水泥厂的设计

材料科学与工程学院

无机非金属材料工程

无机非金属材料工厂工艺设计说明书

设计题目： 年产II型硅酸盐水泥100万t水

泥厂设计

* 名： 班 级： 学 号： 指导教师： 设计日期：

**

无机非金属11-1

14号 *** 2014.10.20-11.14

设计题目：年产II型硅酸盐水泥100万t水泥厂设计

时间： 2014 年

10 月 20 至 2014 年 11 月 14 日

无机非金属11-1 专业 14 学号 学生姓名 杜杰 指导教师 张俊才

一、初始条件 （一）预分解窑系统资料 1、原料的原始资料 Al2OFe2O 烧失量 SiO2 CaO MgO SO3 K2O Na2O H2O 3 3 石灰石 48.13 1.95 0.85 0.45 47.32 0.30 1.00 粘土 4.25 65.82 15.14 5.92 5.16 0.97 0.62 1.12 0.85 铁粉 1.40 39.27 2.26 48.57 3.46 1.54 3.5 煤灰 58.62 25.38 9.05 3.13 1.58 2.24 设 2、各种物料损失均按3%计算 （二）烘干机系统资料 1、煤初水分3%，；粘土初水分6%；矿渣初水分8%。应用基水分均为0.2%。 计 2、热源为热风炉产生的热空气或冷却机的回收热空气。 3、燃料煤的原始资料 烘干用煤元素分析结果：【收到基（ar）：进行煤质分析化验时，煤样所处的状内 态为收到该批煤所处的状态。A为灰分；M为水分。】 成分 Car Har Nar Oar Sar Aar Mar 含量 70.2 5.3 1.0 7.2 0.3 14.8 1.2 容 4、根据处理风量合理选择收尘系统。 二 要求完成的主要任务 1、设计计算说明书应包括以下内容：厂址选择；当地气象、厂区地质信息（可结合资料信息进行合理假设）；全厂配料计算、物料平衡计算、设备的选型计算或结构尺寸计算、有关性能指标计算及一览表、设计评述、参考资料。总平面布置和全厂工艺布置的计算说明。 2、画出有全厂的总平面布置图和工艺布置图（A1图纸2～3张）。鼓励用CAD绘图，但至少要有1张手工绘图。 设 计 要 求 1、要求每个人独立完成，允许讨论，但不能抄袭，鼓励创新。 2、说明书要求 （1）设计说明书必须包括有关计算部分的方法、公式、步骤和结果。 （2）有关设备的选型，设计说明书中英说明其选取依据，有关经验数据的选取，亦应说明其来源。设计图应符合图纸设计规范，尺寸标注、文字说明清楚。 3、图纸的要求 （1）图纸必须按工程图标准绘制，尺寸标注、文字说明清楚。鼓励用计算机绘图。（2）图纸上必须注明设备主要尺寸及有关说明，图纸应整洁。 4、时间安排 第1周：查阅有关资料，看懂相关文献的设计和说明，进行有关设计计算。完成相关计算。 第2周：绘制相关的图纸。整理计算说明书、图纸以及其它设计资料。

1

目录

一、厂址的选择 .................................................................................................................................. 3 二﹑原料配比过程 .............................................................................................................................. 3

（一）.煤灰参入量计算 .............................................................................................................. 3 （二）燃料煤的

原始组成 ....................................................................................................................................... 3 （三）累加试凑法计算原料配合比 ........................................................................................... 4 三﹑物料平衡计算 .............................................................................................................................. 5

(一)烧成车间生产能力和工厂生产能力的计算 ....................................................................... 5 四﹑主机平衡计算 .............................................................................................................................. 9

(一)年平衡法 ............................................................................................................................... 9 五﹑储库计算 .................................................................................................................................... 10 六﹑熟料烧成系统几个主要设备的选型 ........................................................................................ 11

(一)回转窑 ................................................................................................................................. 11 (二)旋风式预热器 ...................................................................................................................... 12 (三)分解炉 .................................................................................................................................. 14 (四)除尘机设备的选择 ............................................................................................................. 15 (五)冷却机 ................................................................................................................................. 15 (六)破碎机 ................................................................................................................................. 16 (七)烘干机 ................................................................................................................................. 17 七、参考文献 .................................................................................................................................... 19

2

年产普通和矿渣硅酸盐水泥100万t水泥厂设计

一、厂址的选择

厂址选在宁夏回族自治区银川市永宁县。

二﹑原料配比过程

（一）.煤灰参入量计算

查阅参考资料[1]29~32页，选取单位熟料耗热q为3350kJ/kg熟料。 （二）燃料煤的原始组成

燃料煤元素分析结果：收到基（ar）：进行煤质分析化验时，煤样所处的状态为收到该批煤所处的状态。A为灰分；M为水分。

表1 燃料煤的收到基组成

成分 含量

Car 70.2

Har 5.3

Nar 1.0

Oar 7.2

Sar 0.3

Aar 14.8

Mar 1.2

将燃料ar基转换为ad基

换算系数为（100-Md）/(100-War)=1.01 Cad=Car×1.01=70.2×1.01=70.902 Had=Har×1.01=5.3×1.01=5.353 Nad=Nar×1.01=1.0×1.01=1.01 Oad=Oar×1.01=7.2×1.01=7.272 Sad =Sar×1.01=0.3×1.01=0.303 Aad=Aar×1.01=14.8×1.01=14.948 Mad=Mar×1.01=1.2×1.01=1.212

查阅参考资料，根据设计任务中给出的元素分析结果计算的，煤的热值：

Qnet.ad=339Cad+1030Had109(OadSad)25Mad

=339×70.902+1030×5.353109×（7.2720.303）25×1.212 =24035.778+5513.59759.62128.025 =28761.724

计算煤灰参入量Ga=QaADS/100Qnet,ad=PAadS/100

=（3350×14.948×100%）/（100×28761.724） =1.741% 煤灰沉落率S取100%

3

（三）累加试凑法计算原料配合比

表2 原料化学组成

成分 烧失量 原料 石灰石 粘土 铁粉 煤灰

48.13 4.25 1.40 —

1.95 65.82 39.27 58.62

0.85 15.14 2.26 25.38

0.45 5.92 48.57 9.05

47.32 5.16 3.46 3.13

0.30 0.97 1.54 1.58

— 0.62 — 2.24

— 1.12 — —

— — — —

1.00 0.85 3.50 —

SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 K2O Na2O H2O 根据参考文献[武汉]P142，表10.2预KH=0.89，SM=0.25, IM=1.5, Σ=99% Fe2O3=Σ/((2.8KH+1)(IM+1)SM+2.65IM+1.35)

=99%/((2.8×0.89+1)×（1.5+1）×0.25+2.65×1.5+1.35)=3.65% Al2O3=IM×Fe2O3=1.5×3.65%=5.475%

SiO2=SM(Al2O3+Fe2O3)=2.5×（5.475%+3.65%）=22.8125%

CaO=Σ(Al2O3+Fe2O3+SiO2)=99%(5.475%+3.65%+33.8125%)=67.0625% 考虑物料损失3%计算得出原料与煤灰的化学成分。如下表

表3 原料与煤灰的化学成分

成分 烧失量 原料 石灰石 粘土 铁粉 煤灰

49.57 4.38 1.44 —

2.02 67.79 40.45 60.36

0.88 15.59 2.33 26.57

0.46 6.10 50.03 9.32

48.74 5.31 3.56 3.22

0.31 1.00 1.59 1.63

— 0.64 — 2.31

— 1.15 — —

— — — —

1.03 0.88 3.61 —

SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 K2O Na2O H2O 以100kg熟料为基准。结果如下表：

表4 累计试凑过程

计算步骤 设计熟料成分 煤灰(＋1.742) 石灰石

2.76

(+140.96) 粘土（+28.56）

18.99

4.37

1.70

1.71

1.49

0.18

0.32

0.24

0.678=28.03

(3.65-0.16-0.63-1.71)／

铁粉（+1.75）

0.92

0.05

0.14

0.08

0.03

0.08

0.5=2.28

1.21

0.64

67.06

0.43

0.14

=137.58

(22.81-1.05-2.75)／

SiO2 22.81 1.05

Al2O3 53.47 0.46

Fe2O3 3.65 0.16

CaO 67.06 0.06

MgO 0.03

SO3

K2O

H2O

合计 98

备注

(67.06-0.05)／0.4873

4

KH=0.89，SM=2.44,

累计熟料成分 铁（+0.74） 累计熟料成分

23.72 2 23.92

6.09 0.1 3.19

3.65 0.3 3.95

68.69 0.2 68.71

0.77 0.1 0.78

0.18 0.03 0.21

0.32 0.05 0.37

0.47 0.05 0.52

103.89

IM=1.67 104.65

KH=0.89，SM=236 IM=1.56

注：SM=SiO2/(Al2O3+Fe2O3)

IM=Al2O/Fe2O3

CaO=Σ-(Al2O3+SiO2+Fe2O3)

Fe2O3=Σ/((2.8KH+1)(IM+1)SM+2.65IM+1.35)

三﹑物料平衡计算

(一)烧成车间生产能力和工厂生产能力的计算 1．年平衡法

（1）要求的熟料的年产量：

100deQy=Gy

100P式中Qy－要求的熟料年产量（t熟料/年） Gy－工厂规模（t水泥/年） d－水泥中石膏掺入量（％） e－水泥中混合材的掺入量（％） P－水泥的生产损失（％），可取为3～5％

100万吨普通和矿渣硅酸盐水泥，石膏掺入量为3.5％，矿渣的参入量为46.5％。水泥的生产损失取为4％。

100万吨普通和矿渣硅酸盐水泥熟料量为1000000×（1-0.035-0.465）=500000吨 水泥厂每年除去检修的日子生产水泥的天数为330天

日产熟料量为500000/330=1515t/d

100deQy=Gy=（100-3.5-46.5）·1000000/（100-4）=520833（t熟料/年）

100P（2）窑的台数： n=

Qy7920Qh,l

式中n－窑的台数

Qy－要求的熟料年产量（t熟料/年） Qh,l－所选窑的标定台时产量（t /台•h）

η－窑的年利用率，以小时表示。不同窑的年利用率可参考下列数值：湿法窑0.90；传统干法窑0.85；机立窑0.8～0.85；悬浮预热器窑、预分解窑0.85； 7920－全年除去检修日子外窑工作的小时数，全年的工作日为330天。

5

表5干燥器工艺参数

项目 参 数 生产能力 操作 转速 t/d t/h r/min 停留 时间 min 方案 物料 负荷率％ 窑内 物料量t 物料运动功耗 KWh/h 单位熟料 物料耗功KWh/t 单位有效计算容积产量 窑衬厚mm t/m3·D 计算简式 φ3.2×

52m 斜度：3.5％ L/D=16.3

T1500

62.5

4.5

21.3

6.6

23.6

116.0

1.86

180

4.56

90.82n0.4284G熟料n

Qyn=

7920Qh,l=520833/(7920×0.85×62.5)=1.24≈1

（3）烧成系统的生产能力可按下列各各式计算： 熟料小时产量：熟料日产量：熟料年产量：

QhnQh,l=1×62.5=62.5(t /h)

Qd24Qh=24×62.5=1500(t /d)

=7920×0.85×62.5=420750(t/y)

Qy7920Qh（4）工厂的生产能力可按下列各式由烧成车间的生产能力求得：

Gh100PQh100de=（100-4）62.5/ (100-3.5-46.5)=120(t /h)

水泥小时产量：水泥日产量：水泥年产量：

Gd24Gh=24×120=2880(t /d)

=7920×0.85×120=807840(t/y)

Gy7920Gh 2. 原、燃材料消耗定额的计算 （1）、材料消耗定额

①考虑煤灰掺入时，1t熟料的干生料理论消耗量

100SKT100I

式中K干——干生料理论消耗量（t/t熟料） I——干生料的烧失量（%）

S——煤灰掺入量，以熟料百分数表示（%） 单位熟料耗煤量为myr=1.19 kg/kg-熟料

S= GA×myr=1.741×1.19×1000/84.03=20.7%（t/t熟料）

I=[49.57×135.73+4.378×(28.24-0.2)+1.442×2.31] /(1.741+135.73+28.24+2.31-0.2)

6

=41.27%

100SKT100I

=(100-20.7)/(100-41.27)=1.35（t/t熟料）

②考虑煤灰掺入时，1t熟料的干生料理论消耗定额：

K生100KT100-P生

=(100×1.35)/(100-4)=1.41（t/t熟料） 式中K生——干生料消耗定额（t/t熟料）

P生——生料的生产损失（%），一般3%～5% ③各种干原料消耗定额

K原K生

式中K——某种干原料的消耗定额（t/t熟料） X——干生料中该原料的配合比

表6生料消耗定额

名称

干生料中该原料的配合比

（%）

干原料的消耗定额 （2）干石膏消耗定额

Kdd=3.5/(100-3.5-46.5)=0.07

(100de)石灰石 81.73 1.15

粘土 16.88 0.24

铁粉 1.39 0.02

煤灰 1.05 0.015

式中Kd——干石膏消耗定额（t/t熟料）

d、e——分别表示水泥中石膏、混合材的掺入量（%）。 （3）干混合材消耗定额

Kee=46.5/(100-3.5-46.5)=0.93

(100de)式中Ke——干混合材消耗定额（t/t熟料） （4）烧成用干煤消耗定额

Kf1q33500.012 gQDW(100Pf)2813.26（1003）式中Kf1——烧成用干煤消耗定额（t/t熟料） q——熟料烧成消耗（kJ/kg熟料） QgDW——干煤低位热值（kJ/kg干煤）

7

Pf——煤的生产损失（%），一般取3%。 （5）烘干用干煤的消耗定额

Kf2q烘M湿12100 gQ烧1002QDW100Pf式中Kf——烘干某种湿物料用干煤消耗定额（t/t熟料） M湿——需烘干的湿物料量，用年平衡法时以t/a表示。 Q烧——烧成系统生产能力，用年平衡法时以熟料年产量表示。 ω1、ω2——分别表示烘干前、后物料的含水量（%）

q烘——蒸发1kg水分的消耗量（kJ/kg水分），可参考烘干机经验数据，而准确的数据应通过具体烘干机的热工计算求得。

蒸发1千克水的耗煤量q=lI2/HQyDW=2.56×1940/0.85×20700=0.28kg／kg水 ①烘干粘土用干煤的消耗定额 M粘=28.04Q烧／100

Kf3M粘Q烧12q烘100 g1002QDW100Pf=[0.2804×(6-0.2)×0.28×100]/[(100-0.2)×2813.263×(100-4)] =0.0000163（t/t熟料） ②烘干矿渣用干煤的消耗定额 M矿=0.082×1220107.68=100048.83 (t/y)

Kf4M矿12q烘100=0.00056（t/t熟料） gQ烧1002QDW100Pf③烘干煤用干煤的消耗定额 M煤=myr×Q烧

Kf5M矿12q烘10030.20.28100 g1.193.4610-6（t/t熟料）

Q烧1002QDW100Pf1000.22813.261004④烘干石膏用干煤的消耗定额

Kf6q烘M石1210010.20.28100g0.044.07107Q烧1002QDW100Pf1000.22813.261004 Kf2Kf3Kf4Kf5Kf61.631055.61043.461064.071075.8104（t/t熟料）上述各种干物料消耗定额换算为含天然水分的湿物料消耗定额时，可用下式计算：

K湿100K干

1001 8

式中K湿，K干——分别表示湿物料、干物料消耗定额（kJ/kg熟料） ω1——该湿物料的天然水分（%）。

3.、原料、燃料、材料需要量的计算和物料平衡表的编制

将各种物料消耗定额乘以烧成系统生产能力，可求出各种物料的需要量。例如，将湿石灰石消耗定额乘以熟料周产量，便得出石灰石每周需要量；乘以熟料年产量，便得出湿石灰石每年需要量。

将计算结果汇总成物料平衡表，其格式见表7

表7 水泥厂物料平衡表

注：1、采用年平衡法，可不列第8栏和第12栏；采用周平衡法，可不列第9栏和第13栏。

天然水泥 2

生产损失 3

消耗定额 （t/t熟料）

含天然

干料

水分料 4 1.15 0.24

5 1.152 0.25 0.02 1.4 0.06 0.77 1.002

干料 h 6 71.875 15 1.19

d 7 1725 360

物料平衡

含天然水分料 a 8 483862.5 118800 9405 966176.64 42007.68 497090.88 700128 1239226.56 966176.64 42007.68 497090.88

h 9 72 15.625 1.25 145.6 6.24

d 10 1728 375 30 3640

a 11 484704 123750 9900 9801792 4200768 539098.56 701528.26 1282634.50 9801792 4200768 539098.56

12

物料名称 备注

1 石灰石 粘土 铁粉 生料 石膏 矿渣 熟料

14.17 55.03 2.38

11.21

0.798 0.912 0.019 17.18 67.36 0.0004

0.0014

1.38 0.06 0.71 1

0.024 0.012 0.002

0.04

28.5 3444.

143.2

48 149.7

6.24

6 1772.

73.8

16 104

2496 4417.92 3444.48 149.76 1772.16

149.76 1921.

80.08

92

104.22501.8 00 190.53 145.6 6.24

4572.67 3640

水泥 0.026 0.054 1.77 1.832 184.1

烧成用煤 烘干用煤 燃煤合计

17.18 67.36 0.0004

0.0014

1.38 0.06 0.71

1.4 0.06 0.77

143.2 6.24 73.8

0.024 0.012

149.76 1921.

80.08

92

2、备注中可列出：生料组分、物料配合比、生熟料消耗定额、烧成热耗和烘干热耗、煤的热值等。

四﹑主机平衡计算

(一)年平衡法

计算步骤：根据车间工作制度，选取主机的年利用率，并根据物料年平衡量，求出该主机要

9

求的小时产量。

GHGy7920

式中GH——主机要求小时产量（t/h）; Gy——物料年平衡量（t/年）

η——预定的主机年利用率（以小数表示）

预定的主机年利用率可根据车间工作制度和主机运转时间用下式求出：

kkkkkkk0123或23

79207920式中K0——每年工作周数（周/年） K1——每周工作日数（日/周） K2——每日工作班数（班/日） K3——每班主机运转小时数（小时/班） K——每年工作日数（日/年）

水泥厂主机年利用率可参考文献6第43页表3-4。

表8主机要求生产能力平衡表

主机名称 石灰石破碎机 生料磨 悬浮预热器 回转窑 煤磨 回转烘干机 篦式冷却机 包装机

主机年利用率 以小数表示

0.65 0.75 0.85 0.87 0.72 0.46 0.88 0.77

年平衡量 （t/年） 12681113 5601.12 1122224.4 1122224.4 12344.47 13813631 1122224.4 1279335.8

要求主机小时产量

（t/h） 2463.31 0.97 166.7 162.87 2.16 4791.62 161.02 209.78

五﹑储库计算

物料名称 生料 水泥 熟料

物料名称 石灰石 煤粉

规格/ｍ 140 115 105

个数 2 6 4

表9圆库 单容(t) 8602 5412 5701

储存量(t) 17346 32325 22861.7

面积/m2 50 42 50

规格/ｍ 24 4 个数 2 2

表10矩形预均化堆场

单容(t) 储存量(t) 13900 27821 670 1349.4

面积/m2

530 190

0 1

表11堆棚

物料名称 干粘土 铁粉 石膏 矿渣

表12堆场

物料名称 湿矿渣 湿粘土

料堆a×b×c/ｍ

21×6×52 13×6.2×28.5

储存量(t)

6546.8 2300.5

面积/m2

126 80.6

料堆a×b×c/ｍ

9.2×6×45.5 8.4×2×39.7 17.2×5.6×48 14×5.6×28

储存量(t)

2509.6 2000.5 4667.5 2200.4

面积/m2

55.2 50.4 96.3 78.4

六﹑熟料烧成系统几个主要设备的选型

(一)回转窑

1．回转窑规格的计算

在综合考虑了工厂规模、产品种类、原燃料情况及其它条件，确定了生产方法和窑的类型后，根据所选窑的规格，标定窑的产量，然后根据熟料要求小时产量，确定窑的台数。 标定回转窑产量时，可参考设备说明和用下式计算的结果： D =(G/Ky)0.303

式中 G——回转窑的产量(吨／小时)；G=1500/24=62.5t/h D——回转窑的筒体直径(米) L——回转窑的有效长度(米)； Ky——经验系数，可参考下列数值： 预分解窑 0.94～1 取Ky =1

根据参考文献可知日产1500吨的回转窑的L/D可选为16， 解得：D=4m L=64m 根据手册可查得下表

1 1

表13回转窑工艺参数

项目 生产能力 物料运动功耗 KWh/h 单位熟料 物料耗功KWh/t 参 数 操作 转速 t/d t/h r/min 停留 时间 min 方案 物料 负荷率％ 窑内 物料量t 单位有效计算容积产量 窑衬厚mm t/m3·D 计算简式 φ3.2×

52m 斜度：3.5％ L/D=16.3

T1500

62.5

4.5

21.3

6.6

23.6

116.0

1.86

180

4.56

90.82n0.4284G熟料n

(二)旋风式预热器

旋风式预热器一般采用四级。但当生料中碱、氯、硫含量超过一定限度后，也有采用一级或二级的；或者增设旁路系统，使部分窑尾废气不经旋风预热器而排出(先经冷却和净化后排入大气)。 1．旋风筒规格的计算

(1)旋风筒直径以直筒部分横截面计算风速和通过旋风筒的风量来确定，可按下式计算

计算得：D=5.92m

式中 D——旋风筒的直径(m)； Q——通过旋风筒的风量(m3／s)； ω——旋风筒计算截面风速(m／s)。

目前，国内处旋风筒截面风速大都采用3.5～4.0m/s。旋风筒进出口风速以及旋风筒进出管道

内的风速一般在18～20m／s左右，据此也可以确定进出口面积及管道直径。

（2）旋风筒各部分的尺寸可以根据旋风筒直径来确定，表4-10举例列出旋风筒各部分尺寸与旋风筒直径的关系。

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表14旋风筒几何尺寸与旋风筒直径D的比值

旋风筒几何尺寸

Ⅰ 级

d1 d2 b c h1 h2 e

0.40 0.15 0.34 0.43 1.92 0.80 0.35

比值 方案

Ⅱ Ⅲ Ⅳ 级

0.40 0.15 0.40 0.40 0.73 0.87 0.086

表15 各级旋风筒的参数

级数 参数 d1 d2 b c h1 h2 e F=V/ω1(m2)

V------进旋风筒的风量(m3／s)

ω1------旋风筒的进口风速m/s,一般在15～20m/s的范围为宜 取17m/s F=Q/ω1=110/18=6.11(m2)

2)进料口旋风筒之间联接管道的尺寸 d=（4 Q /πω2）0.5

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一级旋风筒 2.37 0.89 1.80 3.60 16.3 4.74 0.95

二级旋风筒 2.37 0.89 2.20 3.60 10.1 5.15 0.71

三级旋风筒 2.37 0.89 2.20 3.60 10.1 5.15 0.65

四级旋风筒 2.37 0.89 2.20 3.60 11.8 5.15 0.65

1)旋风筒进风口横截面积

一般来说ω2一般在10～20m/s的范围,多数工厂取15m/s d=（4 Q /πω2）0.5=3.06m (三)分解炉

1．分解炉规格的计算

按参考文献《无机非金属材料热工设备》P97，选择FLS系统分解炉中的SLE型分解炉，取分解炉温度1000℃，所以分解炉的工作风量为： G=3800×103/24=158333kg-熟料/h

y----水泥熟料烧成热耗在分解炉中的比例，一般取y=0.53 V0----燃料燃烧产生的理论烟气量8.02(m3／kg) Va0----燃料燃烧所需的理论空气量 al----分解炉内的过剩空气系数al=1.2

mr-------单位质量熟料所消耗的煤粉量0.189 kg/kg V0fl---燃料燃烧产生的理论烟气量，Nm3/kg-煤

V0a---煤粉燃烧所需的理论空气量，Nm3/kg-煤7.5(m3／kg) 分解炉内实际烟气量 VFC=[V0+(al-1)Va0]mryG

=[8.02+(1.2-1)×7.5]×0.189×0.53×158333 =150989Nm3/h

在分解炉中碳酸钙放出来CO2量 VCO2=0.27etG/100=299.25(Nm3/h) et---分解炉内生料的真实分解率，在65％～75％ et取70％

如果出窑废气进入分解炉则得通过分解炉的气体量还应该包括从回转窑窑尾从来的废气流量，即窑气量。此窑气量应等于回转窑窑头燃料燃烧产生的烟气量与入窑生料中剩余的碳酸钙分解产生的CO2量之和。

Vk=[ V0fl+(a-1) V0a]mr(1-y)G+0.27(100- et)G/100

=[8.02+（1.2-1）×7.5] ×0.189×（1-0.53）×158333+0.27×（100-0.7）×1158333/100 =279725(Nm3/h)

a为回转窑内燃烧带内的过剩空气系数 1）得到通过分解炉的工作态气体量Vf Vf=(Vfl+VCO2+Vk)（273.15+t）P0/273.15P

=(330287+299.25+279725.0)×(273.15+1400)×[760/273.15×(720-400/13.6)] =2216228.8(Nm3/h)

t----分解炉内气体温度，一般取1400℃ Vk---回转窑窑尾从来的废气流量，即窑气量。 P0---101325kpa=760mmHg

4 1

p---分解炉内气体绝对压强 2）分解炉的有效截面积和内径 有效截面积AF=Vf/(3600wf)=102.6 m2/s SF型分解炉wf在4.5～6m/s取wf=6m/s

有效内径DF=（4AF/πwf）1/2=(4×102.6/3.14×6) 1/2=4.68m 椎体部分高H2=0.7×DF=0.7×4.68=3.276m 3）分解炉的有效高度H的计算

取分解炉内轴向平均流速w=5m/s 停留时间t=2s 分解炉高H=wt=2×5=10m

直筒部位的有效高度H1=H-H2=10-3.276=6.724m

下料管直径d=0.0019×（msG）1/2=0.0019×(1.05×158333) 1/2=0.77m 入分解炉风管（三次风管）直径的计算 取此处风速w3=17m/s 风温t=740℃

VF2K=5.380mr=5.380×0.189=1.01682Nm3/kg-熟料 V3a0=G×VF2K=158333×(6.4022/3600)=44.72m3/s di=[(4V3a0/πw3)×（273.15+t）/273.15]1/2=10.69m 根据上述计算结果，分解炉主要尺寸值如下： 分解炉的有效内径 DF=4.68m 椎体部分有效筒高H2=3.276m 直筒部分有效高度 H1=6.724m 分解炉总高度 H=10m 下料管直径 d=0.77m 三次风管直径 di=10.69m (四)除尘机设备的选择

已知单位熟料耗热q为3350kJ/kg-熟料，煤的Qnet,ad=28132.63（kJ/kg） 单位熟料耗煤量为1.19 kg/kg 每小时产的熟料量166.7t/h

每小时产生的烟气量Va×41667=396670(m3/h) 由参考文献[1]可选CDWY163- 9790-3/Ⅱ的电除尘器

选的除尘设备是电除尘器，在除尘器前加一个增湿塔。由参考文献[1]可选CAS9 生产1 kg熟料用的生料量为1.03kg (五)冷却机

每小时产的熟料量41667kg/h

由参考文献[3]可选3.4×17.7推动篦式冷却机

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表16水平推动篦式冷却机的主要参数

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

(六)破碎机

1、由全厂主机平衡设计确定的破碎车间要求小时产量，是破碎机选型的依据，可依此确定破碎机的规格与台数。

2、物料的物理性质，即无聊的硬度、块度、杂质含量与形状。 （1）石灰石破碎 石灰石破碎系统产量计算 G=gG/d·n·t·k

式中G——要求破碎系统的产量，t/h； G。——烧成车间年产熟料量，t／a g——每吨熟料的石灰石耗量，t／t n——每天工作班数，多数为二班制 t——每班工作小时数，可取6～7h

k——供料不均衡系数，在1～0.8之间取值，距矿山近、运输条件好的取上限

表17破碎机的选型

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项目 进入熟料温度 出口熟料温度 冷却熟料空气量 二次空气温度 冷却时间 料层厚度 二次空气热回收率 用于二次空气的冷空气回收率

单位面积产量 机械运转电耗 通风电耗 单位设备重量

单位 ℃ ℃ Nm3/kg·熟料

℃ min min ％ ％ t/m2·h kW/t kW/t t/t·m

水平推动篦式冷却机

1200～1300 50～100 2.8～3.5 600～750 15～25 250～300 65～75 45～55 0.85～1.2 0.45 3.6 2.5

（可按物料平衡表取值）

d——破碎系统全年工作日，按不连续周计，一般280～300d

开采块度＜450mm 出料粒度＜20mm 锤式

方案Ⅱ：二段破碎

第一段600mm×900mm鄂式 第二段φ1250mm×1000mm反击式

开采块度＜450mm 出料粒度＜20mm 锤式

方案Ⅱ：二段破碎

第一段400mm×600mm鄂式 第二段

φ1000mm×800mm

锤式或

1000mm×700mm反击式

方案Ⅰ：一段破碎φ2000mm×1200mm单转子方案Ⅰ：一段破碎φ2000mm×1200mm单转子

(七)烘干机

1、烘干机初步确定烘干机尺寸

（1）计算每小时的水分蒸发量Mm=450kg/h （2）计算烘干机窑机，初步确定烘干机蒸发强度为22.5 kg.(m3.h)-1 参考表2-6去烘干机单位容积蒸发强度20~40kg，取烘干机L/D=7 V=（3.14×D2/4）×7×D D=1.5 L=10.5

初步取1.5×12回转烘干机一台 1.5×12烘干机容积为 V=（3.14×D2/4）×12=21.2 则实际烘干机蒸发强度为 A=W/V=450/21.2=21kg.(m3.h)-1 2．烘备干机辅助设 （1）鼓风机的尺寸 La=11.09 m3/kg LaM=11.09×127=1399.413 m3

离心通风机选择型号4-72机号№2.8A 电动机型号Y90s-2功率1.5kw 地脚螺栓（4套）规格为M8×250 设空气达到流速15 m/s 则（3.14D2/4）×u×3600=1399.413m3 D=185mm （2）燃烧室

燃烧室效率85％机械加煤回转炉排根据表18列出

表18三种机械加煤燃烧室的一般特性

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回转炉排

不宜结焦煤 < 50 机械 低压鼓风 900---1500

加煤排渣连续化，分段鼓风燃烧效率高，烟气温度高 机械 0—15°

1%—2% 5%—12%

结构复杂，造价高，运转可靠。

震动炉排

不宜结焦煤 < 50 机械 低压鼓风 900---1500

煤在震动输送蓖床上分段鼓风燃烧，热效率高，烟气，温度高

机械或人工 0—2°

1%—2% 5%—12% 结构简单，材料省，运转时震动大。

推动炉排

各种煤 < 60 机械 低压鼓风 900---1500

煤在炉排上被推动过程中分段鼓风燃烧，热效率高 机械或人工 12—15° 1%—2% 5%—12% 结构较复杂，运转可靠，造价较高。

（4）排风除尘

每小时排出烟气量为Mfc=MwLmi(1+Xm2) =450×2.56×(1+0.43a) =1649.664kg·h

150℃水气密度为=0.84kg/ (273+150)}=0.519 kg/ m3 Vfc=MwLML(1/Pfl+Xm2/P H2O) =450×2.56×(1/0.849+0.432/0.519) =2306.73 m3/h

烟气密度Pfc=Mfc/VFC=1649.664/2306.73 = 0.7134kg/ m3 烟气流速，参考同类型烘干机的数据，取充数据β=12％ ν=Vfc/{3600×3.14×(1.5)2×(100-β)/100} =0.41m/s

采用旋风除尘器，旋风除尘器利用含尘气体沿旋风筒切线方向进入筒内旋转产生离心力使粉尘从气体中分离出来的原理设计。一般除尘效率约为60%～90%，

表19 旋风除尘器的种类

型号名称 XLP/A旋风除尘器 XLP/B旋风除尘器 XLP/G旋风除尘器

规格 7 7 6

旋风筒直径φ（mm） 300~1060 300~1060 600~1866

处理风量范围(m3.h)-1 1180~13900 1160~11300 3000~60000

设备阻力pa 1200~1900 700~1700 790

除尘效率％ 75~95 80~98 >80

主要特征 半螺旋线型旁路分离器 螺旋线型旁路分离器 半螺旋线型旁路分离器

备注 常用 常用 锅炉

3．烘干系统热效率

烘干机系统包括：鼓风机，燃烧室，烘干机与排烟除尘系统，系统热效率按公式：

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n总=（2490+1.8922t3-4.1868t2）/q·QDWy×100% =2711/0.28×20700=46% 一般烘干机的效率在40%到55%之间

七、参考文献

[1]李志坚 《水泥工艺学》 武汉：武汉工业大学出版社 1998 [2]林宗寿 《无机非金属材料工学》 武汉：武汉理工大学出版社 2009 [3]白礼 《水泥厂工艺设计手册》 北京：中国建筑工业出版社1997 [4]姜洪舟 《无机非金属材料热工设备》 武汉：武汉理工大学出版社 [5]徐利华 延吉生 《热工基础与工业窑炉》 北京：冶金工业出版社 2006 [6]金容容《水泥厂工艺设计概论》武汉：武汉工业大学出版社 1993

9 1