年产50万吨新型干法水泥生产线回转窑工艺设计说明课程设计说明

年产50万吨新型干法水泥生产线回转窑工艺设计说明课程设计说明湖北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题目：年产150万吨回转窑热平衡计算专业：无机非金属材料工程班级：2010级（一）班学号：201040940141姓名：刘成龙成绩：指导教师（签名）：姜老师设计时间： 2012.11.27——2012.12.7原始资料1. 气候条件：（1）当地大气压101.325Kp （2）环境风速0m/s（3）空气干球温度7℃（4）空气相对湿度6％2.物料的性质及工艺要求(1)物料化学成分（%）(2)煤的工业分析及元素分析（%）(3)熟料矿物组成（4）熟料出冷却机温度t Lsh=200℃（5）如要煤粉温度t r=40℃(6) 一次空气入窑温度t y1k=36℃(7)入窑冷却机冷空气温度t k=36℃(8)窑头漏风温度t yLOK=36℃(9) 入冷却机冷空气量V LK=2.14Nm3/㎏熟料（10）入窑风量比（%）。

一次风:二次风:窑头漏风=29:64:7（11）燃料比（%）。

回转窑(Ky):分解炉(Kf) =47:53（12）废气出预热器温度t f=370℃（13）出预热器飞灰量m fh=0.141kg/kg熟料(14)电收尘器和增湿塔综合收尘效率为η=99.28%（15）回收飞灰入窑温度t th=50℃（16）气力提升泵料风比14.1kJ/Nm3（17）喂料带入空气温度t s=50℃(18)窑尾过剩空气系数ɑy=1.05(19)分解炉漏风占分解炉燃料燃烧用理论空气量的0.05(20)分解炉出口过剩空气系数ɑf=1.25(21)系统热损失Q B=540kJ/kg熟料(22)熟料中燃料灰分掺辱的百分比ɑ=100(23)生料水分W s=0(24)冷却机烟囱排出空气温度t pk=220℃(25) 冷却水带出热量Q Ls=170kJ/kg熟料(26)窑的设计产量：年产150万吨目录前言 (4)一、物料平衡、热平衡计算 (5)1.1物料平衡计算 (5)1.1.1 收入项目 (5)1.1.2 支出项目……………………………………………………………………………71.2 热量平衡计算………………………………………………………………………………81.2.1 收入项目……………………………………………………………………………81.2.2 支出项目……………………………………………………………………………9二、窑的计算 (11)2.1.窑的规格 (11)2.1.1 直径 (11)2.1.2 长度 (12)2.2 回转窑斜度、转速及功率的计算 (12)2.2.1 斜度和转速 (12)2.2.2 功率 (12)2.3 风速核算 (12)2.3.1 烧成带标准风速 (12)2.3.2 窑尾工况风速 (13)三、主要热工技术参数计算 (13)3. 1、熟料单位烧成热耗 (13)3.2、熟料烧成热效率 (13)3.3、窑的发热能力 (13)3.4、燃烧带衬砖断面热负荷 (13)四.结语……………………………………………………………………………………………14五.参考文献………………………………………………………………………………………14前言当前世界水泥工业的发展是以节能、降耗、环保为中心，走可持续发展的道路。

与此相适应，水泥设备尤其是回转窑的资源化利用及应用中的环境行为等方面也成为研究的热点。

以预分解窑为代表的新型干法水泥生产技术是国际公认的代表当代技术发展水平的水泥生产方法。

具有生产能力大、自动化程度高、产品质量高、能耗低、有害物排放量低、工业废弃物利用量大等一系列优点，成为当今世界水泥生产的主要技术。

近年来，我国新型干法水泥生产技术得到了飞速发展。

尤其是进入21世纪，大批5000t/d熟料新型干法水泥生产线的建成、投产，标志着我国新型干法水泥生产技术已经成熟。

目前全国已建成的新型干法水泥生产线约400余条，产能达3亿多吨，占我国水泥总产量的32%以上。

回转窑系统作为新型干法水泥生产技术的重要一环，其设计事关水泥的产量和质量。

对窑系统的热工计算，确定单位熟料的热耗，有利于分析窑系统的热工技术性能。

同时也为优质，高产低耗及节能技改提供科学依据。

因此，以新型干法窑（NSP）的设计为契机，加深对水泥工艺相关知识的理解是很有必要的。

本次课程设计的题目是：5000t/d熟料带TSD型分解炉的NSP窑设计，设计内容包括窑的规格计算确定、物料平衡计算、热平衡计算、主要热工技术参数计算以及NSP窑的初步设计（1张A1图纸，1张A2图纸）。

NSP窑包括预热器系统、分解炉和回转窑，本次设计只需画出回转窑及分解炉下方的烟气室，托轮的的剖面图。

一、物料平衡与热量平衡计算基准：1kg 熟料，温度：0℃； 范围：回转窑＋分解炉＋预热器 1.1 物料平衡计算1.1.1 收入项目 (1)燃料总消耗量m r =m yr +m Fr (kg/kg 熟料) (2)生料消耗量、入预热器物料量 a.干生料理论消耗量m gsL ＝srL A m--100100f α=58.35100128.11100-⨯⨯-rm ＝1.552－0.175m r (kg/kg 熟料）式中：α—燃料灰分掺入量，取100％。

b.出预热器飞灰量m fh =0.141(kg/kg 熟料） c.烟囱飞损飞灰量m Fh =m fh (1-η)=0.141×(1-0.9928)=0.001(kg/kg 熟料） d.入窑回灰量m yh ＝m fh －m Fh ＝0.141－0.001＝0.14(kg/kg 熟料）e.考虑飞损后干生料实际消耗量m gs =m gsL +m Fh ·sfhL L --100100=(1.552－0.175m r )+0.001×58.3510040.33100--＝(1.553－0.175m r )(kg/kg 熟料)f.考虑飞损后生料实际消耗量m s =m gs s W -⨯100100＝(1.553－0.175m r )×0100100-＝1.553－0.175m r (kg/kg 熟料)g.入预热器物料量入预热器物料量＝m s ＋m yh ＝(1.553－0.175m r )+0.14＝(1.693－0.175m r ) (kg/kg 熟料) (3)入窑系统空气量燃料燃烧理论空气量 V 1K ＝0.089C f +0.267H f +0.033(Sf－O f)=0.089×66.48＋0.267×4.08+0.033×(0.35－11.84)＝6.627(Nm 3/kg 煤)m'Lk ＝V 1K ×ρ＝6.627×1.293＝8.569 (kg/kg 煤) b.入窑实际干空气量V yh =αy V 1K m r =αy V 1K K F m r ＝0.47×1.05×6.627m r ＝3.270m r （Nm 3/㎏熟料） m yh =ρ×V yh ＝1.293×3.270m r ＝4.229m r （Nm 3/㎏熟料） 其中一次空气V y1k =3.270m r ×0.29=0.948m r （Nm 3/㎏熟料） m y1k =4.229m r ×0.29=1.226m r (kg/kg 熟料)二次空气量V y2k ＝3.270m r ×0.64＝2.093m r （Nm 3/㎏熟料） m y2k ＝4.229m r ×0.64=2.707m r (kg/kg 熟料)熟料漏风V yLOk ＝3.270m r ×0.07＝0.229m r （Nm 3/㎏熟料） m yLOk ＝4.229m r ×0.07＝0.296m r (kg/kg 熟料) c.分解炉从冷却机抽空气量①出分解炉混合室过剩空气量＝(αF －1)V 1K m r ＝(1.25－1)×6.627m r =1.657m r （Nm 3/㎏熟料）②分解炉燃料燃烧理论空气量0.53V 1K m Fr ＝0.53×6.627m r =3.512m r （Nm 3/㎏熟料） ③窑尾废气过剩空气量(1.05－1)×0.47×6.627m r ＝0.156m r （Nm 3/㎏熟料） ④分解炉漏风量V FLOK ＝0.05×0.53×6.627m r ＝0.176m r （Nm 3/㎏熟料） m FLOK ＝V FLOK ρ⨯=r r 0.228m 1.293m 176.0=⨯ (kg/kg 熟料) ⑤分解炉冷却机抽空气量V F2k ＝1.657m r +3.512m r －0.156m r －0.176m r ＝4.837m r Nm 3/㎏熟料 m F2k ＝ρ×V F2k =1.293× 4.837m r ＝6.254m r （Nm 3/㎏熟料）d.气力提升泵喂料带入空气量m sh =ρ×V Lk =（0.118－0.012m r )×1.293=(0.153-0.016m r ) (kg/kg 熟料) E.进入冷却机冷空气量V Lk =2.14 （Nm 3/㎏熟料） m Lk =V Lk ×ρ=2.14×1.293=2.767 (kg/kg 熟料)预热器漏入空气量r r X m m V 325.16062740.0.5m V 40.0.5r 1K lok =⨯⨯=⨯⨯= （Nm 3/㎏熟料） r r Xlok xlok m m V 714.1293.1325.1m =⨯==•ρ (kg/kg 熟料) 物料总收入：)273.4613.4(m zs r yik lk sk Flok xlok ylok yh s r m m m m m m m m m m +=++++++++=(kg/kg 熟料)1.1.2支出项目 (1)熟料m sh =1kg（2）预热器出口飞灰量 141.0m =fh (kg/kg 熟料) （3）冷却机烟囱排出空气量)6.930m -2.14(V -V -r F2k y2k k ==L PK V V （Nm 3/㎏熟料））r k F k y Lk pk m m m m 961.8767.2(m 22-=--=(kg/kg 熟料) (4)出预热器废气量 a.生料中物理水含量0s =W b.生料生成CO 2气体量： CO 2s ＝CaO sCaOco M M 2＋MgO sMgOco M M 2 =42.50×5644＋1.56×3.4044＝35.10％c.生料中化学水含量H 2O S ＝L s －CO 2s ＝35.58—35.10=0.48％ d.生料中化合水量()r m 001.0007.010048.0)175.0553.1(100O H m m 2gs O H 2-=⨯-=•=（Nm 3/㎏熟料）e.生料中分解的CO 2m s co2=m gs ×CO 2s /100－m Fh 100FhL＝(1.553－0.175mr)×10010.35－0.001×10040.33＝0.545－0.061m r(kg/kg 熟料)V s co2=m 3co2×22.4/44＝0.277－0.031m r （Nm 3/㎏熟料） f.燃料燃烧生成理论烟气量 V r co2=124.22r C m 100f⨯＝124.22×10048.66m r ＝1.241m r （Nm 3/㎏熟料）V r N2＝0.79V 1K ×m r ＋284.22100f N m r ＝0.79×6.627m r ＋284.22×10017.1m r ＝5.244m r （Nm 3/㎏熟料）V fH2O ＝324.22×100f S m r ＋324.22×100f W m r ＝(24.22×10008.4＋184.22×10080.4)m r ＝0.517m r （Nm 3/㎏熟料） V fso2=24.22×100y S m r ＝324.22×10035.0m r =0.002m r (Nm 3/kg)V r ＝V r co2＋V r N2＋V r H2O ＋V r so2＝(1.122＋4.872＋0.456＋0.002)m r ＝6.452m r (Nm 3/kg) m r =(m'LK ＋l －100y A )m r ＝(7.961＋l －10071.25m r ＝8.704m r (kg/kg)e.烟气中过剩空气量V k ＝(αf —1)V'Lk m r ＝(1.40－1)×6.157m r ＝2.463m r (Nm 3/kg) m k ＝V k ×1.293=2.463×1.293＝3.185m r (kg/kg) 其中：V k N2=0.79V k =0.79×2.463m r ＝1.946m r (Nm 3/kg) m k N2＝V k N2×4.2228＝1.946×4.2228mr ＝2.433m r (kg/kg)V k O2＝0.21V k =0.21×2.463m r ＝0.517m r (Nm 3/kg) m k O2=V k O2×4.2232＝0.571×4.2232m r =0.739m r (kg/kg)f.总废气量V f =V CO2+V N2+V H2O +V O2+V SO2=(0.281－0.072 m r ＋1.122 m r )＋(4.872 m r ＋1.946 m r )＋(0.004－0.001 m r ＋0.020－0.005 m r ＋0.456 m r )＋0.517 m r ＋0.002 m r ＝0.305＋8.837m r(3)出预热器飞灰量 m fh ＝0.100 (kg/kg)1.2 热量平衡计算1.2.1 收入项目(1)燃料燃烧生成热Q rR＝m r Q y DW＝23200m r (kJ/kg)(2)燃料带入显热Q r＝m r C r t r＝m r×1.154×60=69.240m r (kJ/kg)(0～60℃时熟料平均比热C r＝l.154kJ/kg·℃)(3)生料带入热量Q s=(m gs C s+m ws C w)t s＝[(1.560－0.401m r)×0.878十(0.003－0.001m r)×4.182]×50＝69.111－17.813m r(kJ/kg)(0～50℃时，水的平均比热C w＝4.182KJ/kg℃，干生料平均比热C s＝0.878kJ/kg) (4)入窑回灰带入热量Q yh＝m yk C yh t yh＝0.100×0.836×50＝4.180 kJ/kg(0～50℃时，回灰平均比热C yh＝0.836kJ/kg℃)(5)空气带入热量a.入窑一次空气带入热量Q y1k＝V y1k C y1k t y1k＝0.10V yk C y1k t y1k＝0.10×2.586m r×1.298×25 ＝8.39m r (kJ/kg) (0～25℃时，空气平均比热C y1k＝1.298KJ/Nm3.℃)b.入窑二次空气带入热量Q y2k＝V y2k C y2k t y2k＝0.85V yk C y2k t y2k＝0.85×2.586m r×1.403×1100＝3392.3m r (kJ/kg)(0～1100℃时，空气平均比热C y2k＝1.403kJ/Nm3·℃)c.入分解炉二次空气带入热量Q F2k＝V F2k C F2k t F2k＝4.310m r×1.403×900 ＝5442.2m r(kJ/kg)(0～900℃时，空气平均比热C F2k＝1.403kJ/Nm3.℃)d.气力提升泵喂料带入空气量Vsk =(ms+msh)/14.4=(1.693-0.175m r)/14.4=(0.118-0.012m re.系统漏风带入热量Q LOK=V LOK C LOK t LOK =1.299m r×1.298×25＝42.153m r (kJ/kg) (0～25℃时，空气平均比热C LOK＝1.298kJ/Nm3·℃)Q zs ＝Q rR ＋Q r ＋Q s ＋Q yk ＋Q y1k +Q y2k ＋Q F2k ＋Q sk ＋Q LOK＝24200m r ＋69.240m r ＋(69.111－17.813m r )＋4.180＋8.39m r ＋3392.3m r ＋5442.2m r ＋0+42.253m r ＝73.291＋33136m r (kJ/kg) 1.2.1支出项目 (1)熟料形成热Q sh =109+30.04C a O k +6.48Al 2O 3k +30.32M g O k -17.12S i O 2k +1.58Fe 2O 3k=109+30.04×66.67+6.48×5.38+30.32×0.58-17.12×22.34-1.58×3.65 =1776kJ/kg (2)蒸发生料中水分耗热量Q ss ＝(m ws ＋m ks )q qh ＝(0.003－0.001m r ＋0.016－0.004m r )×2380＝45.220－11.9m r (kJ/kg) (50℃时，水的汽化热q qh ＝2380kJ/kg) (3)废气带走热量f SO SO O O O H O H N N CO CO f t C V C V C V C V C V Q )(2222222222++++=＝[(0.281＋1.050m r )×1.921＋6.818m r ×1.319＋(0.025＋0.450m r )×1.550＋0.517m r×1.370＋0.002m r ×1.965]×330 ＝190.92＋4098.5m r (kJ/kg) [0～340℃时，各气体平均比热：C CO2＝1.921kJ/Nm 3·℃；C N2＝1.319kJ/Nm 3·℃；C H2O ＝1.550kJ/Nm 3·℃； C O2＝1.370kJ/Nm 3·℃；C SO2＝1.965kJ/Nm 3·℃] (4)出窑熟料带走热量Q ysh ＝1×C sh t sh =1×1.078×1360＝1466.1 (kJ/kg) (0～1360℃时，熟料平均比热C sh =1.078kJ/kg.℃) (5)出预热器飞灰带走热量Q fh =m fh C fh t fh =0.100×0.895×300 ＝26.85 (kJ/kg) (0～300℃时，飞灰平均比热C fh ＝0.895kJ/kg ·℃) (6)系统表面散热损失Q B ＝460kJ/kgQ zc＝Q Sh＋Q ss十Q f＋Q ysh＋Q fh＋Q B＝1776＋(45.220—11.9m r)＋(190.92＋4098.5m r)＋1466.1＋26.850＋460＝3965＋4086.6m r kJ/kg列出收支热量平衡方程式Q zs＝Q zc73.291＋33136m r＝3965＋4086.6m r求得：m r＝0.1340 (kg/kg)即烧成1kg熟料需要消耗0.1340kg燃料。