日产4000吨水泥预分解窑烧成系统的初步设计(编辑修改稿)

日产4000吨水泥预分解窑烧成系统的初步设计(编辑修改稿)内容摘要：

年代得以快速发展， 进入 21世纪， 国际上新建生产线投入的二档窑数量已超过三档窑。 燃烧器是重要的热工装备，近年来，为满足不同性能的燃料和工业废弃物的燃烧， 从 90 年代后期起，燃烧器设计从以往的内风旋流发展为内风、外风双旋流，且在风道中间部位增设了液体或固体废物或不同性能粉状燃料通道，以满足不同性能的燃料燃烧要求。 新型燃烧器的一次净空气量为 6%，送风为 2%～ 4%，合计一次风量为8%～ 10%。 ( 3) 冷却机 上世纪 80 年代末出现的第三代可控气流篦冷机，其性能虽较第二代厚层篦冷机优良， 但仍然存在结构复杂， 篦下需设置拉链机， 机身占用高 度高， 冷却风量较大且篦板篦缝喷出风速过高等问题。 进一步改善通风效率、提高热回收率、简化装备结构、提高运转率、降低装备高度、减少基建投资已成为冷却机发展的方向。 90 年代中期，国外出现了无漏料冷却机，工艺性能优良，装备简化，此类冷却装备中， 近年来投入生产的步进式无漏料高效冷却机性能尤为优良，该机由若干条纵向熟料冷却输送通道组成，运行速度随料层冷却情况自动调节，通道单独通风，热交换时间可以控制，确保不同粒径熟料得以冷却，冷却风量约 ，热回收率超过 74%～ 76%，篦床有效面积负荷 45t/m3d。 同时，该篦冷机具有结构紧凑，机内无输送部件，篦板不与热熟料直接接触，磨蚀量少，熟料输送无阻碍，输送效率稳定，模块化设计，安装维护方便，篦下无漏料，不需设置拉链机，整机高度低等一系列优点。 (4) 熟料烧成系统 由 6 级或多级预热器、低 NOX分解炉系统、二档短窑、高效燃烧器、步进式无漏料冷却机组成的 5000t/d 熟料烧成系统，设计热耗低于 690kcal/kg( 长期运行生产热耗730kcal/kg)，电耗低于 17～ 19kWh/t，预热器和冷却机废气热量可烘干综合水分 8%左右的原料 [2]。 国内烧 成系统现状 ( 1) 预热器、分解炉系统 国内除少量引进的 6000t/d以上规模生产线为 6级预热器外，国产装备绝大部分为 5 级预热器，生产线最大规模为 6000t/d，单系列最大为 3000t/d，技术先进的大型预热器佳木斯大学本科毕业设计（论 文） 4 分解炉系统阻力为 4800Pa177。 300Pa，废气温度接近 320℃ ，分解炉可大量煅烧低挥发无烟煤，工业废弃物作燃料已起步， NOX 排放值高于 800mg/Nm3，入窑物料分解率超过90%，但生产平均数据较上述数据差。 ( 2) 回转窑、燃烧器 多年来，我国引进了 10 余台二档窑，但投入生产的数百台不同规 模的国产装备均为 L/D≥15 的三档窑，采用齿轮传动、浮动轮带等常规技术。 生产情况较好时，大型窑的容积产量一般低于 m3，筒体散热损失约 35kcal/kg，窑速。 国内的三通道、四通道燃烧器均采用内旋流，主要使用于不同性能的煤粉燃烧， NOX 的排放量难于降低。 由于煤粉输送风量过大，一般一次风量在 15%左右或以上。 ( 3) 冷却机 新型干法生产线投入生产的 6000t/d级及以下规格的国产装备基本为第三代空气梁冷却机，在生产较为正常时，热回收效率平均 68%左右，运转率相对较低 ，熟料冷却效果较差，废气温度偏高。 ( 4) 烧成系统生产线 由 5 级预热器、三档长窑、常规的三通道或四通道燃烧器、第三代篦冷机，组成技术较为先进的 2020t/d 以上规模生产线，经过对近 20 余条生产线现场标定，预热器系统实际废气温度超过 345℃ ， 2020t/d 以上回转窑筒体表面散热平均高达cl ，篦冷机的热回收效率低于 70% ， 平 均 生 产 热 耗 约800cl，电耗 25kWh/t 熟料，生料烘干后多余的废气一般排至大气， 少数用来发电 ( 需增设锅炉、汽轮 机、发电机组 )[2]。 新型节能烧成系统 目前，天津院研发的由六级新型预热器分解系统、两档支撑回转窑、行进式稳流冷却机、高效燃烧器等组成的 5500t/d新一代烧成系统已经投产运行。 新一代烧成系统在低阻、低耗、能效指标不断提高的前提下，降低了预分解系统的投资费用和 N0X、SO2等废气中有害成分的排放，全面提升了水尼生产线的性能，其熟料热耗可降低至2885kJ/kg，预热器出口废气温度可降至 280℃ ， NOx排放量小于 500mg/Nm3，工艺、环保性能达到国际先进水平。 六级预热器技术是在五级基础上优化和扩展的， 预热器级数增加，有利于系统热交换，降低预热器出口废气温度。 与此同时，完善预分解系统，优化分解炉结构和流佳木斯大学本科毕业设计（论 文） 5 场，延长分解炉内部不同性能燃料燃烧时间，提高燃料的燃尽率，避免燃料在预热器内继续燃烧而增加废气温度。 实施上述措施后，预热器出口废气温度可降至 ≦ 280℃ ，仍可满足原料综合水分 4%的烘干要求，降低预热器出口温度 30℃ ～ 50℃ ，热耗降低约熟料 ～ 1。 2020 年，由天津院自主研发设计制造的中国首台具有国际最先进水平的第四代行进式稳流冷却机投入运行并达标。 第四代行进式稳流冷却机采 用先进的 Walking floor行进式原理，应用全新篦板结构等多项专利技术，具有热回收率高、能耗低、使用寿命长、易于维护、模块化设计、便于施工安装、土建投资省等优点。 经初步测定，第四代冷却机热回收效率可达 73%～ 75%；熟料出料温度 82℃ ～ 95℃ ；三次风温可达1000℃ ，冷却机运转率达到 100%。 第四代冷却机与第三代冷却机相比，熟料可降低热耗 10kca1/kg～ 18kcal/kg，土建投资可节省 25%，维护费用可节省 70%～ 80%。 采用新一代烧成系统，将在现有干法水泥生产技术基础上，大大提高节能降耗水平 [3]。 烧成系统发展趋势 （ 1） 预分解窑 近年来，预分解窑生产工艺不断完善和优化，单线规模越来越大，日产熟料大都在 7500~10000t，热耗 2898~3024kJ/kg，前世界上最大的预分解窑是美国正在新建的由POLYSIUS公司提供的 Ф 105m，采用 5级 4列预热器和双分解炉的预分解窑生产线，设计能力为 2020t/d，熟料烧成热耗为 2864kJ/kg。 国外新建的预分解窑仍以三挡支承的较多，两挡支承的短窑较少，但有逐渐发展之势。 如新型槽齿轮带、托轮自位调整等新结构、新技术，为预分解窑大型化提供了技术保障。 （ 2） 预热器 国外各大公司采用的多级预热器，各有其特点，为实现节能高效，一般都从结构上和工作参数上进行优化，以降低压力损失，提高分离效率，预热器系统压损最终已降到 4kPa以下。 根据原料综合水分及余热利用的要求不同，一般都设计 4~6级，多数为5级，按照回转窑生产能力大小可设计 1~4列，多数为双系列预热器。 （ 3） 分解炉 国外各大公司的分解炉也各具特色，达数十种之多，为适应不同燃料燃烧的需要和低 NOX的排放，各大公司对炉型都进行了改造，使人窑物料碳酸钙分解率达到 90%佳木斯大学本科毕业设计（论 文） 6 以上。 为适应低挥发份劣质煤和 无烟煤燃烧的需要，出现了多种在分解炉外增加预燃炉或后燃烧装置的组合式分解炉；通过炉型改进，调整喂煤点和三次风进入的位置，使在分解炉初始阶段造成还原气氛，以实现低 NOx的排放。 分解炉有单炉和双炉之分， 5000t/d以下多采用单炉， 5000t/d以上多采用双炉，但也有 8000t/d以上采用单炉的。 （ 4） 冷却机 新型干法窑多采用推动蓖式冷却机。 第三代蓖式冷却机采用的是控制空气流动的高阻力蓖板，保证熟料均匀分布在蓖床全宽上，蓖板可以每一侧、每一排、每一区单独供风，使蓖床上熟料层中空气分布得到很大改善，大大降低冷 却用风量，提高二次、三次风的温度，从而提高冷却机热回收效率；蓖板表面可得到充分冷却，大大降低蓖板热负荷，延长蓖板使用寿命，一般可达 3年以上。 阻力蓖板还可防止熟料细粉漏人蓖下室，现在 FLS公司又开发了 COOLER(库勒 )更新式蓖式冷却机，在蓖板上加一个十字交叉棒，由于不存在蓖下漏料漏风，其冷却效率进一步提高，冷却风量可降到2Nm3/kg• cl以下，电耗也会进一步下降，预计会有较好的发展前景。 （ 5） 流态化烧成技术 日本煤炭利用中心 200t/d流态化烧成窑的扩大试验，于 1997年底取得了连续一个月运转试验参数 ，据介绍它具有降低熟料烧成热耗、可以燃烧劣质煤、能有效降低 CO2和 NOx排放量、提高熟料质量、节省建设投资、运转和维修费用少等一系列优点，目前熟料锻烧电耗还比较高。 下一步准备扩大到 I000t/d的工业性试验。 如果取得突破，有可能引起熟料烧成技术的重大变革。 国内外新型干法烧成系统装备在未来若干年内发展的主流是由多级热交换预热器，适应煅烧各种低品位燃料、 NOX 等有害物排放值低的分解炉， L/D 为 10～ 12 的二档短窑，新一代无漏料新型冷却机组成的烧成系统，预热器分解炉系统阻力降至5500Pa 以内，同级预热 器的窑尾塔架高度将比现有高度降低 10m，生产中废气排放量降至 ，入窑物料分解率提高至 94%，分解炉与窑的煅烧比率提高至65∶ 35，燃料在分解炉燃烧时间较大增加，以满足各种热值的工业废弃物的燃烧。 回转窑的容积负荷将提高至 ~m3 ，窑速将进一步提高，填充率提高至8%~12%，物料在窑内停留时间将有所下降，窑的筒体散热量将进一步下降。 冷却机的热效率提高至 76%以上，冷却风量将下降至约。 由上述装备组成的4000t/d 级烧成系统热耗降至 670~680kcal/kg ( 生产热耗 710~720kcal/kg) , 电耗低于佳木斯大学本科毕业设计（论 文） 7 18kWh/tcl[2]。 本设计的 意义 现在水泥已广泛的应用于工业建筑、民用建筑、水工建筑、农田水利建设和军事工程等方面。 有水泥制成的各种水泥制品，如坑木、轨枕、水泥船和石棉水泥制品等广发应用于工业、交通等部门，在代钢、代木方面，也越来越显示出技术经济上的优越性。 由于钢筋混凝土、预应力混凝土和钢结构材料的混合使用，才有高层、超高层、大跨度以及各种特殊功能的建筑物。 新的产业革命，又为水泥行业提出了扩大水泥品种和扩大应用范围的新课题。 开发占 地球面积 71%的海洋是人类进步的标志，而海洋工程的建造，如海洋平台、海洋工厂，其主要建筑材料就是水泥。 此外，如宇航工业、核工业以及其他新型工业的建设也需要各种无机非金属材料，其中最为基本的是以水泥为主的复合材料。 因此水泥的发展对保证国家建设的顺利进行起着十分重要的作用。 今年来利用水泥新型干法窑来焚烧处理城市固态废弃物，既可以利用可燃废弃物解决部分原燃料来源，又可以固化危险废弃物中的重金属离子，从而实现城市固体废弃物的有效处理与重金属离子的合理固化，意义重大。 近年来，随着社会的不断进步，经济的不断发展，人口 的不断增加，对交通、住房、基础设施的需求正在不断的增加。 在交通方面，不同地区之间的贸易往来日益频繁，面对不断发展的经济，我国的交通面临着前所未有的挑战，公路、铁路的兴建，要消耗大量的水泥。 据报道仅铁路一项将 带动 亿吨的水泥需求 ；另一方面，近年来随着灾难的不断频发，像汶川地震、舟曲泥石流等毁灭性的灾难。 需要有大量的房屋，公路等公共设施需要建设，我国 未来两年灾后复建的水泥需求为 8400 万吨。 不断发展的房地产业，这些都需要水泥 —— 这一重要的建筑材料。 面对日益增加的对水泥的需求，水泥厂的数量也在不断的增加。 我 国的水泥厂主要有立窑和回转窑两种窑型，立窑由于其能耗高、熟料质量差正在逐渐被淘汰；回转窑是目前水泥生产中最先进的窑型，特备是带有悬浮预热的回转窑，是目前水泥厂的首选。 本设计是在目前水泥需求量极大的情况下，依据当前的形式和国家政策的要求，建设一日产 4000 吨水泥熟料的水泥工厂。 本设计主要是对水泥厂的核心部分 —— 烧成车间进行设计。 作为整个工厂的能耗大户，烧成工艺的好坏既决定这产品质量的好坏，又对整个工厂的低碳与否起着重要的作用。 在厂址所在地，在近些年来 该市以加快推进 “ 一主四化 ” 进程为主攻方向，大力实施 “ 工业强 市 ” 、 “ 产业富民 ” 、 “ 城市牵动 ” 、发展战略，不断加大项目建设、改革开放、结构调整和环境优化力度。 工业经济基础雄厚，有着储量丰富、品质上乘的矿产资源和丰富的农产品深加工资源，境内 “ 凌汽 “ 和 ” 凌钢 “ 两大省市营企业对地方工业具有强大的辐射和带动作用，已经形成了冶金、铸造、汽车、建材、轻工业佳木斯大学本科毕业设计（论 文） 8 等门类齐全的工业体系。 近年来，凌源坚持工业强市核心战略不动摇，以园区建设为载体，把招商引资为手段，以项目建设为支撑，着力培育立市骨干企业，工业经济呈现快速发展的良好态势。 以钢达 100 万吨铁粉精选及 20 万吨 H 型钢、嘉能 30 万吨合金 钢、天源矿治 25 万吨海绵铁及 5万吨冶金粉未、海西矿业 7万吨酸级萤石粉、海联7 万吨油母页岩采选等项目为龙头的治金矿业产业集群核心竞争力不断提高，以 10 万台汽车车架总成、 20 万根曲轴生产、 1 万辆重型车组装和 3 万辆轻型车组装等项目为龙头的汽车及零部件产业集群群体规模不断壮大，以源泉 160 万吨新型干法水泥、世明 428 万重箱玻璃、鸿凌砌块彩砖等项目为龙头的新型建材产业集群正在加快形成。 以上的发展均离不开水泥这一重要的建筑材料。 伴随着经济的不断进步，该地区及其周边地区水泥的需求量必然会不断增加。 在。