5000t新型干法水泥生产线回转窑工艺设计说明书课程设计说明书
课程名称：新型干法水泥生产技术与设备
设计题目：5000t/d新型干法水泥生产线回转窑工艺设计
专业：无机非金属材料工程
班级：
学号：
姓名：
成绩：
指导教师（签名）：
设计时刻： 2011.12.19——2020.01.06
原始资料
一、物料化学成分（%）
二、煤的工业分析及元素分析（%）
三、热工参数
1、温度。入预热器生料温度：50℃；入窑回灰温度：50℃；入窑一次风温度：25℃；入窑二次风温度：1100℃；环境温度：25℃；入窑、分解炉燃料温度：60℃；入分解炉三次风温度：900℃；出窑熟料温度：1360℃；废气出预热器温度：330℃；出预热器飞灰温度：300℃。窑尾气体温度：1100℃。
2、入窑风量比（%）。一次风(K1):二次风(K2):窑头漏风(K3)=10:85:5。
3、燃料比（%）。回转窑(Ky):分解炉(Kf) =40:60。
4、出预热器飞灰量。0.1kg/kg熟料。
5、出预热器飞灰烧失量。35.20%。
6、各处空气过剩系数。窑尾，αy=1.05分解炉出口αL=1.15预热器出口αf=1.40。
7、入窑生料采纳提升机输送。
8、漏风。预热器漏风量占理论空气的比例K4=0.16；提升机带入空气量忽略；分解炉及窑尾漏风（包括分解炉一次空气量），占分解炉用燃办理论空气量的比例K6=0.05。
9、袋收尘器和增湿塔综合收尘效率为99.9%。
10、熟料形成热。依照简易公式（6-20）运算。
11、系统表面散热缺失。460kJ/kg熟料。
12、生料水分。0.2%。
13、窑的设计产量。5000t/d。
目录
前言 (4)
一、物料平稳、热平稳运算 (5)
1.1物料平稳运算 (5)
1.1.1 收入项目 (5)
1.1.2 支出项目 (7)
1.2 热量平稳运算 (8)
1.2.1 收入项目 (8)
1.2.2 支出项目 (9)
二、窑的运算 (11)
2.1.窑的规格 (11)
2.1.1 直径 (11)
2.1.2 长度 (12)
2.2 回转窑斜度、转速及功率的运算 (12)
2.2.1 斜度和转速 (12)
2.2.2 功率 (12)
2.3 风速核算 (12)
2.3.1 烧成带标准风速 (12)
2.3.2 窑尾工况风速 (13)
三、要紧热工技术参数运算 (13)
3. 1、熟料单位烧成热耗 (13)
3.2、熟料烧成热效率 (13)
3.3、窑的发热能力 (13)
3.4、燃烧带衬砖断面热负荷 (13)
四.结语 (14)
五.参考文献 (14)
前言
当前世界水泥工业的进展是以节能、降耗、环保为中心，走可连续进展的道路。与此相适应，水泥设备专门是回转窑的资源化利用及应用中的环境行为等方面也成为研究的热点。
以预分解窑为代表的新型干法水泥生产技术是国际公认的代表当代技术进展水平的水泥生产方法。具有生产能力大、自动化程度高、产品质量高、能耗低、有害物排放量低、工业废弃物利用量大等一系列优点，成为当今世界水泥生产的要紧技术。
近年来，我国新型干法水泥生产技术得到了飞速进展。专门是进入21世纪，大批5000t/d熟料新型干法水泥生产线的建成、投产，标志着我国新型干法水泥生产技术差不多成熟。目前全国已建成的新型干法水泥生产线约400余条，产能达3亿多吨，占我国水泥总产量的32%以上。
回转窑系统作为新型干法水泥生产技术的重要一环，其设计事关水泥的产量和质量。对窑系统的热工运算，确定单位熟料的热耗，有利于分析窑系统的热工技术性能。同时也为优质，高产低耗及节能技改提供科学依据。
因此，以新型干法窑（NSP）的设计为契机，加深对水泥工艺相关知识的明白得是专门有必要的。
本次课程设计的题目是：5000t/d熟料带TSD型分解炉的NSP窑设计，设计内容包括窑的规格运算确定、物料平稳运算、热平稳运算、要紧热工技术参数运算以及NSP窑的初步设计（1张A1图纸，1张A2图纸）。NSP窑包括预热器系统、分解炉和回转窑，本次设计只需画出回转窑及分解炉下方的烟气室，托轮的的剖面图。
一、物料平稳与热量平稳运算
基准：1kg 熟料，温度：0℃； 范畴：回转窑＋分解炉＋预热器系统 依照确定的基准和范畴，绘制物料平稳图（图1）、热量平稳图（图2）。
图1 物料平稳图 图2 热量平稳图
1.1 物料平稳运算 1.1.1 收入项目 (1)燃料总消耗量
m r (kg/kg) 其中：窑头燃料量
m yr ＝K y m r (kg/kg) 分解炉燃料量 m Fr ＝K F m r (kg/kg)
(2)生料消耗量、入预热器物料量 a.干生办理论消耗量
m gsL ＝s y r L a A m --100100=82.35100171.25100-??-r m ＝1.558－0.401m r (kg/kg ）
式中：α—燃料灰分掺入量，取100％。 b.出电收尘飞损量及回灰量
m Fh ＝m fh (1－η)＝0.10×(1－0.999) ＝0.0001(kg/kg) m yh ＝m fh －m Fh ＝0.10－0.0001＝0.10(kg/kg) c.考虑飞损后干生料实际消耗量
m gs =m gsL +m Fh ·s
fh
L L --100100=(1.558－0.401m r )+0.0001×
82
.351002
.35100--＝1.558－0.401m r (kg/kg)
d.考虑飞损后生料实际消耗量
m s =m ys s W -?100100
＝(1.558－0.401m r )×2.0100100
-＝1.561－0.402m r (kg/kg)
e.入预热器物料量
入预热器物料量＝m s ＋m yk ＝(1.561－0.402m r )+0.100＝1.661－0.402m r (kg/kg) (3)入窑系统空气量
燃料燃烧理论空气量
V'LK ＝0.089C y +0.267H y +0.033(S y －O y )=0.089×60.10＋0.267×3.96+0.033×(0.35－7.91) ＝6.157(Nm 3/kg 煤)
m'Lk ＝V'Lk ×1.293＝6.157×1.293＝7.961 (kg/kg 煤) b.入窑实际干空气量
V yh =αy V'Lk m yr =αy V'Lk K F m r ＝1. 05×6.157×0.40m r ＝2.586m r (Nm 3/kg) m yk =1.293×V yk ＝1.293×2.586mr ＝3.344mr (kg/kg) 其中入窑一次空气量，二次空气量及漏风量
V yk1=K 1V yk =0.10V yk (Nm 3/kg) V yk2＝k 2V yk ＝0.85V yk (Nm 3/kg) V LOk1＝K 3V yk ＝0.05V yk (Nm 3/kg) c.分解炉从冷却机抽空气量 ①出分解炉混合室过剩空气量
V 1＝(αL －1)V'Lk m r ＝(1.15－1)×6.157m r =0.924m r (Nm3/kg) ②分解炉燃料燃烧空气量
V 2＝V'Lk m Fr ＝V'Lk K F m r ＝6.157×0.60m r =3.694m r (Nm 3/kg) ③窑尾过剩空气量
V 3＝(αy －1)V'Lk m yr ＝(αy －1)V'Lk K y m r ＝(1.05－1)×6.157×0.40mr ＝0.123m r (Nm 3/kg) ④分解炉及窑尾漏入空气量
V 4＝K 6V'Lk m Fr ＝K 6V'Lk K y m r ＝0.05×6.157×0.60m r ＝0.185m r (Nm 3/kg) ⑤分解炉冷却机抽空气量
V F2k =V 1+V 2－V 3－V 4 ＝0.924m r +3.694m r －0.123m r －0.185m r ＝4.310m r (Nm 3/kg) m F2k ＝1.293×V F2k =1.293×4.310m r ＝5.573m r (kg/kg) d.气力提升泵喂料带入空气量（忽略） e.漏入空气量
预热器漏入空气量
V 5＝K 4V'Lk m r ＝0.16×6.157mr ＝0.985m r (Nm 3/kg) 窑尾系统混入空气总量
V LOk2＝V 4＋V 5 ＝0.185m r ＋0.985m r ＝1.170m r (Nm 3/kg) 全系统漏入空气量
V LOK ＝V LOK1＋V LOK2＝0.05×2.586m r ＋1.170m r ＝1.299m r (Nm 3/kg) m LOK ＝1.293×V LOK ＝l.293×1.299m r ＝1.680m r (kg/kg) 1.1.2支出项目 (1)熟料
m sh =1kg (2)出预热器废气量 a.生料中物理水含量
m ws ＝m s ×
100
s
W ＝(1.563－0.402m r )×1002
.0＝0.003－0.001mr (kg/kg)
V ws =804.0ws
m
=
804
.0001.0003.0r
m -=0.004－0.001mr (Nm 3/kg)
b.生料中化学水含量
m hs ＝0.00353m ys Al 2O s 3 ＝0.00353×(1.560－0.401mr)×3.03＝0.016－0.004m r (kg/kg)
V hs = 804.0ks
m =
804
.0004.0017.0r
m -＝0.020－0.005m r (Nm 3/kg)
c.生料分解放出CO 2气体量：
CO 2＝CaO
s
CaO
co M M 2＋MgO
s
MgO
co M M 2 =44.62×
56
44＋0.25×3.4044
＝35.33
m s co2=m gs 100
2
CO
－mff
100
fh L ＝(1.558－0.4006mr)×10033
.35－0.0001×
100
20.35＝0.550－0.142m r
(kg/kg)
V s co2=977
.12
s co m =
977
.1142.0550.0r
m -＝0.278－0.072m r (Nm 3/kg)
d.燃料燃烧生成理论烟气量
V r co2=
18
4.22r C m y
100?＝
100
4
.22×
100
10.60m r ＝1.122m r (Nm 3/kg)
V r N2＝0.79V 1LK m r ＋284.22100y
N
m r ＝0.79×6.157m r ＋284
.22×10097
.0m r ＝4.872m r (Nm 3/kg) V r H2O ＝24
.22×
100
y H m r ＋
184.22×
100
y W m r ＝(24.22×10096.3＋184.22×10000
.1)m r ＝0.456m r (Nm 3/kg)
V r so2=2
4
.22×100
y S m r ＝324
.22×10035
.0m r =0.002m r (Nm 3/kg)
V r ＝V r co2＋V r N2＋V r H2O ＋V r so2＝(1.122＋4.872＋0.456＋0.002)m r ＝6.452m r (Nm 3/kg) m r =(m'LK ＋l －
100
y A )m r ＝(7.961＋l －10071
.25m r ＝8.704m r (kg/kg)
e.烟气中过剩空气量
V k ＝(αf —1)V'Lk m r ＝(1.40－1)×6.157m r ＝2.463m r (Nm 3/kg) m k ＝V k ×1.293=2.463×1.293＝3.185m r (kg/kg) 其中：
V k N2=0.79V k =0.79×2.463m r ＝1.946m r (Nm 3/kg) m k N2＝V k N2×4.2228
＝1.946×4.2228
mr ＝2.433m r (kg/kg) V k O2＝0.21V k =0.21×2.463m r ＝0.517m r (Nm 3/kg) m k O2=V k O2×4.2232
＝0.571×4.2232
m r =0.739m r (kg/kg) f.总废气量
V f =V CO2+V N2+V H2O +V O2+V SO2
=(0.281－0.072 m r ＋1.122 m r )＋(4.872 m r ＋1.946 m r )＋(0.004－0.001 m r ＋0.020－0.005 m r ＋0.456 m r )＋0.517 m r ＋0.002 m r ＝0.305＋8.837m r
(3)出预热器飞灰量 m fh ＝0.100 (kg/kg) 1.2 热量平稳运算 1.2.1 收入项目 (1)燃料燃烧生成热
Q rR ＝m r Q y DW ＝23200m r (kJ/kg) (2)燃料带入显热
Q r ＝m r C r t r ＝m r ×1.154×60=69.240m r (kJ/kg) (0～60℃时熟料平均比热C r ＝l.154kJ/kg·℃) (3)生料带入热量
Q s =(m gs C s +m ws C w )t s ＝[(1.560－0.401m r )×0.878十(0.003－0.001m r )×4.182]×50 ＝69.111－17.813m r (kJ/kg)
(0～50℃时，水的平均比热C w ＝4.182KJ/kg ℃，干生料平均比热C s ＝0.878kJ/kg) (4)入窑回灰带入热量
Q yh ＝m yk C yh t yh ＝0.100×0.836×50＝4.180 kJ/kg (0～50℃时，回灰平均比热C yh ＝0.836kJ/kg ℃)
(5)空气带入热量 a.入窑一次空气带入热量
Q y1k ＝V y1k C y1k t y1k ＝0.10V yk C y1k t y1k ＝0.10×2.586m r ×1.298×25 ＝8.39m r (kJ/kg) (0～25℃时，空气平均比热C y1k ＝1.298KJ/Nm 3.℃) b.入窑二次空气带入热量
Q y2k ＝V y2k C y2k t y2k ＝0.85V yk C y2k t y2k ＝0.85×2.586m r ×1.403×1100＝3392.3m r (kJ/kg) (0～1100℃时，空气平均比热C y2k ＝1.403kJ/Nm 3·℃) c.入分解炉二次空气带入热量
Q F2k ＝V F2k C F2k t F2k ＝4.310m r ×1.403×900 ＝5442.2m r (kJ/kg) (0～900℃时，空气平均比热C F2k ＝1.403kJ/Nm 3.℃) d.气力提升泵喂料空气带入热量 （忽略） e.系统漏风带入热量
Q LOK =V LOK C LOK t LOK =1.299m r ×1.298×25＝42.153m r (kJ/kg) (0～25℃时，空气平均比热C LOK ＝1.298kJ/Nm 3·℃) 总收入热量
Q zs ＝Q rR ＋Q r ＋Q s ＋Q yk ＋Q y1k +Q y2k ＋Q F2k ＋Q sk ＋Q LOK
＝24200m r ＋69.240m r ＋(69.111－17.813m r )＋4.180＋8.39m r ＋3392.3m r ＋5442.2m r ＋0+42.253m r ＝73.291＋33136m r (kJ/kg) 1.2.1支出项目 (1)熟料形成热
Q sh =109+30.04C a O k +6.48Al 2O 3k +30.32M g O k -17.12S i O 2k +1.58Fe 2O 3k
=109+30.04×66.67+6.48×5.38+30.32×0.58-17.12×22.34-1.58×3.65 =1776kJ/kg (2)蒸发生料中水分耗热量
Q ss ＝(m ws ＋m ks )q qh ＝(0.003－0.001m r ＋0.016－0.004m r )×2380
＝45.220－11.9m r (kJ/kg) (50℃时，水的汽化热q qh ＝2380kJ/kg) (3)废气带走热量
f SO SO O O O H O H N N CO CO f t C V C V C V C V C V Q )(2222222222++++=
＝[(0.281＋1.050m r)×1.921＋6.818m r×1.319＋(0.025＋0.450m r)×1.550＋0.517m r
×1.370＋0.002m r×1.965]×330
＝190.92＋4098.5m r(kJ/kg)
[0～340℃时，各气体平均比热：
C CO2＝1.921kJ/Nm3·℃；C N2＝1.319kJ/Nm3·℃；C H2O＝1.550kJ/Nm3·℃；
C O2＝1.370kJ/Nm3·℃；C SO2＝1.965kJ/Nm3·℃]
(4)出窑熟料带走热量
Q ysh＝1×C sh t sh =1×1.078×1360＝1466.1 (kJ/kg)
(0～1360℃时，熟料平均比热C sh=1.078kJ/kg.℃)
(5)出预热器飞灰带走热量
Q fh=m fh C fh t fh =0.100×0.895×300 ＝26.85 (kJ/kg)
(0～300℃时，飞灰平均比热C fh＝0.895kJ/kg·℃)
(6)系统表面散热缺失
Q B＝460kJ/kg
支出总热量
Q zc＝Q Sh＋Q ss十Q f＋Q ysh＋Q fh＋Q B
＝1776＋(45.220—11.9m r)＋(190.92＋4098.5m r)＋1466.1＋26.850＋460
＝3965＋4086.6m r kJ/kg
列出收支热量平稳方程式
Q zs＝Q zc
73.291＋33136m r＝3965＋4086.6m r
求得：m r＝0.1340 (kg/kg)
即烧成1kg熟料需要消耗0.1340kg燃料。求得燃料消耗量后，即可列出物料平稳（表1）和热量平稳表(表2)，并运算一些要紧热工技术参数
表1 物料平稳表
单位：kg/kg 熟料
表2热量平稳表
单位：kg/kg 熟料
二、窑的运算（带NC-SST-I 分解炉的预分解窑）
2.1.窑的规格: 2.1.1 直径
依照式（1）运算窑有效内径
G 熟料14
.35.63i D = （1）
其中，G 熟料为窑的日产量t/d ；Di 为窑的有效内径，m 。 取G 熟料=5000 t/d ，可运算出Di=4.242 m 。 依照式（2）运算窑筒体直径
δ
2+=i D D （2）
其中，δ为回转窑用耐火材料厚度，mm 。关于直径大于4.0 m 的回转窑，其值一样为230
mm 。因而
72.423.02242.4=?+=D m
依照建材行业标准JC331-91，D 值取4.8 m ，则回转窑有效内径为4.34 m 。 2.1.2 长度
预分解窑的长径比L/D ≈10~20，且其长度还应按GB321优先数系列选配。综合最近投产的5000 t/d 水泥熟料生产线情形，L 值取72 m ，现在L/D=15。
由以上运算结果，回转窑的规格为φ4.8×72 m 。依照国内外实际生产情形，该规格预分解窑产量一样在5000 t/d 以上，因而能满足设计要求。
2.2 回转窑斜度、转速及功率的运算 2.2.1 斜度和转速
预分解窑的斜度一样为3.5%~4%，最高转速可达4.5 r/min 。依照统计，关于φ4.8×72 m 的预分解窑，当其斜度为3.5%，转速n 为3.8 r/min 时，最高产量可达5500 t/d 以上。考虑到实际生产中增产的可能性，所设计回转窑的斜度为3.5%，转速为3.8 r/min 。
2.2.2 功率
回转窑功率可依照式（3）进行运算。
）
（kW 03.075.030L n D N i ??= （3）
依照运算，W N k 574.480728.334.403.075.030=???= 2.3 风速核算
2.3.1 烧成带标准风速 一样要求≤2 Nm/s 。
3600
4
10002????=
i
yk
i D V G w π
=1.42 Nm/s
符合要求
27327336004
10002w y w
yw i y T D V G w +?????=π=7.95 m/s 符合要求 V yw ——窑尾烟气量，m 3/kg 熟料 T yw ——窑尾温度，℃
V yw ＝k
y r
y V V +＝K y ·6.452m r +（αy -1）·6.157 m r =0.404 m 3/Kg
2.3.2 窑尾工况风速 一样要求≤10 m/s 。
27327336004
10002w y w
yw i y T D V G w +?????=π=7.95 m/s 符合要求 V yw ——窑尾烟气量，m 3/kg 熟料 T yw ——窑尾温度，℃
V yw ＝k
y r
y V V +＝K y ·6.452m r +（αy -1）·6.157 m r =0.404 m 3/Kg
三、要紧热工技术参数运算
3. 1、熟料单位烧成热耗
QrR=mr Y
DW Q
＝0.1340×24200＝3242.8 (kJ/kg)
3.2、熟料烧成热效率 ηs ＝
rR
sh Q Q ×100％＝8.32421776
×100％＝54.77％
3.3、窑的发热能力
Qyr=Myr Y DW Q ＝KymrG Y DW Q ＝0.4×0.134×208.3×103×24200＝27.02×107 (kJ/h)
3.4、燃烧带衬砖断面热负荷
2
7
234.4785.01002.274
??=?=i yr
A D Q q π＝18.27×106 (kJ/m 2·h)
终止语
通过这次NSP窑的设计，我在多方面都有所提高，综合运用本专业所学课程的理论知识和生产实际知识进行一次水泥回转窑的设计工作，从而培养和提高了独立工作的能力，巩固与扩充了水泥厂工艺设计概论、新型干法水泥生产技术和设备和工程制图等课程所学的内容，把握了NSP回转窑设计的方法和步骤，把握了如何样确定工艺方案，提高了运算能力，绘图能力，熟悉了规范和标准，同时各科相关的课程都有了全面的复习，独立摸索的能力也有了提高。
在此期间曾碰到过一些困难问题，在查阅相关参考文献及资料，请教老师及同学后，结合所学理论知识，解决了此类问题。在以后的工作和学习中，我会更加努力，争取学好自己的专业课程。做到不仅仅是在理论上，更是在实际生产中应用自己所把握的知识。
由于设计能力有限，在设计过程中难免显现错误，恳请老师们多多指教。
参考文献
1、李海涛. 新型干法水泥生产技术与设备[M].化学工业出版社，2006.01
2、严生.新型干法水泥厂工艺设计手册[M].中国建材工业出版社
3、金容容.水泥厂工艺设计概论[M].武汉理工大学出版社,1993.05