.93.21%=6.10%SiO2=SM(Al2O3 + Fe2O3)=2.4(6.10%+3.21%)=22.34%CaO=-( Al2O3 + SiO2 + Fe2O3)=98.5%-(6.10%+22.34%+3.21%)=66.85%考虑物料损失3%计算得原料与煤灰的化学成分，如下表表原料与煤灰的化学成分%烧失量SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3K2OH2O石灰石49.6192.0

8、010.8760.46448.7840.3091.031粘土4.38167.85615.6086.1035.3200.9990.6391.1550.876铁粉1.44340.4842.33050.0723.5671.5873.605煤灰60.43326.1569.3303.2271.62723.072以100Kg熟料为基准，如下表表累计试凑过程计算步骤SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3K2OH2O合计备注设计熟料成分22.346.103.2166.8598.5煤灰(1.741)1.060.460.160.060.03石灰石(+135.73)2.761.200.6466.910.42

9、1.41(66.85-0.006)0.487=137.15粘土（+28.24）18.544.261.671.450.270.170.320.24(22.34-1.06-2.76)0.678=27.32铁粉（+2.31）0.600.030.740.050.020.05(3.21-0.162-0.64-1.67)0.5=1.48累计熟料成分22.965.953.2168.470.740.170.321.70103.52KH=0.89，SM=2.51，IM=1.85粘土（-0.2）0.080.240.080.080.0160.0080.0160.016KH=0.89，SM=2.43IM=1.88累计

10、熟料成分21.235.703.0368.480.7380.160.301.63101.262注：SM= SiO2/( Al2O3 + Fe2O3)IM= Al2O3/ Fe2O3CaO=-( Al2O3 + SiO2 + Fe2O3)Fe2O3=/(2.8KH+1)(IM+1)SM+2.65IM+1.352.2物料平衡计算2.2.1烧成车间生产能力和工厂生产能力的计算1年平衡法（1）要求的熟料的年产量：Qy=Gy式中Qy要求的熟料年产量（t熟料/年） Gy工厂规模（t水泥/年） d水泥中石膏掺入量（） e水泥中混合材的掺入量（） P水泥的生产损失（），可取为3570万吨普通硅酸盐水泥，石膏掺入

11、量为3，混合材的参入量为8。水泥的生产损失取为4。70万吨普通硅酸盐水泥熟料量为700000（1-0.03-0.08）=623000吨水泥厂每年除去检修的日子生产水泥的天数为330天日产熟料量为623000/330=1888t/dQy=Gy=（100-3-8）700000/（100-4）=648958（t熟料/年）（2）窑的台数：n=式中n窑的台数Qy要求的熟料年产量（t熟料/年）Qh,l所选窑的标定台时产量（t /台h）窑的年利用率，以小时表示。不同窑的年利用率可参考下列数值：湿法窑0.90；传统干法窑0.85；机立窑0.80.85；悬浮预热器窑、预分解窑0.85；7920全年除去检修日子外

12、窑工作的小时数，全年的工作日为330天。参数项目方案生产能力操作转速r/min停留时间min物料负荷率窑内物料量t物料运动功耗KWh/h单位熟料物料耗功KWh/t计算窑衬厚mm单位有效容积产量t/m3D计算简式t/dt/h4.064m斜度:4.0L/D=16235097.64.219.36.442.4206.21.552004.92n=648958/(79200.8597.9)=0.98（3）烧成系统的生产能力可按下列各各式计算：熟料小时产量： =197.9=97.9 (t /h)熟料日产量： =2497.9=2349.9(t /d)熟料年产量：=79200.8597.9=659062.8 (

13、t/y)（4）工厂的生产能力可按下列各式由烧成车间的生产能力求得：水泥小时产量：=（100-4）97.9/ (100-3-8)=105.6(t /h)水泥日产量：=24105.6=2534.4(t /d)水泥年产量：=79200.85105.6=710899.2(t/y)2. 原、燃材料消耗定额的计算（1）、材料消耗定额考虑煤灰掺入时，1t熟料的干生料理论消耗量式中K干干生料理论消耗量（t/t熟料）I干生料的烧失量（%）S煤灰掺入量，以熟料百分数表示（%）单位熟料耗煤量为myr=1.19 kg/kg-熟料S= GAmyr=1.7411.191000/84.03=20.7%（t/t熟料）I=49

14、.57135.73+4.378(28.24-0.2)+1.4422.31 /1.741+135.73(1-0.0103)+(28.24-0.2)(1-0.00876)+2.31(1-0.03608)=41.14%（t/t熟料）考虑煤灰掺入时，1t熟料的干生料理论消耗定额：（t/t熟料）考虑生产损失时，1t熟料的干生料理论消耗定额（t/t熟料）式中K生干生料消耗定额（t/t熟料） P生生料的生产损失（%），一般3%5%各种干原料消耗定额式中K原某种干原料的消耗定额（t/t熟料） x干生料中该原料的配合比名称石灰石粘土铁粉煤灰干生料中该原料的配合比（%）82.6715.500.771.05干原料的

15、消耗定额1.170.220.010.015（2）干石膏消耗定额（t/t熟料）式中Kd干石膏消耗定额（t/t熟料） d、e分别表示水泥中石膏、混合材的掺入量（%）。（3）干混合材消耗定额（t/t熟料）式中Ke干混合材消耗定额（t/t熟料）（4）烧成用干煤消耗定额单位熟料耗热q为3350kJ/kg-熟料，煤的Qnet,ad=28532.63（kJ/kg）式中烧成用干煤消耗定额（t/t熟料） q熟料烧成热耗（kJ/kg熟料） QgDW干煤低位热值（kJ/kg干煤） Pf煤的生产损失（%），一般取3%。（5）烘干用干煤的消耗定额式中Kf烘干某种湿物料用干煤消耗定额（t/t熟料） M湿需烘干的湿物料量，

16、用年平衡法时以t/a表示。 Q烧烧成系统生产能力，用年平衡法时以熟料年产量表示。1、2分别表示烘干前、后物料的含水量（%）q烘蒸发1kg水分的消耗量（kJ/kg水分），可参考烘干机经验数据，而准确的数据应通过具体烘干机的热工计算求得。蒸发1千克水的耗煤量q=lI2/HQyDW=2.561940/0.8520700=0.28kgkg水 干粘土用干煤的消耗定额M粘=25.72Q烧100=0.2572(6-0.2)0.28100/(100-0.2)2813.263(100-4) =0.00000155（t/t熟料）烘干矿渣用干煤的消耗定额M矿=0.0821220107.68=100048.83 (t

17、/y)=0.000000482（t/t熟料）烘干煤用干煤的消耗定额M煤= myrQ烧（t/t熟料）烘干石膏用干煤的消耗定额（t/t熟料）上述各种干物料消耗定额换算为含天然水分的湿物料消耗定额时，可用下式计算：式中K湿，K干分别表示湿物料、干物料消耗定额（kJ/kg熟料）1该湿物料的天然水分（%）。3.、原料、燃料、材料需要量的计算和物料平衡表的编制 将各种物料消耗定额乘以烧成系统生产能力，可求出各种物料的需要量。例如，将湿石灰石消耗定额乘以熟料周产量，便得出石灰石每周需要量；乘以熟料年产量，便得出湿石灰石每年需要量。 将计算结果汇总成物料平衡表，其格式见表3-2表3-2 水泥厂物料平衡表物料名

18、称天然水分生产损失消耗定额（t/t熟料）物料平衡备注干料含天然水分料干料含天然水分料hdahda123456789101112石灰石13.9854.291.171.13114.52749.032907180.56115.5122772.528914934.24粘土2.4611.220.230.2321.53516.912170580.9621.538516.912170580.96铁粉0.820.920.010.020.97923.4967753.680.97923.4967753.68生料17.2767.131.391.40137.063289.441085515.2138.0393312.

19、6361093268.9石膏0.040.00160.040.043.379.2261363.379.226136混合材0.000610.0000240.100.118.8211.2696969.78234.7277457.6熟料0.0020.0411.00297.92349.9659062.898.102354.4776952水泥0.0430.0421.141.1521102640871200111.182668.32880545.6烧成用煤0.000360.000480.010.011.66740.00813202.641.66740.00813202.64烘干用煤0.0000180.000

20、0240.00060.00060.12.47920.12.4792燃煤合计0.000380.00050.0110.0111.76742.40813992.641.76742.40873994.64注：1、采用年平衡法，可不列第8栏和第12栏；采用周平衡法，可不列第9栏和第13栏。2、备注中可列出：生料组分、物料配合比、生熟料消耗定额、烧成热耗和烘干热耗、煤的热值等。2.3主机平衡计算2.3.1年平衡法计算步骤：根据车间工作制度，选取主机的年利用率，并根据物料年平衡量，求出该主机要求的小时产量。式中GH主机要求小时产量（t/h）; Gy物料年平衡量（t/年） 预定的主机年利用率（以小数表示）预定

21、的主机年利用率可根据车间工作制度和主机运转时间用下式求出：或式中K0每年工作周数（周/年） K1每周工作日数（日/周） K2每日工作班数（班/日） K3每班主机运转小时数（小时/班） K 每年工作日数（日/年）水泥厂主机年利用率可参考文献6第43页表3-4主机要求生产能力平衡表主机名称主机年利用率以小数表示年平衡量（t/年）要求主机小时产量（t/h）石灰石破碎机0.48914934.24240.67生料磨0.751093268.9184.05悬浮预热器0.85776952115.4回转窑0.87776952112.8煤磨0.7213994.642.45回转烘干机0.72871200152.8篦

22、式冷却机0.88776952111.48包装机0.77880545.6144.42.4水泥厂工艺设备的选型2.4.1回转窑1回转窑规格的计算 在综合考虑了工厂规模、产品种类、原燃料情况及其它条件，确定了生产方法和窑的类型后，根据所选窑的规格，标定窑的产量，然后根据熟料要求小时产量，确定窑的台数。 标定回转窑产量时，可参考设备说明和用下式计算的结果： D =(G/Ky)0.303式中 G回转窑的产量(吨小时)；G=2136/24=89t/h D回转窑的筒体直径(米) L回转窑的有效长度(米)； Ky经验系数，可参考下列数值： 预分解窑 0.941 取Ky =1 根据参考文献可知日产2136吨的回

23、转窑的L/D可选为15.4， 解得：D=4.3m L=64m根据手册可查得下表：表7回转窑工艺参数参数项目方案生产能力操作转速r/min停留时间min物料负荷率窑内物料量t物料运动功耗KWh/h单位熟料物料耗功KWh/t计算窑衬厚mm单位有效容积产量t/m3D计算简式t/dt/h4.060m斜度：3.53200133.342.831.26.945.1139.61.682003.28根据文献CKP的预粉磨节能机理可知下表NSP窑各带及全窑长径比L/D窑型分解带放热反应带烧成带冷却带L/DNSP窑0.54280.51115L冷却带=0.5 D=4.30.5=15mL烧成带=8D=84.3=34.4

24、mL过渡带=L- L冷却带- L烧成带=60-2.15-34.4=23.55 m回转窑的转速、斜率及功率的计算D=3.94m时 =150mm Di= D-2=4.3-20.18=3.94m N0=K Di2.5n L （kw）K系数 K=0.0450.048Di回转窑的内径(m).L回转窑的有效长度(m)；n窑的转速n=3.9r/min 斜度=3.5 K=0.047 解得：N0=361.5 kw2.4.2旋风式预热器旋风式预热器一般采用四级。但当生料中碱、氯、硫含量超过一定限度后，也有采用一级或二级的；或者增设旁路系统，使部分窑尾废气不经旋风预热器而排出(先经冷却和净化后排入大气)。1旋风筒规

25、格的计算 (1)旋风筒直径以直筒部分横截面计算风速和通过旋风筒的风量来确定，可按下式计算 D=(4396670/3600)/(3.144)0.5=5.92m式中 D旋风筒的直径(m)； Q通过旋风筒的风量(m3s)； 旋风筒计算截面风速(ms)。 目前，国内处旋风筒截面风速大都采用3.54.0m/s。旋风筒进出口风速以及旋风筒进出管道内的风速一般在1820ms左右，据此也可以确定进出口面积及管道直径。（2）旋风筒各部分的尺寸可以根据旋风筒直径来确定，表4-10举例列出旋风筒各部分尺寸与旋风筒直径的关系。表9旋风筒几何尺寸与旋风筒直径D的比值旋风筒几何尺寸比值方案 级 级d1d2bch1h2e0

26、.400.150.340.431.920.800.350.400.150.400.400.730.870.086表10各级旋风筒的参数 级数参数一级旋风筒二级旋风筒三级旋风筒四级旋风筒d12.392.392.392.39d20.790.790.790.79b2.012.012.012.01c2.552.372.372.37h111.374.324.324.32h24.745.155.155.15e2.070.510.510.511)旋风筒进风口横截面积F=V/1(m2)V-进旋风筒的风量(m3s)1-旋风筒的进口风速m/s,一般在1520m/s的范围为宜F=110/18=6.12 (m2)2)

27、进料口旋风筒之间联接管道的尺寸d=（4 Q /2）0.5 一般来说2一般在1020m/s的范围,多数工厂取15m/sd=（4 Q /2）0.5=3.06m2.4.3分解炉1分解炉规格的计算按参考文献无机非金属材料热工设备P97，选择FLS系统分解炉中的SLE型分解炉，取分解炉温度1000，所以分解炉的工作风量为：日产熟料量G= 623000/330=1888t/dkg-熟料/hy-水泥熟料烧成热耗在分解炉中的比例，一般取y=0.7V0-燃料燃烧产生的理论烟气量8.02 (m3kg)Va0-燃料燃烧所需的理论空气量al-分解炉内的过剩空气系数al=1.2mr-单位质量熟料所消耗的煤粉量1.19

28、kg/kgV0fl-燃料燃烧产生的理论烟气量，Nm3/kg-煤V0a-煤粉燃烧所需的理论空气量，Nm3/kg-煤7.48(m3kg)分解炉内实际烟气量VFC=V0+(al-1)Va0mryG=8.02+(1.2-1)7.480.12830.778666.7= 67231Nm3/h在分解炉中碳酸钙放出来CO2量 VCO2=0.27etG/100=148.68(Nm3/h)et-分解炉内生料的真实分解率，在6575 et取70如果出窑废气进入分解炉则得通过分解炉的气体量还应该包括从回转窑窑尾从来的废气流量，即窑气量。此窑气量应等于回转窑窑头燃料燃烧产生的烟气量与入窑生料中剩余的碳酸钙分解产生的CO

29、2量之和。Vk= V0fl+(a-1) V0amr(1-y)G+0.27(100- et)G/100=8.02+（1.2-1）7.480.1283（1-0.7）78666.7+（100-0.7）0.27=49909.6(Nm3/h)a为回转窑内燃烧带内的过剩空气系数1）得到通过分解炉的工作态气体量VfVf=(Vfl+VCO2+Vk)（273.15+t）P0/273.15P =(67231+148.68+49904.6)1673.15 760/273.15(720-760*1000/101325)=766305.96(Nm3/h)t-分解炉内气体温度，一般取1400Vk-回转窑窑尾从来的废气流量

30、，即窑气量。P0-101325kpa=760mmHgp-分解炉内气体绝对压强2）分解炉的有效截面积和内径有效截面积AF=Vf/(3600wf)= 766305.96/(36004.5)=47.3 m2/sSF型分解炉wf在4.56m/s取wf=4.5m/s有效内径DF=（4AF/wf）1/2=(447.3/3.144.5) 1/2=3.7m椎体部分高H2=0.7DF=0.73.7=2.6m3）分解炉的有效高度H的计算取分解炉内轴向平均流速w=4.5m/s 停留时间t=2s分解炉高H=wt=4.52=9m直筒部位的有效高度H1=H-H2=9-2.6=6.4m下料管直径d=0.0019（msG）1

31、/2=0.0019(1.0378666.7) 1/2=0.54m入分解炉风管（三次风管）直径的计算取此处风速w3=17m/s 风温t=740VF2K=5.380mr=5.3800.1283=0.68Nm3/kg-熟料V3a0=GVF2K=78666.70.68=53493.36 m3/sdi=(4V3a0/w3)（273.15+t）/273.151/2=（453493.36）/（3.1417*3600）(273.15+740)/273.151/2=2.05m 根据上述计算结果，分解炉主要尺寸值如下：分解炉的有效内径 DF=3.7m椎体部分有效筒高 H2=2.6m直筒部分有效高度 H1=7.07

32、m分解炉总高度 H=6.4m下料管直径 d=0.54m三次风管直径 di=2.05m2.4.4除尘机设备的选择已知单位熟料耗热q为3350kJ/kg-熟料，煤的Qnet,ad=28532.63（kJ/kg）单位熟料耗煤量为0.1283 kg/kg每小时产的熟料量78666.7kg/h每小时产生的烟气量Va78666.7=748907(m3/h)由参考文献1可选CDWY163- 9790-3/的电除尘器选的除尘设备是电除尘器，在除尘器前加一个增湿塔。由参考文献1可选CAS9生产1 kg熟料用的生料量为1.03kg2.4.5冷却机每小时产的熟料量78666.7kg/h由参考文献3可选3.417.7

33、推动篦式冷却机表11水平推动篦式冷却机的主要参数序号项目单位水平推动篦式冷却机1进入熟料温度120013002出口熟料温度501003冷却熟料空气量Nm3/kg熟料2.83.54二次空气温度6007505冷却时间min15256料层厚度min2503007二次空气热回收率65758用于二次空气的冷空气回收率45559单位面积产量t/m2h0.851.210机械运转电耗kW/t0.4511通风电耗kW/t3.612单位设备重量t/tm2.52.4.6破碎机1、由全厂主机平衡设计确定的破碎车间要求小时产量，是破碎机选型的依据，可依此确定破碎机的规格与台数。2、物料的物理性质，即无聊的硬度、块度、杂

34、质含量与形状。（1）石灰石破碎石灰石破碎系统产量计算G=gG/dntk式中G要求破碎系统的产量，t/h； G。烧成车间年产熟料量，ta g每吨熟料的石灰石耗量，tt（可按物料平衡表取值） d破碎系统全年工作日，按不连续周计，一般280300d n每天工作班数，多数为二班制 t每班工作小时数，可取67h k供料不均衡系数，在10.8之间取值，距矿山近、运输条件好的取上限破碎机的选型开采块度450毫米出料粒度20毫米方案：一段破碎 20001200单转子锤式方案：二段破碎 第一段600900鄂式 第二段12501000反击式开采块度450毫米出料粒度20毫米方案：一段破碎 20001200单转子锤

35、式方案：二段破碎 第一段400600鄂式 第二段1000800锤式或1000700反击式2.4.7烘干机1、烘干机初步确定烘干机尺寸（1）计算每小时的水分蒸发量mm=450kg / h（2）计算烘干机窑机，初步确定烘干机蒸发强度为22.5 kg.(m3.h)-1参考表2-6去烘干机单位容积蒸发强度2040kg，取烘干机L/D=7V=（3.14D2/4）7DD=1.5 L=10.5 初步取1.512回转烘干机一台1.512烘干机容积为V=（3.14D2/4）12=21.2则实际烘干机蒸发强度为A=W/V=450/21.2=21kg.(m3.h)-12烘备干机辅助设（1）鼓风机的尺寸La=11.0

36、9 m3/kgLaM=11.09127=1399.413 m3离心通风机选择型号4-72 机号2.8A 电动机型号Y90s-2 功率1.5kw 地脚螺栓（4套）规格为M8250设空气达到流速15 m/s则（3.14D2/4）u3600=1399.413m3 D=185mm（2）燃烧室燃烧室效率85 机械加煤 回转炉排根据表4-4-H列出表7 三种机械加煤燃烧室的一般特性 回转炉排震动炉排推动炉排不宜结焦煤不宜结焦煤各种煤 50 5080半螺旋线型旁路分离器锅炉3烘干系统热效率烘干机系统包括：鼓风机，燃烧室，烘干机与排烟除尘系统，系统热效率按公式：n总 =（2490+1.8922t3-4.1868t2）/qQDWy100% =2711/0.2820700=46%一般烘干机的效率在40%到57%之间 参考文献1李志坚 水泥工艺学 武汉：