洛阳理工学院
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课题：5000t/d水泥熟料NSP窑的设计专业：材料工程技术
班级： x 学号： x
姓名： x
成绩：
指导教师（签名）：
2011 年12 月 8 日
课程设计任务书
设计课题：5000t/d水泥熟料NSP窑的设计
一、课题内容及要求：
1.物料平衡计算
2.热平衡计算
3.窑的规格计算确定
4.主要热工技术参数计算
5.NSP窑初步设计：工艺布置与工艺布置图（窑中）
二、课题任务及工作量
1.设计说明书（不少于1万字，打印）
2.NSP窑初步设计工艺布置图（1号图纸1张，手画）
三、课题阶段进度安排
1.第15周：确定窑规格、物料平衡与热平衡计算、主要热工参数计算
2.第16周：NSP窑工艺布置绘图
四、课题参考资料
李海涛. 新型干法水泥生产技术与设备[M].化学工业出版社
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
金容容.水泥厂工艺设计概论[M].武汉理工大学
设计原始资料
一、物料化学成分（%）
项目Loss SiO2Al2O3Fe2O3CaO MgO SO3其他合
计
干生料35.82 13.23 2.97 2.05 44.62 0.25 0.13 0.93 100
熟料0 22.04 5.08 3.35 66.37 0.56 0.04 2.56 100
煤灰0 51.58 31.77 4.14 3.60 0.66 2.18 6.07 100 二、煤的工业分析及元素分析
工业分析（%）
Q net.ar kJ/kg M ar F.C ar A ar V ar
1.00 44.93 25.71 28.36 23079
元素分析（收到基）（％）
C H O N S A W
60.10 3.96 7.91 0.97 0.35 25.71 1.00
三、热工参数
1. 温度
a. 入预热器生料温度：50℃；
b. 入窑回灰温度：50℃；
c. 入窑一次风温度：25℃；
d. 入窑二次风温度：1100℃；
e. 环境温度：25℃；
f. 入窑、分解炉燃料温度：60℃；
g. 入分解炉三次风温度：900℃；
h. 出窑熟料温度：1350℃；
i. 废气出预热器温度：330℃；
j. 出预热器飞灰温度：300℃；
2. 入窑风量比(％)。一次风(K
1)：二次风(K
2
)：窑头漏风(K
3
)＝
10:85:5；
3. 燃料比(％)。回转窑(K
y )：分解护(K
F
)＝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. 各处过剩空气系数：
窑尾αy ＝l.05；分解炉出口αL ＝1.15；预热器出口αf ＝1.40； 7. 入窑生料采用提升机输送； 8. 漏风：
预热器漏风量占理论空气量的比例K 4＝0.16； 分解炉及窑尾漏风（包括分解炉一次空气量），占分解炉用燃料 理论空气量的比例K 6＝0.05；
9. 袋收尘和增湿塔综合收尘效率为99.9％； 10. 熟料形成热：根据简易公式（6－20）计算； 11. 系统表面散热损失：460kJ/kg 熟料； 12. 生料水分：0.2％；
13. 窑的设计产量：5000t/d 。
相关资料及计算公式：
一、物料平衡、热平衡计算 教材P206
物料平衡图
热量平衡图
物料平衡计算如下：、 （1）收入项目
①燃料总消耗量m r (kg/kg)
其中，窑头燃料量m K m r y yr =,分解炉燃料量m K m r F Fr =。 ②生料消耗量、入预热器物料量
a.干生料理论消耗量
（根据水分及其他容易烧失挥发量列如下式子）
m m L A m m r r
s ar r gsL a 401.0558.182.35100171.25100100100-=-??-=--=
式中 a —燃料灰分参入量，100%
b.入窑回灰量和飞损量
kg kg m m fh Fh /0001.0)999.01(1.0)1(=-?=-=η kg kg m m m Fh fh yh /10
.00001.010.0=-=-=
c.考虑飞损后干生料实际消耗量
82.351002
.35100001.0401.0558.1100100--?+-=--+=m L L m m m r
s fh Fh gsl gs kg kg m r /401.0558.1-=
d.考虑飞损后生料实际消耗量
kg
kg m m w m m r
r s gs s /402.0561.12.0100100
)401.0558.1(100100-=-?-=-=
e.入预热器物料量
`入预热器物料量=m m yh s +
=1.561-0.402m r +0.100=1.661-0.402m r kg/kg ③入窑系统空气量 a.燃料燃烧理论空气量
V lk '
=)(033.0267.0089.0O S H C ar ar ar ar -++
=0.089?60.10+0.267?3.96+0.033?(0.35-7.91)
=6.157 kg m /3 (标准状态)
m lk '=1.293V lk '
=1.293?6.157=7.961 kg/kg 煤 b.入窑实际干空气量
m m K V m V V r r y lk y yr lk y yk 40.0157.605.1'
'
??===αα =kg m m r /586.23
（标准状态）
kg kg m m V m r
r yk yk /344.3586.2293.1293.1=?==
其中，入窑一次空气量、二次空气量及漏风量分别为：
V V K V yk yk yk 10.011== V V K V yk yk yk 85.022== V V K V yk yk lok 05.031== c.分解炉从冷却机抽空气量 ○
a 出分解炉混合室过剩空气量 m m m V V r
r r lk L 924.0157.6)115.1()1('
1=?-=-=αkg m /3
（标准状态）
○
b .分解炉燃料燃烧空气量
m m K V m V V r r F lk Fr lk 60.0157.6'
'
2?===
=m r 694.3 m 3/kg （标准状态）
○
c .窑尾过剩空气量 m K V m V V r y lk y yr lk y '
'3)1()1(-=-=αα
=（1.05-1）?6.157?0.40?m r =0.123m r m 3/kg (标准状态)
○
d .分解炉及窑尾漏人空气量 m m K V K m V K V r r F lk Fr lk 60.0157.605.0'
6'64??===
=0.185m r m 3/kg （标准状态）
○
e .分解炉冷却机抽空气量 V V V V V k F 43212--+=
=0.924m r +3.694m r -0.123m r -0.185m r =4.310m r kg m /3
(标准状态)
kg mrkg mr V M k F k F /573.5310.4*293.1293.122=== c.漏人空气量
预热器漏入空气量为
m m m V K V r r r lk 985.0157.616.0'
45=?==kg m
/3
(标准状态)
窑尾系统混入空气总量为
m m m V V V r r r lok 170.1985.0185.0542=+=+=kg m /3
(标准状态) 全系统漏人空气量为
m m m V V V r
r r lok lok lok 299.1170.1586.205.021=+?=+=kg m
/3
(标准状
态) kg kg m m V m r r lok lok /680.1299.1293.1293.1=?== ⑵ 支出项目
①熟料：kg m sh 1= ②出预热器废气量 a.生料中物理水含量
m m w
m m r r s
s
ws 001.0003.0100
2
.0)402.0562.1(100
-=?
-==kg/kg m m m
V r
r
ws
ws 001.0004.0804
.0001.0003.0804
.0-=-=
=
kg m
/3
(标准状态)
b.生料中化学水的含量 (以生料中高岭石O
H O Si O Al 2
2
3222??分解的水为生料中化
学水的含量 ）
m m O Al m m r
r s
gs hs 004.0016.097.2)401.0558.1(00353.000353.032-=?-?==m m m
V r r
hs
hs 005.0020.0804
.0004.0016.0804.0-=-=
=
kg m /3
(标准状态)
c.生料分解放出CO 2气体量
33.353.404425.0564462.442
2
2=?+?=+=M
M MgO M M CaO
CO MgO
s
CaO s
co co
100
20.350001.010033.35)401.0558.1(1001002
2
?-?-=-=m L m CO m m r
fh
Fh gs s
co =kg kg m r
/142.0550.0-
m m m V r
r
s
s
co
co
072.0278.0977
.1142.0550.0977
.12
2
-=-=
=kg m /3
(标准状
态)
d.燃料燃烧生成理论烟气量
m m m C V r r r ar r co 122.1100
10.60124.22100124.222=?=?=m 3/kg(标准状态) m m m N m V V r r r ar r r
lk r N 10097.0284.22157.679.0100284.2279.02?+?=+= m r 872.4=m 3/kg(标准状态)
m m W H V r r ar ar r
H
)100
00
.1184.2210096.324.22(100184.2210024.22O
2
?+?=?+?=
=m r 456.0m 3/kg(标准状态)
m m m S V r r r ar r
SO 002.010035.0324.22100324.222=?=?=
m 3
/kg(标准状态)
m V V V V V r r r O r r r SO H N CO )002.0456.0872.4122.1(2222+++=+++= =m r 452.6m 3/kg(标准状态)
（根据理论空气量质量与煤中除最后的灰分之外的物质的质量之和为生成理论烟气量质量）
m m m A m m r
r r ar
lk r 704.8)100
71.251961.7()1001('=-+=-+=m 3/kg(标准状 态）
e.烟气中过剩空气量
m m m V V
r r r lk f k
463.2157.6)140.1()1('
=?-=-=αm 3/kg(标准状
态)
m m V m r r k
k
185.3293.1463.2293.1=?=?=m 3/kg(标准状态)
其中，有
m m V V r r k
k N 946.1463.279.079.02
=?=＝m 3
/kg(标准状态)
m V
m
r k
k
N N 433.24
.2228
946.14.22282
2
=?=?
=kg/kg m m V V r r k
k
O
517.0463.221.021.02
=?==m 3
/kg(标准状态)
m V m r k
k O O 739.04.2232517.04.223222=?=?
=kg/kg
f.总废气量
V V V V V SO O N CO f 2
222+++= =004.0()946.1872.4()122.1072.0278.0(++++-m m m m r r r r
m m m m m r r r r r 002.0517.0)456.0005.0021.0001.0+++-+- =m r 729.11569.0+m 3/kg(标准状态) ③出预热器飞灰量
100.0=m fh kg/kg 热平衡计算如下。 （1）收入项目
①燃料燃烧生成热
kg kJ m Q m Q r ar
net r rR
23079,==
②燃料带入显热
=Q r m r =t c r r m r m r 240.6960154.1=??kg kJ [0~60C o 时熟料平均比热容c r =1.154).(C kg kJ o ]
③熟料带入热量
[]kg
kJ m m m t c m c m Q r r r s w ws s gs S
813.17017.6950
182.4001.0003.0(878.0)401.0558.1()(-=??-+?-=+=[0~50C O 时，水的平均比热容).(182.4C kg kJ o w c = 干生料平均比热容).(878.0C kg kJ o w c =] ④入窑回灰带入热量
180.450836.00999.0=??==t c m Q yh yh yh yh
kg kJ
[0~50C o 时，回灰平均比热容).(836.0C kg kJ o yh c =]
⑤空气带入热量
a.入窑一次空气带入热量
kg
kJ m m t C V t C V Q r r k y k y yk k y k y k y k
y 392.825298.1586.210.010.0111111=???===[0~25C o 时，空气平均比热容298.11=C k y ).(3C Nm kJ o ] b.入窑二次空气带入热量
kg
kJ m m t C V t C V Q
r r k y k y yk k y k y k y k
y 3.34381100
422.1586.285.085.0222222=???===
[0~1100C o 时，空气平均比热容).(422.132C Nm kJ o k y C =] c.入分解炉三次空气带入热量
kg kJ m m t C V Q r r k F k F k F k
F 2.5442900403.1310.42222=??==
[0~900C o 时，空气平均比热容).(403.132C Nm kJ o k F C =] d.系统漏风带入热量
583
.50255576.1299.1=??==m t C V Q r lok lok lok lok
kg kJ m
r
[0~25C o 时，空气平均比热容).(5576.13C Nm kJ o lok C =] 总收入热量
kg
kJ m m m m m m m m Q Q Q Q Q Q Q Q Q r
r
r
r
r
r
r
r
lok
k
F k
y k
y yh
s
r
rR
zs
902.32069197.73583.502.54423.3438392.8180.4813.17017.69240.6923079221+=++++
+-++=+++++++=）（
（2）支出项目 ①熟料形成热
9.1736=Q sh
kg/kg
②蒸发生料中水分耗热量
kg
kJ m m m q m m Q
r r r qh
hs ws ss
9.11600.472380
)004.0017.0001.0003.0()(-=?-+-=+=
（50C o 时，水的汽化热2380=q qh
kg kJ ）
③废气带走热量 m
m m m m t
C V C
V C V C
V C V Q r
r r r
r
f
SO SO
O O
O H O H N N
co co f
3.459502.189330]965.1002.0370.1517.1550.1)450.002
4.0(319.1818.6921.1)050.1278.0[()(22
2
2
2
2
2
2
2
2
+=??+?+?++?+?+=++++= [0~330C o 时，各气体平均比热容（标准状态下）：
]
);.(965.1);.(370.1);
.(550.1);.(319.1);.(921.1333332
2
2
2
2
C Nm kJ C Nm kJ C Nm kJ C Nm kJ C Nm kJ o SO o O o
O H o N o co c c
c c c =====④出窑熟料带走热量
kg kJ t C Q sh sh ysh
/3.14551350078.111=??=?=
[0~1350C o 时，熟料平均比热容078.1=c sh ).(C kg kJ o ] ⑤出预热器飞灰带走热量
kg kJ t c m Q fh fh fh fh
85.26300895.0100.0=??==
[0~300C o 时，飞灰平均比热容).(895.0C kg kJ o fh c =] ⑥系统表面散热损失 kg kJ Q B 460= 支出总热量为
m m m Q
Q Q
Q Q Q Q
r
r r B
fh
ysh
f
ss
sh
zc
m r 4.458367.391546085.263.14553.459502.189)9.1160.47(88.45-9.1736+=+++++-+=+++++=（3）列出收支热量平衡方程式 Q Q zc
zs
=
73.197+32069.902m r =3915.67+4583.4m r 求得 m r =0.1398kg kg
即烧成1Kg 熟料需要消耗0.1398Kg 燃料。求得燃料消耗
量后，即可列出物料平衡和热量平衡表（如下）并计算一些主
要热工技术参数
物料平衡表 收入项目 数量 % 支出项目 数量 % 燃料消耗量
0.140 4.33 熟料量 1 30.20 入预热器生料量 1.606 49.72 出预热器飞灰量 0.100 3.02 入窑实际干空气量 0.468 14.49 出预热废气量 分解炉抽空气量 0.780 24.15 生料中物理 水量 0.003 0.09 窑尾系统漏入空气量
0.236
7.31
生料中化学水量
0.016
0.48
气力提升泵送空气量
生料分解CO 2量
0.531 16.04
燃烧理论烟气量
1.219 36.82 烟气中过剩空气量 0.442 13.35 合计 3.230
100.00
合计 3.311
100.00
热量平衡表
收入项目 数量 %
支出项目
数量 %
燃料燃烧热 3229.9 70.80 熟料形成热
1736.9 38.11 燃料显热
9.7
0.21 蒸发生料水分耗热 45.9 1.01 生料带入热 66.6 1.46 废气带出热量 833.0 18.28 回灰带入热 4.2
0.09
熟料带出热量 1455.3
31.93
入窑一次空气带入热
1.2 0.03 飞灰带出热量 26.9 0.59 入窑二次空气带入热
481.4 10.6 系统散热损失 460.0 10.1 入分解炉空气带入热
761.9 16.7
系统总漏风带入热 7.1 0.16 合计 4562.0 100.00 合计 4558.0 100.00 二、窑的计算 1.窑的规格 ⑴ 表示方式
ФD ×L （m ） 如：Ф5×74（m ） D ——回转窑筒体直径，m L ——回转窑筒体长度，m ⑵ 回转窑规格确定
确定回转窑尺寸的大体步骤如下：先根据设计任务书要求的生产能力用经验公式计算出其初步结果，将该初步的计算结果与生产中同类型窑进行比较并作出适当的调整，再用窑内风速、窑内燃烧带截面积热负荷等有关的技术指标进行核实。一般来说回转窑的窑尾实际风速不应超过10 m/s ，对于窑径大于４ｍ的回转窑，其内燃烧带的标态风速不应大于2Nm/s 。
① 按回转窑产量的经验公式计算窑的尺寸
a. 14
.3D 5.53i
G ＝熟料 D i ——旋窑有效内径，m ；
熟料G ——窑的日产量，t/d 。
m G D i
24.45
.5350005.5314.314.3===熟料 D ＝D i ＋2δ×10－3
D ——旋窑筒体直径，m ； δ——耐火材料厚度，mm
目前，5000t/d 水泥熟料生产线回转窑中的耐火衬料的厚度选择普遍偏高，一般选择230mm 厚，参阅下表。
D 的选取： 根据JC －333《水泥工业用回转窑》，筒体内直径第一系列以0.5m 为间隔，第二系列以0.2m 为间隔。
选用耐火材料的厚度mm 230=δ
103
2D -?+=δD i
=103
230224.4-??+=4.70 m
根据实例及经验选用直径D 为4.8 m
故 窑的实际有效直径D i =4.8-2?0.23=4.34 b. 07923.136.15i D L =
L 的选取：根据GB321《优先数和优先数系》，回转窑长度一般取整，且多为偶数。
L =13.7300.1500.1534
.407923
.107923
.1=?=D i
m
由实际生产确定窑长为72 m L/D=72/4.8=15
② 回转窑转速、斜率及功率的确定与计算
回转窑的窑速由实际生产相同的熟料的窑总结得出n=3.5 r/min 回转窑的斜率由实际生产相同的熟料的窑总结得出3.5%
功率L n KD N i ??=5.20 （kW ） K ——系数，对于新型干法水泥窑，K ＝0.045～0.048 n ——窑的转速，r/min
此外，选用电动机时，一般还要考虑一定的储备系数，一般为1.15～1.35。
KW L n K D N i 64.474725.3048.034.45
.25.20=???=??=
③ 技术参数计算
a.熟料单位烧成热耗
4.32261398.023079.=?==Q m Q ar
net r rR
kg kJ
b.熟料烧成热效率
%45.55%1004.32261388.0*88.459.1736%100=?-=?=rR sh s Q Q η
c.窑的发热能力
M Q yr yr
=Q ar
net .=????=3.10)24/5000(1398.04.0Q m K ar
net r y G 23079
=26.89?107
h kJ
d.烧成带截面热负荷 2
4
D
Q
q i yr
A
?=
π
=).(1019.1834.4785.01089.2622
7
6h m kJ ?=?? e.烧成带标态风速核算（一般要求小于2Nm/s ）
3600
4
10002????=
i yk
i D V G w π
=
s
m 41.13600
4
1398
.0586.2)24/5000(100034.42
=?????π
s Nm s m w i
241.1<= 符合要求
f.窑尾工态风速核算（一般要求小于10m/s ）
V yw ＝k
y r y V V +＝K y ·6.452m r +（αy -1）·6.157 m r =0.4?6.452?0.1398+（1.05-1）?6.157?0.1398 =0.404kg m 3
V yw ——窑尾烟气量，m 3/kg 熟料 T yw ——窑尾温度，℃
273
2733600
4
10002w
yw yw
i y T D V G w +?
????=
π