无机非金属材料工程专业毕业论文日产2500吨水泥熟料干法水泥厂设计

日产2500吨硅酸盐水泥厂设计 摘 要本设计任务是设计日产熟料2500吨水泥厂。设计过程经过厂址选择、全厂布局、窑的选型、物料平衡计算、各生产车间工艺设计及主机选型、物料的储存和均化、重点车间设计等步骤。设计生料粉磨采用立磨，熟料煅烧采用4.060带窑外分解回转窑烧成系统，重点车间水泥粉磨采用带辊压机的预粉磨系统。重点车间水泥粉磨环节，采用目前较为广泛使用的辊压机预粉磨系统，该粉磨系统系将物料先经辊压机辊压后送入后续球磨机粉磨成成品。该系统目前运用技术已日趋成熟，具有节能高效等特点，为大多数大型水泥厂家所接受。关键字：水泥 新型干法生产工艺 回转窑 水泥粉磨 ANNUAL PRODUCTION CAPACITY OF 2500 TONS OF PORTLAND CEMENT PLANT DESIGNABSTRACT The design task is to design Nissan Tongshan2,500 tons of cement clinker.After the site selection process of design, layout of the entire plant, the Selection kiln, the material balance calculations, the production workshop process design and host selection, storage and materials are of the workshop focused on the design steps.Design of raw material grinding using vertical mill, calcining clinker used 4.0 60 with the decomposition of rotary kiln firing system, focusing on cement grinding plant with a roller press to pre-grinding system. Workshop focused on cement grinding part of the current more widespread use of the roller press pre-grinding, grinding system of the materials will be the first roller press after the roll-up into the ball mill grinding into finished products. The system is currently using technology has become increasingly mature, a highly efficient energy-saving features such as large-scale cement factory home to the majority to accept.he task is to design an annual output of 900,000 tons of Portland cement plant design. After the design process of site selection, plant layout, the selection of the kiln, the material balance calculation, the production process design and host selection, storage and all materials, and the focus of the workshop design steps.Raw material grinding design using vertical mill, clinker calcined with the use of 4.0 60m rotary kiln firing outside the decomposition system, the focus of cement grinding plant with a joint roller press grinding system.Focus on aspects of cement grinding plant, using the more widely used in the current roller press grinding system combined. The system is currently the use of technology has become increasingly mature, with a highly efficient energy-saving features such as, for the most acceptable to a large cement plant at home.Key word：the cement NSP production technology the Kilning furnace cement grindingII 目 录摘要IABSTRACTII1绪论11.1设计任务21.2 生产产品的种类及意义和价值21.2.1 生产产品的种类及定义21.2.2 产品的意义和价值21.3 厂址的选择31.3.1 建厂的原始资料31.3.2气象条件41.3.3水文、工程地质资料41.3.4矿区概述51.3.5矿区地质51.3.6.储量计算51.3.7结束语61.4 方案比较81.5 窑的选型及标定91.5.1窑的标定的意义91.5.2 窑的选型91.5.3 回转窑产量的标定91.5.4窑的年利用率101.6 确定石膏和混合材掺量111.6.1石膏概述111.6.2 石膏的分类121.6.3.确定石膏的含量121.7 混合材概述121.8 确定率值131.8.1 什么是率值131.8.2 结论131.9 计算粉煤灰掺入量131.10递减试凑法计算干燥原料配合比151.11烧成车间生产能力和工厂生产能力的计算161.12 原、燃材料消耗定额的确定171.13 物料平衡表182. 生产车间工艺设计及主机设备选型192.1车间设备选型一般步骤192.2物料的破碎202.2.1 破碎系统的发展状况202.2.2破碎设备的工作原理202.2.3 影响破碎系统的选择因素212.2.4 石灰石破碎212.3设备的选型222.3.1砂岩破碎232.3.2石膏破碎252.4物料的粉磨系统262.4.1生料粉磨262.4.2水泥粉磨272.4.3煤粉制备292.4 熟料烧成系统312.5冷却机选型322.6水泥包装车间332.7各生产车间主机设备选型343. 物料的储存和均化363.1储存设施的选择363.2 堆棚、堆场和库的选择383.2.1石灰石堆场383.2.2 砂页岩堆场383.2.3 石膏堆棚393.2.4 原煤堆场393.2.5 铁矿石堆棚403.2.6 石灰石调备库413.2.7 粉煤灰库413.2.8 铁粉库423.2.9 砂岩库433.2.10 生料库433.2.11 熟料库443.2.12 石膏库453.2.13 水泥库453.2.14 成品库453.2.15各物料储库选型474 总平面布置和工艺流程484.1 水泥总平面设计的步骤484.1.1初步设计484.1.2施工图设计484.2.1 工艺设计的基本原则484.2.2 工艺设计的程序494.3.1 生料制备504.3.2 熟料烧成514.3.3 水泥粉磨515 重点车间设计水泥粉磨535.1概述535.2 磨机和的选型及产品的标定545.3 循环负荷、选粉效率、选粉设备545.3.1 循环负荷和选粉效率545.3.2 选粉设备的选型555.3.3辊压机的选型575.4 磨机的通风585.5 除尘系统585.5.1 除尘设施585.5.2 除尘系统的计算585.5.3 袋式除尘器的选型595.6 除尘风管直径和管道阻力计算615.6.1 除尘风管直径计算615.6.2 风机选型645.6.3 废气排放浓度645.7 输送设备选型655.7.1 斗式提升机的选型655.7.2 空气输送斜槽的选型665.7.3 其他输送设备的选型68总结69参考文献70致谢71iii1绪论 2005年我国水泥产量已达10.5亿吨，其中新型干法水泥占40%，新型干法水泥由五年前占总量不到20%，迅速增长到40%，预计2010年将达到70%。我国水泥行业处在控制总量、调整结构的时期，国家产业导向提倡新型干法生产。 20世纪5070年代出现的悬浮预热和预分解技术（即新型干法水泥技术）大大提高了水泥窑的热效率和单机生产能力，以其技术先进性、设备可靠性、生产适应性和工艺性能优良等特点，促进水泥工业向大型化进一步发展，也是实现水泥工业现代化的必经之路。 我国预热分解技术起步晚，但在“控制总量、调整结构、上大改小”的产业政策指导下和贯彻“发展与淘汰”相结合的结构调整机制下，大力开发、发展预热分解技术，大大提升了新型干法预分解窑（PC）的结构比例，截止到2005年12月底，我国预分解窑已投产615条（不包括香港、澳门、台湾）。 水泥生产主要工艺过程简要包括为“两磨一烧”。按主要生产环节论述为：矿山采运（自备矿山时，包括矿山开采、破碎、均化）、生料制备（包括物料破碎、原料预均化、原料的配比、生料的粉磨和均化等）、熟料煅烧（包括煤粉制备、熟料煅烧和冷却等）、水泥的粉磨（包括粉磨站）与水泥包装（包括散装）等 水泥是粉状水硬性无机胶凝材料。加水搅拌后成浆体，能在空气中硬化或者在水中更好的硬化，并能把砂、石等材料牢固地胶结在一起。水泥是重要的建筑材料，用水泥制成的砂浆或混凝土，坚固耐久，广泛应用于土木建筑、水利、国防等工程。主要的生产工艺过程简要包括为“两磨一烧”。按主要生产环节论述为：矿山采运（自备矿山时，包括矿山开采、破碎、均化）、生料制备（包括物料破碎、原料预均化、原料的配比、生料的粉磨和均化等）、熟料煅烧（包括煤粉制备、熟料煅烧和冷却等）、水泥的粉磨（包括粉磨站）与水泥包装（包括散装）等。 新型干法是以悬浮预热和预分解技术装备为核心，以先进的环保、热工、粉磨、均化、储运、在线检测、信息化等技术装备为基础；采用新技术和新材料；节约资源和能源，充分利用废料、矿渣，促进环境经济，实现人与自然和谐相处的现代化水泥生产方法。1.1设计任务日产2500吨熟料铜山水泥厂设计,重点设计水泥粉磨车间。1.2 生产产品的种类及意义和价值1.2.1 生产产品的种类及定义硅酸盐水泥主要成分：凡由硅酸盐水泥熟料，05%石灰石或粒化高炉矿渣，适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥（即国外通称的波特兰水泥）。在硅酸盐水泥粉磨时参加不超过水泥质量5%石灰石或粒化高炉矿渣混合材料的成为型硅酸盐水泥，代号P。分类：这类水泥包括不掺或掺有混合材料的各种硅酸盐水泥，中国按其混合材料的掺加情况，共分为如下五类。1.纯熟料硅酸盐水泥2.普通硅酸盐水泥3.矿渣硅酸盐水泥4.火山灰质硅酸盐水泥5.粉煤灰硅酸盐水泥硅酸盐水泥的主要矿物组成是：硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙。硅酸三钙决定着硅酸盐水泥四个星期内的强度；硅酸二钙四星期后才发挥强度作用，约一年左右达到硅酸三钙四个星期的发挥强度；铝酸三钙强度发挥较快，但强度低，其对硅酸盐水泥在1至3天或稍长时间内的强度起到一定的作用；铁铝酸四钙的强度发挥也较快，但强度低，对硅酸盐水泥的强度贡献小。特性：强度高，快硬早强，抗冻耐磨性较好。水化热大，耐腐蚀性和耐热性较差。适用范围：工业与民用建筑的钢筋混凝土工程，高强、快硬早强结构和抗冻的混凝土工程。不适用范围：大体积混凝土结构工程、受化学及海水侵蚀的工程。1.2.2 产品的意义和价值 水泥是建筑工业三大基本材料之一。使用广，用量大，素有“建筑工业的粮食”之称。其单位质量的能耗只有钢材的1/51/6，合金的1/25，比红砖还底35%。根据预测，下一个世纪的主要建筑材料，还将是水泥和混凝土，水泥的生产和研究仍然极为重要。水泥粉磨和搅拌后，表面的熟料矿物立即与水发生水化反应，放出热68 量，形成一定的水化产物。由于各种水化物的溶解度很小，就在水泥颗粒周围析出。随着水化作用的进行，析出的水化产物不断增多，以致互相结合。这个过程的进行，使水泥浆体稠化而凝结，随后变硬，并能将与其搅拌在一起的混合材胶粒胶结成整体，逐渐产生强度。因此，水泥混凝土的强度是随龄期延长而逐渐增长的。早期增长快，但是，只要维持适当的温度和湿度，其强度在几个月、几年后还会进一步有所增长；另一方面，也可能在几十年后尚有未水化的部分残留，仍具有继续进行水化作用的潜在能力。水泥作为胶凝材料，除水硬性外，水泥还有许多优点：水泥浆有很好的可塑性，与石膏拌合后仍能使混合物具有和易性，可浇注成各种形状尺寸的构件，以满足设计的不同要求，适应性强；还可以用于海上、地下、深水或者严寒、干热的地区，以及耐侵蚀、防辐射核电站等特殊要求的工程；硬化后可以获得较高的强度，并且改变水泥的组成，可以适当调节其性能，满足一些工程的不同的需要；还可与纤维或者聚合物等多种有机、无机材料匹配，制成各种水泥基复合材料，有效发挥材料的潜力；与普通的钢铁相比，水泥制品不会生锈，也没有木材这类材料易于腐朽的特点，更不会有塑性年久老化的问题，耐久性好，维修工作量小等等。因此水泥不但大量用于工业和民用建筑，还广泛应用于交通、城市建设、农林、水利及海港等工程，制成各种形式的混凝土，钢筋混凝土的构件和构件物，而使水泥管、水泥船等各种特殊功能的建筑物、构筑物的出现成了可能。此外，如宇宙工业、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新型复合材料。因此，水泥工业的发展对保证国家建设计划顺利进行，人民生活水平提高具有十分重要的意义，而且，其他领域的新技术也必须渗透到水泥工业中来，传统的水泥工业势必随着科学技术的发展而带来新的工艺变革和品种演变，应用领域必将有新的开拓，从而使其在国民经济中起到重要的作用。1.3 厂址的选择1.3.1 建厂的原始资料1、 石灰石：青龙山石灰石矿山。2、 砂岩：自备矿山，含水量3%。3、 铁矿石（粉）：外购，含水量4%。4、 粉煤灰：外购，含水量0.5%。5、 石膏：山东产SO3，40%；含水量少量，块度300毫米。10、电源：从彭场变电所接线进厂。35KV11、水源：可采用地下水或不牢河水12、原料化学成份：见附表。13、烟煤及无烟煤工业分析：见附表。14、表1-1原材料化学成分分析：名称烧失量SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgO总和石灰石41.812.601.191.3251.900.8199.63砂页岩2.4389.112.731.252.091.3798.98铁矿石3.2749.595.4634.122.671.5896.69粉煤灰2.7652.6931.415.043.460.6295.98烟煤煤灰0.0051.8532.505.384.051.6495.42烟煤资料：1、 工业分析：表2-2烟煤水分（Mar/%）挥发分（Var/%）灰分（Aar/%）固定碳（Car/%）热值（Qar/kJ/kg）含量 1.9127.1517.8353.1124676.751.3.2气象条件1、气温：绝对最低温度：22.6、绝对最高温度：40.6、平均气温：14、降雨量：年平均降雨量 689.9mm、最大月降雨量：445.6mm （雨量主要集中在6-8月份）2、相对温度：最高：100%、最低：1-4%、平均：72%3、最大冻土深度：24cm4、最大积雪深度：25cm5、风向：本地区风向年频率见“风玫瑰图”。夏季多东南东风向，最大风速19.3米/6秒。1.3.3水文、工程地质资料1、洪水位最大标高：海拔33.58米（1963年9月8日），地区水利部门下达设计指标为34米。2、经钻孔勘测未发现溶洞，裂隙和断层。3、地震等级：国家地震局、武汉地震大队71年67调查。该地区几十年内地地震烈度定为7度。1.3.4矿区概述矿区地行属低山丘陵，青龙山最高海拔标高138米，相对标高106米左右，山体呈拢状沿北东方向分布，东坡较陡，坡角2060度；西坡较缓，坡角1540度，山垄间洼地地面标高3235米，浮土厚度0.519米。矿区南缘有不劳河流经，河床宽150300米。水深0.73米。属季节性河流。枯水位标高25.60米。历年洪水水位最大标高33.58米（63年9月8日）。最近几年人工开挖，河床加宽加深，在其南3公里已修成京杭大运河，可能这行船、京杭大运河在兰家坝筑有节制闸，近年不劳河最高洪水水位为32.73米。1.3.5矿区地质矿区水泥原料石灰石系中寒武夏组鲕状灰岩、薄层灰岩和快状灰岩相间分布、共有五层组成，构成青龙山主体。下寒武统馒头组紫红色云母质砂岩和泥灰岩。在青龙山东坡下缘一带分布、构成矿体底版。上寒武统炒米店组薄层灰岩、鲕状灰岩及薄层竹叶状灰岩相间分布在矿区西南角和矿区西北角，构成矿层之顶板。第四系灰黑色亚粘土、灰黄色亚粘土分布在青龙山东西两侧之川里湖、刘武湖洼地中及不牢河以南山前平地宁，为湖沼相沉积。山坡脚处堆积少量坡积红土。 矿石质量矿区中寒武统张夏组石灰岩氧化钙含量大多在51%53%。仅个别样品氧化钙含量为49%。氧化镁含量多在0.51.3%。而以1%左右为多，仅第四层白云质鲕状灰岩在青龙山北部这一段氧化镁含量高、变化大。最高达5.21%，最低为2.06%，平均达3.58%。（未圈入矿体）。其他地段只个别样品氧化镁含量大于2.5%。但沿走向伸延不大、呈小透镜体产出。由于山坡角大于地层倾角，部分勘探线可在山西坡沿倾向控制矿层。如第三层灰岩，其氧化镁在11.5%，说明沿倾向是稳定的。石灰岩宁、及含量极小，仅含0.010.04；为0.000.004%，为0.0090.15%。都符合水泥生产要求。1.3.6.储量计算石灰石矿石的工业指标：根据矿区实际情况确定其技术指标为：a、最低储量计算标高采用该地区地平面标高32米（历年来未被水淹没）。b、开采场边坡角采用 60，由于矿山为一整体，大部分在开采时可完全采完，故在这些地段不考虑边坡角。c、储量计算参数的确定：、石灰石氧化镁含量不大于2.5%，氧化钙大于48%者划为矿石。、矿石体重：经大小体重测定其范围在2.642.691吨/米2经过计算求得， C1级贮量 6503万吨C2级贮量 2985万吨1.3.7结束语（1）、矿床中寒武统海相陆台型沉淀、构造简单、地层倾角平缓，一般为1525。其工业类型属稳定的倾斜层状矿床。（2）、矿石质量良好，化学成分稳定，一般氧化钙含量多在52%以上，氧化镁含量多低于1.5%，其他有害杂质含量甚低，矿石中未发现游离二氧化硅及其矿物。（3）、矿床储量大，已探明的C1+C2级储量9488万吨（其中C2级6503万吨）。所探明的储量和工作程度完全可满足铜山县办水泥厂的要求，对于建设年产50万吨以上的大型水泥厂，就其探明的储量来说也可满足百年以上。（4）、矿山开采条件好、矿层连续稳定，基本无盖层和非矿夹层，矿石物理机械性能好，矿床体位于地下水面以上，因此适合于大规模露天开采。（5）、水文队在矿山附近查明矿区南缘之不劳河为一北一西一南方向断裂带，蕴藏丰富的地下水。临近矿区有TM1、TM2、TM3、TM4、TM5五个供水孔，最大涌水量：TM1：262300吨/小时，最近的TM4涌水量为180210吨/小时，孔口除TM2外，都下管封存。经化验水质良好。据此完全能满足水泥生产用水要求。综上所述，石灰岩具有储量大，质量好，交通方便，电力、燃料、供水等经济条件好，开采容易等特点，是一个比较理想的水泥原料基地。对矿区矿石物理性质试验如表1-2所示；表1-2 矿石物理性质试验数据：岩石名称数值抗压强度（公斤/厘米）耐磨强度(g/cm)比重(t/m3)体重(t/m3)抗剪断强度垂直（风干）垂直风干平行风干内摩擦角凝聚力(kg/cm)鲕状灰 岩平均值9309302.602.7322.62400215最大值1010960最小值810680致密块状灰岩平均值134010101.7327.32.68390225最大值14501060最小值1180950对矿区矿石体重测定如表1-3所示，表1-3 矿石体重测定结果表：样品编号岩石名称空中称重（g）水中称重（g）排水重量（g）体重 (t/m3)1鲕状灰岩8450531031402.6912鲕状灰岩296.2185.9110.32.6853薄层灰岩136.885.451.42.6614块状灰岩12600792546752.6955块状灰岩13684.551.52.6406块状灰岩75.446.928.52.6457生物碎屑108.667.740.92.6558灰岩80.853.027.82.900平均2.67说明：1号为鲕状灰岩大体重样，4号为块状灰岩大体重样8号无代表性未参加平均体重计算表。对矿区附近水文孔调查如表1-4所示,表1-4附近水文孔成果表：项目 孔号结果TM1TM2TM3TM4TM5水文地质孔深（m）220.96270.76270.28225.19233.21水位埋深（m）1.130.940.491.032.15实际降深（m）1.922.842.725.651.35实际涌水量（t/h）33.60110.3076.314.848.2推断降深（m）15.2015.2015.2015.2015.20推断涌水量（t/h）262-300255-290180-210154-182160-175物理性质颜色嗅味口味浑浊度沉淀物无色无嗅无味有黄色沉淀1.3.8 地质矿区西南、东有不少煤矿。矿区南缘有经过水文勘探的丰富地下水源。可见矿山经济地理条件很好。矿区地形属低山丘陵，最高海拔标高138m，相对标高106m左右。山体呈拢状沿北北东方向分布，东坡较陡，坡角2060，山垄间洼地地面标高3235m，浮土厚度0.519m。矿区南缘有不老河流经，河床宽150300m，水深0.73m，属季节性河流。枯水位标高25.60m，历年洪水位最大标高33.58m（63年9月8号）。1.3.9 矿山矿石质量矿山矿石质量良好，化学成分稳定，一般氧化钙含量多在52%以上，氧化镁含量多低于1.5%，其他有害杂质含量低。矿石中未发现游离二氧化硅及其矿物。矿床储量大，已探明的C1+C2级储量9488万t（其中C2级6503万t）所探明的储量和工作程度完全满足铜山县办好水泥厂的要求。1.4 方案比较表1-5 三中方案的综合比较项目A方案B方案C方案位置距石灰石矿1.1km距砂岩矿1.6km距石灰石矿1.6km距砂岩矿2.0km距石灰石矿0.1km距砂岩矿1.9km地形东低西高，坡度大约2%，有坡地。东低西高，坡度大约3%，有坡地。东低西高，比较平坦，略有坡地。 交通厂外交通工程量大，要在大毛山和二毛三毛山之间建条公路以运砂岩，另建一条铁路经长山和奶山之间与茅村站接轨以运产品。厂外交通工程量小于A，在二毛、三毛山东侧70km处新建一条公路通砂岩矿，建一条铁路通茅村，但短于A，为1km左右。石灰石有汽车直接进厂进行二破，砂岩则需要在大毛山、二毛山、三毛山之间建一条公路，其工程量与A差不多，另外在湖上架桥，接公路以运产品。对周围环境卫生的影响由于都是丘陵地带，建厂方案地点周围都无村落，故不存在污染周围村落卫生条件问题。另外，周围无农田，也不存在占用耕地等问题。距水电源距离较远较远最近矿山爆破安全性不受影响不受影响略有影响原料、燃料供给相同生活设施距村落较远最远最近从以上比较情况可见，综合实际和各方面的情况来考察，以C方案为最佳方案。1.5 窑的选型及标定回转窑系统的设计，是根据原料和燃料情况、生产的水泥品种和质量、工厂的自然条件和生产规模来确定窑系统的类型和尺寸，或对已建成的窑进行产量标定，以及计算单位产品的燃料消耗量，在窑的产量和燃料消耗量确定后，对回转窑系统的重要配套设备，如预热器、分解炉、冷却机等设备进行设计选型。1.5.1窑的标定的意义水泥厂设计过程中，当窑型与规格一旦确定之后，窑产量的标定是选择生产系统设备，计算工厂的烧成能力，和熟料年产量的依据，同类窑在不同的生产条件下，其产量差异相当大，即使同一规格的窑，由于煅烧制度不同，产量也有较大的差别。窑产量应该是工厂生产能力的限制因素，在窑以前的所有生产车间的生产能力，均以窑的产量为依据进行计算。窑产量标定过高或过低，均将产生不良后果，如标定过高生产中窑长期达不到设计产量，则浪费辅助设备的生产能力，降低工厂的经济效益；如果产量标定过低，生产中，窑很快大大超过设计产量，不仅使建厂经济效益降低，而且由于配套其它设备的生产能力限制，窑本身的生产能力也得不到正常发挥。1.5.2 窑的选型 表1-6 选定的窑型技术参数表规格生产能力(t/h)筒体内径筒体长度筒体斜度转速功率(kw)支撑数主转（r/min）辅转(r/h)主转辅转460108.333.6603.5%0.410.478.2630753档资料来源（新型干法水泥厂工艺设计手册）1.5.3 回转窑产量的标定 回转窑的产量是确定工厂生产规模、原料、燃料消耗定额和全厂设备选型设计的依据，因而是水泥厂设计的重要指标。除了窑的类型和尺寸外，影响回转窑产量的因素很多，特别是近年来，随着生料预均化系统的完善，悬浮预热与窑外分解技术的不断发展，电子计算机过程控制的广泛应用和科学管理的加强，使窑的单位产量指标有所提高。因此对设计中已确定的回转窑，必须进行产量的标定。产量的标定应该是在确保优质、低消耗、长期安全运转的情况下，窑所能达到的合理产量。如果对窑的产量标定过低或过高，均会使整个系统不配套，生产操作出现不平衡。利用经验公式计算窑的产量，是标定产量的主要方法，另外还需要根据工厂具体条件和我国实际生产水平进行综合考虑。科技在不断进步，水泥厂管理水平也日益提高，生产线的逐步完善将使窑的生产能力进一步提高，结合厂家生产和重工机械公司给出的技术参数，这里标定窑的产量为2688t/d（或112t/h）。1.5.4窑的年利用率不同窑的年利用率可参考以下参数：湿法窑 0.90；传统干法窑 0.85；机立窑 0.80.85；悬浮预热窑、预分解窑 0.80.82。所以年利用率 =321/365=0.881.5.5 烧成系统的生产能力： 熟料的小时产量：Qh = n Qhl=108.33t/h 熟料的日产量： 1.5.6 确定窑的台数：利用公式n= 计算台数，式中：n窑的台数Qd要求的熟料日产量（t/年）Qhl所选窑的标定台时产量（t/台时）所以n=0.96，故窑的台数取1台。1.5.7确定窑的烧成热耗对新建窑确定燃料消耗量，计算单位熟料热耗是分析窑系统热工性能，为优质、高产、低耗及节能技改提供科学的依据。窑的单位热耗是指窑系统生产单位熟料产量的实际烧成热耗。由于熟料在煅烧过程中损失了大量的热量，如废气和熟料带走的热焓、窑体向外界散失的热量、湿法生产中蒸发料浆水分的热耗量等等。因此窑的实际热耗比理论热耗高得多。不同窑型对应的烧成热耗如表1-7所示：表1-7 窑型与熟料烧成热耗（A）窑型熟料烧成热耗窑型熟料烧成热耗kJ/kg熟料kg熟料kJ/kg熟料kg熟料湿法长窑5000590012001400旋风预热器窑33003600780850干法长窑4600500011001200预分解窑31003300740780带预热锅炉窑5900670014001600立窑36003800850900立波尔窑36003800850900（资料来源：新型干法水泥技术与设备）可以看出，熟料烧成过程所消耗的实际热量与煅烧全过程有关，除涉及到原、燃料性质和回转窑（包括分解炉）外，还与废气热回收装置（各类预热器或余热锅炉、余热烘干等）和熟料余热回收装置（各类冷却机）等有关。结合水泥厂设计规范的相关要求后，综合考虑确定热耗为3050kJ/kg。1.6 确定石膏和混合材掺量1.6.1石膏概述硅酸盐水泥以其力学性能稳定，原料来源广泛，制造成本低廉等诸多优点，多年来一直占据着建筑工程材料的主导地位。传统的硅酸盐水泥材料固有的韧性差、水化热高、抗冻、抗渗、抗腐蚀性差等缺点，愈来愈不适应混凝土发展的需要。石膏作为水泥的缓凝剂，用于调节水泥似的凝结时间，也可以增加水泥的强度，特别对矿渣水泥作用更明显。石膏也可作矿化剂用于熟料煅烧，对提高熟料产量和质量有明显的效果。石膏的质量控制，应该进厂一批，取样化验一次。一般情况下，测定石膏中的SO3含量就可以了。根据SO3的含量计算水泥中石膏的掺入量，如磨石膏粒度不应大于30mm，一般应有20天的储存量，使用的石膏和硬石膏的质量应符合国家标准规定的技术要求。除石膏的掺量外，石膏的品种也会影响水泥的水化进程。内川浩研究指出，石膏的溶解度与水泥中Ca2+、Al3+浓度之间维持良好的平衡是很重要的。不同品种的石膏具有不同的溶解度和溶解速度。沈梅非等研究了不同形态石膏在蒸馏水和饱和石灰水溶液中的溶解度（见表1-9）表1-9 石膏在不同溶液中溶解度随时间的变化石膏品种溶液类型CaSO4的质量浓度/（gL-1）5min10min30min1h2h1d4d7d硬石膏蒸馏水0.941.061.321.341.471.972.212.38饱和石灰水0.660.811.051.171.172.132.302.38二水石膏蒸馏水2.052.062.072.06饱和石灰水1.721.711.711.701.701.681.68注：试验温度为2022参考资料：内川浩、宇智田俊一郎。，石膏石灰1972（118）。沈梅非等。双快型砂水泥中不同石膏形态的研究J，硅酸盐学报，1982（9）。1.6.2 石膏的分类GB/T 5483石膏和硬石膏国家标准中对石膏和硬石膏矿产品按矿物组分分为两类：G类：称为石膏产品。该产品以二水硫酸钙（CaSO42H2O）的质量百分含量表示其品位。M类：称为混合石膏产品。该产品以无水硫酸钙（CaSO4）与二水硫酸钙（CaSO42H2O）的质量百分含量之和表示其品位， （质量比）。1.6.3.确定石膏的含量本次设计决定石膏的掺入量为2.5%。1.7 混合材概述为了增加水泥产量，节约能源，降低成本，改善和调节水泥的某些性能，综合利用工业废渣，减少环境污染，在磨制水泥时，可以掺加数量不超过国家标准规定的混合材料。混合材按其性质可以分为两大类：活性混合材料和非活性混合材料。凡是天然的或人工制成的矿物质材料，磨成细粉，加水后其本身不硬化，但与石灰加水调和胶泥状态，不仅能在空气中硬化，并能继续在水中硬化，这类材料称为活性混合材料或水硬化混合材料。生产通过水泥时，国家标准规定的活性混合材料主要有以下三类：（1）粒化高炉矿渣（GB/T203），粒化高炉矿渣粉（GB/T18046）。（2）粉煤灰（GB/T 1596）。（3）火山灰质混合材（GB/T 2847）。非活性混合材料，又称填充性混合材，其活性指标不符合以上技术标准要求的粉煤灰、火山灰质混合材料和粒化高炉矿渣等及石灰石和砂岩。本次设计决定掺加30%的粉煤灰作为混合材。我国水泥工业生产中使用的混合材料基本有两大类：粒化高炉矿渣、火山灰质混合材料。水泥中混合材掺量按质量百分比计：活性混合材掺加量为5%且20%，其中可以用不超过水泥质量8%的非活性混合材料或不超过水泥质量5%的窑灰来代替。根据中华人命共和国国家标准（GB172-2007）对通用硅酸盐的规定，P型硅酸盐水泥熟料+石膏所占组分95%，粒化高炉矿渣或石灰石等混合材5%。1.8 确定率值1.8.1 什么是率值我国目前硅酸盐水泥熟料采用饱和比（KH）、硅酸率（SM）、铝酸率（IM）三个率值控制熟料质量。KH表示熟料中SiO2被CaO饱和成C3S的程度，KH值高，硅酸盐矿物多，溶剂矿物少，熟料中C3S含量越高，强度越高；SM表示熟料中硅酸盐矿物与溶剂矿物的比值，SM高，煅烧时液相量减少，出现飞砂料的可能性增大，增加煅烧难度；IM表示熟料中溶剂矿物C3A和C4AF的比值，IM高，液相黏度大，难烧，但明显提高了熟料的三天强度和扩大了烧成范围，IM低时黏度较小，对形成C3S有利，但烧成范围窄，不利于窑的操作。预分解窑的热工特点，一是回转窑转速高，物料翻滚次数多，具有传热传质速度快的特点；而是采用预热预分解系统，物料预烧好，固相反应集中；三是采用高效冷却机，使熟料冷却速度快，熟料质量高。对预分解窑熟料率值选取可参考表1-12、1-13，根据统计资料，为保证熟料正常烧成（易烧结而不结块)和水泥良好的物理性能（凝结正常、快硬高强和安定性良好），硅酸盐水泥熟料的主要氧化物控制范围应是：CaO 62%67%,SiO2 20%27%,Al2O3 4%7%,Fe2O3 2.5%7%。1.8.2 结论查新型干法水泥工艺设计手册新型干法生产的熟料率值一般控制在：KH=0.900.02，SM(n)=2.60.1,IM(p)=1.60.1，综上所述，最终率值的确定如下：KH=0.90，SM=2.60，IM=1.60。配料方案分析，如表1-12所示，这种配料方案，用较低的铝氧率，液相黏度低，能很好的完成C2S吸收游离石灰的过程。高硅酸率有利于增加硅酸盐矿物总量，为提高熟料各龄期强度创造条件，相应溶剂矿物总量减少，熟料易烧性低，但由于窑内火焰温度高，且窑内物料需热量烧，高硅酸率的生料时可以烧成的。在高硅酸率下，饱和比无需太高就能达到高的C3S值。 1.9 计算粉煤灰掺入量利用下列公式， q的取值前面已确定，取 q=3050kJ/kg熟料 ， 则 式中： S煤灰掺入量，以熟料百分数表示（100%）煤的应用基低热值（kJ/kg煤）煤的应用基灰分含量（%）q熟料烧成热耗（kJ/kg熟料）R煤灰沉落度（%），当窑后有电收尘且窑灰入窑时取100%，当窑后不设电收尘且窑灰不入窑时，可参考表1-14选择煤灰沉落率：表1-12国内外预分解窑熟料率值、矿物组成范围生产统计率值范围矿物组成国内国外率值国内“设计规范”“新型干法水泥技术”C3S/%546165KH0.870.910.860.900.880.91C2S/%172313SM2.52.72.402.802.402.70C3A/%798IM1.41.81.401.901.401.80C4AF/%91110我国硅酸盐水泥一般采用“两高一中”的配料方案注：习惯提法，高饱和比（KH=0.940.02）、中饱和比（KH=0.900.02)；高硅酸率（SM=2.42.8）、中硅酸率（SM=2.02.3）、低硅酸率（SM=1.61.9）；高铝氧率（IM=1.01.3）、低铝氧率（IM=1.41.6）；表1-13硅酸盐水泥熟料配料率值和矿物组成建议范围窑型KHSMIMC3S%C2S%C3A%C4AF%湿法窑0.88-0.921.9-2.51.0-1.851-5916-245-1111-17干法窑0.86-0.892.0-2.351.0-1.646-6719-286-1111-18立波尔窑0.85-0.881.9-2.31.0-1.844-5322-305-1111-17预分解窑0.87-0.922.2-2.61.3-1.848-6214-287-1010-12机立窑适宜范围0.86-0.932.0-2.51.1-1.5有矿化剂0.92-0.961.6-2.01.1-1.355-6318-2212-166-10预分解窑推荐值0.882.501.60适宜范围0.86-0.902.40-2.801.40-1.90表1-14 不同窑型不设电收尘时的煤灰沉落率窑型煤灰沉落率窑型煤灰沉落率湿法长窑（L/D=3050）有链条100%干法中空窑3040%湿法短窑（L/D30）有链条80%干法短窑带立筒式旋风预热器90%湿法短窑带料浆蒸发机70%预分解窑90%注： 以上煤灰沉落率均为无电收尘器时的数值。 有电收尘器时，煤灰沉落率为100%（以上均是）设率值由以上述定为 KH=0.90,。煤灰掺入量 S=2.20% 表1-16 熟料平衡原料配合比名称配合比烧失量SiO2Al2O3Fe2O3CaO石灰石8535.542.211.011.1244.11粉煤灰60.173.161.880.300.21砂页岩70.176.240.190.090.15铁矿石20.070.990.110.680.05生料10035.9512.603.192.1944.52灼烧生料10019.674.983.4269.51煤灰掺量为 S=2.98%，名称配合比SiO2Al2O3Fe2O3CaO灼烧生料97.819.244.873.3467.98煤灰2.21.140.720.120.07熟料10020.385.593.4668.05则熟料的率值计算如下：经过以上计算过程，三个率值均在允许的误差范围内，所以计算结果正确。1.11烧成车间生产能力和工厂生产能力的计算烧成系统的生产能力熟料小时产量：Qh=n*Qh.l (吨/时)=1108.33=108.33吨/时)熟料日产量：Qd=24Qh (吨/天)=24108.33=2600吨/天熟料周产量：Qw=16