水泥廠回轉(zhuǎn)窯畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、學(xué)號： 20020801010* 河北理工大學(xué)材料學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告設(shè)計(jì)（論文）題目： 2500t/d預(yù)分解窯生產(chǎn)線總體設(shè)計(jì) 及窯尾車間的工藝設(shè)計(jì) 專業(yè)（年級、班）： 02級材料1班 學(xué) 生 姓 名 ： 指 導(dǎo) 教 師 ： 王 靜 20 年 3 月 17 日 13 / 15文檔可自由編輯打印一、 文獻(xiàn)綜述1.1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析1.1.1 水泥的發(fā)展及現(xiàn)狀水泥是建筑工業(yè)最主要的基礎(chǔ)材料之一，在公路、橋梁、大壩、隧道、機(jī)場碼頭、工業(yè)與民用建筑等多方面得到了大量地使用，己成為人類社會現(xiàn)代化物質(zhì)和文化生活不可替代的基礎(chǔ)，對人類文明發(fā)展直到重要的促進(jìn)作用。經(jīng)過近2個世紀(jì)的發(fā)展，世界水泥工

2、業(yè)取得了舉世矚目的成績，生產(chǎn)技術(shù)不斷進(jìn)步，單位產(chǎn)品的能源消耗不斷下降，自動化、現(xiàn)代化程度不斷提高，環(huán)保設(shè)施日益完善。我國水泥工業(yè)在進(jìn)人20世紀(jì)80年代后，也得到很大發(fā)展，自1985年以來，產(chǎn)量穩(wěn)居世界第一，但存在總量過剩、結(jié)構(gòu)性矛盾突出、工藝裝備落后、環(huán)境污染嚴(yán)重、工廠效益低下等問題。目前國家正通過“上大改小”等一系列措施對水泥工業(yè)進(jìn)行宏觀調(diào)控，以期使我國水泥工業(yè)的產(chǎn)業(yè)及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)向合理的方向發(fā)展，同時進(jìn)一步節(jié)約能源，改善環(huán)境，提高整個行業(yè)的經(jīng)濟(jì)和社會效益。因此，在未來的若干年內(nèi)，我國水泥工業(yè)將由數(shù)量型增長轉(zhuǎn)向質(zhì)量效益型增長。11.1.2 水泥煅燒技術(shù)及SP、NSP技術(shù) 自1824年英國人阿斯普

3、丁(J-ASPdin )首先獲得波特蘭水泥專利權(quán)以來，水泥鍛燒技術(shù)不斷改進(jìn)，經(jīng)歷了普通回轉(zhuǎn)窯、機(jī)械立窯、立波爾窯等的發(fā)展，直至20世紀(jì)50年代初懸浮預(yù)熱器窯出現(xiàn)，為熟料鍛燒開辟了一條新的技術(shù)思路。而上世紀(jì)70年代初出現(xiàn)至今仍在快速發(fā)展的以懸浮預(yù)熱和窯外分解相結(jié)合的新型干法水泥生產(chǎn)技術(shù)，為大幅度降低熱耗及水泥生產(chǎn)的大型化、高效化發(fā)展開辟了成功的道路。懸浮預(yù)熱窯(SP)的特點(diǎn)是:在縮短回轉(zhuǎn)窯筒體的條件下，用多級懸浮預(yù)熱器代替部分回轉(zhuǎn)筒體，使窯內(nèi)以堆積態(tài)進(jìn)行的氣固換熱過程一部分轉(zhuǎn)移到預(yù)熱器內(nèi)在懸浮狀態(tài)下進(jìn)行。生料粉能夠與從窯內(nèi)排出的熾熱氣流充分混合，氣固兩相接觸面積大，傳熱速率快、效率高，因此有利于

4、窯系統(tǒng)生產(chǎn)效率的提高和熟料燒成熱耗降低。2預(yù)分解窯(NSP)是在SP窯技術(shù)基礎(chǔ)上的一次飛躍，其特點(diǎn)是在懸浮預(yù)熱器和回轉(zhuǎn)窯之間增加了一個分解爐作為窯系統(tǒng)的第二熱源，使燃料燃燒的放熱過程與生料的碳酸鹽分解的吸熱過程，在懸浮態(tài)或流態(tài)化條件下極其迅速地進(jìn)行，不僅避免了窯內(nèi)傳熱差的弊病.減輕了回轉(zhuǎn)窯的熱力強(qiáng)度負(fù)擔(dān)，還使入窯生料的碳酸鹽分解率從SP窯的40%左右提高到85%到95%，大幅改善回轉(zhuǎn)窯的熱工性能，使窯的生產(chǎn)能力成倍增長，因此，在生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量、能源消耗、襯料壽命和環(huán)境保護(hù)諸方面，都表現(xiàn)出更加優(yōu)越的性能。預(yù)分解窯己成為國際公認(rèn)的代表當(dāng)代最高技術(shù)水平的水泥緞燒方法。它是以懸浮預(yù)熱和窯外分解技術(shù)

5、為核心，把現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和工業(yè)生產(chǎn)最新成就，廣泛地應(yīng)用于水泥生產(chǎn)全過程，徹底改變了濕法、老式干法、半干法回轉(zhuǎn)窯以及立窯生產(chǎn)等傳統(tǒng)生產(chǎn)方法的弊端，且有利于資源和能源及其它工業(yè)廢渣的再利用及消解工業(yè)與生活垃圾，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。 懸浮預(yù)熱器(Suspension Preheater，簡稱SP)和窯外分解爐(New Suspension Preheater，簡稱NSP)的出現(xiàn)是水泥工業(yè)上一次突破性的技術(shù)革命。從發(fā)展歷程上來看SP窯是NSP窯的基礎(chǔ)，NSP窯則是SP窯的進(jìn)一步發(fā)展和完善。懸浮預(yù)熱器從根本上改變了氣流和生料之間的傳熱方式。試驗(yàn)、計(jì)算都表明它的傳熱面積和傳熱系數(shù)分別較傳統(tǒng)的回轉(zhuǎn)窯提高了2400

6、倍和13-23倍。這樣使窯的傳熱能力大大提高，初步改變了預(yù)熱能力和燒結(jié)能力不相適應(yīng)的狀況。這時入窯CaCO3表觀分解率可達(dá)40%-50%，但SP窯存在著電耗高、結(jié)皮堵塞、窯內(nèi)熱負(fù)荷大、運(yùn)轉(zhuǎn)率低等缺點(diǎn)。只有NSP技術(shù)的出現(xiàn)才使預(yù)分解技術(shù)趨于成熟。該技術(shù)的主要特點(diǎn)是，全部熱量中只有40%供給回轉(zhuǎn)窯，其余的熱量供給快速分解爐.隨后發(fā)明的多種分解爐是使生料在懸浮或沸騰狀況下高度分散于特殊的分解爐中，以最小溫度差在燃料無焰燃燒的同時，進(jìn)行高速傳熱，使入窯CaCO3的表觀分解率達(dá)到80%-95%本上解決了預(yù)燒能力和燒結(jié)能力的不足的矛盾，從而使窯的生產(chǎn)能力成倍增加，窯熱負(fù)荷大大降低，使得NSP窯在熱耗、生產(chǎn)

7、稱定性、投資、NOx排放量等各項(xiàng)指標(biāo)均較SP窯先進(jìn)。同時NSP技術(shù)的開發(fā)還為低質(zhì)燃料及可燃廢棄物的使用開辟了廣闊的前景。現(xiàn)在NSP技術(shù)己成為水泥工業(yè)鍛燒技術(shù)發(fā)展的主導(dǎo)方向。正向建設(shè)“生態(tài)環(huán)境材料型”產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展方向邁進(jìn)。1.1.3 懸浮預(yù)熱和預(yù)分解技術(shù)發(fā)展的主要五個階段:第一階段:50年代初期至70年代初期，為懸浮預(yù)熱技術(shù)誕生與發(fā)展階段。1932年丹麥?zhǔn)访芩?F. L. Smidth)公司獲得了利用懸浮預(yù)熱原理的多級旋風(fēng)預(yù)熱器的專利權(quán)。1953年第一臺工業(yè)應(yīng)用的旋風(fēng)預(yù)熱窯由德國漢堡(Humboldt)公司研制成功，并正式投入生產(chǎn)。隨后，各種類型的懸浮預(yù)熱窯相繼出現(xiàn)，特別是在60年代發(fā)展迅速

8、并日趨大型化，最大的懸浮預(yù)熱器窯于1972年由日本川崎公司為宇部水泥公司建成，窯徑達(dá)6m左右，單機(jī)日產(chǎn)達(dá)5000t以上，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，至70年代初期，世界上的各種懸浮預(yù)熱窯共有近600臺之多。本階段是懸浮預(yù)熱窯的誕生、成熟和發(fā)展時期。至70年代初期預(yù)分解窯誕生以來，隨著預(yù)分解窯的發(fā)展，懸浮預(yù)熱窯逐漸被預(yù)分解窯所代替.我國對懸浮預(yù)熱技術(shù)的研究起步亦早，于1958年在上海天祥水泥廠進(jìn)行第一臺四級旋風(fēng)預(yù)熱器的工業(yè)實(shí)驗(yàn)，并于60年代在太原水泥廠建成第一臺旋風(fēng)預(yù)熱窯。第二階段:70年代初期至中期，為預(yù)分解技術(shù)誕生和發(fā)展階段。1964年德國多德豪森(Dottenhausen)水泥廠在懸浮預(yù)熱器的中間級喂入

9、含油頁巖的生料，提高了入窯分解率，開始了預(yù)分解技術(shù)的先例。1971年日本IH工公司與秩父水泥公司共同開發(fā)了第一臺使用高級燃料的SF窯(Suspension Preheater-Flash Furnace)。第一臺SF窯誕生之后，日本各種類型的預(yù)分解窯相繼出現(xiàn)(如MFC爐一1971年; RSP爐-1972年; KSV爐-1974年;以后陸續(xù)出現(xiàn)的SLC爐、Prepol爐、Pyroclon爐等等)在此期間，分解爐都是以重油為燃料，爐子的熱力強(qiáng)度高，爐容偏小，并且爐子結(jié)構(gòu)大多僅依靠“旋流氣“噴騰”、“流態(tài)化”、“懸浮”等單獨(dú)效應(yīng)來完成氣固分散、混合、換熱等過程。因此，分解爐的功能及對中、低質(zhì)燃料的適

10、應(yīng)性較差。盡管如此，預(yù)分解窯與其它各種干法窯型相比所展現(xiàn)的良好性能，深受用戶青昧，發(fā)展十分迅速.我國預(yù)分解窯的研制開發(fā)工作也是從70年代開始的，先是以油為燃料，1976年在四平石嶺水泥廠建成第一臺SF窯，隨后轉(zhuǎn)入以煤為燃料的各種類型預(yù)分解窯的研制、開發(fā)和建設(shè)，邁出了我國當(dāng)代水泥工業(yè)科技進(jìn)步的步伐。第三階段:70年代中、后期，為預(yù)分解技術(shù)完善、提高階段。1973年國際爆發(fā)石油危機(jī)之后，原來以石油為燃料研制開發(fā)的分解爐難以適應(yīng)，從而通過總結(jié)、改進(jìn)，各種第二代、第三代的改進(jìn)型分解爐應(yīng)運(yùn)而生。例如:N-SF爐、CFF爐、高徑比(H/D)增大的MFC爐及N-MFC爐等的出現(xiàn)即為典型代表。分解爐是預(yù)分解技

11、術(shù)的核心。現(xiàn)己開發(fā)出幾十種各具特色的分解爐。這些改進(jìn)型或新型分解爐，不僅增大了爐容，在結(jié)構(gòu)上也有很大的改進(jìn)。為了提高燃料燃盡率，延長物料在爐內(nèi)的滯留時間，許多分解爐結(jié)構(gòu)采用了“旋流-噴騰”、“流態(tài)化-懸浮”或雙噴騰等迭加效應(yīng)，以改善和提高分解爐的功效。預(yù)熱器是預(yù)分解技術(shù)的基礎(chǔ)及關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)，因此，為了握高其單位熱效率、降低阻力、節(jié)約能耗，人們在預(yù)熱器上做了很多工作。如采用各具特色的折流板、導(dǎo)向板、撒料器、軸流器等結(jié)構(gòu)形式，以使旋風(fēng)筒的技術(shù)性能不斷完善。日本(工HI)公司研制的軸流式旋風(fēng)筒。丹麥Smidth公司開發(fā)的旋風(fēng)筒，進(jìn)口形式及錐體形狀均有改變，并且旋風(fēng)筒直徑減小，內(nèi)筒縮短并加粗，阻力僅相

12、當(dāng)于原來的三分之二以下。宇部式低壓損旋風(fēng)筒， M-SP懸浮預(yù)熱器系統(tǒng)都達(dá)到了高效低阻的目的.在回轉(zhuǎn)窯方面，某些公司的發(fā)展趨勢是向長徑比縮小方向發(fā)展。如洪堡公司開發(fā)的長徑比等于10左右的兩支點(diǎn)短窯Pyrorapid(R)窯，早已投入運(yùn)行.這種窯在燒成工藝和機(jī)械上都有許多特點(diǎn)。熟料冷卻機(jī)仍以蓖冷機(jī)為主，但同時單筒冷卻機(jī)和新型多筒冷卻機(jī)因兼有多種優(yōu)點(diǎn)，近年來又有了新的設(shè)計(jì)和發(fā)展。以上各單體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，為整個系統(tǒng)優(yōu)化組合打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。我國自70年代末期以來，組織了日產(chǎn)4000噸熟料大型預(yù)分解窯生產(chǎn)線成套裝備的引進(jìn)工作;并研制成功以煤為燃料的各種類型預(yù)分解窯，并加大了它們的生產(chǎn)規(guī)模。例如:邢縣、新班

13、水泥廠日產(chǎn)700噸熟料、本溪水泥廠日產(chǎn)1200噸熟料的KSV窯即是代表。第四階段:80年代，為懸浮預(yù)熱和預(yù)分解窯技術(shù)日趨成熟，全面提高階段。隨著生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的積累和預(yù)分解技術(shù)的提高，更為重要的是為了降低綜合能耗和生產(chǎn)成本，由第三階段的單純爐型和結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，發(fā)展成為對預(yù)分解窯全系統(tǒng)的旋風(fēng)筒一換熱管道-分解爐-回轉(zhuǎn)窯-冷卻機(jī)(簡稱筒、管、爐、窯、機(jī))等五位一體化的優(yōu)化組合，以體現(xiàn)NSP技術(shù)的綜合效益。以及與之配套的耐火、耐熱、隔熱、耐磨材料的制造技術(shù)，自控技術(shù)，環(huán)保設(shè)施等整體改進(jìn)開發(fā)階段。高新技術(shù)的應(yīng)用和水泥鍛燒理論的進(jìn)一步發(fā)展，對成套裝備開發(fā)進(jìn)行科技攻關(guān)、設(shè)計(jì)、設(shè)備制造和建設(shè)。第五階段:20世紀(jì)90

14、年代至今，為水泥工業(yè)向“生態(tài)環(huán)境材料型”邁進(jìn)。目前，國際上配有新型分解爐、高效低損旋風(fēng)筒、新型高效冷卻機(jī)和縮小長徑比(L/D)的兩支點(diǎn)短窯等一系列先進(jìn)技術(shù)裝備的帶有五級或六級預(yù)熱器的預(yù)分解窯系統(tǒng)。日產(chǎn)能力達(dá)5000t/d, 7000t/d, 9000t/d, 10000t/d等規(guī)模的生產(chǎn)線超過80條，正在興建的最大生產(chǎn)線為12000t/d。國際水泥技術(shù)不斷發(fā)展，體現(xiàn)的綜合指標(biāo)以及與我國新型干法水平的比較見表1-1。同時，隨著人類對保護(hù)地球環(huán)境，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展迫切性認(rèn)識的迅速的增強(qiáng)，國外許多水泥公司大力推進(jìn)廢棄物替代自然資源的工作，并實(shí)現(xiàn)“清潔生產(chǎn)”。紛紛向“生態(tài)環(huán)境材料型”轉(zhuǎn)型，發(fā)揮水泥特有環(huán)

15、保功能。國際水泥工業(yè)在環(huán)保、廢渣、工業(yè)及生活垃圾綜合利用等方面，均以達(dá)到相當(dāng)高的水平。目前世界上至少有100多家水泥廠用了可燃廢棄物，如日本36家水泥廠中有一半處理各種廢棄物;瑞士Holcin公司和法國Lafarge公司可燃廢棄物替代率分別達(dá)80%和50%以上;美國大部分水泥廠利用可燃廢棄物鍛燒水泥。國外一般替代率達(dá)到10%-20%。采用“替代資源、能源、降解利用工業(yè)、生活廢棄物為人類社會造福成為國際水泥發(fā)展的時尚。31.2 課題的研究意義我國自1976年第一臺預(yù)分解窯投產(chǎn)以來，迅速制定了發(fā)展以新型干法水泥生產(chǎn)為主導(dǎo)的水泥工業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略和一系列方針政策。我國新型干法水泥生產(chǎn)進(jìn)入了大型化和國產(chǎn)化的

16、成熟階段;我國技術(shù)人員己經(jīng)比較熟練地掌握了新型干法水泥生產(chǎn)技術(shù);新型干法生產(chǎn)工藝和裝備研制開發(fā)工作也取得了長足進(jìn)步，為我國干法水泥生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展莫定了良好的基礎(chǔ);我國新型干法水泥技術(shù)雖然開發(fā)較早，總的來說我國大多數(shù)水泥企業(yè)技術(shù)落后，裝備陳舊，從70年代至今我國水泥工業(yè)布局和比重上仍以低產(chǎn)、較多消耗、污染較嚴(yán)重的小規(guī)模水泥企業(yè)為主。要改變這種狀況，建設(shè)大型新型千法生產(chǎn)線，充分消納廢棄物實(shí)現(xiàn)水泥工業(yè)可持續(xù)發(fā)展是一條有效途徑。目前，我國水泥產(chǎn)量位居世界第一，年產(chǎn)量已達(dá)7億噸以上，但是新型干法水泥產(chǎn)量不足總量的14%到目前為止，在線生產(chǎn)的日產(chǎn)700t以上的預(yù)分解窯僅有223 條。這些生產(chǎn)線的技術(shù)裝備、

17、管理水平及許多技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)同國際先進(jìn)水平相比也有相當(dāng)?shù)牟罹唷Ｐ滦透煞ㄆ髽I(yè)之伺生產(chǎn)狀況好壞，技術(shù)、裝備、管理水平高低以及各種技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)也存在著參差不齊狀況，差距較大。日產(chǎn)700t-2000t級預(yù)分解窯生產(chǎn)線己基本實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化，主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)達(dá)到的水平如表1-14當(dāng)今國外水泥工業(yè)的發(fā)展動態(tài)如下:(1)最大限度減少粉塵、NOx、SOX.重金屬等對環(huán)境的污染;(2)實(shí)現(xiàn)高效余熱回收，最大程度減少水泥電耗;(3)不斷提高燃料的替代率，最大程度減少水泥熱耗;(4)開發(fā)生態(tài)水泥，減少自然資源的使用量;(5)運(yùn)用信息技術(shù)，創(chuàng)新各種工藝過程的專家系統(tǒng)和數(shù)字神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程診斷和操作，保證水泥生產(chǎn)穩(wěn)定和

18、良好的質(zhì)量。進(jìn)行科學(xué)管理和商務(wù)活動是近年來國外水泥工業(yè)在信息化、自動化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化領(lǐng)域中所進(jìn)行的主要工作。在新世紀(jì)中，一方面加大產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整力度，加速發(fā)展新型干法生產(chǎn);另一方面新型干法企業(yè)也必須加速科技進(jìn)步，進(jìn)一步進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)與改造，重視環(huán)境保護(hù)，國家制定的中國建筑材料工業(yè)跨世紀(jì)發(fā)展戰(zhàn)略明確提出了大力發(fā)展預(yù)分解及當(dāng)代先進(jìn)工藝技術(shù)，力爭在21世紀(jì)30年代實(shí)現(xiàn)水泥工業(yè)現(xiàn)代化的宏偉目標(biāo)。據(jù)測算，2005年全國回轉(zhuǎn)窯水泥需要量約為2.4-2.5億噸，而目前產(chǎn)量只有1.3億噸左右。十五期間國家著力推進(jìn)一批新型干法水泥項(xiàng)目，使十五期間新型千法水泥產(chǎn)量年均增長1000萬噸，力爭到2005年新型干法水泥產(chǎn)

19、量達(dá)到2億噸，2010年新型干法水泥產(chǎn)量達(dá)到3億噸，2020年使新型干法水泥產(chǎn)量占水泥總產(chǎn)量的比重達(dá)80%左右。新型干法窯的發(fā)展空間很大。以日產(chǎn)2000t規(guī)模預(yù)分解生產(chǎn)線為代表的干法生產(chǎn)工藝技術(shù)在國內(nèi)得到迅速發(fā)展，在充分吸取國外先進(jìn)預(yù)分解窯的技術(shù)思路及國內(nèi)己投產(chǎn)的2000t/d的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過整體優(yōu)化和創(chuàng)新使2000t/d級水泥生產(chǎn)線的各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)一步提高，達(dá)到2500t/d的規(guī)模。預(yù)分解窯是新型干法水泥生產(chǎn)的核心裝備，具有廣泛的高新技術(shù)內(nèi)涵。本課題重點(diǎn)放在預(yù)分解窯系統(tǒng)中的旋風(fēng)筒、分解爐設(shè)計(jì)上。通本課題是結(jié)合冀東水泥廠第二期工程進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)研。從系統(tǒng)工程的角度冀東水泥廠各

20、個單元系統(tǒng)及其相互間的影響進(jìn)行了詳細(xì)的研究和論述。分析研究現(xiàn)有方案的合理性及選用數(shù)據(jù)，指出設(shè)計(jì)的方向。目前我國水泥工業(yè)存在的主要問題是:淘汰小水泥的任務(wù)相當(dāng)艱巨;我國水泥工業(yè)總體經(jīng)濟(jì)指標(biāo)與世界平均水平有很大差距(見表1-1)。特別是在環(huán)保與可持續(xù)發(fā)展方面，存在的問題較為嚴(yán)重.應(yīng)該指出:發(fā)展大型化新型干法水泥和充分消納廢棄物是實(shí)現(xiàn)綠色水泥工業(yè)和可持續(xù)發(fā)展的必由之路。新世紀(jì)水泥工業(yè)，必將發(fā)展成為綠色的、同地球環(huán)境相容的“生態(tài)環(huán)境材料型”產(chǎn)業(yè)群。5二、 工藝設(shè)計(jì)方案2.1設(shè)計(jì)內(nèi)容與方法2.1.1設(shè)計(jì)指導(dǎo)原則本課題是結(jié)合冀東水泥廠第二期工程進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)研。從系統(tǒng)工程的角度對冀東水泥廠各個單元系統(tǒng)及其相互

21、間的影響進(jìn)行了詳細(xì)的研究和論述。與同類廠家的相關(guān)情況進(jìn)行對比，分析研究現(xiàn)有方案的合理性及選用數(shù)據(jù)，確定了設(shè)計(jì)的方法。此外對預(yù)熱器結(jié)構(gòu)參數(shù)對工作性能的影響也給予了定量分析。新型于法生產(chǎn)線燒成系統(tǒng)是由預(yù)分解系統(tǒng)、回轉(zhuǎn)窯、冷卻機(jī)、燃燒器并配以合理可靠的動力裝置構(gòu)成一個配置好的燒成系統(tǒng)，必須具備較低的動力消耗、較低的系統(tǒng)能耗及對原燃料和生產(chǎn)操作控制過程有較寬的適應(yīng)性燒成系統(tǒng)作為整條生產(chǎn)線的核心，工藝系統(tǒng)的配置同時兼顧理論研究成果和生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，盡量選用目前最先進(jìn)又可靠的裝備，保證了系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)的先進(jìn)性;在工藝流程的設(shè)計(jì)上，巧妙利用兩條生產(chǎn)線的裝備互為備用，如人窯喂料提升機(jī)、生料均化庫、生料磨、煤磨等都

22、實(shí)現(xiàn)了互相備用，大大提高了系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性，提高生產(chǎn)線的運(yùn)轉(zhuǎn)率。綜合考慮各單機(jī)設(shè)備與整個系統(tǒng)的匹配問題，以達(dá)到控制整體技術(shù)性能的目的。其中，各單體設(shè)備技術(shù)性能的把握和控制，不能只是停留在壓力降、分離效率、停留時間等方面，還應(yīng)深入考慮和控制相關(guān)的宏觀技術(shù)指標(biāo)和微觀現(xiàn)象在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，要注意單體設(shè)計(jì)的最優(yōu)化必須服從總體最優(yōu)原則: (1)為了保證預(yù)熱器系統(tǒng)局部結(jié)構(gòu)不發(fā)生積料和堵料，需要特殊的結(jié)構(gòu)約束。如為了保證物料的順暢流動，帶料管道的傾斜角要大于物料的休止角等。(2)對于旋風(fēng)筒筒體，為了延長內(nèi)筒的使用壽命，減少含塵氣體對內(nèi)筒的直接沖刷磨損，其進(jìn)口內(nèi)側(cè)要避開內(nèi)筒。(3)為了保證預(yù)熱器和換熱管道結(jié)

23、構(gòu)合理，符合一定的經(jīng)驗(yàn)要求，尚有一系列經(jīng)驗(yàn)的結(jié)構(gòu)控制參數(shù)要求。(4)系統(tǒng)內(nèi)熱交換過程要符合能量傳遞準(zhǔn)則、動最傳遞準(zhǔn)則、質(zhì)量傳遞準(zhǔn)則、化學(xué)反應(yīng)準(zhǔn)則等一系列準(zhǔn)則。(5)參數(shù)群的意義準(zhǔn)則門如:在計(jì)算過程中，所有的結(jié)構(gòu)參數(shù)、操作狀態(tài)參數(shù)等應(yīng)該有意義。6設(shè)計(jì)內(nèi)容：擬建一座日產(chǎn)2500噸熟料的水泥廠。生產(chǎn)品種:強(qiáng)度等級為42.5的普通硅酸鹽水泥占75%，強(qiáng)度等級為42.5的型硅酸鹽水泥占25%。其中包括：總體設(shè)計(jì)；窯尾車間的工藝設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、原料： 表2-1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、原料表畢業(yè)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、原料1、原料和煤灰的化學(xué)組成物料石灰石38.959.772.360.9745.171.990.620.05

24、硅石1.4585.627.022.650.250.622.190.05鐵粉5.4934.466.6544.021.822.242.192.05頁巖5.3257.7519.328.990.882.214.49煤灰46.2621.958.0211.941.792.167.31石膏22.333.821.470.5129.812.270.4038.98粉煤灰2.3555.9125.45 6.93 4.0 1.59 1.6 0.642、煤的工業(yè)分析W yA yV yC yQ yDW5.2819.1226.5549.3423320kj/kg2.2 設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題本課題結(jié)合當(dāng)?shù)厥袌鲂枨蟆⑸a(chǎn)條件、經(jīng)濟(jì)效

25、益的綜合因素確定生產(chǎn)規(guī)模為日產(chǎn)2500噸熟料。在現(xiàn)有的技術(shù)條件下考慮人才的層次采用旋風(fēng)筒預(yù)分解爐加回轉(zhuǎn)窯干法生產(chǎn)。在設(shè)計(jì)中要考慮下面一些因素：2.2.1 壓力損失 壓力損失是氣體介質(zhì)在流經(jīng)旋風(fēng)預(yù)熱器過程中形成的，是動量傳遞的結(jié)果。旋風(fēng)預(yù)熱器壓力損失的大小直接影響到生產(chǎn)成本的大小和經(jīng)濟(jì)效益的好壞。開發(fā)設(shè)計(jì)時，在保證其它性能指標(biāo)和技術(shù)參數(shù)的條件下，壓力損失應(yīng)盡可能地設(shè)計(jì)得低。2.2.2 分離效率 預(yù)分解系統(tǒng)內(nèi)各級旋風(fēng)筒的分離效率直接影響到系統(tǒng)內(nèi)的物料分布和換熱效率，因此在設(shè)計(jì)過程中，必須進(jìn)行嚴(yán)格的把握和控制。根據(jù)研究，各級旋風(fēng)筒的分離效率對預(yù)熱器系統(tǒng)的熱效率的貢獻(xiàn)是不同的。在綜合考慮預(yù)熱器系統(tǒng)壓力

26、損耗最低，熱效率最高，用材最省，框架布置最合理和工藝過程順暢的基礎(chǔ)上，利用非線性規(guī)劃的方法，得出各級旋風(fēng)筒分離效率大小順序。2.2.3 氣體停留時間與固體停留時間之比k 氣體(固體)的停留時間Tg( Ts)是指氣體(固體)流經(jīng)反應(yīng)器時所需的平均停留時間。由于氣相中的固體受到重力場、慣性力場、流體湍動等影響，在反應(yīng)器內(nèi)，固體粉料的停留時間往往較氣體的停留時間長(kT =Ts/Tg1)氣固停留時間的長短及其分布特性主要取決于設(shè)備結(jié)構(gòu)和操作狀態(tài)。預(yù)熱器系統(tǒng)旋風(fēng)筒的主要作用是完成氣固分離，故對其氣固停留時間不作特殊要求。對于分解爐，主要承擔(dān)燃料的燃燒、物料的均勻分散和碳酸鹽的分解等綜合任務(wù)因此，在分解

27、爐的設(shè)計(jì)過程中，要針對燃料的燃燒特性和碳酸鈣的分解特性，對分解爐的進(jìn)風(fēng)、進(jìn)煤、進(jìn)料方式和結(jié)構(gòu)形式及操作參數(shù)等方面采取合理的措施，以保證有足夠的物料停留時間，滿足燃料的燃燒和碳酸鈣的分解要求。2.2.4 漏風(fēng)對預(yù)分解窯系統(tǒng)性能的影響 預(yù)分解系統(tǒng)中各級旋風(fēng)筒錐部料管的內(nèi)串漏風(fēng)和外漏風(fēng)，均會對系統(tǒng)造成不利影響，因此，必須進(jìn)行嚴(yán)格控制。料管內(nèi)串風(fēng)或外漏風(fēng)會導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)物料循環(huán)量的增加，導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)部不均勻的物料分布，嚴(yán)重時會造成系統(tǒng)內(nèi)部流體的湍動和塌料問題，直接影響系統(tǒng)的換熱效率。隨著漏風(fēng)量的不斷增大，旋風(fēng)筒的阻力降開始較為緩慢，當(dāng)達(dá)到一定數(shù)值，將會大幅降低。隨著進(jìn)口風(fēng)速的降低，漏風(fēng)量的影響程度相對于高進(jìn)

28、C1風(fēng)速有所降低。為了能夠控制預(yù)熱器系統(tǒng)內(nèi)部物料的分布，確保系統(tǒng)換熱效率，加強(qiáng)預(yù)熱器系統(tǒng)各料管的鎖風(fēng)是相當(dāng)重要的。2.2.5 流場對預(yù)分解窯系統(tǒng)的性能影響 對分解爐來說，流場的不均勻?qū)?dǎo)致爐內(nèi)其它物理場(如壓力場、濃度場、溫度場)的不均勻，甚至造成分解爐內(nèi)部存在強(qiáng)烈的回流區(qū)，導(dǎo)致局部積料和溫度場不均勻，給操作和控制帶來許多難以逾越的技術(shù)問題因此，一個結(jié)構(gòu)合理的分解爐必須具備的條件有:氣流場及壓力場分布應(yīng)均勻合理，不應(yīng)產(chǎn)生增加爐內(nèi)物料返混的強(qiáng)旋和大區(qū)域回流區(qū);濃度場分布應(yīng)趨于均勻.不應(yīng)在爐內(nèi)形成過濃和過稀相區(qū)，更不應(yīng)該產(chǎn)生局部堆料或死區(qū);反映化學(xué)反應(yīng)過程和傳熱能勢的溫度場應(yīng)均勻，不應(yīng)產(chǎn)生局部高

29、溫和過熱問題。另外，除分解爐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)外，分解爐用燃燒器的結(jié)構(gòu)形式，燒嘴數(shù)量及其布局也對分解爐性能有相當(dāng)重要的影響。如使燃料在爐內(nèi)合理分布、混合，完全擴(kuò)散、燃燒是保證爐膛內(nèi)溫度分布均勻的關(guān)鍵。2.2.6 旋風(fēng)筒長問題 在旋風(fēng)筒的設(shè)計(jì)過程中，為了克服“龍卷風(fēng)”的風(fēng)尾進(jìn)人旋風(fēng)筒的錐部集料管日處，將收集下來的物料再次卷起，隨著中心匯核風(fēng)帶出旋風(fēng)筒，造成旋風(fēng)尾進(jìn)人旋風(fēng)筒的錐部集料管口處，將收集下來的物料再次卷起，隨著中心匯核風(fēng)帶出旋風(fēng)筒，造成旋風(fēng)筒分離效率降低一般情況下，在旋風(fēng)筒的設(shè)計(jì)過程中常采用如下的技術(shù)施加以解決:(1)使得旋風(fēng)筒的長度大于旋風(fēng)自然長，避免一次卷吸問題;(2)在旋風(fēng)筒錐部采用隔離膨脹

30、倉技術(shù):(3)在錐部合適的位置采用隔離板技術(shù)。采用何種技術(shù)克服旋風(fēng)筒內(nèi)部“龍卷風(fēng)”造成的二次卷吸問題，主要取決于各旋風(fēng)筒的工作條件。2.2.7 爐內(nèi)的湍流度場 湍流度表征了流體的湍動程度湍流度值越大，流體脈動程度越高，越有利于燃燒過程中的混合、擴(kuò)散和分解反應(yīng)的進(jìn)行。而一般的工業(yè)管道其湍流度值僅為5%-7%。2.2.8 海拔的考慮 大氣環(huán)境壓力直接影響到燒成系統(tǒng)內(nèi)的燃燒、換熱和氣相擴(kuò)散過程。為了確保成系統(tǒng)的可靠性，對于海拔高度超過600 m以上的燒成系統(tǒng)，必須進(jìn)行海拔高度校正，以適應(yīng)大氣壓力變化的要求。2.2.9 適應(yīng)性考慮 為了使設(shè)計(jì)的預(yù)分解系統(tǒng)能夠更好地適應(yīng)原燃料的要求，在系統(tǒng)的開發(fā)過程中還

31、必須結(jié)合具體的工程設(shè)計(jì)條件，對原燃料進(jìn)行全面的設(shè)計(jì)工作。首先在預(yù)分解系統(tǒng)內(nèi)燃料必須完全燃燒。要考慮以下因素：（1） 煤粉的燃燒 煤粉的燃燒過程較復(fù)雜，基本經(jīng)歷由預(yù)熱-干燥-揮發(fā)分析出、揮發(fā)份著火-碳粒預(yù)熱與著火點(diǎn)燃料的燃燒。煤粉的揮發(fā)分均為長碳鏈碳?xì)浠衔?，其燃燒的速度非?？臁Ｔ谌紵倪^程中常伴有鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。揮發(fā)分的燃燒放出的熱量用于提升溫度，為碳粒著火提供條件。（2）碳粒的著火溫度與著火 對于分解爐來說，要想使得揮發(fā)分燃燒后留下的碳粒連續(xù)穩(wěn)定地著火，只有當(dāng)爐溫達(dá)到碳粒的著火溫度后才能著火燃燒，且其放熱速度應(yīng)該大于吸熱源造成的散熱速度。碳粒的著火溫度，不是燃燒物的固有特性，而是隨著分解爐(反應(yīng)器

32、)的壁溫的變化而變化對于揮發(fā)分低、燃燒活化能大的無煙煤，在強(qiáng)烈吸熱源的存在下，不利于碳粒的著火和燃燒。因此，在分解爐的設(shè)計(jì)過程中，要針對煤種的不同，采用合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來加以控制。如對于燃燒活性較好、極易燃燒的煤種，為了防止燃燒嘴附近出現(xiàn)局部過熱問題，在分料的過程中，要及早地在燃燒區(qū)引人吸熱源 生料，以控制燃燒速度對于煤質(zhì)較差和燃燒活性較低的煤種，為了能夠讓其連續(xù)穩(wěn)定地燃燒，必須控制生料不能過早地進(jìn)入燃燒區(qū)，以確保燃燒過程穩(wěn)定。（3）碳酸鹽的分解其分解反應(yīng)的速度主要受碳酸鹽礦物形成的地質(zhì)年代和形態(tài)，以及碳酸鹽物料的加工過程與程度(如細(xì)度、形狀、級配等)和分解爐內(nèi)的氣氛有關(guān)。根據(jù)碳酸鹽分解反應(yīng)的縮

33、核模型和熱力學(xué)條件，可推導(dǎo)出碳酸鹽分解反應(yīng)所需的時間。強(qiáng)化碳酸鹽分解的措施有:提高爐內(nèi)反應(yīng)溫度;降低二氧化碳的分壓或濃度;提高生料粉磨細(xì)度。2.2.10 預(yù)熱器整體框架的布置與優(yōu)化設(shè)計(jì) 根據(jù)預(yù)熱器系統(tǒng)設(shè)計(jì)的控制指導(dǎo)思想，不難獲得理想的預(yù)分解系統(tǒng)設(shè)計(jì)然而，理想的預(yù)分解系是全方位的，除技術(shù)性能外，還涉及到預(yù)熱器板架的優(yōu)化設(shè)計(jì)。在布置的過程中，如何為預(yù)熱器框架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)創(chuàng)造條件，也是裝備技術(shù)開發(fā)工作的重要方面為此在框架的設(shè)計(jì)控制卜，采用多立柱(12根立柱)、精簡梁(梁的最大跨距7.8 m)的設(shè)計(jì)方案，在增加框架穩(wěn)定性的同時，達(dá)到節(jié)約框架用材的目的。2.2.11 分解爐性能分析及生產(chǎn)能力分解爐內(nèi)的氣流

34、運(yùn)動，有四種基本形式:即渦旋式、噴騰式、懸浮式及流化床式。在這四種型式的分解爐內(nèi)，生料及燃料分別依靠“渦旋效應(yīng)”、“噴騰效應(yīng)”、“懸浮效應(yīng)” 和“流態(tài)化效應(yīng)”分散于氣流中。由于物料之間在爐內(nèi)流場中產(chǎn)生相對運(yùn)動，從而達(dá)到高度分散、均勻混合和分布、迅速換熱、延長物料在爐內(nèi)的滯留時間，達(dá)到提高燃燒效率、換熱效率和入窯碳酸鹽分解率的目的。7預(yù)分解窯是當(dāng)代水泥工業(yè)用于鍛燒熟料的最為先進(jìn)的工藝裝備，具有高效、優(yōu)質(zhì)、低耗等一系列優(yōu)良性能。它的誕生和發(fā)展把現(xiàn)代水泥工業(yè)生產(chǎn)推進(jìn)到一個嶄新階段，代表著國際水泥工業(yè)的先進(jìn)水平。其特點(diǎn)主要有三個方面:已使在結(jié)構(gòu)方面，它是在懸浮預(yù)熱窯的懸浮預(yù)熱器與回轉(zhuǎn)窯之間，增設(shè)了一個

35、分解爐，承擔(dān)了原來在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)進(jìn)行的碳酸鹽分解任務(wù);二是熱工方面，分解爐是預(yù)分解窯系統(tǒng)的“第二熱源”，將傳統(tǒng)上全部由窯頭加入燃料的做法，改變?yōu)樯俨繌母G頭加入，大部分從分解爐內(nèi)加入，從而改善了窯系統(tǒng)內(nèi)的熱力分布格局;三是工藝方面，熟料鍛燒工藝過程中耗熱最多的碳酸鹽分解過程，移至分解爐內(nèi)進(jìn)行之后，由于燃料與生料粉混合均勻，燃料燃燒熱及時傳遞給物料，使燃燒、換熱及碳酸鹽分解過程都得到優(yōu)化，使熟料鍛燒工藝更完善。分解爐是預(yù)分解系統(tǒng)中的十分重要的設(shè)備，是一個伴有熱量、質(zhì)量、動量傳遞和化學(xué)反應(yīng)的多相反應(yīng)器。它承擔(dān)預(yù)分解系統(tǒng)中繁重的燃燒、換熱和碳酸鹽分解任務(wù)。這些任務(wù)能否在高效狀態(tài)下順利完成，主要取決于生料與燃料能否在爐內(nèi)很好的分散、混合和均布;燃料能否在爐內(nèi)迅速地完全燃燒，并把燃燒熱及時地傳遞給物料;生料中的碳酸鹽能否迅速地吸熱、分解，逸出的二氧化碳能否及時排出。以上這些要求能否達(dá)到，在很大程度上又取決于爐內(nèi)氣、固流動方式，即爐內(nèi)三維流場的合理組織8在熟料鍛燒過程中，生料組分中碳酸鹽含量(約占量74%-79%)最多、分解耗熱量最大(約占總耗熱量50%-60%).碳酸鹽分解過程(理論上純碳酸鹽在8900oC，分壓達(dá)101.3kP