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学校代码： 10128学 号：200980591026科研训练报告 题 目 ：2.5kt/d水泥熟料水泥厂窑尾车间工艺设计学生姓名：包亮宇学生学号：200980591026学 院：化工学院班 级：非金属093指导教师：霍天瑞2013年 3月 24 日1、选题背景和意义1.1 选题背景和目的新型干法水泥生产，就是以悬浮预热和窑外分解技术为核心，把现代科学技术和工业生产成就。如原料预均化、生料气力均化、烘干粉磨、各种新型耐热耐磨耐火材料以及电子计算机、自控技术等等，广泛地应用于水泥干法生产的全过程，使水泥生产具有高效、优质、低耗、符合环保要求和大型化，自动化的特征的现代水泥生产方法。 新型干法生产包含了一整套现代化水泥生产新技术和与之相适应的现代化科学管理方法。与传统的湿法、干法、半干法水泥生产相比，新型干法水泥生产特点如下：1. 生料制备全过程广泛采用现代化均化技术； 2. 采用高效率多功能设备； 3. 用悬浮预热及预分解技术代替回转窑内物料的堆积态预热和分解方法； 4. 装备大型化； 5. 生产控制实现自动化； 6. 采用新型耐热、耐磨、耐火材料； 7. 重视消音除尘满足环境保护要求； 8. 实行现代化科学管理。 新型干法水泥生产自问世以来倍受世界各国的关注，特别是80年代以来得到了突飞猛进的发展，国际水泥工业以预分解技术为核心，将现代科学技术和工业化生产的最新成果广泛应用于水泥生产的全过程，形成了一套具有现代高科技为特征和符合优质、高效、节能、环保以及大型化、自动化的现代生产方法。新型干法水泥技术代表了现阶段最高的水泥烧成技术，可以提高窑单位容积产量、提高窑砖衬寿命和运转率，且自动化水平高、生产规模大，可以选用低质燃料或低价废物燃料，节省燃料，降低热耗和电耗，减小设备和基建投资费用、 CO和NOx生成量少和事故率低，操作稳定。发展新型干法水泥技术是环境保护和资源综合利用的必然结果。同时，新型干法水泥技术涵盖了许多丰富的理论和科研成果，指导着水泥工业设计、研发、生产等工作的不断完善、优化和提升。新型干法水泥问世以来备受世界关注，特便是80年代以来，得到突飞猛进的发展，国际水泥工业以预分解技术为核心，将现代科学技术与工业化生产的最新成果广泛应用于水泥生产的全过程，形成了一套具有现代高科技为特征和符合优质、高效、节能、环保以及大型化、自动化的现代生产方法。新型干法水泥代表了现阶段最高的水泥烧成技术，可以提高窑单位容积产量、提高窑砖衬寿命和运转率、自动化水平、生产规模。 通过2.5Kt/d水泥熟料的窑外分解窑窑尾系统工艺,结合自己在平时学习过程中掌握的知识,是自己对窑尾系统进一步了解和认识。在设计过程中,对窑尾系统参数有一定了解,为以后工作奠定基础。本次所设计过程中,以理论结合实践,拓宽知识面,开拓思路思路,将学习过的知识和实际结合起来,达到能够认识问题、分析问题、解决问题,提高自己的综合能力7。1.2 国内外相关研究现状、发展趋势及研究意义水泥及其生产工艺简介水泥，粉状水硬性无机胶凝材料。加水搅拌后成浆体，能在空气中硬化或者在水中更好的硬化，并能把砂、石等材料牢固地胶结在一起。cement一词由拉丁文caementum发展而来，是碎石及片石的意思。水泥的历史最早可追溯到古罗马人在建筑中使用的石灰与火山灰的混合物，这种混合物与现代的石灰火山灰水泥很相似。用它胶结碎石制成的混凝土，硬化后不但强度较高，而且还能抵抗淡水或含盐水的侵蚀。长期以来，它作为一种重要的胶凝材料，广泛应用于土木建筑、水利、国防等工程。硅酸盐类水泥的生产工艺在水泥生产中具有代表性，是以石灰石和粘土为主要原料，经破碎、配料、磨细制成生料，然后喂入水泥窑中煅烧成熟料，再将熟料加适量石膏（有时还掺加混合材料或外加剂）磨细而成。水泥生产随生料制备方法不同，可分为干法（包括半干法）与湿法（包括半湿法）两种。（1）干法生产：将原料同时烘干并粉磨，或先烘干经粉磨成生料粉后喂入干法窑内煅烧成熟料的方法，但也有将生料粉加入适量水制成生料球，送入立波尔窑内煅烧成熟料的方法，称之为半干法，仍属干法生产的一种。（2）湿法生产：将原料加水粉磨成生料浆后，喂入湿法窑煅烧成熟料的方法，也有将湿法制备的生料浆脱水后，制成生料块入窑煅烧成熟料的方法，称为半湿法，仍属湿法生产之一种。干法生产的主要优点是热耗低（如带有预热器的干法窑熟料热耗为31403768焦/千克），缺点是生料成分不易均匀，车间扬尘大，电耗较高。湿法生产具有操作简单，生料成分容易控制，产品质量好，料浆输送方便，车间扬尘少等优点，缺点是热耗高（熟料热耗通常为52346490焦/千克）。 分解窑一般分为立窑和回转窑两种（1）立窑：窑筒体立置不转动的称为立窑。分普通立窑和机械化立窑。普通立窑是人工加料和人工卸料或机械加料；机械立窑是机械加料和机械卸料。机械立窑是连续操作的，它的产、质量及劳动生产率都比普通立窑高。近年来，国外大多数立窑已被回转窑所取代，但在当前中国水泥工业中，立窑仍占有重要地位。根据建材技术政策要求，小型水泥厂应用机械化立窑，逐步取代普通立窑。 （2）回转窑：筒体卧置（略带斜度，约为3%），并能作回转运动的称为回转窑。分煅烧生料粉的干法窑和煅烧料浆（含水量通常为35%左右）的湿法窑。干法窑：干法窑又可分为中空式窑、余热锅炉窑、悬浮预热器窑和悬浮分解炉窑。70年代前后，发展了一种可大幅度提高回转窑产量的煅烧工艺窑外分解技术。其特点是采用了预分解窑，它以悬浮预热器窑为基础，在预热器与窑之间增设了分解炉。在分解炉中加入占总燃料用量5060%的燃料，使燃料燃烧过程与生料的预热和碳酸盐分解过程，从窑内传热效率较低的地带移到分解炉中进行，生料在悬浮状态或沸腾状态下与热气流进行热交换，从而提高传热效率，使生料在入窑前的碳酸钙分解率达80%以上，达到减轻窑的热负荷，延长窑衬使用寿命和窑的运转周期，在保持窑的发热能力的情况下，大幅度提高产量的目的。 湿法窑：用于湿法生产中的水泥窑称湿法窑，湿法生产是将生料制成含水为32%40%的料浆。由于制备成具有流动性的泥浆，所以各原料之间混合好，生料成分均匀，使烧成的熟料质量高，这是湿法生产的主要优点。湿法窑可分为湿法长窑和带料浆蒸发机的湿法短窑，长窑使用广泛，短窑目前已很少采用。为了降低湿法长窑热耗，窑内装设有各种型式的热交换器，如链条、料浆过滤预热器、金属或陶瓷热交换器1。窑外分解窑或称预分解窑，是一种能显著增加水泥回转窑产量的煅烧工艺设备。其主要特点是把大量吸热的碳酸钙分解反应从窑内传热速率较低的区域移到悬浮预热器于窑之间的特殊煅烧炉（分解炉）中进行。生料颗粒分散在煅烧炉中，处于悬浮或煅烧状态，以最小的温度差，在燃料燃烧的同时，进行高速传热过程，使生料迅速发生分解反应。入窑生料的碳酸钙表观分解率，可从原来悬浮预热器的4050%提高到8595%，从而大大减轻了回转窑的热负荷，使回转窑的生产能力成倍的增加。自1971年第一台窑外分解窑建成投产以来，目前，最大的窑外分解窑的生产能力以达日产孰料12000吨，窑的运转周期也有提高。 新型干法窑主要包括五六十年代出现的立筒预热器窑、旋风预热器窑和70年代开发成功的预分解窑三种类型。立筒和旋风预热器窑日产熟料能力一般不超过1000t，国内较多为180t600t，每千克熟料热耗为3971kJ5016kJ左右。90年代以来这两种窑型的发展已趋缓慢。预分解窑能适应大型化要求，国外已有几条日产熟料能力9000t及以上的预分解窑，每千克熟料热耗在2926kJ以下，水泥综合电耗低于100kWh。由于预分解窑体现了当代水泥工业的最高技术与经济水平，80年代以来在国内外得到快速发展并不断创新，成为新型干法窑的代表。我国已经投产的预分解窑有170多条，单线日产熟料700t7200t，熟料总生产能力8000万t。近3年增产的旋窑水泥有80左右来自预分解窑生产线。在“十五”期间，安徽海螺集团将要建设2条日产8000t10000t的熟料生产线，技术装备大多由国内开发。这预示我国新型干法窑即将跨入世界先进水平6。 2 研究内容与预期研究成果2.1 研究目标悬浮预热器 悬浮预热技术是指低温粉体物料均匀分散在高温气流之中，在悬浮状态下进行热交换，使物料得到迅速加热升温的技术。悬浮预热窑的特点在长度较短的回转窑后装设了悬浮预热器，使原来在窑内以堆积态进行的物料预热及部分碳酸盐分解过程移到悬浮预热器内以悬浮状态进行，因此呈悬浮状态的生料粉能与热气流充分接触，气、固相接触面大，传热速度快、效率高有利于提高窑的生产能力，降低熟料烧成热耗。同时它尚具有运动部件少，附属设备不多，维修比较简单，占地面积较小，投资费用较低等优点。由于物料悬浮在热气流中，与气流的接触面积大幅度增加，因此传热速度极快，传热效率很高。同时，生料粉与燃料在悬浮态下，均匀混合，燃料燃烧热及时传给物料，使之迅速分解。因此，由于传热、传质迅速，大幅度提高了生产效率和热效率4。 窑外分解窑外分解技术又称预分解技术，是新型干法水泥生产技术，用预分解技术建造的预分解窑日产量高、热耗低、工艺先进，一般用于大型预分解窑。其含义是指将已经经过悬浮预热后的生料，在到达分解温度前，进入到分解炉内与进入炉内的燃料进行混合，在悬浮状态下迅速吸收燃料燃烧热，使生料中的碳酸钙迅速分解成氧化钙的技术。预分解技术发明后，熟料燃烧所需的60%左右的燃料转移到分解炉内，并将其燃烧迅速运用于碳酸盐分解过程，这样不仅减少了窑内燃烧带的热负荷，并且入窑碳酸盐的分解率达到95%左右，从而大幅度提供了窑的生产效率。预分解窑的特点普通立筒预热器旋窑的入窑生料碳酸盐分解率小于 20%，窑转速较低，只有 0.5r/min1.5r/min， 热耗高达5000KJ/Kg熟料。而预分解窑的生料预热和碳酸盐分解过程移到窑外的分解炉中进行，入窑生料碳酸盐分解率高达 85%-90%， 煅烧时间缩短，烧成带的热负荷下降，窑最大转速可提高到3.5 r/min，小型立筒预热器旋窑改造为预分解窑后，热耗低4187KJ/Kg熟料2。2.2 主要研究内容本设计是针对2.5Kt/d水泥熟料预分解窑系统的窑尾进行的,窑尾系统是由分解炉、旋风筒、连接管道及附件(撒料盒、翻板阀、吹堵系统等)组成。 设计的主要内容有: 1、配料计算及物料平衡 (1)配料计算;(2)物料平衡;2、全场主机及辅机的选型 (破碎机、烘干机、磨机、窑、包装机,列主机平衡表) ;3、烧成车间工艺设计(1)、窑的选择及产量标定;(2)、窑的功率计算; (3)、窑的热工计算(物料平衡及热量平衡); (4)、系统风量计算(列出系统风量表); (5)、窑尾喂料系统的确定; (6)、窑尾风机的选型; (7)、窑尾收尘器的选型;(8)、烟囱的确定; 4、全厂工艺布置的特点(画出烧成窑尾的工艺布置图及全厂平面图)5、撰写毕业设计说明书; 6、计算机绘图5。2.3 研究方案及技术路线窑尾系统是在高温状态下操作运行的,对提高部件寿命、运转率、热交换等方面都有了较高的要求。本设计采用水泥行业相对较为先进的技术和设备,最大限度的降低能耗、降低基建投资，又最大限度的提高产、质量,做到环保,技术经济指标先进、合理。2.4 拟解决的关键技术预分解窑煅烧工艺装置是由预热器、分解炉系统、回转窑、篦冷机、三次风管和燃烧器等装备组成上述装置创造了良好的煅烧条件确保了熟料在较高的率值和较高的C3S含量时所需的煅烧温度，以及快速的升温速率，充分的燃烧状况和快速冷却条件，保证了熟料煅烧质量3。3、主要参考文献 1 金容容. 水泥厂工艺设计概论M .第1版. 武汉: 武汉工业大学出版社, 1993 2 刘述祖. 水泥悬浮预热与窑外分解技术M. 第1版. 武汉: 武汉工业大学出版社, 19953 孙晋涛，硅酸盐工业热工基础.第1版.武汉:武汉工业大学出版社,19924 杨保泉.水泥工厂工艺设计.第1版.武汉:武汉工业大学出版社,1989 5 王君伟, 李祖尚. 水泥生产工艺计算手册. 第1版. 北京: 中国建材工业出版社, 2001 6 沈威, 黄文熙等. 水泥工艺学M. 第1版. 武汉: 武汉工业大学出版社. 1991 7 于润如, 严生. 水泥厂工艺设计M. 第1版. 北京: 中国建材工业出版社, 1995
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