日產(chǎn)8000t水泥熟料預(yù)分解窯系統(tǒng)TDF分解爐單元結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

西南科技大學(xué)本科生課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師指導(dǎo)記錄表指導(dǎo)教師姓名職稱工作單位學(xué)生姓名學(xué)號(hào)專業(yè)設(shè)計(jì)題目：指導(dǎo)時(shí)間指導(dǎo)內(nèi)容備注：1.本表由學(xué)生填寫，指導(dǎo)教師確認(rèn)。2.表中記錄檢查、指導(dǎo)的實(shí)際內(nèi)容。3.本表格不夠可自行擴(kuò)頁(yè)。學(xué)生（簽名）指導(dǎo)教師（簽名）課程設(shè)計(jì)考勤表學(xué)生班級(jí)：學(xué)生姓名：周星期一星期二星期三星期四星期五2021課程設(shè)計(jì)評(píng)語(yǔ)表指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)：指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)：指導(dǎo)老師：月日《無(wú)機(jī)非金屬材料工藝設(shè)備課程設(shè)計(jì)》成績(jī)?cè)u(píng)分表姓名：學(xué)號(hào)：專業(yè)：評(píng)分項(xiàng)目分值評(píng)價(jià)參考標(biāo)準(zhǔn)得分優(yōu)秀(≥)良好(≥)中等(≥)及格(≥)不及格（<）說(shuō)明書方案設(shè)計(jì)的合理性1098766設(shè)計(jì)計(jì)算與工藝設(shè)備選型計(jì)算1513.51210.599查閱文獻(xiàn)的能力1098766說(shuō)明書撰寫規(guī)范1098766平時(shí)表現(xiàn)設(shè)計(jì)態(tài)度，鉆研精神及完成任務(wù)1513.51210.599設(shè)計(jì)圖紙質(zhì)量工藝流程合理，圖紙正確清晰，繪制規(guī)范，圖紙內(nèi)容表達(dá)完整；軟件使用和計(jì)算機(jī)繪圖能力403632282424總成績(jī)目錄1、原始數(shù)據(jù)資料 62、配料計(jì)算與物料和主機(jī)平衡 82.1配料計(jì)算： 82.1.1原料原始數(shù)據(jù) 83.燃燒計(jì)算 94.物料與熱量平衡計(jì)算 104.1物料平衡 114.2熱量平衡計(jì)算 174.4熱量平衡表(單位:kJ/㎏熟料) 215、分解爐尺寸計(jì)算 225.1選擇窯型和分解爐的結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算 225.1.1分解爐用燃料燃燒產(chǎn)生的煙氣量 225.1.2分解爐內(nèi)釋放出來(lái)的CO2量 225.1.3入分解爐的出窯廢氣量 235.2分解爐直筒的有效截面積和內(nèi)徑 245.3分解爐和直筒高 245.4分解爐錐體縮口內(nèi)徑 245.5入分解爐的三次風(fēng)管直徑 255.6生料進(jìn)料口直徑 256、耐火材料選材與散熱計(jì)算 266.1耐火材料總體設(shè)計(jì) 266.2材料主要性質(zhì) 276.3散熱量計(jì)算 276.4耐火材料厚度對(duì)分解爐筒體尺寸的修正 277、心得體會(huì) 281、原始數(shù)據(jù)資料（1）水泥品種：P.O42.5R普通硅酸鹽水泥（2）原燃材料的成分分析原材料的化學(xué)分析見表1，煤的工業(yè)分析結(jié)果見表2，原材料的初始水分見表3。表1原材料化學(xué)組成（wt%）LSAFCMR2OSO3結(jié)晶水石灰石42.781.230.700.2053.831.320.20粘土5.4864.4914.355.481.612.213.20.85鐵粉--34.4211.5348.273.530.09石膏20.843.610.570.2831.942.0440.5316.78礦渣35.0614.282.441.348.430.03煤灰50.2939.633.264.541.33表2煤的工業(yè)分析（wt%）MarMadVarAarCCRCQnet,ar(kJ/kg)Qnet,ad(kcal/kg)原煤9.4

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23.74

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表3原材料的初始水分（wt%）石灰石粘土鐵粉礦渣石膏35481(3)熟料率值：KH0.890.92SM2.32.5IM1.31.6(4)熟料的燒成熱耗：29403092(KJ/㎏)

2、配料計(jì)算與物料和主機(jī)平衡2.1配料計(jì)算：2.1.1原料原始數(shù)據(jù)原燃料化學(xué)成分表2-1原料的化分分析LSAFCMR2OSO3結(jié)晶水石灰石42.781.230.700.2053.831.320.20粘土5.4864.4914.355.481.612.213.20.85鐵粉--34.4211.5348.273.530.09石膏20.843.610.570.2831.942.0440.5316.78礦渣35.0614.282.441.348.430.03煤灰50.2939.633.264.541.33原、燃料水分表2-2原、燃料水分表石灰石粘土鐵粉礦渣石膏35481煤的工業(yè)分析表2-3煤的工業(yè)分析及發(fā)熱量（%）MarMadVarAarCCRCQnet,ar(kJ/kg)Qnet,ad(kcal/kg)原煤9.4

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2.2.2物料平衡計(jì)算（1）率值參考教材定為KH=0.88；SM=2.5；IM=1.6。（2）設(shè)∑=97%Al2O3=IM×Fe2O=3.45%×1.6=5.52%SiO2=SM(Al2O3+Fe2O3)=2.5×（5.52%+3.45%）=22.43%CaO=∑-(SiO2+Al2O3+Fe2O3)=97%-（22.43%+5.52%+3.45%）=65.60%——設(shè)計(jì)熟料過(guò)程中Al2O3、Fe2O3、CaO、SiO2四種氧化物含量的總和，一般在97%左右。（3）煤灰摻入量GA=2.61%。（4）以100kg熟料為基準(zhǔn)，用遞減式湊法計(jì)算如下表2-4。表2-4遞減式湊法計(jì)算表/%計(jì)算步驟SiO2Al2O3Fe2O3CaO其他要求熟料組成22.435.523.4365.603.0-2.611.350.920.120.130.05差21.084.603.3365.572.95-120kg石灰石2.780.520.1964.541.26差18.304.083.141.031.69-12kg6.522.950.950.450.26差11.781.132.190.591.43-4.51.520.472.210.160.08差10.260.66-0.250.441.35-1210.050.940.220.160.30差0.21-0.28-0.450.271.05所以：石灰石：120kg，黏土：12kg，鐵粉：4.5kg，砂巖：12kg。干原料質(zhì)量百分比為：干石灰石=120/（120+12+4.5+12）×100%=80.8%干黏土=12/（120+12+4.5+12）×100%=8.1%干鐵粉=4.5/（120+12+4.5+12）×100%=3.0%干砂巖=12/（120+12+4.5+12）×100%=8.1%2.2.3計(jì)算干燥原料配合比（1）生料的化學(xué)成分見表2-5表2-5生料的化學(xué)成分/%名稱配合比燒失量SiO2Al2O3Fe2O3CaO石灰石80.834.111.880.350.1343.62砂巖8.10.256.780.630.150.11黏土8.10.624.401.990.640.31鐵粉3.00.0091.020.311.470.11生料10034.9914.083.282.3944.15灼燒生料——21.665.053.6867.91煤灰摻入量GA=2.61%，則灼燒生料配合比為（100-2.61）%=97.39%。（2）熟料的化學(xué)成分見表2-6表2-6熟料的化學(xué)成分/%名稱配合比SiO2Al2O3Fe2O3CaO灼燒生料97.3721.094.913.5866.45煤灰2.611.350.920.120.13熟料10022.445.833.7066.58則熟料的率值計(jì)算如下：==0.886==2.35==1.58（3）濕原料質(zhì)量配合比原料的水分：石灰石1.00%，黏土13.00%，鐵粉9.50%，砂巖0.00%。則濕原料質(zhì)量配合比為：濕石灰石=80.8×100/（100-1.00）=81.62Kg濕黏土=8.1×100/（100-13.00）=9.31Kg濕鐵粉=3.0×100/（100-9.50）=3.31Kg濕砂巖=8.1Kg將上述質(zhì)量轉(zhuǎn)化為百分?jǐn)?shù)（計(jì)算結(jié)果四舍五入取值）：濕原料的質(zhì)量和=81.62+9.31+3.31+8.1=102.34Kg濕石灰石=81.62/102.34×100%=79.75%濕黏土=9.31/102.34×100%=9.10%濕鐵粉=3.31/102.34×100%=3.23%濕砂巖=8.1/102.34×100%=7.91%2.2.4熟料礦物組成計(jì)算（1）最大液相量的計(jì)算140℃時(shí)：P=2.95A+2.2F=2.95×5.83+2.2×3.70=25.31450℃時(shí)：P=3.0A+2.25F=3.0×5.83+2.25×3.70=25.8（2）礦物組成的計(jì)算（3）熟料液相量的計(jì)算液相量L是熟料在不同溫度下的液相百分?jǐn)?shù)，液相量高低與燒結(jié)溫度、組分含量有關(guān)，工程上常用1400℃和1450℃以下的液相量來(lái)考慮配料方案是否合理，以及分析窯的操作情況。本設(shè)計(jì)中采用技術(shù)先進(jìn)的預(yù)分解窯，其熱工制度良好、燒結(jié)溫度一般為1450℃因此，L=3.00A+2.25F+R%R=80.8×0.0065+8.1×0.0123+3.0×0+8.1×0.0180=0.85則L=3.00×5.83%+2.25×3.70%+0.85%=26.65%這個(gè)數(shù)值在22%—30%范圍內(nèi)，故能滿足生產(chǎn)的要求。3.燃燒計(jì)算粉煤燃燒空氣過(guò)剩系數(shù)1.05-1.25（參考資料[2]-285.表6.12）不妨取α=1.2，得：理論空氣量：實(shí)際空氣量：理論煙氣量:實(shí)際煙氣量：煙氣組成:4.物料與熱量平衡計(jì)算窯型：預(yù)分解窯基準(zhǔn)：1Kg熟料；溫度：30℃平衡范圍：系統(tǒng)=預(yù)熱器+分解爐+回轉(zhuǎn)窯+冷卻機(jī)溫度：=1\*Arabic1.入預(yù)熱器生料溫度：50℃=2\*Arabic2.入回轉(zhuǎn)窯回灰溫度：50℃=3\*Arabic3.入窯一次空氣溫度：30℃=4\*Arabic4.入窯二次空氣溫度：950℃=5\*Arabic5.環(huán)境溫度：30℃=6\*Arabic6.入回轉(zhuǎn)窯和分解爐燃料的溫度都為：60℃=7\*Arabic7.入分解爐三次風(fēng)溫度：740℃=8\*Arabic8.氣力提升泵輸送生料空氣溫度：50℃=9\*Arabic9.熟料出窯溫度：1360℃=10\*Arabic10廢氣出預(yù)熱器溫度：370℃=11\*Arabic11飛灰出預(yù)熱器溫度：330℃入窯風(fēng)量比（%）:一次空氣（k1）：二次空氣（k2）：窯頭漏風(fēng)(k3)=15:80:5燃料比（%）:回轉(zhuǎn)窯（Ky）：分解爐（KF）=40：60出預(yù)熱器飛灰量：0.1kg/kg熟料。出預(yù)熱器飛灰燒失量：35.20%。各處過(guò)?？諝庀禂?shù)：窯尾：分解爐出口：預(yù)熱器出口：其中：預(yù)熱器漏風(fēng)量占理論空氣量的比例k4=0.16。氣力提升泵喂料帶入空氣量占理論空氣量的比例k5=0.09。折合料風(fēng)比為19.8Kg/Nm3。分解爐及窯尾漏風(fēng)占分解爐用燃料理論空氣量的比例k6=0.05。電收塵和增濕塔綜合收塵效率為99.6%。系統(tǒng)表面散熱損失：480kJ/kg熟料。生料水分含量：Ws=1.057%。窯的產(chǎn)量：G=8000t/d=250t/h。4.1物料平衡4.1.1收入項(xiàng)目4.1.1.1燃料總消耗量：mr（kg/kg熟料），其中：4.1.1.2生料消耗量，即入預(yù)熱器物料量計(jì)算：=1\*alphabetica、干生料理論消耗量：式中：mgsL-干生料理論消耗量，Kg/Kg熟料。Aad-燃料應(yīng)用基灰分含量，%。α-燃料灰分摻入量,取100%。Ls-生料的燒失量（%），等于燒失量×生料配比之和。即：=2\*alphabeticb、出袋收塵飛損及回灰量：myh-入窯回灰量，Kg/Kg熟料。mfh-出預(yù)熱器飛灰量，Kg/Kg熟料。mFh-出收塵器飛灰損失量，Kg/Kg熟料。η-收塵器，增濕塔綜合收塵效率，%。c、考慮飛損后干生料實(shí)際消耗量：mgs-考慮飛損后干料實(shí)際消耗量，Kg/Kg熟料Lfk-飛灰燒失量，%=4\*alphabeticd、考慮飛損生料實(shí)際消耗量：式中：ms-考慮飛損后生料實(shí)際消耗量，Kg/Kg熟料。Ws-生料中水分含量，%。=5\*alphabetice、入預(yù)熱器物料量：4.1.1.3入窯系統(tǒng)空氣量：=1\*alphabetica、燃料燃燒理論空氣量：b、入窯實(shí)際干空氣量：其中入窯一次空氣量，二次空氣量及漏風(fēng)量分別為：=3\*alphabeticc、分解爐從冷卻機(jī)抽空氣量：①出分解爐混合室過(guò)?？諝饬浚孩诜纸鉅t燃料燃燒空氣量：③窯尾過(guò)?？諝饬浚孩芊纸鉅t及窯尾漏入的空氣量：⑤分解爐從冷卻機(jī)抽空氣量：其中：d、氣力提升泵喂料帶入空氣量：=5\*alphabetice、漏入空氣量：預(yù)熱器漏入空氣量：窯尾系統(tǒng)漏入空氣總量：全系統(tǒng)漏入空氣總量：4.1.2支出項(xiàng)目4.1.2.1熟料：=1kg4.1.2.2出預(yù)熱器廢氣量：=1\*GB3①生料中物理水含量：=2\*GB3②生料中化學(xué)水含量：=3\*GB3③生料分解放出CO2氣體量:其中：CaOs,MgOs-分別為干生料中CaO,MgO的含量。=4\*GB3④燃料燃燒生成理論煙氣量：=5\*GB3⑤煙氣中過(guò)剩空氣量：其中：=6\*GB3⑥總廢氣量：4.1.2.3出預(yù)熱器飛灰量：4.2熱量平衡計(jì)算4.2.1收入項(xiàng)目：4.2.1.1燃料燃燒生成熱：4.2.1.2燃料帶入物理熱：（0—60℃時(shí)熟料平均比熱=1.154·℃）4.2.1.3生料帶入物理熱：（0—50℃時(shí)，水的平均比熱Cw=4.182·℃，干生料平均比熱Cs=0.878熟料）4.2.1.4入窯回灰?guī)霟崃浚海?—50℃時(shí)，回灰平均比熱Cyh=0.836·℃）4.2.1.5空氣帶入熱量：=1\*alphabetica、入窯一次空氣帶入熱量：（0—30℃時(shí)，空氣平均比熱Cy1k=1.298kJ/Nm3·℃）=2\*alphabeticb、入窯二次空氣帶入熱量：（0—950℃時(shí)，空氣平均比熱Cy2k=1.403kJ/Nm3·℃）=3\*alphabeticc、入分解爐二次空氣帶入熱量：（0—740℃時(shí)，空氣平均比熱CF2K=1.377kJ/Nm3·℃）=4\*alphabeticd、氣力提升泵喂料空氣帶入熱量：（0—50℃時(shí)，空氣平均比熱Csk=1.299kJ/Nm3·℃）=5\*alphabetice、系統(tǒng)漏風(fēng)帶入熱量：（0—30℃時(shí)，空氣平均比熱CLOK=1.298kJ/Nm3·℃）總收入熱量：4.2.2支出項(xiàng)目：4.2.2.1熟料形成熱（[5]-25）：考慮堿的影響，修正如下：4.2.2.2蒸發(fā)生料中水分耗熱量：（50℃時(shí)，水的汽化熱qqh=2380kJ/kg）4.2.2.3廢氣帶走的熱量：（0-370℃各氣體平均比熱：CCO2=1.921kJ/kg·℃，CN2=1.319kJ/kg·℃，CH2O=1.550kJ/kg·℃，CO2=1.370kJ/kg·℃，CSO2=1.965kJ/kg·℃）4.2.2.4出窯熟料帶走熱量：（0—1300℃時(shí)，熟料平均比熱Csh=1.078kJ/kg·℃）4.2.2.5出預(yù)熱器飛灰?guī)ё邿崃浚海?—340℃時(shí)，飛灰平均比熱Cfh=0.895kJ/kg·℃）4.2.2.6系統(tǒng)表面散熱損失：支出總熱量：列出收支熱量平衡方程式：即：燒成1kg熟料需要消耗0.1339kg燃料。4.3物料平衡表(單位:㎏/㎏熟料)收入項(xiàng)目數(shù)量%支出項(xiàng)目數(shù)量%燃料消耗量0.13393.85熟料量1.00029.34入預(yù)熱器生料量1.63547.1出預(yù)熱器飛灰量0.1002.934入窯實(shí)際干空氣量0.51014.69出預(yù)熱器廢氣量分解爐抽空氣量0.89725.84生料中物理水量0.0170.499氣力提升泵送空氣量0.1073.08生料中化學(xué)水量0.0190.558窯尾系統(tǒng)漏入空氣量0.1885.42生料分解CO2量0.53415.67燃料燃燒理論煙氣量1.31638.62煙氣中過(guò)?？諝饬?.42212.38合計(jì)3.471100.00合計(jì)3.408100.004.4熱量平衡表(單位:kJ/㎏熟料)收入項(xiàng)目數(shù)量%支出項(xiàng)目數(shù)量%燃料燃燒熱301073.78熟料形成熱1781.238.18燃料顯熱9.2710.20蒸發(fā)生料水分耗熱83.4471.79生料帶入熱69.6241.49廢氣帶出熱量824.2517.64回灰?guī)霟?.1630.09熟料帶出熱量1466.08031.43入窯一次空氣帶入熱2.3050.05飛灰?guī)С鰺崃?0.4300.65入窯二次空氣帶入熱420.89.024系統(tǒng)散熱損失480.00010.29入分解爐空氣帶入熱707.415.17氣力提升泵送風(fēng)帶入熱5.440.117系統(tǒng)總漏風(fēng)帶入熱7.6540.164合計(jì)4662.56100.004662.9100.005、分解爐尺寸計(jì)算5.1選擇窯型和分解爐的結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算NSF爐是比較先進(jìn)的分解爐種類，它是原有SF分解爐的發(fā)展、改進(jìn)型，其氣流運(yùn)動(dòng)為旋流-噴流型。這種爐的優(yōu)點(diǎn)是，氣固之間的混合得到了改善，燃料燃燒完全，碳酸鹽的分解程度高，熱耗低。生料和燃料的混合和擴(kuò)散比較均勻，燃燒的能量能以強(qiáng)制對(duì)流的形式立即傳給生料顆粒，爐內(nèi)處于800-900℃的低溫?zé)o焰燃燒狀態(tài)，溫度比較均勻，傳熱效率很高，分解率可達(dá)85%-95%。故確定選擇SF系列分解爐中的NSF型分解爐，窯氣通過(guò)分解爐，取分解爐內(nèi)溫度為900℃。由參考資料[5]P145-146分解爐內(nèi)工作風(fēng)量等于分解爐用燃料燃燒產(chǎn)生的煙氣量、分解爐內(nèi)釋放出來(lái)的量與入分解爐的出窯廢氣量之和。5.1.1分解爐用燃料燃燒產(chǎn)生的煙氣量其中，，G=250t/h，代入數(shù)據(jù)5.1.2分解爐內(nèi)釋放出來(lái)的CO2量(Nm3/s)其中為分解爐內(nèi)生料的真實(shí)分解率，一般可達(dá)65%~75%,取=70%。KCO2為普通生料燒成1kg熟料由碳酸鹽分解出來(lái)量：其中，ms為實(shí)際生料消耗量，Ws為物料損失百分比，Ls為實(shí)際生料燒失量，mhs為實(shí)際生料中的化學(xué)水含量,代入數(shù)據(jù)5.1.3入分解爐的出窯廢氣量其中y為回轉(zhuǎn)窯內(nèi)燃燒帶內(nèi)的過(guò)?？諝庀禂?shù)，取=1.06；為入窯生料的真實(shí)分解率，一般可達(dá)85%-95%且應(yīng)大于，故取90%，Ky=1-KF=0.4代入數(shù)據(jù)有：5.1.4分解爐的工作風(fēng)量取氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的絕對(duì)壓強(qiáng)，p0=101325Pa=760mmHg，由已知?dú)鈮簽?20mmHg假設(shè)分解爐內(nèi)的負(fù)壓dp=400Pa，t為分解爐內(nèi)氣體的平均溫度，取900℃。代入數(shù)據(jù)：5.2分解爐直筒的有效截面積和內(nèi)徑由參考資料[5]P146，SF型分解爐，取分解爐直筒部位的截面風(fēng)速為，則分解爐直筒有效截面積:有效內(nèi)徑為：錐體部位的有效高度：根據(jù)經(jīng)驗(yàn),k為0.5～1，只有傳統(tǒng)的SF分解爐取高值，其他爐型常取低值，甚至更低，故可取0.6。5.3分解爐和直筒高由參考資料[5]P146，設(shè)氣流在分解爐內(nèi)的軸向平均流速，氣流在分解爐內(nèi)所需要的停留時(shí)間燒煤粉時(shí)為1.5～3s，取分解爐高：直筒部位的有效高度：5.4分解爐錐體縮口內(nèi)徑下部錐體口流量即窯氣量：由參考資料[5]P144，NSF型分解爐為“噴騰”型，入分解爐爐縮口處氣體流速大于10m/s，一般大于15m/s,可取=20m/s，此處有效直徑：5.5入分解爐的三次風(fēng)管直徑由參考資料[5]P146，三次風(fēng)管內(nèi)氣體流速一般為15～20m/s，取20m/s,溫度為800℃，入分解爐三次風(fēng)標(biāo)態(tài)風(fēng)量:三次風(fēng)管有效內(nèi)徑：三次風(fēng)管與分解爐直筒相接處截面為矩形，由參考資料[5]P23-27參考旋風(fēng)筒的入口設(shè)計(jì)，取長(zhǎng)寬比a:b=0.5:1,得到矩形兩邊長(zhǎng)：，。對(duì)于分解爐與C5預(yù)熱器連接通道，其設(shè)計(jì)尺寸與三次風(fēng)道相同。5.6生料進(jìn)料口直徑生料由兩個(gè)進(jìn)料口進(jìn)入分解爐，設(shè)兩個(gè)進(jìn)料口各通入一半生料，則進(jìn)料口直徑由經(jīng)驗(yàn)公式：45.7燃燒器選擇分解爐內(nèi)的燃燒是一種特殊的無(wú)焰燃燒，而且分解爐內(nèi)溫度較回轉(zhuǎn)窯燃燒帶溫度低很多，因此對(duì)分解爐用噴煤管的性能要求不像對(duì)窯用噴煤管那樣苛求。從加強(qiáng)氣煤混合、提高燃燒效率的角度出發(fā)，目前的爐用噴煤管多為雙通道或三通道噴煤管。三通道噴煤管具有：降低一次風(fēng)所占比例