利用NSP窑RSP分解炉生产425强度等级矿渣硅酸盐水泥的工业设.docx
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利用NSP窑RSP分解炉生产425强度等级矿渣硅酸盐水泥的工业设
本科毕业设计
设计题目:
利用NSP窑RSP分解炉生产42.5强度等级矿渣硅酸盐水泥的工业设计
太 原 理 工 大 学
毕业设计(论文)任务书
毕业设计(论文)题目:
利用NSP窑RSP分解炉生产42.5强度等级矿渣硅酸盐水泥
毕业设计(论文)要求及原始数据(资料):
生产原料:
1#石灰石,1#砂岩
燃料:
2#淮南煤
原始资料:
1、建厂地区地形:
厂区地势平坦。
2、厂地区气象资料1)年平均温度18.2℃;2)年平均相对湿度77-78%;3)年平均大气压759mmHg;4)全年降雨量1148-2122mm;5)降雨连续天数:
10天;6)风速2-3m/s;7)主导风向:
见图。
3、建厂地区地质、水文资料1)土壤耐压力0.5-1.22Kg/cm;)地下水位1-1.5m;3)冻土深度:
0.3m;4)地震烈度:
不考虑。
4、厂区附近交通运输情况(见图)
建筑场地靠近HH铁路终点,五厂专用线接轨方便,坐落与C江沿岸,沿岸均可设立码头,在处有HY路通过场地附近
5、厂区附近城镇或居民点情况
在HH铁路东站的东郊是市区,本设计建厂地点HH铁路南面,附近没有大的居民点。
6、与其他企业的协作条件
附近除HS电厂,DY钢厂是叫大企业外,尚有若干有色金属冶炼厂可以供应铜矿渣,矿渣可有WH钢厂供应。
7、水、电供应
水源、ZJ湖水;电源:
HS电厂及QS电厂,本设计
由WH供电公司供电。
8、产品运输范围:
本省
9、原料、燃料来源与组成。
工业分析(%)
种类与来源
挥发份Vdaf
固定碳
灰份Aad
热值
2#淮南煤
36.10
45.2
18.60
26954.3
元素分析(%)
Cdaf%
Hdaf%
Odaf%
Ndaf%
Sdaf%
Mdaf%
Aad%
Mad%
84.47
6.24
1.42
6.50
1.37
4.6
18.6
2.5
下图分别为风玫瑰图、交通图和地形图:
下表为原料和燃料的成分:
烧失量%
SiO2%
Al2O3%
Fe2O3%
CaO%
Mgo%
Na2O%
K2O%
SO3%
MnO%
FeO%
合计%
天然水%
来源
1#石灰石
42.20
4.44
1.13
0.74
50.45
0.99
0.02
0.03
1
JP山
1#砂岩
1.25
91.20
3.35
3.00
0.80
0.25
1.25
3.5
附近
1#铁粉
6.50
14.16
10.61
64.85
2.50
0.32
0.66
0.40
11
附近
1#页岩
6.01
70.52
18.14
3.46
1.17
0.42
4.5
附近
煤灰
52.74
40.12
1.70
1.34
0.63
0.10
0.10
0.27
淮南
1#石膏
22.57
31.91
45.52
1.0
湖北
矿渣
35.54
14.17
2.8
40.89
3.34
0.41
0.64
1.03
25
WH钢厂
毕业设计(论文)主要内容:
1.水泥厂总平面的设计及其总平面布置图;2.烧成车间工艺设计及其窑尾工艺布置图;
学生应交出的设计文件(论文):
1. 设计说明书;
2.2. 全厂总平面图;
3. 烧成车间(窑尾部分)工艺布置图,包括立面,剖面及各层平面图;
主要参考文献(资料):
1.近年《WorldCement》、《CementandConcreteResearch》、《CementandConcreteComposites》等英文期刊杂志。
2.近年《水泥》、《硅酸盐学报》、《无机材料学报》、《混凝土》、《混凝土与水泥制品》、《建筑材料学报》、《新型建筑材料》等中文期刊杂志。
GB175-2007、GB/T17671-1999等水泥标准。
3.相关专业书籍。
4.毕业设计参考资料汇编
专业班级无机非金属材料0801班学生周硕
要求设计(论文)工作起止日期2012-3-12——2012-6-10
指导教师签字全笑菊日期2012-3-12
教研室主任审查签字郁军日期2012-3-12系主任批准签字日期
利用NSP窑RSP分解炉生产42.5强度等级矿渣硅酸盐水泥的工业设计
摘要水泥是社会经济发展最重要的建筑材料之一,在今后几十年甚至是上百年之内仍然是无可替代的基础材料,对人类生活文明的重要性不言而喻。
现代最先进的水泥生产技术就是新型干法预分解窑。
本设计是针对利用NSP窑RSP分解炉生产42.5强度等级矿渣硅酸盐水泥的工业设计。
窑尾系统是由分解炉、旋风筒、连接管道及附件组成。
本次设计的主要内容有:
1、水泥厂总平面设计;2、配料计算、物料平衡计算、储库计算及热平衡计算;3、全厂主机及辅机的选型;4、烧成车间工艺设计;5、全厂工艺布置的特点;6、计算机绘图;7、撰写说明书。
另外,设计中采用了目前国内外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,满足环保要求,技术经济指标先进、合理。
关键字:
新型干法NSP窑RSP分解炉
TheuseofNSPkilnRSPdecompositionfurnaceproduction42.5strengthslagPortlandcementindustrydesign
Abstract:
Cementsocialeconomicdevelopmentisoneofthemostimportantbuildingmaterials,inthecomingdecadesorevenhundredsofyearsisstillirreplaceablebasematerialtohumanlifeandcivilization,theimportanceisself-evident.Themostadvancedmoderncementproductiontechnologyistheprecalciningkiln.ThisdesignisaimatuseofNSPkilnRSPdecompositionfurnaceproduction42.5strengthslagPortlandcementindustrydesign.Theendofkilniscomposedofbreakdownfurnace、cyclonecanister、jointpipelineandattachment.Themaincontentofthisdesigncontain:
1、Cementplantgenerallayoutdesign;2、Calculationofingredient、calculationofmaterialbalance、calculationofrepositoryandcalculationheatbalance;3、choosetypeofmainprocessorandauxiliarymachineryforfactory;4、technologicaldesignforcalcinationworkshop;5、Thecharacteristicoftechnicsdisposalforfactory;6、Chartingbycomputer;7、Writingspecification.Ontheotherside,thedesignchoosethetechnologyandequipmentwhicharerelativelyadvancedinnationalandInternationalcementindustry,Itcouldmaximumdecreasetheenergyconsumptionandinvestmentofcapitalconstruction,Inthesametime,italsomaximumenhancetheyieldandquality,satisfytherequirementofprotectingenvironmentandmakethetechnicaleconomicindexadvancedandreasonable.
Keywords:
NewtypedryprocessNSPkilnRSPdecompositionfurnace
引言
水泥与钢材、木材、塑料为四大工程基础材料而水泥以其数量大、用途广、耐久性强和具备许多其它材料不可取代的性能而处于非常重要的地位,素有“建筑工业的粮食”之称。
生产水泥虽然需要比较多的资源但是水泥与砂、石等集料所制成的混凝土则是一种低能耗型建筑材料。
因此水泥工业的发展对保证国家建设的顺利进行具有十分重要的作用。
新型干法水泥生产技术是国际公认的代表当代最高技术发展水平的水泥生产方法是当今世界上各国争先发展的一种新型的水泥工业新技术。
新型干法水泥生产技术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最新成就广泛地应用于水泥干法生产全过程,使水泥生产具有优质、高效、低耗、符合环保要求和大型化、自动化的特征,彻底改变了湿法、老式干法、半干法回转窑及立窑生产等传统生产方法的弊端。
新型干法水泥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。
党的十七大提出了建设和谐社会的宏伟目标,提出了节能减排的要求,积极倡导大水泥吸收小水泥的政策以达到“十一五”规划中要求的“十一五”末万元产值能耗下降20%的目标。
这对新型干法水泥的发展提出了挑战。
第一章绪论
1.1设计简介
本设计是针对利用NSP窑RSP分解炉生产42.5强度等级矿渣硅酸盐水泥的工业设计。
设计中采用了目前国内外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,满足环保要求,技术经济指标先进、合理。
原料包括:
石灰石,砂岩,页岩,铁粉,矿渣,石膏
第二章建厂基础资料
2.1设计题目
利用NSP窑RSP分解炉生产42.5强度等级矿渣硅酸盐水泥的工业设计。
2.2建厂条件
见毕业设计任务书
2.3原始数据
2.3.1原燃料化学成分(%)
表2.1
成分名称
烧失量
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
Na2O
K2O
SO3
石灰石
42.2
4.44
1.13
0.74
50.45
0.99
0.22
0.33
砂岩
1.25
91.20
3.35
3.00
0.80
0.25
1.25
0.03
页岩
6.01
70.52
18.42
3.46
1.17
0.42
铁粉
6.50
14.16
10.61
64.85
2.50
0.32
0.66
0.40
煤灰
52.74
40.12
4.70
1.34
0.63
1.10
0.10
0.29
石膏
22.57
31.91
42.52
矿渣
35.54
14.17
2.08
40.89
3.34
2.41
2.3.2原燃料水分(%)
表2.2
名称
石灰石
砂岩
页岩
铁粉
石膏
矿渣
天然水分
1.0
3.5
4.5
11
1.0
25
2.3.4煤的工业分析
表2.3
挥发分Vdaf
固定碳
灰分Aad
热值kj/kg
1#淮南煤
36.70
44.70
18.60
27005
`2.3.5煤的元素分析
表2.4
Cdaf
Hdaf
Odaf
Ndaf
Sdaf
Mar
Aad
Mad
1#淮南煤
83.14
6.48
1.52
6.85
1.02
4.6
18.6
2.5
2.4生产方法和窑型的选择
根据设计任务、建厂条件,本着尽量采用新技术新工艺,降低能耗,提高产量的方针,本次设计的窑型选择为窑外预分解窑。
预分解窑是最新的水泥煅烧工艺,目前在国内已经得到广泛的应用,其特点如下
(1)窑外预分解窑与其他窑型相比有许多优点;
1分解窑熟料单位热耗低,单机生产能力大,并可利用窑的
余热烘干物料。
虽然其电耗略高,但其综合能耗低于其他窑。
2产的熟料的质量得到了保证,增强了新型干法生产时,原料
及燃料的适应性。
3产量相同的其他窑型相比,预分解窑的设备较轻,占地面积
较小,其建设投资较省。
④延长了窑的衬料寿命及运转周期。
⑤利于旧窑的技术改造,也有利于新窑的建造。
⑥干法厂在环境污染方面有了很大的改善。
(2)预分解窑也存在以下的不足;
①厂内高大建筑多,对地耐力要求较高,一般>25t/m2。
②预分解窑对原燃料中碱、氯、硫含量也有一定的要求,含量高
时易结皮。
4分解窑对生产管理人员的素质要求较高。
总之,预分解窑是以后水泥生产工业的发展方向。
随着时间的
移,他会越来越完善。
第三章水泥厂总平面设计
3.1配料计算
水泥的性能和质量取决于熟料的矿物组成,而熟料的矿物组成取决于熟料的组分,熟料的组分又与生料的成分密切相关。
因此,适合的生料成分是水泥生产的关键。
通常,一种原料的成分很难满足需要必须将几种原料按一定的比例混合才能满足煅烧熟料所用生料成分的要求。
求各种原料配合比的过程叫做配料计算。
配料计算目的是:
生产过程中,经济合理的使用各种原料,确保熟料质量是煅烧出来的熟料强度高、易烧性好;配制的生料易于粉磨、易于烧成,则水泥生产过程易于控制、管理,便于操作。
配料计算的理论依据是物料平衡,即反应物的总质量等于生成物的总质量。
熟料组成确定后,即可根据所用原料进行配料计算求出复合熟料组成的原料配合比。
3.1.1确定配料方案
根据设计任务书的要求及原燃料的质量情况、窑型、水泥品种、标号、生料均化程度等确定配料方案。
三个率值的选择:
1 KH:
石灰石饱和系数,实际上表示了数料中C3S与C2S百分含量的比值。
KH值一般波动在0.80-0.95之间。
KH值越大,则硅酸盐矿物中的C3S比例越高,熟料强度越好,故提高KH值有利于水泥质量,但KH值过高,熟料煅烧困难,必须延长煅烧时间,否则会出现较多f-CaO,影响水泥安定性,同时窑的产量低,热耗高,窑衬工作条件恶化。
KH过低时,熟料中C2S含量增多,水泥强度发张缓慢,早期强度不高。
2 SM:
硅率,表示熟料中硅酸盐矿物与溶剂矿物的比例关系,相应的反应了熟料的质量和易烧性。
SM值一般波动在1.7-2.7之间。
若SM值过高,则由于高温液相量显著减少,熟料煅烧困难,回转窑不易挂窑皮,且C3S不易形成,导致C2S含量过多而熟料易粉化。
但SM值过小熟,料因硅酸盐矿物少而强度降低,而由于液相过多,窑内易结圈、结大块,影响窑的正常操作。
3 IM:
铝率,表示熟料中Al2O3和Fe2O3的质量比,IM值一般波动在0.8-1.7之间。
若IM值越高,C3S含量高,煅烧过程中液相黏度大,物料不易烧成,同时会使水泥凝结过快。
但IM值过低,虽然液相黏度小,对C3S形成有利,但烧结范围窄,窑内易结大块,不利窑的操作。
由于要新建一条新型干法生产线生产32.5强度等级的普通水泥。
因此,选择率值时,要创造条件适当提高KH值,并选择与KH值相适应的SM值和IM值。
预分解窑硅酸盐水泥熟料率值和热耗的参考范围
KH:
0.86~0.92;SM:
2.2~2.6;IM:
1.4~1.8
热耗:
3150~3250kj/kg熟料
根据回转窑煅烧特点及国际先进经验,参考同类型厂家相关数据,采用“两高一中”的配料方案即“高硅率、高铝率、中饱和系数”。
取KH=0.91±0.02SM=2.4±0.1IM=1.4±0.1热耗q=3150kJ/kg熟料
3.1.2燃料基准的换算
根据表2.3,2.4煤的工业分析和元素分析:
Aar=
×Aad=
×18.6=18.2
Car=
×Cdaf=
×84.47=65.21
Har=
×Hdaf=
×6.24=4.82
Oar=
×Odaf=
×1.42=1.1(3.1)
Nar=
×Ndaf=
×6.50=5.02
Sar=
×Sdaf=
×1.37=1.06
3.1.3确定熟料的热耗,计算煤灰掺入量
预分解窑硅酸盐水泥熟料热耗的参考范围为:
3150~3250kj/kg熟料。
取热耗为q=3150kj/kg熟料,则熟料中煤灰的参入量为:
GA=
=
=2.17%(3.2)
3.1.4配料计算,确定生料各组分配比
计算要求熟料化学成分:
:
KH=0.91;SM=2.4;IM=1.4。
设∑=97.5%,则:
Fe2O3=
=2.98%(3.3)
Al2O3=IMFe2O3=4.2%(3.4)
SiO2=SM(Al2O3+Fe2O3)=16.52%(3.5)
CaO=∑-(Fe2O3+Al2O3+SiO2)=73.0%(3.6)
表3.1用递减试凑法计算熟料的化学成分
项目
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
备注
要求熟料组成
16.5
4.2
2.98
73.8
-2.17kg煤灰
1.14
0.87
0.10
0.03
差
15.36
3.33
2.88
73.77
干石灰石=
×100=146kg
-146kg石灰石
6.5
1.65
1.08
73.66
差
8.86
1.68
1.80
0.11
干砂岩=
×100=9.7kg
-9.7kg砂岩
8.85
0.32
0.30
0.08
差
0.01
1.36
1.50
0.03
干页岩=
×100=2.3.3kg
-2.33kg铁粉
0.33
0.25
1.51
0.05
差
-0.32
1.11
-0.01
-0.02
页岩=
×100=6.0kg
-6.0kg页岩
4.2
1.11
0.21
0.07
差
-3.88
0
-0.22
-0.09
砂岩=
×100=4.25kg
+4.25kg砂岩
-3.88
-0.14
-0.13
-0.33
差
0
0.14
-0.09
-0.06
偏差不大不再计算
3.1.5生料干原料配合比的计算
4.干石灰石=
×100%=91.30%
5.干页岩=
×100%=3.80%
6.干砂岩=
×100%=3.40%
7.干铁粉=
×100%=1.50%
3.1.6计算湿原料配合比
湿石灰石=
×100%=92.2%湿砂岩=
×100%=3.5%
湿页岩=
×100%=4.0%湿铁粉=
×100%=1.7%
换算成百分比为:
湿石灰石=
×100%=
×100%=90.90%
湿砂岩=
×100%=3.45%湿页岩=
×100%=3.9%
湿铁粉=
×100%=1.67%
表3.2生料的化学成分(%)
名称
配合比
烧失量
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
石灰石
91.30
38.50
4.05
1.03
0.68
46.06
0.90
砂岩
3.40
0.0425
3.10
0.11
0.10
0.03
0.034
页岩
3.80
0.23
2.68
0.70
0.13
0.04
0.037
铁粉
1.50
0.098
0.21
0.16
0.97
0.038
0.015
生料
100
38.90
10.04
2.00
1.88
46.17
0.99
灼烧生料
16.4
3.27
3.08
76.95
1.61
表3.3熟料的化学成分(%)
名称
配合比
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
灼烧生料
97.83
16.0
3.20
3.0
75.3
1.57
煤灰
2.17
1.14
1.0
0.10
0.03
0.035
熟料
100
17.14
4.20
3.10
75.33
1.60
3.1.7有害成分的计算和评定
水泥生产中由原、燃料带入的K2O、Na2O、SO3、Clˉ等挥发性的化合物,当配料不当,生料过粗或煅烧不良,熟料中就会出现没有被吸收的以游离状态存在的CaO,称为游离氧化钙(f-CaO),通常在水泥生产过程是有害成分,其在预热器、分解炉、回转窑系统加热过程中,达到熔融温度以上时,会分解成气态氧化物随烟气逸出,这些气态氧化物再化合成新的化合物,而新的化合物在逸出过程中,当达到其熔融温度以下时,会由气态变为液态,粘附在设备内壁或物料颗粒表面上转为固态物质,这些物质再次加热又可形成二次挥发。
因此在实际生产中,挥发性有害组分的循环富集给窑的操作和熟料质量会带来不利影响,常常引起预热器系统的结皮、堵塞从而影响窑的正常运转,破坏热工制度,影响正常生产。
MgO含量=85.1%×0.99%+3.3%×0.25%+9.5%×0.42%+2.0%×0.32%+2.25%×0.63%+15%×3.34%=1.4%<5%符合要求
SO3含量=(2.25%×0.27%+5%×45.52%+15%×2.41%)
=2.6%<3.5%符合要求
碱含量=Na2O+0.658K2O=85.1%×0.02%+2.0%×0.66%+2.25%×0.10%+0.658(85.1%×0.03%+2.0%×0.40%+2.25%×0.10%)=0.06%
符合要求不会产生碱-集料反应
3.2全厂无聊平衡的计算,编制物料平衡表
3.2.1窑产量的确定
回转窑生产能力和窑的年利用率的确定,烧成车间生产能力的计算:
窑型为Ф
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- 利用 NSP RSP 分解 生产 425 强度 等级 矿渣 硅酸盐水泥 工业