水泥廠設計說明書

引言新型干法水泥技術是當今世界水泥開展的最新成果，具有節(jié)能、降耗、優(yōu)質(zhì)、環(huán)保、大型化、本錢低、勞動生產(chǎn)率高等優(yōu)勢，所以得到了快速開展，展現(xiàn)了強大的生命力和競爭力。新型干法水泥的快速開展是時代進步的成果，是技術開展的必然趨勢和潮流。我國也已進入干法水泥時代。我國干法水泥生產(chǎn)技術二十多年來實現(xiàn)了持續(xù)不斷的開展，按照國家的產(chǎn)業(yè)政策，對水泥工業(yè)提出了“控制總量、調(diào)整結(jié)構(gòu)、淘汰落后”的開展方針。對此，行業(yè)內(nèi)在調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、技術結(jié)構(gòu)和規(guī)模結(jié)構(gòu)方面都做了大量工作，也取得了一定成效，但整體水平開展與世界水平相比仍有較大差距，特別是具有當今先進技術水平的大中型預分解回轉(zhuǎn)窯水泥廠在整個水泥行業(yè)中所占的比例仍然偏低。隨著技術的進步，國際水泥工業(yè)的開展更強調(diào)技術先進、低能耗、高產(chǎn)量，也更注重環(huán)保。國家發(fā)改委針對當前重點行業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的突出問題，提出了以“高新技術產(chǎn)業(yè)化、高新技術和先進適用技術改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)、優(yōu)化重點產(chǎn)品和技術結(jié)構(gòu)”的導向方案，強調(diào)以市場為導向，以改革和科技進步為動力，以結(jié)構(gòu)調(diào)整為主線，把技術改造與企業(yè)改革、改組，加強管理緊密結(jié)合，支持企業(yè)的聯(lián)合重組，促進資源的優(yōu)化配置，提高經(jīng)濟效益，推進國家產(chǎn)業(yè)改革、行業(yè)規(guī)劃的實施，表達生產(chǎn)力布局調(diào)整的要求，一道全社會的投資方向，實現(xiàn)促進產(chǎn)業(yè)升級、提高一批優(yōu)勢企業(yè)核心競爭力的目標。我國的水泥工業(yè)可持續(xù)開展京津過三個階段：第一階段：開展大型新型干法水泥生產(chǎn)技術和設備，促進我國水泥工業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整。開展大型干法水泥生產(chǎn)技術及設備是指10000t/d水泥熟料生產(chǎn)線的工藝與成套設備，該工程在節(jié)能降耗、減少環(huán)境負荷以及與環(huán)境友好相融方面，將到達世界先進水平，可大大增強我國水泥工業(yè)的技術裝備在國際市場的競爭力。在10000t/d生產(chǎn)線工作的帶動下，可以全面提升5000t/d級及以下生產(chǎn)線水平，并可在國內(nèi)推廣新型干法生產(chǎn)技術，促進水泥工業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整。第二階段：使我國水泥工業(yè)納入節(jié)能型、環(huán)保型和資源型的運行軌道。1大力開展并推廣高產(chǎn)節(jié)能的破碎、粉磨工藝技術與設備。如大型單段石灰石破碎機、輥磨、輥壓機、組合式高效選粉機等，可以大大簡化工藝流程與節(jié)省能耗。2開發(fā)并推廣高效節(jié)能的燒成設備，如低壓損預熱機、原料與燃料適應性強的分解爐等。3低品位原料的應用以及工業(yè)廢棄物，如粉煤灰、石灰?guī)r等進行水泥配料。此外，在新型干法水泥生產(chǎn)技術中，使用低品位燃料和劣質(zhì)燃料等煅燒水泥。4大型高溫袋式收塵器與大型高濃度電收塵器的開發(fā)利用，粉塵排放濃度標準＜50mg/m3。5大力開展散裝水泥。第三階段：沿著綠色水泥工藝的開展道路前進，綠色工業(yè)是人類在創(chuàng)造物質(zhì)文明時所希望的目標，綠色水泥工業(yè)已成為我們的共識。1.1世界水泥工業(yè)的特點和開展趨勢現(xiàn)在，國際水泥工業(yè)以預分解窯技術為核心，將現(xiàn)代科學技術和工業(yè)生產(chǎn)的最新成果廣泛水泥生產(chǎn)的全過程，形成了一套具有現(xiàn)代高科技特征，符合優(yōu)質(zhì)、高效、節(jié)能、環(huán)保要求以及大型化、自動化的現(xiàn)代水泥生產(chǎn)方法。水泥裝備大型化、生產(chǎn)過程自動化實現(xiàn)產(chǎn)品高質(zhì)量是世界水泥工業(yè)當今開展的特點。20世紀90年代以后國際水泥工業(yè)又出現(xiàn)了水泥生態(tài)化的高潮，即從可持續(xù)開展角度開發(fā)工業(yè)廢棄物及城市垃圾等循環(huán)再利用技術。因此可以說世界水泥開展的趨勢是以節(jié)約能源、節(jié)省資源和環(huán)境保護為中心，進行清潔生產(chǎn)和高效集約化生產(chǎn)，加強水泥生態(tài)技術研究與開發(fā)，逐步減少天然資源和天然能源的消耗，最大程度減少環(huán)境污染，最大限度接受消納工業(yè)廢棄物和城市垃圾等，使水泥到達與環(huán)境友好、相容、和諧、共存。1.2我國水泥工業(yè)的開展方向我國水泥工業(yè)近年來雖然取得了巨大的技術進步，但也面臨著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、資源與環(huán)境、國際競爭等各方面的挑戰(zhàn)，為此我國應該重點開展新型干法水泥生產(chǎn)技術。首先，要大力開展生產(chǎn)裝備，在提高現(xiàn)有新型干法水泥工藝技術和裝備制造水平的同時，加快開發(fā)10000t/d規(guī)模的大型國產(chǎn)化生產(chǎn)線。主要是高效率的燃料燒成系統(tǒng)與高效節(jié)能的粉磨設備、新一代篦式冷卻機、大型高效收塵設備、綜合在線優(yōu)化控制技術裝置等。其次，要提高水泥工業(yè)清潔生產(chǎn)水平，沿著生態(tài)水泥的方向前進。伴隨著國民經(jīng)濟的持續(xù)、健康開展，水泥工業(yè)作為根底原材料將繼續(xù)發(fā)揮重要作用。我們要在大力推廣新型干法水泥生產(chǎn)技術的同時，深化研究和開發(fā)節(jié)能型、環(huán)保型和資源型的現(xiàn)代水泥工業(yè)生產(chǎn)技術和設備，實現(xiàn)可持續(xù)開展，我國水泥工業(yè)將逐步步入生態(tài)化階段。一、設計任務1.1任務日產(chǎn)五千噸新型干法生產(chǎn)線水泥廠〔設計工廠的地點，氣候地質(zhì)條件〕〔生產(chǎn)原料組成與來源〕1.2重點解決問題⑴全廠總平面布置圖⑵配料計算、物料平衡計算、主機平衡計算、儲庫平衡計算、⑶回轉(zhuǎn)窯工藝及設備的設計、選型二、配料計算2.1熟料中煤灰的摻入量GA=〔2-1〕式中：GA——孰料中煤灰摻入量，%；q——單位熟料熱耗。KJ/kg熟料；Q——煤的應用基低熱值KJ/kg熟料；S——煤灰沉落率〔有電收塵〕取100%；AY——煤應用基灰分含量，%；GA==3025×21.7%×100%/26950=2.38%2.2配料計算生料配料過程就是使熟料中的各種必要化學組分符合要求的礦物組成和率值的過程。計算步驟Ⅰ列出各原料，煤灰分的化學組成和煤的工業(yè)分析表2-1煤的工業(yè)分析MarMadAadVad熱值〔KJ/Kg煤〕100.5221.2711.2326950表2-2煤灰的化學組成SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOK2ONa2OSO3Cl-55.6229.813.25.671.021.180.322.750.003表2-3原料化學成分〔%〕原料LossSiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOK2ONa2OSO3石灰石41.033.751.290.8449.681.870.250.050.11石英砂巖0.3298.20.340.540.260.120.070.040.00粉煤灰1.5058.127.424.194.081.491.810.330.81硫酸渣4.8930.555.5142.7714.543.040.760.201.45Ⅱ計算煤灰摻入見上2.1計算得2.38%Ⅲ選擇熟料礦物組成結(jié)合該廠的原料、燃料等組分及該廠的質(zhì)量要求，選取熟料率值及礦物組成如下：表2-4熟料率值及礦物組成〔%〕KHSMAMC3SC2SC3C4AF0.912.71.560.7616.957.409.87計算各氧化物的含量：SiO3%=0.2631C3S+0.3488C2S=0.2631×60.76+0.3488×16.95%=21.98%Al2O3%=0.3773C3A+0.2098C4FA=〔0.3773×7.40+0.2098=4.869%Fe2O3=0.3268C4AF=〔0.3268×9.87〕%=3.253%CaO=0.3769C3S+0.6512C2S+0.6227C3A+0.4616C=〔0.7369×60.76+0.6512×16.95+0.6227×7.40+0.4616×9.87〕%=65.20%Ⅵ將各原料化學組成換算成灼燒基〔即×100/100-燒失量〕表2-5原料化學組成灼燒基組成SiO2Al2O3Fe2O3CaO灼燒基石灰石6.3592.1861.42484.286灼燒基石英砂巖98.5140.3410.5420.261灼燒基粉煤灰59.06327.8314.2534.141灼燒基硫酸渣32.1085.79144.95114.758Ⅴ按計算所得熟料化學組成，減去煤灰摻入的成分后，即無灰熟料成分，由此來計算燃料、原料之配合比及熟料成分、率值和礦物組成。減去煤灰摻入成分〔%〕表2-6無灰孰料成分〔%〕組成 SiO2Al2O3Fe2O3CaO計算孰料成分21.984.873.2565.20減去煤灰成分×2.38%1.320.710.080.13無灰熟料成分20.664.163.1765.07計算各種原料配合比：石灰石%≈CaO無灰熟料/CaO石灰石=65.20/85.71=77.61%硫酸渣%≈Fe2O3無灰熟料/Fe2O3硫酸渣=3.25/44.951=7.23%修正石灰石%≈〔CaO無灰熟料-硫酸渣配比×CaO硫酸渣〕/CaO石灰石=〔65.20-7.23%×1.3〕=75.36%粉煤灰%≈〔CaO無灰熟料-石灰石配比×SiO2石灰石〕/SiO2粉煤灰=〔20.66-75.36%×6.36〕/59.063=7.03%修正硫酸渣%≈〔SiO2無灰熟料-石灰石配比×Fe2O石灰石-粉煤灰×Fe2O粉煤灰〕/Fe2O3硫酸渣=〔3.17-75.36%×1.424-21.9%×1.88〕/44.97=3.2%修正粉煤灰%≈〔SiO2無灰熟料-石灰石配比×SiO2石灰石-硫酸渣配比×SiO2硫酸渣〕/SiO2粉煤灰=〔20.45-75%×5.11-3.4%×32.12〕/75.62=20%修正石灰石%≈〔CaO無灰熟料-硫酸渣配比×CaO硫酸渣-粉煤灰配比×CaO煤矸石〕/CaO石灰石=〔64.46-20%×1.3-3.4%×15.29〕/85.71=74.29%修正硫酸渣%≈〔Fe2O3無灰熟料-石灰石配比×Fe2O石灰石-石英砂巖×Fe2O煤矸石〕/Fe2O3硫酸渣=〔3.14-74.29%×1.58-20%×1.88〕/44.97=3.6%修正粉煤灰%≈〔SiO2無灰熟料-石灰石配比×SiO2石灰石-硫酸渣配比×SiO2硫酸渣〕/SiO2粉煤灰=〔20.45-74.29%×5.11-3.6%×32.12〕/75.62=10%石英砂巖%=1-74.29%-3.6%-17%-2.38%=2.73%按初步計算的配合比計算熟料化學組成：〔%〕表2-7熟料化學組成原料名稱配合比〔%〕SiO2Al2O3Fe2O3CaO灼燒基石灰石77.63.800.981.1764.053灼燒基硫酸鹽11.021.160.211.620.002灼燒基粉煤灰1012.862.920.320.22灼燒基石英砂巖2.732.680.0370.0150.007煤灰2.381.320.710.080.13計算熟料17.574.8863.2164.029計算熟料率值：KH=〔CaO－1.65Al2O3－0.35Fe2O3〕/2.8SiO2=〔64.053－1.65×4.950－0.35×3.320〕/〔2.8×21.92〕=0.89SM=SiO2/〔Al2O3+Fe2O3〕=17.57/〔4.886+3.21〕=2.71IM=Al2O3/Fe2O3=4.886/3.21=1.52由以上計算可知：計算熟料中率值和礦物組成與要求有一定差額，同時IM和SM均有些偏高。因此應適當調(diào)整各原料配合比。現(xiàn)調(diào)整配合比為：石灰石：77.72%石英砂巖：10.2%粉煤灰：8.5%硫酸渣：4.25%再按調(diào)整后的配合比計算熟料化學成分：表2-8熟料化學成分原料名稱配合比SiO2Al2O3Fe2O3CaO灼燒基石灰石77.723.800.981.1763.67灼燒基石英砂巖10.22.560.0090.0140.007灼燒基粉煤灰8.512.92.930.320.222灼燒基硫酸渣4.251.180.211.650.56煤灰2.381.320.710.080.13計算熟料21.764.8393.23464.589計算熟料率值：KH=〔CaO－1.65Al2O3－0.35Fe2O3〕/2.8SiO2=〔64.589－1.65×4.839－0.35×3.234〕/2.8×21.76=0.91SM=SiO2/〔Al2O3+Fe2O3〕=21.76/〔4.839+3.234〕=2.7IM=Al2O3/Fe2O3=4.839/3.234=1.5計算率值與要求符合。計算熟料礦物組成：C3S%=3.8SiO2〔3KH-2〕%=3.8×21.76×〔3×0.91-2〕%=60.7%C2S%=8.6SiO2〔1-3KH〕%=8.6×21.76×〔1-0.91〕%=16.93%C3A%=2.65〔Al2O3-0.64Fe2O3〕=2.65××3.234〕%=7.34%C4AF%=3.04Fe2O3%=3.04×3.234%=9.83%以上計算熟料率值和礦物組成均可滿足要求，故不再調(diào)整配合比。Ⅵ將燃料原料配合比換算為應用基原料配合比：表2-9應用基原料配合比原料名字煅燒原料配合比%應用基原料質(zhì)量比%應用基原料配合比%石灰石77.72132.1285.33石英砂巖10.210.26.61粉煤灰8.58.675.44硫酸渣4.254.462.62Ⅶ計算生料成分各原料成分乘以應用基原料配合比之和即為生料成分。表2-10生料成分計算名稱燒失量SiO2Al2O3Fe2O3CaO石灰石×85.33%35.013.201.120.7242.39石英砂巖×6.61%0.025.990.020.040.02粉煤灰×5.44%0.083.171.490.230.38硫酸渣×2.62%0.130.80.141.120.38有害組分計算和評定①生產(chǎn)中有害成分的控制范圍：表2-11有害成分的控制范圍R2OClSO3硫堿比≦1.0%0.015%≦1.5%≦1.0②原料帶入的有害組分及生料中的有害成分ⅰK2O+Na2O石灰石85.33%×0.43=0.2559石英砂巖6.6%×0.11=0.0125粉煤灰5.4%×2.14=0.1156硫酸渣2.62%×0.96=0.025生料=0.409ⅱMgO石灰石85.33%×1.87=1.595石英砂巖6.6%×0.11=0.008粉煤灰5.4%×0.148=0.080硫酸渣2.62%×3.04=0.079生料=1.762ⅲSO3石灰石85.33%×0.11=0.094石英砂巖6.6%×0=0粉煤灰5.4%×0.18=0.10硫酸渣2.62%×1.45=0.037生料=0.142ⅳCl-石灰石85.33%×0.013=0.011石英砂巖6.6%×0.014=0.0009粉煤灰5.4%×0.004=0.0002硫酸渣2.62%×0.005=0.001生料=0.012評價堿性氧化物〔K2O+Na2O〕，處于最正確狀態(tài)。氧化物〔MgO〕，處于最正確狀態(tài)。硫的氧化物〔SO42-等〕，處于上限。氯離子〔Cl-〕，處于上限。以上有害成分均處在極限范圍內(nèi)，故原料可用。三、工藝平衡計算3.1物料平衡3.1.1孰料率值及礦物組成表3–1孰料率值及礦物組成KHSMAMC3SC2SC3C4AF0.9102.701.5060.7616.957.409.873.1.2水泥中石膏摻量的多少主要取決于水泥的化學成分。尤其是水泥中C3A與堿的含量，同時也于水泥的細度，混合材的種類及含量，孰料中SO3含量有很大關系。水泥中摻適量的石膏，不僅可以調(diào)節(jié)凝結(jié)時間，還可以改變水泥的一系列性能，如提高水泥強度，尤其是早強。石膏摻量少，那么起不到緩凝的作用，摻量過多一般的，由“南化公式”與“柳州經(jīng)驗公式”來確定石膏摻量。南化公式：SO3=0.2C3A+0.05C4AF〔=0.2×7.40+0.05×9.87=1.974柳州經(jīng)驗公式：SO3=0.156C3A+1.02〔=0.156×7.40+1.02=2.174根據(jù)以上結(jié)果，去最正確含量為：2.1%。那么水泥中石膏的最正確摻入量為：G=*100(3-3)式中：G——石膏最正確摻量〔%〕——水泥中SO3的最正確摻量〔%〕——石膏中SO3含量〔%〕∴G=(2.4/43.06)×100%=5%為了生產(chǎn)上便于控制，取G=5%3.1.3通過物料平衡計算，可知道各種原料、燃料、材料的需要，以及從原料進廠至成品出廠各工序所需處理得物料量，其計算的根底資料有：工廠規(guī)模，生料各組分配合比及生料外加物比例。水分，燃料品種，水分熱值，物料燒成熱耗，物料烘干熱耗和車間工作制度等。窯的熟料產(chǎn)量是物料平衡的計算基準。現(xiàn)設計的是日產(chǎn)5000t/d、年產(chǎn)水泥的生產(chǎn)工藝，故物料平衡用年平衡法表示。3.1.3A.要求的熟料年產(chǎn)量計算QY=Gy(3-4)式中:QY——要求的熟料年產(chǎn)量〔t/年〕d——水泥中石膏的參入量〔%〕e——水泥中礦渣摻入量〔%〕p——水泥的生產(chǎn)損失〔%〕可取3-5%Gy——工廠規(guī)模〔t熟料/年〕∴Qy=(100-5-10)×180/〔100-3〕=155〔t/年〕B.窯的臺數(shù)計算有關窯的臺時產(chǎn)量，由《水泥廠的工藝設計》表7-7可知，窯的規(guī)格為天津水泥工業(yè)設計院φ4.8×72m時，有：窯的臺時產(chǎn)量：208〔t/d〕窯的臺數(shù)：n=Qy/8760ηQh.1(3-5)式中：Qy——要求的孰料年產(chǎn)量〔t/年〕Qh.1——所選定的標定臺時產(chǎn)量〔t/臺.h〕8760——全年日歷小時數(shù)η——窯的年利用率，預分解窯為0.8～0.85取0.849∴n=〔155×104〕/〔8769×0.849×208〕≈1.001本設計所取的臺數(shù)為一臺。燒成系統(tǒng)：孰料的小時產(chǎn)量：Qh=n×Qh.1=1×208=208〔t/h〕〔3-6〕孰料的日產(chǎn)量：Qd=24×Qh=24×208=4992〔t/d〕〔3-7〕孰料的年產(chǎn)量：Qy=8760ηQh=8760×0.849×208=155萬噸/年〔3-8〕工廠的生產(chǎn)能力計算水泥的小時產(chǎn)量：〔425〕Gh=〔100-p〕×Qh/〔100-d-e〕=〔100-3〕×58.9/〔100-5-10〕=67.25t/d〔3-9〕〔325〕Gh=〔100-p〕×Qh/〔100-d-e〕=〔100-3〕×45.06〔100-5-10〕=67.25t/d水泥的日產(chǎn)量：Gd=24Gh〔3-10〕=24×134.5=3228t/d水泥的年產(chǎn)量：Gy=8760ηGh〔3-11〕=8760×0.849×134.5=100(萬噸)3.1A.原材消耗定額a.考慮煤灰摻入時，1t熟料的干產(chǎn)理論消耗量KT=(100-S)/〔100-1〕〔3-12〕公式〔3-12〕出自《水泥廠工藝設計概論》P393-15式中：KT——干生料理論消耗量〔t/t熟料〕I——干生料的燒失量〔%〕S——煤灰摻入量，以熟料百分數(shù)表示〔%〕∴KT=〔100-2.37〕/〔100-35.24〕=1.5075〔t/t熟料〕b.考慮摻入粉煤灰時，1t孰料的干生料消耗定額K生=〔100KT〕/〔100-P生〕〔3-13〕公式〔3-13〕出自《水泥廠工藝設計概論》P403-17式中：K生——干生料消耗定額〔t/t熟料〕P生——生產(chǎn)損失〔%〕∴K生=〔100×1.5075〕/〔100-3〕=1.52〔t/t熟料〕c.各干原料消耗定額K原=K生·X〔3-14〕公式〔3-14〕出自《水泥廠工藝設計概論》P403-18式中：K原——某干原料的消耗定額〔t/t熟料〕K生——干生料中此原料的配合比〔%〕X——干生料中原料的配合比〔%〕。∴石灰石：K石=1.52×85.33%=1.297〔t/t熟料〕石英砂巖：K砂=1.52×6.6%=0.10〔t/t熟料〕粉煤灰：K粉煤灰=1.52×5.4%=0.082〔t/t熟料〕硫酸渣：K硫酸渣=1.52×2.62%=0.040〔t/t熟料〕B.干石膏、干礦渣消耗定額a.干石膏消耗定額Kd=100d/〔100-d-e〕〔100-Pd〕〔3-15〕公式〔3-15〕出自《水泥廠工藝設計概論》P403-19式中Kd——干石膏消耗定額〔Kg/Kg熟料〕；Pd——干石膏生產(chǎn)損失〔%〕，一般取3%。礦渣水泥：Kd=100×5/〔100-5-10〕=0.061〔t/t熟料〕b.礦渣消耗定額Ke=100e/〔100-d-e〕〔100-Pe〕〔3-16〕公式〔3-16〕出自《水泥廠工藝設計概論》P403-20礦渣水泥：Ke=100×10/〔100-5-10〕〔100-3〕=0.121〔t/t熟料〕c.燒成用干煤消耗定額Kf1=100q/QgDW(100-Pt)〔3-17〕公式〔3-17〕出自《水泥廠工藝設計概論》P403-21式中：Kf1——燒成用煤消耗定額，t/t熟料；q——孰料燒成消耗〔KJ/Kg煤〕,取3011KJ/Kg熟料；QgDW——干煤低位熱值〔KJ/Kg煤〕;Pt——煤的生產(chǎn)損失〔%〕一般取3%QgDW=〔QyDw+25Wy〕×=〔26950+25×0.6〕×100/〔100-0.6〕=26965.1〔KJ/Kg煤〕Kf1=100×3011/〔26965.1×〔100-3〕〕〔t/t熟料〕d.烘干用煤消耗定額新型干法水泥的烘干根本上是利用余熱進行，所以這里不用計算。e.含天然水濕物料消耗定額計算：濕石灰石：K′石=100K石/〔100-1〕=100×1.297/99=1.31〔t/t熟料〕濕石英砂：K′砂=100K石/〔100-1〕=100×0.10/99=0.100〔t/t熟料〕濕硫酸渣：K′硫酸渣=100K硫酸渣/〔100-15〕=100×0.040/85=0.047〔t/t熟料〕濕粉煤灰：K′粉煤灰=100K粉煤灰/〔100-1〕=100×0.082/99=0.083〔t/t熟料〕濕石膏：K′石膏=100K石膏/〔100-5〕=100×0.061/95=0.063〔t/t熟料〕燒成用煤：K燒煤===0.134〔t熟料/t〕f.原燃料需要量計算及物料平衡表的編制表3-1物料平衡表物料名稱天然水分生產(chǎn)損失消耗定額物料平衡量〔t〕干料含天然水分料干料含天然水粉料時日年〔萬〕時日年〔萬〕石灰石131.2971.31270.26485201270.86550203石英砂130.10.120.850015.520.850015.5粉煤灰130.0820.08317.141012.717.341512.8硫酸渣150.0400.0478.32006.29.82357.3生料—11.5191.55316.575952353237750240石膏530.0630.0666.716157.30175.35.4熟料————2085000155———水泥————1343226100———煤1030.1170.13427.958524.427.967020.73.2主機平衡主機平衡是在物料平衡計算〔年平衡計算〕和選定車間工作制度的根底上計算各車間主機要求的生產(chǎn)能力〔要求主機小時產(chǎn)量〕為選定車間主機的型號，規(guī)格和臺數(shù)提供依據(jù)。其計算步驟為：根據(jù)車間工作制度，選取主機的年利用率，并根據(jù)物料年產(chǎn)平衡，求出該主機要求的小時產(chǎn)量。3.2.1生產(chǎn)水泥的原、燃材料，大局部都要經(jīng)過預先破碎，因為從礦山開采的石灰石、石膏、礦渣以及煤等原、燃料塊度均比擬大，給運輸、儲存和粉磨帶來一定的困難，由窯煅燒所得的熟料其中有些塊度較大，也許經(jīng)過破碎?，F(xiàn)在，隨窯磨等一些設備單機生產(chǎn)能力的大型化及礦山開采技術的開展，破碎流程和破碎設備也相應有了較大的開展，其主要表現(xiàn)在：A.破碎設備大型化B.破碎流程單段化C.破碎設備移動化D。破碎設備多功能化根據(jù)被破碎物料要求的產(chǎn)量、破碎比、破碎設備的性能等，選擇適應的破碎設備。3.2.1工作制度選擇每日兩班，每班6～7小時，年利用率0.415主機要求小時產(chǎn)量GH=Gy/8760η〔3-20〕公式〔3-20〕出自《水泥廠工藝設計概論》P424-42式中：GH——主機要求小時產(chǎn)量〔t/h〕；Gy——物料年平衡量〔t/a〕；η——額定的主機年利用率；GH=203.05×104/〔8760×0.415〕=558.54〔t/h〕本設計采用單段錘式破碎機型號：國產(chǎn)TKLPC型單段錘式破碎機一臺。破碎機主要技術性能如下：入料粒度：100×1200×1500mm出料粒度：0～75mm〔約占90%〕生產(chǎn)能力：平均700t/h，最大850t/h主電機容量：800kW，電壓：10kW3.2.1對于我國的水泥廠使用的煤，其塊度大約在200mm左右，因此為滿足煤磨的要求，就必須先經(jīng)過破碎。主機車間工作制度：每日一班，每班6～7小時，年利用率0.1876。主機要求小時產(chǎn)量GH=Gy/8760η=20.15×104/8760×0.1876=122.6〔t/h〕環(huán)錘式破碎機：型號：PCH-1010進料粒度：≤300mm出料粒度≤30mm電機功率：120kW臺時產(chǎn)量：200t/d。3.2.1水泥廠的石膏破碎一般采用顎式破碎機，將300～400mm的大塊石膏破碎至40mm以下，以滿足輸送、儲存和粉磨的需要。石膏屬于遠程外購原料，是成批量、不定期運入廠內(nèi)的，在廠內(nèi)的堆存量大，而日用量少，因此，石膏破碎一般均采取集中破碎的方式，破碎一次，使用一段時間，可按每日一班安排破碎作業(yè)，并編制相應的勞動定員。主機車間工作制度：每日兩班，每班6～7小時，年利用率0.242主機要求小時產(chǎn)量GH=Gy/8760η=10.23×104/8760×0.242=50.1〔t/d〕本設計采用PEX-250×1000細顎式破碎機，生產(chǎn)能力20～70t/h，電機功率為：45kW，型號為：Y280S-8，入料粒度≤210mm，出料粒度≤50mm.3.2.2隨著干法水泥生產(chǎn)技術的開展，為適應不同原料和工藝的要求，提高粉磨效率，生料粉磨系統(tǒng)也得到了不斷的開展。其特點有：A.原料的烘干、粉磨一體化；B.磨機與高效選粉機及輸送設備相匹配；C.設備大型化；D.新型節(jié)能磨粉設備化；E.采用了烘干、粉磨聯(lián)合相組；F.利用預熱器〔窯尾〕的尾氣來烘干物料；G.采用了自動化微機控制，減少了人為操作?，F(xiàn)根據(jù)實際情況，本設計中選用ATOX立磨對生料進行粉磨車間工作制度：每日三班，每班8小時，年利用率0.679主機要求小時產(chǎn)量GH=Gy8760η=240.25×104/8760×0.679=403.91〔t/h〕現(xiàn)選用丹麥進口ATOX50立磨入磨粒度：≤100mm，出磨粒度：0.08mm篩余：10%入磨水分：≤6%出磨水分：≤0.5%主電機功率：4000kW循環(huán)風機處理風量：85000m3全壓：11500Pa電機功率：4000kW.3.2.3制備煤粉，大多數(shù)選用烘干磨，主要有風掃磨，輥式磨和風扇磨。本設計結(jié)合主機要求及本錢等多方面原因選用風掃磨。車間工作制度：每日三班，每班8小時，年利用率0.596主機要求小時產(chǎn)量GH=Gy/8760η=20.15×104/8760×0.596=38.59〔t/h〕煤磨采用一臺φ3.8×7+2.5m烘干兼粉碎的風掃式煤磨當原煤水分≤10%，出磨煤粉水分≤1%原煤粒度≤25mm煤粉細度為80μ篩篩余3～5%時，磨機產(chǎn)量為38t/h。3.2.4水泥粉磨是水泥行業(yè)中耗電最多的一個工序，近年來隨著新型干法水泥生產(chǎn)的開展，為了提高粉磨效率，節(jié)約能源，提高經(jīng)濟效益，水泥粉磨設備大型化的同時，也得到了不斷的改良。主機車間工作制度：每日一班，每班7～8小時，年利用率0.672主機要求小時產(chǎn)量GH=Gy/8760η=100×104/8760×0.672=169.8〔t/d〕本設計選用輥壓機型號：φ1.7×1.1m最大通過能力：650t/h主電機功率：2×900kW球磨機規(guī)格：φ4.2×13m生產(chǎn)能力：175t/h成品比外表積：3400cm3/g主電機功率：3550kW選粉機型號：N-3500最大喂料量：630t/h轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速：80-175r/min主電機功率：160kW3.2.5在水泥的生產(chǎn)上，水泥的包裝是水泥工藝的最后一道工序，袋裝水泥在我國是水泥開展的主要方式，便于運輸、堆放、清點和計量，但本錢高，且浪費嚴重，現(xiàn)在水泥的使用，正向散裝水泥方向開展。主機車間工作制度：每日一班，每班6～7小時，年利用率0.80主機要求小時產(chǎn)量GH=Gy/8760η=100×104×30%/8760×0.80=4209〔t/h〕本設計選用包裝機型號：BHYW-8二臺能力：120t/h功率：3+8×4kW3.2.6為了適應全廠生產(chǎn)的需要，以及更好的利用窯尾余熱，現(xiàn)根據(jù)經(jīng)驗，選用由南京水泥工業(yè)設計所設計，上海新建機械廠制造的，KC-1084推動篦式冷卻機。其性能如下：生產(chǎn)能力：5500t/d篦床有效面積：131.48m2入料溫度：1440oC出料溫度：65oC+環(huán)境溫度出料粒度：≤25mm表3-3主機要求生產(chǎn)能力平衡表序號車間名稱主機名稱主要參數(shù)數(shù)量〔臺〕日運行時數(shù)〔h〕車間工作制度〔d/w〕×〔h/d〕年利用率1石灰石均化庫堆料機堆料能力：900t/h111.45×1628.8取料機取料能力：500t/h113.07×24462煤預均化庫堆料機堆料能力：150t/h16.05×815.1取料機取料能力：100t/h16.47×2422.63原料粉磨輥式磨入磨粒度：≤80mm綜合水分：≤8%成品水分：≤0.5%成品細度：≤80μm方空篩篩余≤12%生產(chǎn)能力：400t/d119.27×2467.94煤粉制備風掃式烘干磨原煤粒度：≤30mm原煤水分：≤10%煤粉水分：≤0.5%煤粉細度：80μm方孔篩篩余3～5%φ3.8×7+2.5m生產(chǎn)能力：38t/h116.87×2459.65燒成系統(tǒng)回轉(zhuǎn)窯預熱器分解爐篦冷機φ4.8×72m五級雙系列預熱器TDF型分解爐第三代篦式冷卻機生產(chǎn)能力5500t/d1247×2484.96水泥粉磨雙倉管磨φ4.2×13m，平均生產(chǎn)能力：160t/h1197×2467.27石膏破碎顎式破碎機生產(chǎn)能力：50t/h14.85×812.18水泥汽車散裝散裝機裝車能力：200t/h36.36×819.09水泥包裝水泥袋裝機包裝能力：100t/h212.97×1645.710袋裝水泥汽運裝車機裝車能力：100t/h411熟料汽車散裝散裝機裝車能力：200t/h36.05×815.13.3儲庫平衡為保證工廠生產(chǎn)的連續(xù)進行和水泥的均衡出廠，以及滿足生產(chǎn)過程中質(zhì)量控制的需要，水泥廠必須設置各種物料儲存庫〔它包括各種堆場、堆棚、儲庫、成品庫等〕。各種儲庫的容量應滿足不同物料儲存期的要求。而各種物料的儲存期確實定需要考慮到許多因素。在計算儲庫時，首先要確定各種物料的儲存期，并計算各種物料要求的儲存期，然后選擇儲庫形式規(guī)格，并計算出出庫的數(shù)量、容積或面積。3.3.13.3.1.1各物料儲期見表3表3-4各物料儲期物料石灰石粘土鐵粉煤石膏生料熟料水泥儲期〔d〕6.0415.7959.045.97302.09200.313.3.1.2計算各物料要求儲量，結(jié)果見表3各物料要求儲量=物料消耗定額×孰料日產(chǎn)量×儲期表3-5各物料要求儲量物料石灰石石英砂巖硫酸渣粉煤灰煤石膏生料熟料水泥儲量〔t〕243607100526010000850062001100070000720003.3.23.3.2露天堆場是一種應用較廣的儲存倒運設施，具有投資小、儲量大的優(yōu)點，但堆場占地面積利用率低，在輸送過程中易產(chǎn)生揚塵，物料損失大，操作受氣候條件影響大，堆場多位于進場方便及廠區(qū)最小頻率風向的上風側(cè)。一般，露天堆場有兩個，一個堆料，一個取料。對于露天堆場的型式及其卸料和堆料的方式確定后，那么料堆的高度和寬度即可選定，料堆長度可按下式計算：L=〔3-21〕公式〔3-21〕出自《水泥廠工藝設計概論》P212公式適用條件：L和B≥2Hctgα式中：L——某物料堆地底邊長度，m；Q——該物料在露天場地儲存量，t；H——料堆高度，m；B——料堆底邊寬度，m；γ——該物料的堆積密度，t/m3；α——該物料的休止角，度。對于堆場物料休止角由《水泥廠工藝設計》等表中可查得，見表3-6表3-6堆場物料休止角物料砂巖煤石膏硫酸渣石灰石γ1.60.91.41.551.55α45o27o40o40o39oA.粘土堆場的設計對于矸石H一般為8～10m，取H=9mB≥2Hctgα=2×9×ctg40o=21.45(m)這里取B=22m，粘土儲期為14.5天。那么L=〔7100+1.6×92ctg45o〔22-4×9×ctg40o/3〕〕/〔9×1.6〔22-9×ctg45o〕〕=8396/187.2=44.8取L=45mB.石膏堆場的設計對于石膏H取9m，儲期為36.1天，那么B≥2Hctg40o=21.45〔m〕這里取B=22m，石膏儲期為30天，Q=12100t，那么L=〔6200+1.4×92ctg40o〔22-4×9×ctg40o/3〕〕/〔9×1.6〔22-9×ctg45o〕〕=44.6〔m〕取L=45mC.煤堆場設計為防止煤在儲存過程中發(fā)生自燃，因而堆料時應降低煤的堆料高度，一般煤的堆料高度取3m，本設計取2m，儲期取14天。B≥2×2ctg27o=7.9〔m〕本設計取B=70mQ=9000〔t〕故L=〔9000+0.9×22ctg27o〔70-4×2×ctg27o/3〕〕/〔2×0.9〔70-2×ctg27o〕〕=9457/118.9=79.5〔m〕取L=80mD.硫酸渣堆場的設計本設計中?。築=30mH=8mQ=5620t那么L=〔5620+1.55×82ctg40o〔30-4×8×ctg40o/3〕〕/〔8×1.55〔30-8×ctg40o〕〕=44.5〔m〕取L=45m。3.3.2預均化堆場用于原、燃料成分不穩(wěn)定的廠家，水泥生料化學成分的均奇性，不僅直接影響孰料質(zhì)量，而且對窯的產(chǎn)量、熱耗運轉(zhuǎn)周期及窯的耐火材料消耗等都有較大的影響。尤其對于大型干法回轉(zhuǎn)窯更為敏感。因此，生產(chǎn)中應對原料、生料采取有效的均化措施，以滿足生料化學成分均奇性要求。本設計采用矩形均化堆場的設計，其設計過程同露天堆場A.石灰石預均化堆場的設計本設計中取：B=36mH=9mQ=24360tL=〔24360+1.55×92ctg39o〔40-4×9ctg39o/3〕〕/〔1.55×9×〔36-9ctg39o〕〕=27640/347.8=79.5〔m〕取L=80mB.圓庫規(guī)格確實定水泥廠采用圓庫儲存物料時，為方便施工，降低造價，應盡可能統(tǒng)一規(guī)格，即為2～3種即可，并采用單列或雙列庫群布置，且其庫群高度應統(tǒng)一。確定圓庫的規(guī)格和數(shù)量時，根據(jù)該物料要求的儲期和物料平衡表中該物料的日產(chǎn)平均量計算該物料的要求儲存量，由要求儲庫的容積選擇何時得庫型和庫的規(guī)格，計算庫的數(shù)量。各庫存物料的密度及休止角見表2-7表3-7各庫存物料的密度及休止角物料名稱石灰石砂巖硫酸渣石膏煤矸石生料熟料水泥密度γ1.451.401.631.31.451.251.451.25休止角α30o40o40o35o35o35o33o30o一般，對于物料要求的儲量及庫的個數(shù)計算公式如下：Q=Gd×T〔3-22〕n=〔3-23〕公式〔3-22/23〕出自《水泥廠工藝設計》式中：Q——要求物料儲量，t；Gd——物料日平均量，t/d；T——要求儲期，天；n——庫的個數(shù)；γ——物料密度，t/m3V——單個庫的儲存量，m3a.石灰石配料庫由于設計中采用采用刮板取料機連續(xù)取料，且沒有應急方案，故對配料庫要求低，無需太多的儲量，石灰石取2000t，取φ10×23m平底庫，其有效容積為1800m3n=2000/〔1.45×1800〕=0.77取n=1個。b.硫酸渣配料庫為節(jié)省投入和占地面積，選用φ6×18m平底庫，有效容積為508m3/〔個庫〕n=700/〔1.45×508〕=0.95取n=1個c.石英砂巖選取φ6×18m平底庫，有效容積為508m3/〔個庫〕n=800/〔1.63×508〕=0.97取n=1個d.粉煤灰選取φ8×2.50m平底庫，有效容積為1030m3/〔個庫〕n=1000/〔1.15×1030〕=0.84取n=1個e.石膏配料庫同樣選取φ3.5×72×12.8m平底庫，其有效容積為330m3/〔個庫〕n=400/〔1.3×330〕=0.93取n=1f.生料均化庫由《水泥廠工藝設計概論》P206表，日產(chǎn)5500t的φ18×50m單庫，均化效果大于10，庫有效容積為12700t，電耗1.66MJ/tn=15000/〔1.25×12700〕=0.94取n=1個g.孰料庫的選擇同樣選取φ40×55.4m平底庫，其有效容積為69000m3/〔個庫〕n=100000/〔1.45×69000〕=0.99取n=1h.水泥庫的選擇根據(jù)《水泥廠工藝設計概論》P394表10-13選φ15×40m帶減壓倉的水泥庫，其有效庫存為7060m3/〔個庫〕，經(jīng)換算其有效容積為5648m3/〔個庫〕。n=40000/〔1.25×5648〕=5.67取n=6個3.3.3表3-8儲庫平衡表序號名稱物料儲存方式規(guī)格〔m〕儲存量〔t〕儲存期〔d〕備注1原料儲存石灰石圓形預均化堆場φ8024300〔有效〕3.75室內(nèi)2原料調(diào)配石灰石圓庫φ10×2317005.0h石英砂巖圓庫φ6×1835013.8h硫酸渣圓庫φ6×1821020.8h煤矸石圓庫φ8×20.580016.3h粉煤灰圓庫φ10×20.551020.5h3輔助原料庫存石英砂堆棚45×35710014.5最大需要量硫酸渣堆棚45×40526023.0室內(nèi)煤矸石堆棚45×651000010.3最大需要量4原煤儲存原煤堆棚25×80900014.0原煤圓形預均化堆場φ608500〔有效〕13.35生料圓庫φ18110001.436熟料圓庫φ4070000147孰料散裝圓庫φ105808水泥調(diào)配熟料磨頭倉75×5×164103.0h最大需要量石膏磨頭倉4×7×1318523.13h石灰石磨頭倉4×7×1321026.13h粉煤灰圓庫φ106201最大需要量9石膏混合材儲存石膏堆棚45×40600036.1石灰石堆棚45×20320038.910水泥圓庫φ15×406×720013411汽車水泥散裝圓庫φ8×21.53×5804燒成系統(tǒng)設計〔注意格式統(tǒng)一〕4.1旋風預熱器設備設計設計旋風預熱器中旋風筒，其別離效率和壓力降是兩個重要指標，而且這兩個指標一般來說是矛盾的，即要提高別離效率〔提高預熱熱效率〕，那么會增加旋風筒壓力降〔即增加風機電耗〕。作為設計者必須對這倆個指標進行詳細研究，去尋求別離效率高而低壓力損失的旋風筒，在外形及結(jié)構(gòu)方面去做大量實驗。近20年來，日本、丹麥、德國以及我國大專院校、設計研究院都進行了大量工作，使旋風預熱器效率提高，熱耗降至2926KJ/kg，而壓力損失降至2800Pa〔見表4-1-1，表4-1-2〕。表4-1-1FLS公司五級和六級分解窯系統(tǒng)〔4000～10000t/d〕熱平衡熱收支工程五級預熱器〔KJ/kg〕六級預熱器〔KJ/kg〕熟料理論熱耗16741674預熱器廢氣和飛灰?guī)ё?70607系統(tǒng)外表熱耗224234水分蒸發(fā)2121篦冷機廢氣帶走486494孰料帶走1313生料、燃料、空氣帶走-117-117熟料熱耗29722926表4-1-2各級預熱器壓損和收塵效率經(jīng)典數(shù)據(jù)工程五級預熱器六級預熱器壓損〔Pa〕別離效率〔%〕壓損〔Pa〕別離效率〔%〕第一級C1800～900≤96750～850≤95第二級C2520～580≤88500～560≤87第三級C3500～550≤87480～530≤86第四級C4550～600≤87530～580≤87.5第五級C5450～500≤85550～600≤87第六級C6——440～490≤85預熱器壓損2800～3130—3250～3610—分解爐、管道等其他壓損1500～2000—1400～2000—預熱分解系統(tǒng)總壓損4200～6130—4650～5610—預熱器分解爐熱效率〔%〕8182.5熟料單位電耗〔kWh/t〕16～1816.5～18.5優(yōu)秀的預熱器旋風筒設計，要做到壓力損失低和別離效率高。而這兩個因素都與旋風筒內(nèi)部氣體漩渦有關，即由于氣體切向速度使氣體中生料粉粒子受離心作用，被甩向旋風筒內(nèi)壁而從氣體中別離出來，因此氣體切向速度越高，別離效率越高。與此同時，氣體渦流切向速度越高，造成旋風筒壓力降越大，外表看來這是不可調(diào)和的矛盾。而經(jīng)過深入的理論分析和試驗研究，還是能夠設計出低壓損和高別離效率的旋風筒的。通過對旋風筒流場測定，可得知壓力分布和速度分布情況，發(fā)現(xiàn)旋風筒主要壓力降集中來自進口旋轉(zhuǎn)氣流不通暢，出口管道內(nèi)旋轉(zhuǎn)氣流帶走旋轉(zhuǎn)動能損失，以及旋風筒內(nèi)流場內(nèi)旋流與外旋流沖撞能量損失。而生料顆粒別離發(fā)生在外旋流區(qū)，該區(qū)氣體壓力降僅占旋風筒壓力降很小一局部〔約占10%〕。因此世界著名水泥機械制造商及我國的研究設計院，在設計旋風筒時，都在旋風筒進口及內(nèi)筒出口大小、形狀結(jié)構(gòu)，以及防止筒內(nèi)、外氣流沖撞方面做文章。為研究方便起見，我們將旋風筒各部尺寸表示在圖4-1-1上，所有符號代有效尺寸〔即材料內(nèi)襯〕：D——旋風筒內(nèi)徑H——旋風筒總高度H1——圓筒局部高度H2——圓錐局部高度α——錐體傾斜角a——進風口寬度b——進風口高度β——進風口外壁內(nèi)斜角d——內(nèi)筒直徑h——內(nèi)筒高度g——排料口直徑f——下料管直徑旋風筒規(guī)格確實定旋風筒的處理能力主要取決于通過旋風筒斷面的風速。因此圓筒內(nèi)徑是確定旋風筒規(guī)格的主要尺寸，其他尺寸都是以內(nèi)徑D為基準，按一定比例確定。推薦各級旋風筒設計別離效率及圓筒斷面風速見表4-1-3表4-1-3各級旋風筒推薦別離效率、圓筒斷面風速旋風筒C1C2C3C4C5別離效率η〔%〕≥95≈85≈8585～9090～95圓筒斷面風速vA〔m/s〕3～4≥6≥65.5～65～5.5旋風筒直徑計算公式如下D=(4-1-1)式中：D——旋風筒直徑，m;Q——通過風量，m3/s；υA——圓筒斷面風速，m/s。一般來說，C1級旋風筒要求別離效率高，斷面風速比擬低，要求個數(shù)多且筒徑小，而C2和C3風速相等，和C4、C5風速相接近，可用相同尺寸旋風筒，便于設計制造和使用。旋風筒各部尺寸設計1.出風口尺寸及結(jié)構(gòu)作為收塵的旋風筒，粉塵集中在筒壁附近的外環(huán)區(qū)域，而在內(nèi)筒中心局部是潔凈氣流區(qū)，如能將此區(qū)域氣流及早地導出去，既不降低別離效率，還能降低旋風筒壓力降。為了把中心局部的潔凈空氣盡快導出去，加大內(nèi)筒直徑d、降低內(nèi)筒高度h是一個重要措施。出風口方面，歐洲各公司的低壓損旋風筒多是加大內(nèi)筒直徑、降低內(nèi)筒高度。而日本各公司那么在內(nèi)筒形狀結(jié)構(gòu)方面做文章。2.進風口尺寸及結(jié)構(gòu)旋風筒進口風管螺旋形狀有4種，如圖4-1-2.這里僅摘錄低壓損旋風筒常用進風管螺旋形狀〔如圖4-1-2〔d〕〕尺寸計算。設等邊基方的邊長為2e，由圖4-1-2〔d〕A=a+C-〔4-1-2〕C=A+-a〔4-1-3〕R=+eR2=R1+2e=+3eR3=R2+2e=+5e∵R3+e=A+∴+6e=A+e=特定位置：a.C=時A=a；e=b.C=-時A=；e=c.C=0時A=a-進風管的位置尺寸C由旋風管內(nèi)徑D與內(nèi)筒直徑d之間環(huán)形空腔寬度大小以及進風管寬度a來決定。設計時既要考慮進入氣流不受內(nèi)筒阻礙，又要防止形成過大的張開度A，到達縮小外形的目的。3.預熱器風筒高度旋風筒高度H是圓筒高度H1及錐高H2之和，設計者應尋求一些規(guī)律性的數(shù)據(jù)來指導設計。我們知道旋風筒高度H是一個重要尺寸，它的高矮決定氣流中生料是否有足夠沉降時間，與其別離效率有關。氣流進入旋風筒后，順著旋風筒內(nèi)壁與內(nèi)筒間旋轉(zhuǎn)向下，設該風速為vt，那么：Q=Hvt〔4-1-4〕H==式中：vt——氣流旋轉(zhuǎn)向下速度。一般vt與旋風筒入口速度v入有關vt=cv入而粉塵下降速度vd與氣流旋轉(zhuǎn)向下速度有關，即vd=Kθcv入=K2v入為了保證氣流中生料有足夠的時間沉降,那么旋風筒的高度HH≥〔4-1-5〕式中：K2=可從表4-1-4中查得。表4-1-4旋風筒C1C2C3C4C5別離效率η〔%〕≥95≈85≈8585～9090～95K0.30.50.50.40.45旋風筒剛度及強度設計計算1.確定旋風筒筒壁厚度旋風預熱器的旋風筒上部筒壁是垂直放置圓筒，下部是圓錐體、內(nèi)砌耐火磚襯，旋風筒殼體承受旋風筒殼體重、磚重、旋風筒堵塞充滿料時產(chǎn)生的總重量。耐火磚本身是圓拱形具有足夠剛度，鋼板制成筒體主要是制造、運輸，安裝時要保持一定形狀，維持一定剛度的需要。要求筒壁厚為δ=0.001D+2〔4-1-6〕式中：D——旋風筒直徑，mm；2——考慮筒壁銹蝕和磨損，mm。2.旋風筒平面殼體強度計算對旋風筒迎風口兩側(cè)的平面殼體強度計算，取平面殼體厚度等于圓筒殼體厚皮，為了加強其剛度，一般在平面殼體上加方格子網(wǎng)狀力筋加固。由于力筋的剛度和強度都比擬大，這樣方格中殼體可看著周邊嵌固、整個板面受均布載荷p。那么殼體中心應力δy=C1p〔〕2〔kg∕cm2〕δx=C2p〔〕2〔kg∕cm2〕長邊中心應力δ=-C3p()2(kg∕cm2)式中：p——殼體外表上均布載荷；δ——殼體壁厚；C1、C2、C3——與a/b比值有關的參數(shù)。表4-1-5方格網(wǎng)狀立筋加固平面殼體系數(shù)a/b1.01.11.21.31.41.5C10.13740.16020.18120.19680.21000.2208C20.13740.14040.13860.13440.12900.1224C30.31020.33240.36720.40080.42840.4518本次設計采用南京院的NC型預熱器。其參數(shù)如下：生產(chǎn)能力：5000t/dC1旋風筒：4-φ5000C2旋風筒：2-φ6900C3旋風筒:2-φ6900C4旋風筒：2-φ7200C5旋風筒：2-φ7200分解爐：φ7500×30000〔包括下料管，膨脹節(jié)風管，風管膨脹節(jié)翻板閥，閘板閥等等〕南京院在消化吸收國內(nèi)外先進技術及模型試驗的根底上開發(fā)設計的旋風預熱器帶分解爐系統(tǒng)具有高效低阻的特點，其操作指標到達國際先進水平?，F(xiàn)已開發(fā)700t/d、1000t/d、1500t/d、2500t/d、3200t/d、4500t/d、5000t/d、6000t/d、10000t/d等規(guī)格的預熱器系統(tǒng)，并得到廣泛使用。其特點如下：1.低風速、大直徑、短柱體、四心大蝸殼、優(yōu)化的偏心距構(gòu)成了旋風筒低阻力的根本要素；2.各級旋風筒均設有降阻作用的“導流板”和特殊進風口，且均設內(nèi)筒提高別離效率，有效減少物料在各級旋風筒之間不必要的循環(huán)，分片式內(nèi)筒〔通常三、四、五級〕具有較長的使用壽命，安裝更換更加方便；頂級內(nèi)筒設有“整流器”，明顯降低了系統(tǒng)阻力；3.在旋風筒錐體下部采用了歪斜錐體，有效地解決了堵料問題；4.所有下料管均裝有密閉性能好，動作靈活的翻板閥，既克服了內(nèi)串風又保證了物料的均勻連續(xù)性，對提高別離效率起了重要作用。外置滾動軸承支撐，轉(zhuǎn)動靈活、可靠性高；5.具有獨特結(jié)構(gòu)的固定式弧形撒料板，加強了物料在氣流中的分散性，提高了氣固換熱效率；6.NST-1型分解爐具有噴旋結(jié)合、混合充分、流場和料場均勻的特點，經(jīng)鵝形管后，加強了分解爐內(nèi)的后期混合，具有強大的產(chǎn)量突破能力和對不同原燃料的適應能力；7.在易堵部位設置了捅料孔或空氣炮，有效防止了系統(tǒng)堵塞事故的發(fā)生；8.系統(tǒng)中各聯(lián)法蘭安裝后均采用焊接密封，大大減少了系統(tǒng)外漏風。4.2分解爐設備設計NST系列分解爐NST分解爐系列是南京設計院開發(fā)研制的，該爐系列有NST-1型同線管道爐〔見圖4-2-1〕，及NST-S型半離線形〔見圖4-2-2〕。NST-1型同線型爐，安裝于窯尾煙室之上，為渦旋、噴騰疊加式爐型。其特色在于：一是擴大了爐容，并在爐出口至最下級旋風筒之間增設了“鵝頸管道”，進一步增大了爐區(qū)空間；二是二次風切入線入爐后與窯尾高溫氣流混合，由于溫度高，煤、料入口裝設合理，即使低揮發(fā)分煤粉入爐后亦可迅速起火燃燒。同時，在單位時產(chǎn)10m3/〔t·h〕的爐內(nèi)，完全可以保證煤粉平安燃燒。其爐下部結(jié)構(gòu)如圖4-2-3NST-S型爐為半離線爐。主爐結(jié)構(gòu)與同線爐相同，出爐氣固流經(jīng)“鵝頸管”與窯尾上升煙道相連。既可實現(xiàn)上升煙道的上部連接，又可采取“兩步到位”模式將“鵝頸管”連接于上升煙道下部。研發(fā)者認為，由于固定碳的燃燒溫度受溫度影響很大，因此使低揮發(fā)燃料在爐下高溫三次風及更高溫度的窯尾煙氣混合氣流中起火燃燒，可以抵消其氧含量較低的影響，所以NST-1型爐可以適應地揮發(fā)分煤的使用，而不必選用NST-S型爐。研發(fā)者認為選用結(jié)構(gòu)簡單的大爐容爐的優(yōu)點，一是系統(tǒng)阻力低，二是可以放寬燃料細度到20%〔4900孔篩余〕以上。兩者均為降低生產(chǎn)電耗的重要舉措。NST-1型是在ILC分解爐、Prepol及Pyroclon分解爐的根底上開發(fā)創(chuàng)新。其設計特色十分值得重視。同線分解爐〔ILC爐〕ILC爐的工藝流程圖4-2-4，其特點是：1.設有單獨的三次風管道，從篦冷機抽吸過來的三次風同窯后煙氣一起進入分解爐。這種系統(tǒng)一般只有一個預熱器系列，大型窯那么有兩個預熱器系列；2.分解爐燃料參加量一般占總?cè)剂狭康?0%，入窯物料溫度約880oC，分解率可到達90%；3.從篦冷機抽吸來的750～8000C熱風，同窯煙氣混合后以30m/s速度入爐，爐內(nèi)截面風速約5.5m/s。從分解爐上一級旋風筒下來的生料，可以從爐下錐體的上部及爐下的上升管道中喂入爐內(nèi)，爐溫在800～90004.標準設計選用氣體在分解爐內(nèi)滯留時間約為3.3s。爐內(nèi)熱負荷一般為3.77×105kJ/(m3·h)；5.適用于旁路放風量大及放風量經(jīng)常變動的情況，窯后煙氣可全部放風；6.操作適應性強，可在額定產(chǎn)量40%的情況下生產(chǎn)；7.點火開窯快?？赏瑧腋☆A熱窯一樣點火開窯，當產(chǎn)量到達額定產(chǎn)量40%時，點著分解爐燃料噴嘴，約1h后即可達額定產(chǎn)量；8.各種低質(zhì)燃煤不適宜在窯內(nèi)使用，但可在分解窯內(nèi)使用。Prepol爐和Pyroclon爐普列波爾型窯〔Prepol〕是德國波力休斯公司于洛爾巴赫公司合作研制，派洛克型窯〔Pyroclon〕是德國洪堡搞死研制。多德郝森水泥廠早在1964年即利用合可燃成分的油頁巖作為制造水泥的原料組分，在懸浮預熱器內(nèi)進行煅燒，開始了窯外分解技術的實際應用，并且進行了一系列實驗。但是，使用高級燃料進行這兩種窯型的研究，那么是1974年開始的。Prepol窯及Pyroclon窯具有如下特點：1.不像其他一些預分解窯那樣設置專門的分解爐，二是利用窯尾與最低一級旋風筒之間的上升煙道，作為預分解裝置。將上升煙道加高，然后再用彎曲管道折回，與最低一級旋風筒連接。在上升煙道的下部噴入燃料和喂入從上一級旋風筒下來的生料；2.上升煙道內(nèi)噴入燃料所需的燃燒空氣，有兩種供給方式，既可以從窯內(nèi)通過，也可以由單獨的三次風管供給；3.上升煙道中的燃燒區(qū)上部，沿管壁形成許多漩渦，這些漩渦有利于燃料燃燒及熱交換；4.上升煙道的高度可根據(jù)燃料燃燒及物料滯留時間的需要確定，即使粗料固體燃料掉入窯內(nèi)，亦可繼續(xù)燃燒供生料分解之用；5.這種上升煙道頂分解裝置結(jié)構(gòu)簡單，阻力較小。并適于液體、氣體和固體燃料，以及低熱值燃料的使用。4.3回轉(zhuǎn)窯設備設計設計回轉(zhuǎn)窯的原始數(shù)據(jù)設計回轉(zhuǎn)窯的原始數(shù)據(jù)，首先要根據(jù)窯的額定產(chǎn)量及工藝技術性能要求，確定窯的規(guī)格。接著確定計算窯的所有部件的耐火磚、窯皮和物料負荷重量。1.工廠對回轉(zhuǎn)窯的要求窯的額定產(chǎn)量G(t/d)(4-3-1)窯最大連續(xù)產(chǎn)量Gmax=1.1G(t/d)窯最小連續(xù)產(chǎn)量Gmin=0.95G(t/d)窯的工藝技術性能包括采用何種型式窯。我國目前廣泛采用的是帶分解爐旋風預熱器窯、余熱發(fā)電干法中空間轉(zhuǎn)窯和濕法長窯及窯內(nèi)附屬的熱交換裝置窯。工藝技術要求還有生料的消耗以及燃料的消耗等。2.回轉(zhuǎn)窯規(guī)格〔1〕可以借以下公式確定回轉(zhuǎn)窯的耐火磚內(nèi)徑Di=〔4-3-2〕式中：Di——窯耐火磚內(nèi)徑，m；G——窯額定產(chǎn)量，t/d；K——與窯型有關的參數(shù)?！?〕確定回轉(zhuǎn)窯筒體直徑一般回轉(zhuǎn)窯的規(guī)格主要參數(shù)是窯直徑D，是指窯筒體內(nèi)徑?？砂聪率接嬎鉊=Di+2δ耐火磚〔4-3-3〕式中：D——窯筒體內(nèi)徑，m；Di——窯耐火磚內(nèi)徑，m；δ耐火磚——窯最小耐火磚厚度，與窯體內(nèi)徑有關，mm?！?〕確定回轉(zhuǎn)窯筒體長度現(xiàn)代回轉(zhuǎn)窯多采用直筒型窯，因為其結(jié)構(gòu)比擬簡單。部件和襯磚的規(guī)格較少，便于制造和維護?？蓞⒄毡?-3-1進行選擇。〔4〕回轉(zhuǎn)窯斜度和轉(zhuǎn)速一般回轉(zhuǎn)窯與水平面之間斜度在3%～4.5%范圍內(nèi)，我國取斜邊對高差比即sinα=0.035作為窯斜度，α=2.006o。表4-3-1各類窯各帶及全窯長度與直徑比〔L/D〕窯型枯燥帶預熱帶分解帶放熱反響帶燒成帶冷卻帶全窯長濕法長窯8.5～1010～1210～121～1.53～51～1.533.5～42余熱發(fā)電干法中空窯4～781～1.53～51～1.517～23SP窯81～1.54～51～1.514～16NSP窯0.5～4280.511～14.5表4-3-2窯斜度和轉(zhuǎn)速窯斜度窯轉(zhuǎn)速濕法長窯3～3.51.2～2.0余熱發(fā)電干法中空窯3～3.51.2～2.0SP窯3～3.51.5～3.0NSP窯3～3.53.0～4.0對于一臺具體的窯來說，窯斜度和轉(zhuǎn)速兩者就決定了物料在窯內(nèi)推進速度，也決定了物料在窯內(nèi)停留時間。物料通過窯所需時間，在正常情況下可以計算，而且具有相當精確度。其計算公式如下：t=〔4-3-4〕式中：t——運動時間，min；L——窯長度，m；n——窯轉(zhuǎn)速，r/min;Di——窯襯內(nèi)徑，m；S——窯料度，o。根據(jù)燒成工藝要求不同，各類窯的斜度和轉(zhuǎn)速見表4-3-2.隨著各窯的單位容積產(chǎn)量越來越高，窯的轉(zhuǎn)速越來越高。如NG水泥φ4.7m×75m窯合同規(guī)定最高轉(zhuǎn)速3r/min，主電動機功率為500kw。設計時三菱重工為了提高窯內(nèi)物料熱交換，把轉(zhuǎn)速提到4r/min，我方同意但要求功率增至580kw，目的是降低物料在窯內(nèi)窯內(nèi)停留時間，加速物料灰窯內(nèi)推進速度，降低窯內(nèi)物料填充率，提高窯內(nèi)熱氣體與物料的熱交換效率。3.回轉(zhuǎn)窯筒體設計負荷設計計算回轉(zhuǎn)窯所有零部件，必須從窯筒體重量開始。窯筒體重量包括窯內(nèi)物料重、耐火磚負荷、窯皮負荷、窯筒體本身重量、以及窯內(nèi)附屬設備〔鏈幕、熱交換器〕。〔1〕窯內(nèi)物料符合回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的物料在窯橫斷面上形成一扇形面，這個扇形面面積與窯橫斷面面積之比百分數(shù)表示，稱為窯填充率。物料在窯內(nèi)停留時間與窯長L成正比，與窯襯內(nèi)徑Di、轉(zhuǎn)速n和窯斜度S成反比。對于某一同類窯、L/Di為一定值，物料在窯內(nèi)停留時間〔當窯產(chǎn)量一定時，停留時間決定窯內(nèi)物料填充率〕與窯筒體斜度和轉(zhuǎn)速成反比。而對于某一類藥其轉(zhuǎn)速為定值，這樣窯內(nèi)物料填充率與窯的斜度成反比。從操作實踐經(jīng)驗得到窯的斜度與窯平均填充率見表4-3-3。表4-3-3回轉(zhuǎn)窯窯斜度與窯平均填充率的關系窯的斜度〔%〕4.54.03.53.02.5窯平均填充率〔%〕910111213實際操作中，窯平均填充率不應超過13%，因為填充率過高會削弱熱交換，一般以10%為最好。因此在計算窯內(nèi)物料負荷時，取物料的容積是窯內(nèi)耐火磚內(nèi)徑容積的10%，物料容重取為1.2t/m3?！?〕窯筒體本身重量為了初步確定窯筒體本身重量，我們先看如何保持筒體橫斷面有較大剛度，保證筒體橫斷面的徑向變形盡量小，由此來初步確定各段筒體厚度?；剞D(zhuǎn)窯筒體是通過輪帶支撐在中心夾角約60o的兩個拖輪上，筒體變形記橫斷面成不規(guī)那么的橢圓形。當窯筒體轉(zhuǎn)動時，其筒壁上每一點沿著該橢圓軌跡而移動，其曲率的大小在不斷變化，因此也迫使筒體內(nèi)的窯皮和耐火磚拱座相應變化，使窯襯之間有時受擠壓，有時那么被拉開。當受擠壓時耐火磚被壓碎，再拉開時壓碎耐火磚脫落，造成耐火磚襯事故必須停窯換磚。顯然窯筒體橫斷面變形越大，耐火磚和窯皮中所產(chǎn)生應力越大，臣僚的穩(wěn)定性越低，其壽命越短。為此，我們設計窯筒體時要使其橫斷面變形盡量小，即橫斷面剛度盡量大。表4-3-4回轉(zhuǎn)窯筒體厚δ及δ/D值國名制造廠商窯規(guī)格〔m×m〕窯產(chǎn)量〔t/d〕輪帶下筒體厚燒成帶筒體厚一般筒體厚δ輪帶〔m〕δ輪帶/Dδ燒成〔m〕δ燒成/Dδ一般〔m〕δ一般/D日本石川島φ4.7×744000950.0202320.0068280.0060φ5.4×9555001000.0185380.00704320.00593三菱φ4.7×754000850.01809300.0064260.0055丹麥史密斯φ4.75×754000750.0158320.00674220.00463德國KHDφ4.8×724000750.01563320.00667260.00542中國φ4×602000500.01258280.007240.006從表4-3-4中，通過我們收集不同國家的不同制造商家的回轉(zhuǎn)窯筒體厚度及其L/D值可以總結(jié)出，為保證回轉(zhuǎn)窯各處筒體具有足夠剛度，要求δ輪帶=0.015Dδ燒成=0.007Dδ一般=0.006D通過上列等式可初步確定筒體厚度，這樣就可以初步確定窯筒體重量。最后還要通過筒體彎曲應力校核最終確定筒體鋼板厚度。回轉(zhuǎn)窯筒體設計設計回轉(zhuǎn)窯筒體包括：選擇支撐點配置，如何保證筒體徑向變形小、彎曲應力在平安范圍內(nèi)，如何選擇筒體材料及溫度對其允許應力影響以及如何保證筒體制造質(zhì)量，現(xiàn)分別說明如下：1.窯筒體支撐點配置首先要確定是窯筒體出料端和進料端筒體懸臂長?！?〕筒體出料端懸臂長一般來說，窯筒體出料端懸臂長度與窯的冷卻帶長度有關，也就是第一檔支撐點盡量遠離燒成帶最高溫度點，對濕法長窯、干法中空窯及SP窯的出料口懸臂長≤1.5D；對NSP窯取≤1.25D比擬適宜。〔2〕筒體進料端懸臂長一般來說，為了充分利用進料端支撐裝置支撐能力，降低中間檔支撐的支反力，希望將進料端懸臂長取得更長些。但是冷卻端懸臂越長，經(jīng)長期停窯后，其端部下彎撓度值越大，帶來窯尾密封偏擺值越大，對密封工作不利。根據(jù)回轉(zhuǎn)窯窯尾密封允許偏擺值以及我們長期積累經(jīng)驗，我們?nèi)∵M料端懸臂長小于3.3D。具體出料端和進料端懸臂長伸出多少，在計算筒體支撐反力分布要做適當調(diào)整，一般使搖頭窯尾支反力相等，可選相同支撐裝置，中間支反力比擬大，選較大支撐裝置。〔3〕支撐點間跨度從設計窯筒體縱向要柔軟觀點來看，支撐間跨度越大越好。但是跨間撓度不能大于0.3‰。根據(jù)我們積累的經(jīng)驗，跨度控制L跨間max/D≤8.5比擬適宜。2.窯筒體結(jié)構(gòu)設計總所周知，只有使運轉(zhuǎn)中回轉(zhuǎn)窯筒體橫截面變形小，其內(nèi)部耐火磚襯擠壓應力才能降低不會斷裂，這樣才能提高耐火磚壽命和提高回轉(zhuǎn)窯的運轉(zhuǎn)率。這就是設計窯筒體“橫斷面要剛”的思想?！?〕輪帶設計要保持窯筒體變形小，首先要求輪帶變形小。要早計算輪帶的彎曲應力和變形橢圓度的是H.W.Nies〔奈斯〕；奈斯首先假設作用在輪帶上的所有負荷和力是來自它本身重量、窯筒體重量、耐火磚重量、窯內(nèi)物料重量是均勻地作用在輪帶上。奈斯導出輪帶變形橢圓度ω=0.0814〔4-3-5〕式中：Q