5000吨水泥厂设计毕业论文

西南科技大学本科生毕业论文1第一章 绪论1.1 概述水泥工厂设计是水泥工厂土建施工、投产后正常生产和未来发展的前提基础，最直接关系到水泥厂的投资成本和效益回报，具有至关重要的低位和意义。而水泥工厂设计的核心就是工艺设计，包括生产工艺流程的选择和工艺设备的选型及布置。新型干法水泥生产经过多年的技术攻关和生产实践，在我国已经实现了 5000T/D 的国产化，并在投产后迅速达标。各设计院利用自己的核心技术优化烧成系统，能耗均能达到国际先进水平的。新型干法是以旋风预热器-分解炉- 回转窑-篦冷机系统（既“筒-管- 炉-窑-机” ）为核心，使水泥生产过程具有高效、低耗、绿色环保和大型化、自动化的特征。同时有效降解利用生活垃圾、工业废渣和有毒有害废弃物，促使水泥工业实现清洁生产和可持续发展的战略目标。这在德国一些为发达国家已逐步显露。我国水泥产量已经连续 18 年居世界各国首位，但产品质量不高、生产水平落后、污染严重的问题也十分突出，急需进行产业调整。新型干法水泥生产的水泥仅占水泥总量的 55%，而发展国家都在 90%以上。目前我国水泥生产企业有一定规模的近 5000 多家，国内十大水泥集团水泥产量仅达到全国总产量的 23%，而世界十大水泥集团的产量占世界水泥总产量的 1/3 以上。另外我国的水泥散装率也非常低，2007 年仅达到了 40%，而世界发达国家水泥在上世纪 60 年代末就完成了从袋装到散装的改革，实现了水泥散装，散装率达到并保持在 90%以上。因此，我国水泥工业的发展任重而道远。经过 512 汶川大地震和国家大力发展西部的政策性引导，四川水泥出现了前所未有的火爆，国内水泥巨头纷纷在四川投产新生产线，随着大量中小立窑的淘汰，四川水泥资源配置正逐渐优化，步入良好的发展轨道。放到全国，中国水泥正发生着翻天覆地的变化。在 2009 年中国国际水泥峰会上中国水泥协会会长雷前治透露，有关部门正在酝酿制定水泥工业发展规划，推动产业联合重组将是主要内容之一。所以，中国水泥的前景值得期待。1.2 本设计简介本设计是 5000t/d 水泥熟料预分解窑烧成窑尾工艺设计，采用目前国内外水泥行业相对比较先进的技术和设备，特别结合我国原燃料条件，在设备选型上尽量考虑国产，最大限度的降低基建投资和能耗，同时又最大限度的提高产量和质量，做到技术经济指标先进、合理，生产过程绿色环保。本设计采用 4 组分（石灰石、铝矾土、砂岩、硫酸渣）配料生产，因交通便利，离峨眉山市约12KM，铝矾土、砂岩、硫酸渣来源丰富、运距短，因此采用火车和汽车结合的运输方式。页岩配料仓底下设 Centrex 筒仓卸料器，以便湿物料的顺利排出。本设计中石灰石的预均化采用圆形预均化堆场，相对矩形预均化堆场具有占地面积少、基建投资省、操作维护方便且均化效果相差不大等优势。其规模为 110 m。石灰石矿山矿化学成分稳定，品质优良，均匀性好，全矿 CaCO3 标准偏差只有 3 个台段超过 3.0%，最大为 3.5%，平均为 2.25%。配料用石灰石存储圆库规格为 1-818m ，有效储量为 1360t，实际存储时间为5.1h，能满足生产的正常进行。原煤在预均化方式选择时亦采用圆形预均化堆场，原煤成分波动对外购煤而言质量很难预先控制，同时考虑到可能存在多点供煤，设置预均化堆场非常有必要。其规格为 90m，有效储量为 6207t。回转悬臂堆料机生产能力 150t/h，桥式刮板取料机取料能力为 60t/h。预均化堆场外设置一堆棚，作为原煤进厂的临时堆放地，也起缓冲作用。生料磨采用 TRM53.4 的立磨一台，生产能力 430 t/h，设有物料外循环系统。该生料磨 2008 年9 月 1 日在辽宁富山水泥 5000t/d 生产线上投产运行，台时产量稳定在 430 t/h，无论是产、质量均能满足 5000t/d 生产线的生产要求。西南科技大学本科生毕业论文2生料均化库采用 IBAU 库，规格为 22.552m ，存储量为 18000t。IBAU 库均化效果好、电耗低、操作维护简便。库内分 8 个卸料区，生料按照一定的顺序分别由各个卸料区卸出进入均化小仓(兼窑喂料仓)，均化作用主要由库内重力切割和均化小仓的搅拌来实现。且考虑到只有一台配套生料磨，为保证生产持续稳定，储量选择较一般生料均化库稍偏大。均化库底部采用固体流量计 DLM6.5，控制进入入窑提升机生料量。窑尾喂料采用国外进口的提升机，单段提升 100m，布置紧凑，设备运转可靠，入窑生料采用申克皮带秤计量，计量准确可靠。烧成系统采用带 TDF 炉的五级双系列旋风预热器。TDF 炉完全能适应本设计所烧原煤（挥发份为 25.30%） ，如果以后燃用较低品味的原煤，可以通过加长分解炉出口与 C5 级旋风筒的连接管道来保证煤的完全燃烧。窑尾预热器采用 4-2-2-2-2 组合，预热器规格：C1 ：4- 4.7m ，C2：2-6.5m，C3、C4：2-6.7m，C5 ：2- 6.8m。TDF 分解炉规格为 7.427m ，回转窑为4.872m，斜度为 3.54%，正常运转转速为 3.5r/min。窑头选用 PYROJET 多通道燃烧器和LBT36356NC-型空气梁推动篦式冷却机，保证窑头煤燃烧形式的最优化和熟料的冷却，降低能耗。窑炉燃料比为 40%与 60%。窑尾废气处理采用低压长袋脉冲收尘器，降低粉尘排放和保护环境。熟料储库采用单帐篷库，规格：6040.6m ，有效储量为 12520t。单库工艺布置更简洁，便于维护。同时设有一 2000t 的黄料库，规格为 813m 。在熟料库与水泥制成车间之间设有一规格为 35200m 的矩形熟料堆场，储存过剩的熟料，以保证生产的连续进行，同时也可以直接销售熟料。煤磨系统采用现今比较成熟的立磨系统：立式磨+袋收尘。根据本设计选用 HRM2200 立磨，处理量 45t/h，通过风量为 120000m3/h，入磨粒度50mm，出磨粒度为 200 目筛余48%, MgO2.5%）的要求，所以该石灰石是生产水泥的优质原料，据了解该矿山储量丰富，据初步勘测其储存量能服务 5000t/d 熟料生产线 30 年以上，成分稳定性好，距建厂位置有 4 公里，采用自建长皮带运输，方便且供料稳定，是生产水泥的最佳选择。2、辅助校正原料传统的水泥生产的辅助原料主要是粘土质原料，校正原料是铁粉和砂岩。粘土质原料是含碱和碱土的铝硅酸盐，主要化学成分是 SiO2，其次 Al2O3，还有 Fe2O3，一般生产 1 吨熟料用 0.30.4吨粘土质原料。但是粘土资源越来越紧缺，如果用来生产水泥则会提高水泥成本同时还造成较大的浪费，所以决定不使用粘土，而改用铝矾土和砂岩来代替。铁粉则选用硫酸渣。铝矾土距厂约 65km，可满足本厂 30 年以上的生产需要。砂岩距厂 15km，其中 SiO2 含量在 80%以上，且有害成分低，化学成分稳定。2.1.2 混合材及石膏1、混合材本设计采用的粒化高炉矿渣活性较高，同时掺加适量石灰石，在保证水泥质量的条件下尽量降低成本。石灰石的掺入还可以增加早期强度，从而提高水泥质量。2、石膏石膏来源丰富，天然水分为 4%。其化学成分分析如下表：表 2-2 石膏化学成分(%)西南科技大学本科生毕业论文4loss SiO2 Fe2O3 Al2O3 CaO MgO K2O Na2O SO3 IR（不溶物） 石膏 9.12 16.75 0.97 4.85 25.12 1.02 0.88 0.50 39.64 0.95 99.802.2 燃料的质量要求2.2.1 原煤我国水泥工业一般使用煤做为燃料，回转窑水泥厂一般使用烟煤，燃料品质既影响煅烧过程又影响熟料质量，发热量高的优质燃料，其火焰温度高，熟料 KH 值可高些，若燃料质量差，除了火焰温度低外，还会因煤灰的沉落不均匀，降低熟料质量。对回转窑来说，采用的煤的发热量高，挥发分低，则因挥发分低，火焰黑火头长，燃烧部分短，热力集中，熟料易结大块，游离氧化钙增加，耐火砖寿命缩短。1、水泥工业用燃料的质量分析1)热值: 对燃煤的热值希望越高越好，可有效地提高发热能力和煅烧温度.热值较低的煤使煅烧熟料的单位热耗增加，同时窑的单位产量降低。因此对于预分解窑一般要求煤的低位发热量大于 21000kJ/kg 煤。本设计用煤热质为 24368kJ/kg 煤。2)挥发分：煤的固定碳和挥发分是可燃成分, 挥发分低的煤不易着火，窑内会出现较长的黑火头，高温带比较集中。综合考虑燃料成本和技术条件，本设计中的使用的是无烟煤，其挥发分较低，为 9.24%。3)灰分:煤的灰分是水泥工业用煤的主要指标之一。如果灰分过高将导致煤的着火点后移，辐射传热效率下降;导致熟料颗粒的成分不均匀，从而影响窑热工制度的稳定和窑熟料产、质量的提高。在新型干法中，煤灰分过高，热值过低，不仅会降低预分解窑生产效率，同时造成燃料不完全燃烧，预分解系统黏结堵塞，降低熟料质量。一般要小于 25%-30%，本设计中所用煤品质较差，灰分为 20.01%。4)水分:水分是影响煤粉制备和燃烧的不利因素之一。对于燃烧，水分越高，煤粉滞后起燃越严重，相应的热耗增大。对于粉磨，则由于流动性变差，使其运输、喂料不畅，粉磨困难，相应的煤磨的产量降低和电耗会增加。生产中对煤粉的水分应控制在 1%-1.5%。5)煤粉的细度:煤粉的细度直接影响火焰的长度及形状。国内生产、设计采用的煤粉细度，通常80m 筛余为 8-10%，煤粉越细比表面积越大，与空气中氧气接触的机会越多，燃烧速度快，燃烧越完全，单位时间放出的热量也多，可以提高窑内火焰的温度；煤粉太粗时，黑火头长，难着火，燃烧速度慢，火力不集中，烧成温度低，太粗时也会造成煤灰的不均匀掺入。这些因素都会使熟料质量降低，窑内热工制度不稳定，操作困难。特别是当煤粉太细时，其自燃的几率也增大。本设计采用原煤工业分析如下：表 2-3 原煤工业分析（）Mar Mad Vad Aad FCad Qnet,ad原煤(沐川烟煤） 5.30 1.10 25.30 28.80 44.10 24368烟煤煤质较好，挥发份高，着火点低，特别适合水泥生产，亦便于生产控制，且原煤供应量大。但考虑到能源的最大化利用，所以本设计仍考虑烟煤和无烟煤的搭配混合使用，既利用了无烟煤，又降低原煤成本，符合科学发展观的可持续发展战略。2.2.2 熟料热耗的选择随着新型干法在我国的迅速发展和普及，5000t/d 级别生产线无论是设备还是生产工艺控制都已经接近国际先进水平，预分解窑的熟料烧成热耗已经达到 7007204.18kJ/kg 熟料，故本设计选取 7084.18kJ/kg。西南科技大学本科生毕业论文5本设计所采用原燃料的天然水分如下：表 3 原料的天然水分（%）石灰石 铝矾土 铁粉 煤 矿渣 石膏 砂岩1.50 1.00 17.60 8.00 8.00 4.00 15.00第三章 配料计算与物料平衡3.1 配料计算3.1.1 原料选择表 3-1 原料化学成分（%）成分名称 Loss SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 石灰石 41.98 3.20 0.52 0.11 53.10 0.53 0.05 99.62铝矾土 13.37 31.42 33.21 15.16 0.48 1.13 - 94.95砂岩 3.53 83.83 8.66 1.65 0.15 0.16 0.02 99.60硫酸渣 0.58 5.00 5.29 68.21 5.96 3.12 8.59 97.03煤灰 - 56.12 26.40 10.00 1.12 1.19 3.02 98.25表 3-2 原煤工业分析（）Mar Mad Vad Aad FCad Qnet,ad原煤(沐川烟煤） 5.30 1.10 25.30 28.80 44.10 24368熟料热耗：7084.18 kJ/kg3.1.2 水泥配料方案目标率值参考冀东和拉法基，强化预分解系统实现“三高” 。取 KH=0.92, SM=2.60.1， IM=1.60.11、煤灰掺入量：= =3.498%AG0yqsQ2968.0143-熟料热耗，KJ/Kg-cl ；-燃料空气干燥基（有的用收到基 ）的灰分，% ；y Aar-煤灰沉落率，带电收尘的取 100%，%；s-燃料空气干燥基（或收到基）低位热值。KJ/Kg 煤。yQ2、配比计算采用尝试误差法计算配比，计算在 Excel 表格中进行，由目标率值检验和调整配合比，灼烧生料计算结果如下表所示：表 3-3 灼烧生料成分计算值原材料 比例 Loss SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 石灰石 0.832 34.927 2.662 0.433 0.092 44.179 0.530 0.050 82.776铝矾土 0.040 0.535 1.257 1.328 0.606 0.019 0.045 0.000 3.791砂岩 0.113 0.399 9.473 0.979 0.186 0.017 0.018 0.002 11.074硫酸渣 0.015 0.009 0.075 0.079 1.023 0.089 0.047 0.129 1.451干生料 1.000 35.870 13.467 2.819 1.908 44.305 0.551 0.173 99.092西南科技大学本科生毕业论文6灼烧生料 21.108 4.418 2.990 69.442 0.864 0.271 99.048灼烧基生料= 干生料中各氧化物含量 = 干生料中各氧化物含量10-Ls 10-35.87熟料由灼烧生料和煤灰组成=灼烧基生料中各氧化物含量（100-煤灰掺入量 GA）+煤灰中各氧化物含量G A表 3-4 熟料成分计算值项 目 比例 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 灼烧基（100-G A）% 96.5% 20.369 4.264 2.885 67.013 0.833 0.261 95.626煤灰成分GA% 3.5% 1.963 0.923 0.350 0.039 0.042 0.106 3.423熟料成分 100% 22.332 5.187 3.235 67.052 0.875 0.367 99.048由上表中计算得熟料成分计算其率值：石灰饱和系数：KH= = =0.9180.922323CaO-1.65l-0.lO8Si67.05-1-0.352.8硅率：SM= = =2.65223iFe+Al.35+187铝率：IM= = =1.60323lOe.187计算结果饱和系数稍偏低，硅率稍偏高，铝率接近目标值。如果继续增加石灰石比例和减少砂岩，则会导致石灰饱和系数较大的增加，所以该配比计算所得率值与目标率值已经非常接近，而且 MgO 和 SO3 也在控制范围内。确定原料配比为：表 3-5 原料配合比石灰石 铝矾土 砂岩 硫酸渣83.2% 4.0% 11.3% 1.5%3、干原料转化成湿原料的量：湿原料=干原料 （M 为各湿原料操作水分）10-表 3-6 湿原料配合比湿原料 石灰石 铝矾土 砂岩 硫酸渣 比例 0.845 0.040 0.133 0.018 1.036百分比 81.5% 3.9% 12.8% 1.8% 100%3.1.3 白生料和原煤的理论消耗量西南科技大学本科生毕业论文71、白生料理论消耗量= =1.5048 kg/kg-cl=150.48 kg 白生料 /100kg-cl3587.0149白LGA2、原煤理论消耗量= =0.1215 kg/kg=12.15 kg 原煤 /100kg-cl246,1adnetQp熟 料 热 耗3.2 物料平衡生产数据假定如下：全厂生产损失 PS=2%石膏掺入量 d1=d2=5% 混合材掺量分别为 e1=4%,e2=13%3.2.1 烧成车间和水泥制成车间生产能力设计熟料产量：5000t/d ，时产为 208.3t/h，标定熟料产量 5500t/d，时产为 229.2t/h （参考新型干法水泥技术原理与应用P293） 。则窑的台数：n= = =0.941 台,18760yhQ6087.529.-窑运转率，%，取 85%；Qh,1 -标定熟料台时产量，t/hQy -要求的熟料年产量，t/y熟料小时产量： Qh =n Qh,1=1229.2=229.2 t/h熟料日产量： Qd=24 Qh =229.224=5500 t/d熟料周产量： Qw=168 Qh =168229.2=38506 t/w式中：Q h - 窑的台时产量 （t/h）Qd - 窑的日产量（t/d）Qw - 窑的周产量 （t/w）本设计要求生产 P.C32.5 和 P.O 42.5 两种水泥，根据国家标准可以采用同种熟料和不同混合材制成。因此，先分别计算两种生产水泥的量，再求和成总的水泥产量。两种水泥需熟料比例取为 100：129.2。两种水泥小时产量分别如下：Gh1= = =107.69 t/h,110P029.shQde21054Gh2= = =154.41 t/h,12.sh 9.3西南科技大学本科生毕业论文8水泥小时产量：G h = Gh1+ Gh2 =107.69+154.41=262.1 t/h水泥日产量：G d =24 Gh =6290.4 t/d水泥周产量：G w =168 Gh =44032.8 t/w3.2.2 原燃料消耗定额1、考虑煤灰掺入时干生料消耗定额： = =1.535 Kg/Kg-clkSA1-0LPss四种干原料消耗定额：K 石灰石 =1.5350.832=1.277 Kg/Kg-clK 铝矾土 =1.5350.040=0.061 Kg/Kg-clK 砂岩 =1.5350.113=0.173 Kg/Kg-clK 硫酸渣 =1.5350.018=0.028 Kg/Kg-cl转换成湿物料的量：湿原料=干原料 ，计算结果如下表：10-M表 3-7 湿生料消耗定额石灰石 铝矾土 砂岩 硫酸渣消耗定额 Kg/Kg-cl 1.296 0.062 0.204 0.0342、干石膏消耗定额：= = =0.056 Kg/Kg-cl1kd10()(P)sde105(4)(2)= = =0.062 Kg/Kg-cl2d2()()s(3)()总消耗定额： =（100 +129.2 ）/229.2=0.059 Kg/Kg-clkd1d2kd转化成湿含量：= =0.058 Kg/Kg-cl1sd0M= =0.065 Kg/Kg-cl2ks3、干混合材（矿渣）消耗定额：=e10()(P)sed表 3-8 混合材消耗定额e % d % PS % Ke（kg/kg-cl）湿含量（kg/kg-cl）P.C32.5 4 5 2 0.045 0.049P .O 42.5 13 5 2 0.162 0.176总的消耗定额： =（100 +129.2 ）/229.2=0.111 Kg/Kg-clke1e2ke西南科技大学本科生毕业论文94、烧成用干煤消耗定额：Kr1= = =0.124 Kg/Kg-cl.10(p)netadqQ10296438()烘干用煤消耗定额:Kr2= M湿烧 120adQ烘 10p= 693585743682=0.0030 kg/kg 熟料式中：K r1烧成用干煤消耗定额，kg/kg 熟料；Kr2烘干用干煤消耗定额，kg/kg 熟料；p煤的生产损失%，一般取 3%。 （见水泥厂工艺设计概论 P41 ）Qnet.ad煤的低位热值， kJ/kg 熟料；w1、w 2分别表示该物料烘干前、后的水分，%，分别为： 8%、1%。q熟料烧成热耗，kJ/kg 熟料；M 湿须烘干的湿物料量，t/周；6090。Q 烧烧成系统生产能力，t/周；35000。q 烘蒸发 1kg 水分的热耗量，kJ/kg 水分，5780，参考新型干法水泥厂工艺设计手册P 113 烘干机的热工参数。( 回转烘干机 2.418)含水湿煤（原煤）消耗定额：烧成用：K 湿 r1 = Kr1 =0.124 =0.135 Kg/Kg-cl10M108烘干用：K 湿 r2 = Kr2 =0.003 =0.0033 Kg/Kg-cl总煤耗：K 湿 = K 湿 r1+ K 湿 r2 =0.1383 Kg/Kg-cl表 3-9 原料消耗定额石膏 混合材（矿渣）石灰石 铝矾 土 砂岩 硫酸渣 P.C32.5 P.O42.5 P.C32.5P.O42.5w0（ %） 1.50 1.00 15.00 17.60 4.00 4.00 8.00 8.00K 干（kg/kg 熟料） 1.277 0.061 0.173 0.028 0.056 0.062 0.045 0.150K 湿（kg/kg 熟料） 1.296 0.062 0.204 0.034 0.058 0.065 0.049 0.176由以上计算数据得，水泥各组成原料的比列如下：表 3-10 水泥配料表（%）西南科技大学本科生毕业论文10混合材水泥品种石灰石 矿渣 石膏 熟料P.C32.5 1 3 5 91P.O42.5 3 10 5 82石灰石的掺加需考虑石灰石的质量，特别是有害成分（粘土）的含量，如果含量超过一定的量，粘土成分的存在将严重增加水泥的标准稠度需水量，对水泥水化以及后期性能有较大影响，必须加以严格控制。表 3-11 原料消耗定额物料平衡表(t)消耗定额 (t/t 熟料) 干料 含水分料物料名称 水分 (%)生产损失(%) 干料 含水分 料 小时 日 周 小时 日 周备注石灰石 1.50 1.277 1.296 265.9991 6383.9784 44687.849 269.9568 647