日产5000t水泥熟料NSP窑的设计(说明书)

洛阳理工学院
课程设计说明书
课程名称：新型干法水泥生产技术与设备设计课题：5000t/d水泥熟料NSP窑的设计专业：无机非金属材料工程
班级：
学号：
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成绩：
指导教师（签名）：
年月日
课程设计任务书
设计课题：5000t/d水泥熟料NSP窑的设计
一、课题内容及要求：
1.物料平衡计算
2.热平衡计算
3.窑的规格计算确定
4.主要热工技术参数计算
5.NSP窑初步设计：工艺布置与工艺布置图（窑中）
二、课题任务及工作量
1.设计说明书（不少于1万字，打印）
2.NSP窑初步设计工艺布置图（1号图纸1张，手画）
三、课题阶段进度安排
1.第15周：确定窑规格、物料平衡与热平衡计算、主要热工参数计算
2.第16周：NSP窑工艺布置绘图
四、课题参考资料
李海涛. 新型干法水泥生产技术与设备[M].化学工业出版社
严生.新型干法水泥厂工艺设计手册[M].中国建材工业出版社
金容容.水泥厂工艺设计概论[M].武汉理工大学出版社
2011.5.3
设计原始资料一、物料化学成分（%）
二、煤的工业分析及元素分析
三、热工参数
1. 温度
a. 入预热器生料温度：50℃；
b. 入窑回灰温度：50℃；
c. 入窑一次风温度：20℃；
d. 入窑二次风温度：1100℃；
e. 环境温度：20℃；
f. 入窑、分解炉燃料温度：60℃；
g. 入分解炉三次风温度：900℃；
h. 出窑熟料温度：1360℃；
i. 废气出预热器温度：330℃；
j. 出预热器飞灰温度：300℃；
2. 入窑风量比(％)。

一次风(K
1)：二次风(K
2
)：窑头漏风(K
3
)＝
10:85:5；
3. 燃料比(％)。

回转窑(K
y )：分解护(K
F
)＝40:60；
4. 出预热器飞灰量：0.1kg/kg熟料；
5. 出预热器飞灰烧失量：35.20％；
6. 各处过剩空气系数：
窑尾α
y ＝l.05；分解炉出口α
L
＝1.15；预热器出口α
f
＝1.40；
7.入窑生料采用提升机输送；
8.漏风：
预热器漏风量占理论空气量的比例K
4
＝0.16；
分解炉及窑尾漏风（包括分解炉一次空气量），占分解炉用燃料
理论空气量的比例K
6
＝0.05；
9. 袋收尘和增湿塔综合收尘效率为99.9％；
10. 熟料形成热：根据简易公式（6－20）计算；
11. 系统表面散热损失：460kJ/kg熟料；
12. 生料水分：0.2％；
13. 窑的设计产量：5000t/d(或208.33t/h)。

四、其它
1、年平均气温 20℃
2、当地气压 100258Pa
相关资料及计算公式：
一、物料平衡、热平衡计算
物料平衡图
热量平衡图
（1）收入项目
①燃料总消耗量m r (kg/kg)
其中，窑头燃料量m K m r y yr =,分解炉燃料量m K m r F Fr =。

②生料消耗量、入预热器物料量 a.干生料理论消耗量
（根据水分及其他容易烧失挥发量列如下式子）
m m L A m m r r
s ar r gsL a 401.0560.188.35100171.25100100100-=-⨯⨯-=--=
式中 a —燃料灰分参入量，100%
b.出电尘飞损量及回灰量
kg kg m m fh Fh /0001.0)999.01(1.0)1(=-⨯=-=η kg kg m m m Fh fh yh /10
.00001.01.0=-=-=
c.考虑飞损后干生料实际消耗量
88.351002
.35100001.0401.0560.1100100--⨯+-=--+=m L L m m m r
s fh Fh gsl gs kg kg m r /401.0560.1-= d.考虑飞损后生料实际消耗量
kg
kg m m w m m r
r s ys
s /402.0563.12
.0100100
)401.0560.1(100100-=-⨯-=-=
e.入预热器物料量
`入预热热量=m m yh s +
=1.563-0.402m r +0.100=1.663-0.402m r kg/kg ③入窑系统空气量 a.燃料燃烧理论空气量
根据其燃料中的元素分析 C,H,S 需要消耗o 2 kg Kmol o
O S H C V
ar ar ar ar 100/)323221
212(*
-+⨯+=
故1kg 固体煤燃料燃烧所需理论氧气量V
o 0
2
量为:
1004
.22)32132412(1004.22*
22⨯-++=⨯
=O S H C V
V ar ar ar ar o o 因空气的组分 79:21:22=N O
燃料燃烧理论空气量 21
100
'2⨯
=V
V o lk
=)(033.0267.0089.0O S H C ar ar ar ar -++
=0.089⨯60.10+0.267⨯3.96+0.303⨯(0.35-7.91)
=6.157 kg m /3 (标准状态)
m lk '=1.293V lk '
=1.293⨯6.157=7.961 kg/kg 煤
b.入窑实际干空气量
m m K V m V V r r y lk y yr lk y yk 40.0157.605.1'
'⨯⨯===αα
=kg m m r
/586.23
（标准状态）
kg kg m m V m r
r
yk
yk
/344.3586.2293.1293.1=⨯==
其中，入窑一次空气量、二次空气量、三次空气量及漏风量分别为： V V K V yk yk yk 10.011== V V K V yk yk yk 85.022== V V K V yk yk yk 05.033== c.分解炉从冷却机抽空气量
○
a 出分解炉混合室过剩空气量 m m m V V r
r r lk L 924.0157.6)115.1()1('
1=⨯-=-=αkg m /3
（标准状态）
○
b .分解炉燃料燃烧空气量
m m K V m V V r r F lk Fr lk 60.0157.6'
'
2⨯===
=kg
m
m r
3
694.3 （标准状态）
○
c .窑尾过剩空气量 m K V m V V r y lk y yr lk y '
'
3)1()1(-=-=αα
=（1.05-1）⨯6.157⨯0.40⨯m r =0.123m r kg
m
3
(标准状态)
○
d .分解炉及窑尾漏人空气量 m m K V K m V K V r r F lk Fr lk 60.0157.605.0'
6'
64⨯⨯===
=0.185m r kg m /3
○
e .分解炉冷却机抽空气量 V V V V V k F 43212--+=
=0.924m r +3.694m r -0.123m r -0.185m r =4.310m r kg m 3
d.漏人空气量
预热器漏人空气量为
kg
m
m m m V K V r r r lk 3
'
45985.0157.616.0=⨯==
窑尾系统混入空气总量为
)(170.1985.0185.03
542标准状态kg
m
m m m V V V r r r lok =+=+=
全系统漏人空气量为
)
(299.1170.1586.205.03
21标准状态kg
m
m m m V V V
r
r r lok lok lok
=+⨯=+= kg kg m m V m r r lok lok /680.1299.1293.1293.1=⨯==
⑵ 支出项目
①熟料：kg m sh 1=
②出预热器废气量 a.生料中物理水含量
kg kg m m w
m m r r s
s
ws 001.0003.0100
2
.0)402.0563.1(100
-=⨯
-==
)(001.0004.0804
.0001.0003.0804
.03
标准状态kg
m m m m
V
r
r
ws
ws
-=-=
=
b.生料中化学水的含量
(以生料中高岭石O H O Si O Al 2
2
3222••分解的水为生料中化
学水的含量 ) O H O Si
O Al 2
2
3222••--O Al 3
2
--O H 2
2
102 36
O Al s 32 O H s
2
O H s
2=O Al O
Al s
s
323
2
00353.010236
=⨯ 故
kg
kg m m O Al m m r
r s
gs hs 004.0017.003.3)401.0560.1(00353.000353.032-=⨯-⨯==)(005.0021.0804
.0004.0017.0804.03
标准状态kg
m m m m
V
r
r
hs
hs
-=-==
c.生料分解放出CO 2气体量
42.353.404429.0564468.442
2
2=⨯+⨯=+=M
M MgO M M CaO
CO MgO
s
CaO s
co co
100
20.350001.010042.35)4011.0560.1(1001002
2
⨯-⨯-=-=m L m CO m m r
fh
ff gs s
co =kg
m m r
3
142.0552.0-
)
(072.0279.0977
.1142.0552.0977
.13
2
2
标准状态kg
co
co
m
m m m V r
r
s
s
-=-=
=
d.燃料燃烧生成理论烟气量
)(122.1100
10.60124.22100124.223
2标准状态kg
co m
m m m C V r r r ar r
=⨯=⨯=
m m m N m V V r
r r ar r r
lk r
N
100
97
.0284.22157.679.0100284.2279.02
⨯+⨯=+
= )(872.43
标准状态kg
m
m r
=
m m W H V r
r ar ar r
H
)10000
.1184.2210096.324.22(100184.2210024.22O
2
⨯+⨯=⨯+⨯= =)(456.03
标准状态kg
m
m r
)(002.010035.0324.22100324.223
2标准状态kg
SO m
m m m S V r
r r ar r
=⨯=⨯=
m V
V
V
V
V
r r
r
O r
r
r
SO H N CO )002.0456.0872.4122.1(2
2
2
2
+++=+++=
=)(452.63
标准状态kg
m
m r
（根据理论空气量质量与煤中除最后的灰分之外的物质的质量之和为生成理论烟气量质量）
)
(704.8)100
71.251961.7()100
1(3
'
标准状态kg
m
m m m A m m r
r r
ar
lk r
=-+=-+=e.烟气中过剩空气量
)
(463.2157.6)140.1()1(3
'
标准状态kg
m
m m m V V
r
r r lk f k
=⨯-=-=α
)(185.3293.1463.2293.13
标准状态kg
m m m V
m r
r k
k
=⨯=⨯=
其中，有
)(946.1463.279.079.03
2
标准状态＝kg
N m
m m V V r
r k
k
=⨯=
)(433.24
.2228946.14.222822标准状态kg
kg
N N m V m r k
k =⨯=⨯
=
)(517.0463.221.021.03
2
标准状态kg
O
m
m m V V r
r k
k
=⨯==
kg
kg
O O m V m r k
k 739.04.2232517.04.223222=⨯=⨯
=
f.总废气量
V V V V V SO O N CO f 2222+++=
=004.0()946.1872.4()122.1072.0279.0(++++-m m m m r r r r
m m m m m r r r r r 002.0517.0)456.0005.0021.0001.0+++-+- =)(837.8304.03
标准状态kg
m
m r +
③出预热器飞灰量
kg
kg
m fh 100
.0=
热平衡计算如下。

（1）收入项目 ①燃料燃烧生成热
kg kJ m Q m Q r ar
net r rR
23614,==
②燃料带入显热
=Q r
m r =t c r r m r m r 240.6960154.1=⨯⨯kg kJ
[0~60C o 时熟料平均比热容c r =1.154).C kg kJ o ]
③熟料带入热量
m m t c m c m Q r r s w ws s gs S
1.695018
2.4001.000
3.0(878.0)401.0560.1()(=⨯⨯-+⨯-=+=[0~50C O 时，水的平均比热容).(182.4C kg kJ o w c =] ④入窑回灰带入热量
180.450836.0100.0=⨯⨯==t c m Q yh yh yh yh
kg kJ
[0~50C o 时，回灰平均比热容).(836.0C kg kJ o yh c =]
⑤空气带入热量
a.入窑一次空气带入热量
kg
kJ m m t C V t C V Q r r k y k y yk k y k y k y k
y 708.620298.1586.210.010.0111111=⨯⨯⨯===[0~20C o 时，空气平均比热容297.11=C k y ).(3C Nm kJ o ] b.入窑二次空气带入热量
kg
kJ m m t C V t C V Q
r r k y k y yk k y k y k y k
y 268.34381100
422.1586.285.085.0222222=⨯⨯⨯===
[0~1100C o 时，空气平均比热容).(422.132C Nm kJ o k y C =] c.入分解炉二次空气带入热量
kg kJ m m t C V Q r r k F k F k F k
F 8482.5422900398.1310.42222=⨯⨯==
[0~900C o 时，空气平均比热容).(398.132C Nm kJ o k F C =]
d.系统漏风带入热量
692
.3320297.1299.1=⨯⨯==m t C V Q r lok lok lok lok
k g k J m
r
[0~20C o 时，空气平均比热容).(297.13C Nm kJ o lok C =] 总收入热量
kg
kJ m m m m m m m m Q
Q
Q
Q
Q Q Q Q Q r r r r r r r r lok
k
F k
y k
y yh
s
r
rR
zs
941.325662921.73696.33842.5422268.3438708.6180.4813.17111.69240.6923614221+=+++++-++=+++++++=）（
（2）支出项目
①熟料形成热的计算
a.%484.31001
23614%10071.253200.=⨯⨯⨯==
Q
A m ar
net ar A S q (单位熟料热耗q 取值为3200)
b.kg
kJ Al MgO CaO O Fe SiO MgO Al CaO A
A A A k k k k k sh
m Q 240.1773100
1)79.3158.168.032.3062.324.30(484.379.358.148.2212.1759.032.3054.548.683.6604.30109)058.132.3024.30(58.112.1732.30048.604.301093232232=⨯⨯+⨯+⨯⨯-⨯-
⨯-⨯+⨯+⨯+=++--
-+++=
②蒸发生料中水分耗热量
kg
kJ m m m q m m Q
r r r qh
hs ws ss
9.11600.472380
)004.0017.0001.0003.0()(-=⨯-+-=+=
（50C o 时，水的汽化热2380=q qh
kg kJ ）
③废气带走热量 m
m m m m t
C V C
V C V C
V C V Q r
r r r
r
f
SO SO
O O
O H O H N N
co co f
264.4066851.186330]963.1002.0365.1517.1545.1)450.0025.0(310.1818.6891.1)050.1279.0[()(22
2
2
2
2
2
2
2
2
+=⨯⨯+⨯+⨯++⨯+⨯+=++++= [0~330C o 时，各气体平均比热容（标准状态下）：
]
);.963.1);.(365.1);
.(545.1);.(310.1);.(891.1333332
2
2
2
2
C Nm kJ C Nm kJ C Nm kJ C Nm kJ C Nm kJ o SO o O o O H o N o co c c
c c c =====④出窑熟料带走热量
1.14661360078.111=⨯⨯=⨯=t C Q sh sh ysh
kg kJ
[0~1360C o 时，熟料平均比热容078.1=c sh ).C kg kJ o ] ⑤出预热器飞灰带走热量
kg kJ t c m Q fh fh fh fh
34.26300878.0100.0=⨯⨯==
[0~300C o 时，飞灰平均比热容).(878.0C kg kJ o fh c =] ⑥系统表面散热损失 kg kJ Q B
460=
支出总热量为
m m m Q
Q Q
Q Q Q Q
r
r r B
fh
ysh
f
ss
sh
zc
364.405413.396046034.261.1466264.4066851.186)9.1160.47(240.1773+=+++++-+=+++++=（3）列出收支热量平衡方程式 Q Q zc
zs
=
73.291+32566.9 41m r =3960.13+4054.364m r 求得 m r =0.1363kg kg
即烧成1Kg 熟料需要消耗0.1363Kg 燃料。

求得燃料消耗
量后，即可列出物料平衡和热量平衡表（如下）并计算一些主要
热工技术参数
热量平衡表
二、窑的计算
1.窑的规格
⑴ 表示方式
ФD ×L （m ） 如：Ф5×74（m ） D ——回转窑筒体直径，m L ——回转窑筒体长度，m ⑵ 回转窑规格确定
确定回转窑尺寸的大体步骤如下：先根据设计任务书要求的生产能力用经验公式计算出其初步结果，将该初步的计算结果与生产中同类型窑进行比较并作出适当的调整，再用窑内风速、窑内燃烧带截面积热负荷等有关的技术指标进行核实。

一般来说回转窑的窑尾实际风速不应超过10 m/s ，对于窑径大于４ｍ的回转窑，其内燃烧带的标态风速不应大于2Nm/s 。

① 按回转窑产量的经验公式计算窑的尺寸
a. 14
.3D 5.53i
G ＝熟料 D i ——旋窑有效内径，m ；
熟料G ——窑的日产量，t/d 。

m G D i
24.45
.5350005.5314.314.3===熟料 D ＝D i ＋2δ×10－3
D ——旋窑筒体直径，m ； δ——耐火材料厚度，mm
目前，5000t/d 水泥熟料生产线回转窑中的耐火衬料的厚度选择普遍偏高，一般选择230mm 厚，参阅下表。

D 的选取： 根据JC －333《水泥工业用回转窑》，筒体内直径第一系列以0.5m 为间隔，第二系列以0.2m 为间隔。

δ
选用耐火材料的厚度mm
=
230
103
D i
=δ
+
2
D-
⨯
=103
230224.4-⨯⨯+=4.70 m
根据实例及经验选用直径D 为4.8 m
故 窑的实际有效直径D i =4.8-2⨯0.23=4.34 b. 07923.136.15i D L =
L 的选取：根据GB321《优先数和优先数系》，回转窑长度一般取整，且多为偶数。

L =88.7436.1536.1534
.407923
.107923
.1=⨯=D i
m
由实际生产确定窑长为72 m
② 回转窑转速、斜率及功率的确定与计算
回转窑的窑速由实际生产相同的熟料的窑总结得出n=3.5 r/min 回转窑的斜率由实际生产相同的熟料的窑总结得出3.5%
功率L n KD N i ⋅⋅=5.20 （kW ） K ——系数，对于新型干法水泥窑，K ＝0.045～0.048 n ——窑的转速，r/min
此外，选用电动机时，一般还要考虑一定的储备系数，一般为1.15～1.35。

KW L n K D N i 64.474725.3048.034.45
.25.20=⨯⨯⨯=••=
③ 技术参数计算
a.熟料单位烧成热耗
6.32181363.023614.=⨯==Q m Q ar
net r rR
kg kJ
b.熟料烧成热效率
%1.55%1006.321824.1773%100=⨯=⨯=rR sh s Q Q η
c.窑的发热能力
M Q yr yr
=Q ar net .=⨯⨯⨯⨯=3.103.2081363.04.0Q
m K ar
net r y G 23614
=2.68⨯108
h kj
d.烧成带截面热负荷 2
4D Q
q i
yr
A
⨯
=
π
=).(108.134.4785.01082.2622
7
7h m kJ ⨯=⨯⨯ e.烧成带标态风速核算（一般要求小于2Nm/s ）
3600
4
10002⨯⋅⨯⋅=
i yk
i D V G w π
=
s
m 38
.13600
4
1363
.0586.233.208100034.42
=⨯⨯⨯⨯⨯π
s Nm s m w i 238.1<= 符合要求
f.窑尾工态风速核算（一般要求小于10m/s ）
V yw ＝k y r
y V V +＝K y ·6.452m r +（αy -1）·6.157 m r =0.4⨯6.452⨯0.1363+（1.05-1）⨯6.157⨯0.1363 =0.394 kg
m
3
V yw ——窑尾烟气量，m 3/kg 熟料 T yw ——窑尾温度，℃
273
2733600
4
10002w
yw yw
i y T D V G w +•
⨯⋅⨯⋅=
π
s
m 76
.7273
36004
)
1100273(394.033.20810034.42
=⨯⨯⨯+⨯⨯⨯=
π
s
Nm s m w yw 1076
.7<= 符合要求 ④ 窑产量标定 统计公式：
51861.05185.237743.0G L D =
208.18037743.072
8
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185.42773943.113943.11G 72
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不同的时期，不同的统计公式统计出的窑产量标定不同
例证。