水泥工艺课程设计.doc

唐 山 学 院 水泥工艺 课 程 设 计 题 目 水泥工艺课程设计 系 (部) 环境与化学工程系 班 级 08无机非金属材料工程1班 姓 名 学 号 指导教师 2011 年 12月 26 日至 2012年 01 月13 日 共 3 周2012年 01 月 13 日25唐山学院水泥工艺课程设计目 录1新型干法水泥生产的简述11.1新型干法水泥生产的特点11.2 新型干法水泥生产的发展22配料方案的确定52.1熟料热耗的确定52.2熟料率值的确定62.3熟料标号的确定62.4石膏加入量、混合材加入量的确定72.4.1石膏加入量的确定72.4.2混合材加入量的确定73物料平衡计算83.1配料计算83.1.1原料及燃料化学成分83.1.2煤灰掺入量83.1.3计算干燥原料的配合比93.1.4熟料的化学成分93.1.5熟料率值的计算93.1.6熟料矿物组成93.1.7计算湿物料的配合比103.2物料平衡计算103.2.1窑产量的标定和生产能力103.2.1.1窑产量的标定103.2.1.2生产能力的计算113.2.2原料消耗定额124全厂工艺流程的确定、主机设备选型、储库堆场计算144.1主机设备选型、储库堆场计算144.1.1各种主机小时产量（周平衡法）214.1.2主机平衡表274.1.3全厂堆场、储库计算284.2全厂工艺流程方块图324.3全厂的质量控制点及控制指标335结论356谢辞367参考文献371新型干法水泥生产的简述1.1新型干法水泥生产的特点(1)优质 生料制备全过程广泛采用现代均化技术。矿山开采、原料预均化、原料配料及粉磨、生料空气搅拌均化四个关键环节互相衔接，紧密配合，形成生料制备全过程的均化控制保证体系即“均化链”。从而满足了悬浮预热、预分解窑新技术以及大型化对生料质量提出的严格要求，产品质量可以与湿法媲美，使干法生产的熟料质量得到了保证。 (2)低耗 采用高效多功能挤压粉磨、新型粉体输送装置大大节约了粉磨和输送能耗；悬浮预热及预分解技术改变传统回转窑内物料堆积态的预热和分解方法，熟料的煅烧所需要的能耗下降。总体来说：熟料热耗低，烧成热耗可降到 3000kj/kg 以下，水泥单位电耗降低到了 90 110kwh/t 以下。 (3)高效 悬浮预热、预分解窑技术从根本上改变了物料预热、分解过程的传热状态，传热、传质迅速，大同度提高了热效率和生产效率。操作基本自动化，单位容积产量达 110 270kg /m2，劳动生产率可高达 1000 4000t/ 年人。 (4) 环保 由于“均化链”技术的采用，可以有效地利用在传统开采方式下必须丢弃的石灰石资源；悬浮、预分解技术及新型多通道燃烧器的应用，有利于低质燃料及再生燃料的利用，同时可降低系统废气排放量、排放温度和还原窑气中产生的 nox 含量，减少了对环境的污染。为“清洁生产”和广泛利用废渣、废料、再生燃料及降解有害危险废弃物创造了有利条件。 (5)装备大型化 装备大型化、单机产生能力大，使水泥工业集约化方向发展。水泥熟料烧成系统单机生产能力最高可达 10000t/d ，从而有可能建成年产数百万吨规模的大型水泥厂，进一步提高了水泥生产效率。 (6) 生产控制自动化 利用各种检测仪表、控制装置、计算机及执行机构等对生产过程自动测量、检验、计算、控制、监测，以保证生产的“均衡稳定”与设备的安全运行，使生产过程经常处于最优状态，达到优质、高效、低消耗的目的。 (7) 管理科学化 应用 it 技术进行有效管理，信息获取、分析、处理的方法科学、现代化。 (8)投资大建设周期较长 技术含量高，资源、地质、交通运输等条件要求较高，耐火材料的消耗亦较大，整体投资大。 1.2 新型干法水泥生产的发展我国水泥工业目前正处于技术结构和产品结构调整时期。根据国家产业结构调整政策，一方面要加大力度淘汰技术落后、能源消耗高、污染环境和资源浪费严重、产品质量差的小水泥生产线，另一方面要积极发展新型干法水泥生产线,形成了淘汰与发展相结合的结构调整机制。近几年，投资体制的改革、民营资本投资新型干法的兴起以及大型企业集团的形成、2001年4月1日实施与国际标准接轨的iso水泥强度检验方法及等同采用的水泥产品标准等，都为发展新型干法水泥生产创造了有利条件。截至到2001年底，我国已投产的日产量从700t至7200t的新型干法水泥生产线有171条，设计熟料总生产能力达8000万t/a。另外，目前在建的2000t/d级和5000t/d级生产线分别有30余条和近20条。我国水泥工业科研设计单位和生产企业近年来加大了科研创新力度，在认真总结工程设计和生产实践经验教训的基础上，不断技术创新、优化设计，在新型干法水泥生产的技术进步方面取得了令人瞩目的成效，多条2000t/d级生产线的实际年产量已达7884万t，实现了产品的优质高产。同时生产线基建投资大大降低，吨投资水平控制在300400元左右。与此同时水泥生产企业、科研设计、装备制造等单位对从原料开采到水泥成品出厂的整个生产过程的工艺技术和成套装备进行了不断的优化和改进，从而使生产线的可靠性、先进性得到了根本性的改善。其中最具有代表性的是原料均化技术、预分解窑煅烧工艺技术、粉碎粉磨工艺技术、自动控制技术和环保技术等几大方面。 1.原料均化技术新型干法水泥生产产品质量得以保证的关键是原料均化技术的应用。近年来已广泛投入应用的技术装备有： (1)矿山设计采用矿化模型系统（cqms）。以此制定的搭配开采方案保证了所开采的矿石中的主要成分的稳定性，同时也为低品位矿石的最有效利用创造了条件。 (2)设置具有良好均化效果的原、燃料预均化堆场。目前国内已具备提供满足不同生产规模的预均化堆场技术装备的条件（圆形堆场直径可达110m；长型堆场跨度达50m，可满足 (3)配置计量精确的块状和粉状物料计量装置，并通过质量控制系统及时调整各种原料的喂料比例，确保出磨生料和水泥的合格率。 (4)采用高均化效果、低耗电和高卸空率的生料均化库（h值达8以上，电耗约0.25kwh/t，卸空率大于98），确保入窑生料的合格率。 2.预分解窑节能煅烧工艺和技术装备 (1)通过系统试验研究，开发了系统压损在4800pa的高效、低压损的五级旋风预热器系统。目前已投入生产运行的有2000t/d、2500t/d的单系列和2500t/d、3200t/d、5000t/d(2)通过对各种燃煤（包括无烟煤、低热值煤和含高硫煤等）的燃烧特性及在窑炉工况条件下的燃烧机理研究和工业试验，开发出实用可靠的适合于燃料特性的煅烧技术和装备，为资源的综合利用和降低运行成本创造了条件。该项技术目前已得到推广。 (3)为满足不同规模生产线建设的需要，开发设计了回转窑系列产品，包括二支承和三支承的回转窑，其中三支承窑的最大规格为4.8m74m，可满足50006000t/d规模生产线的需要。 (4)开发并推广了第三代tc系列空气梁熟料篦式冷却机。该技术使熟料冷却风量下降至1.61.8m3/kg熟料，热回收效率提高到74以上，设备可靠性确保了烧成系统的运转率在90以上。 (5)开发了可适应不同性能燃料（包括无烟煤）燃烧的燃烧器系列，一次风量降至10以下，具有对燃料适应能力强、调节灵活、有利于保护窑皮及延长衬料使用周期等显著优点。 3.节能粉碎粉磨技术与装备 (1)粉碎技术与装备原料的单段破碎工艺具有破碎比大、物料不易堵塞、维修方便、电耗低、工艺流程简单等优点。经过多年的努力，目前已开发出台时产量从80t/h至1800t/h的不同型式的石灰石单段破碎机，并已投入运行。适合于粘性物料破碎的齿辊式破碎机的最大产量已达350400t/d；破碎高磨蚀性和难破碎性物料的破碎工艺和技术装备也已成熟，可满足工程建设的需要。 (2)原料烘干粉磨系统根据原料的易磨性、磨蚀性和烘干的不同要求，分别对管磨系统、辊磨系统进行了开发。 1、带组合式高效选粉机的钢球磨系统管磨机系统对原料的易磨性和磨蚀性的适应性较广，运行可靠。新近开发的tls型组合式高效选粉机因其分离效率高、产品细度调节灵活、结构紧凑等优势，使系统产量提高，电耗降低，同时简化了流程，降低了基建投资。新近开发的管磨机采用了双滑履支撑，并配用了先进的边缘传动装置。其规格已能满足3000t/d和5000t/d级生产线的要求。 2、辊式磨系统在原料适合的前提下，与管磨机相比，辊式磨具有流程简单、节电和烘干能力强等优点。近年来随着材料工业和机械加工工业的发展，科研设计和装备制造单位在消化吸收国际先进技术的基础上开发出国产化的新一代辊式磨（改善磨辊结构，加快磨盘转速，采用先进可靠的液压装置，提高磨辊压力，配置高效选粉机，采用外循环设计），使磨机的可靠性和易损件使用寿命得以保证（在正常原料条件下辊套和衬板的寿命可达一年半以上），节电效果进一步提高。目前国内已具备提供满足5000t/d级以下规模水泥生产线的生料和煤粉制备用的辊式磨系列产品的条件（对于5000t/d级的原料磨需引进部分关键件）。 (3)水泥粉磨系统 1、管磨闭路系统由高效笼型选粉机、高效布袋收尘器和管磨机组成的水泥粉磨系统，被认为是高新技术对传统流程进行改造的最好实例之一。系统按生产iso标准水泥产品的要求进行配置，管磨机采用了双滑履支撑，并配用了先进的边缘传动装置；第三代笼型高效选粉机的选粉效率在80以上；高效布袋收尘器确保在进口含尘达800g/m3的条件下净化气体中含尘小于50mg/m3。系统在运转可靠的前提下，实现了高产低耗。目前已投入运行的系统能力为40100t/h（以po42.5计）。 2辊压机系统辊压机作为预粉磨或半终粉磨过程的主机装备，其技术可靠性和节电优势已为广大用户所认知和接受。与管磨系统相比其粉磨电耗可降低25。近年来国产辊压机解决了“机体振动、辊面磨损大寿命短、自控不协调、液压系统调节不灵”等技术问题，并已形成系列，最大规格能满足半终粉磨系统150t/h产量的配套要求。 4.自动控制技术新型干法水泥生产工艺线整个流程有近1000台电动机和阀门，数百台机械设备以及上千个开关量，数百个模拟量测点和数十个调节回路。为保证稳定运行和优良的产品质量，需要通过自动控制来完成。近十几年来我国广泛采用国际上先进的计算机控制技术、通讯技术和图形显示技术，采用分散控制、集中管理的集散型控制系统（dcs），并开发运用了工厂生产管理信息系统（pmis），实现了系统的可靠、安全和实用的目标。 5.环境保护新型干法水泥生产过程作为几乎无污染和生态友好型工业的实践，近年来受到了社会的普遍关注。作为传统水泥生产的主要污染源（粉尘、废水和废气）已得到系统的治理：粉尘排放远低于国家标准允许的排放限度；废水实现了零排放；有害气体（nox）的排放也得到了有效的控制。新型干法水泥生产在最大程度地利用工业废渣作为原、燃料的同时，在利用工业和生活垃圾等方面具有极大的发展前景。相应的工业性试验已取得实质性进展。 6.2500t/d和5000t/d级生产线技术装备基本配置和来源。二、我国新型干法水泥生产技术的发展方向经过几代人近半个世纪的努力，我国新型干法水泥生产技术和装备水平已与国际先进水平相接近。但我们的整体水平还存在较大差距。据国家统计局公布的2001年的水泥总产量，代表先进技术的新型干法窑生产的水泥仅占总产量的14（发达国家的新型干法窑生产的水泥占总量的90以上），而且这些新型干法水泥生产线的技术水平参差不齐，平均规模只有46万t/a，因此，必须继续加强技术开发，在努力提高新型干法生产的水泥所占比例的同时，力争到2005年，5000t/d级及以下规模生产线的技术经济指标达到当时国际先进水平，并完成10000t/d生产线的开发和建设，力求在环境保护和生态建设方面达到国际20世纪末的水平。为完成上述目标，必须加强工艺技术、信息化建设和重大装备的开发和创新，加强企业管理和人才培养不断推行优化设计。主要课题有： (1)加强原料均化技术的研究，进一步扩大低品位原料和工业废渣的应用。进一步强化从原料矿山开采到原料粉磨前均化的措施和手段，减小磨后生料的均化和储存的投资。 (2)进一步提高预热预分解系统的技术性能，开发高性能回转窑（槽齿新结构轮带、摩擦传动等）和新一代熟料冷却机等关键烧成装备；进一步扩大燃料品种和替代燃料，加强低热值的劣质煤和废轮胎、废塑料等工业废料利用的研究。 (3)加大力度进行生料辊式磨系统以及用于水泥预粉磨、终粉磨的辊压机和辊式磨系统的开发和推广应用，使水泥综合电耗降至90kwh/t以下（以po42.5计）。 (4)在dcs和其它专用软件开发的基础上，研究开发工艺装备过程优化控制软件，并不断扩大信息技术，在企业管理中的应用，推广企业资源计划(erp)、客户关系管理(crm)等现代管理技术。 (5)进一步做好个性化设计，力求以最低的投资、最小的资源消耗和最低的生产成本，最大程度地满足市场的需要。 (6)研究开发效率更高的除尘装备和降低nox、so2等排放浓度的技术和装备，以实现污染零排放。（7)针对劳动生产率不高的现状，要加大技术装备的开发和应用。如物料储存输送、水泥成品包装、袋装及散装发运等。 (8)进一步研究生产工艺过程的优化，以满足各种功能水泥产品的生产要求，并最大程度地降低生产运行成本。 (9)加强功能材料的研究和应用，以提高装备的性能。如高性能的耐磨金属材料、金属陶瓷材料、耐火材料和隔热材料等。 (10)进行生态化工程设计的研究，力求在基建投资相当的前提下实现与环境的融合。 (11)在工艺技术和装备完善和提高的基础上，通过工程设计施工、管理的不断优化，进一步降低新型干法水泥生产线的建设投资。 (12)加强和水泥生产相关产品、环境保护、替代燃料、新装备、仪器、管理等方面标准的研究。2配料方案的确定2.1熟料热耗的确定水泥厂中影响熟料热耗的因素很多，国内系统热耗较高的主要原因是：结皮堵塞现象严重，还有设备故障比较频繁，从而导致窑的运转率不高。而国外水泥厂家通过采用低阻高效的多级预热系统，以及新型篦式冷却机和多通道喷煤管等先进工艺，降低了水泥生产的熟料热耗。根据新型干法水泥厂工艺设计手册1，见表2-1表 2-1 国内部分预分解窑的规格和特性厂名设计能力（t/d）设计热耗（kj/kg熟料）回转窑规格（m）分解炉型式分解炉规格（m）辽宁富山500031204.872tsd7.545.88辽宁昌庆500031604.874tdf7.443.2表2-2 窑型与熟料烧成热耗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熟料湿法长窑干法长窑50005900460050001200140011001200旋风预热器窑预分解窑3300360031003300180850740780以上两个表可以看出，水疗烧成过程所小号的试剂热量与煅烧全过程有关，除涉及到原料、燃料性质和回转窑（包括分解窑）外、还与废气回收装置有关（各类预热器和余热锅炉、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2的相关要求后，综合考虑确定热耗为3100kj/kg。2.2熟料率值的确定 表2-3 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%172313sm2.502.702.402.802.402.70c3a%798im1.401.801.401.901.41.80c4af%91110我国硅酸盐一般采用“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）、中硅酸率值（sm=2.02.3）、低硅酸率值（sm=1.61.9），高铝氧率（im=1.41.6）、低铝氧率（im=1.01.3）表2-4 各窑型率值范围及氧化物含量窑型khsmimc3s%c2s%c3a%c4af%湿法窑0.880.921.92.51.01.8515916245111117干法窑0.860.892.02.351.01.6466719286111118预分解窑0.870.922.22.61.31.8142814287101012预分解窑推荐值0.882.51.60适宜范围0.860.902.402.801.401.90查新型干法水泥生产工艺设计手册1 新型干法水泥生产的熟料率值一般控制在：kh=0.900.02,，sm=2.60.1，im=1.60.1综上所述，最终率值的确定如下：kh=0.9，sm=2.5，im=1.52.3熟料标号的确定熟料标号是以其28天抗压强度值来划分等级的。生产42.5r级普通水泥要求熟料标号大于425，但工厂不能等到28天强度结果出来后再决定混合材掺量、粉磨细度等生产控制指标。因此，迅速而准确地查知熟料强度情况，对生产厂无疑具有重要的实用价值。众所周知，水泥熟料是由sio2 、al203、fe203、cao等主要氧化物， 按一定比例化合而成的多矿物集合体。一般用c3s、c2s、c3a、c4af、f-cao等来表示。作为熟料组成主体的这些矿物，它们与熟料率有如下关系： 将式 ( +1)整理，得：表2-5 熟料28d抗压强度与l值相关图2.4石膏加入量、混合材加入量的确定2.4.1石膏加入量的确定适当加入石膏，是生产水泥的重要措施之一，这可保证在水泥硬化之前形成足够的钙矾石，有利于水泥强度的发展。普通硅酸盐水泥中的三氧化硫含量一般波动在1.5%-2.5%，因此确定石膏的加入量为4%。根据石膏的化学成分，石膏中的三氧化硫含量为43.77%。则加入石膏后水泥中的三氧化硫含量为1.75%，符合普通硅酸盐水泥的指标。2.4.2混合材加入量的确定 国家标准（gb1752007）对普通硅酸盐水泥矿渣加入量有明确的规定：在普通硅酸盐水泥中，掺加活性混合材时不超过15%，其中允许用不超过5%的窑灰或不超过10%的非活性混合材来代替。综合考虑煤灰的加入和矿渣活性混合材等问题，确定矿渣的加入量为10%.3物料平衡计算3.1配料计算3.1.1原料及燃料化学成分表3-1 原料化学成分(%)原料烧失量sio2al2o3fe2o3caomgow石灰石39.68.2.150.420.2553.241.242.00粘土5.4366.215.564.782.341.7310.00铁粉2.4572.6612.835.671.551.468.00煤灰65.9221.473.902.661.436.00矿渣38.587.621.2543.466.0820.00石膏14.943.480.250.1434.880.762.00表3-2 煤的工业分析(%)fc.arv.ara.arm.arqnet.ar46.5723.3227.892.2222717(kj/kg)表3-3 各种用煤水分及热值应用基水分/%应用基低位热值/kj/kg烧成用煤7.4622717烘干用煤5.4621568表3-4 生产损失名称石膏矿渣生料水泥生产损失38533.1.2煤灰掺入量熟料热耗q=3100kj/kg熟料根据公式求得： 式中：熟料中煤灰掺入量(%)；q单位熟料热耗(kj/kg熟料)；煤的应用基低热值(kj/kg煤)；s煤灰掺入量(%)；煤耗(kj/kg熟料)。煤灰掺入量3.81%，则灼烧生料配合比为100%-3.81%=96.19%。3.1.3计算干燥原料的配合比设定干燥物料的配合比为；石灰石79.60%、粘土10.23%、铁粉1.61%、矿渣8.56%，以此计算生料的化学成分，如表3-5所示。表3-5 生料的化学成分原料配合比（%）烧失量sio2al2o3fe2o3cao石灰石79.6031.59 2.651.060.5540.84粘土10.230.566.791.580.720.24铁粉1.610.0390.580.0440.870.012矿渣8.563.300.650.113.72生料10032.1813.323.332.2444.81灼烧生料19.654.913.3066.083.1.4熟料的化学成分由上计算的熟料的化学成分，如表3-6所示。表3-6 熟料的化学成分原料配合比（%）sio2al2o3fe2o3cao灼烧生料96.1918.904.723.1863.56煤灰3.812.510.820.150.10熟料10021.415.543.3363.663.1.5熟料率值的计算熟料的率值计算如下：计算的率值kh=0.890，sm=2.41,im=1.66在确定的范围之内，所以配比合适。3.1.6熟料矿物组成c3s=3.8(3kh-2)sio2=3.8(30.890-2)21.41%=54.51%c2s=8.60(1kh)sio2=8.60(10.890)21.41%=20.25%c3a=2.65(a2o30.64fe2o3)=2.65(5.540.643.33)=9.03%c4af=3.04fe2o3=3.043.33=10.12%则根据熟料28d抗压强度与l值相关图，l=7.15所对应的熟料28d抗压强度为62mpa，所以确定熟料标号为62。3.1.7计算湿物料的配合比原料的水分为：石灰石为2%，粘土为10%，铁粉为8%为10%，矿渣为20%则湿原料质量配合比为：将上述质量比换算成百分比：3.2物料平衡计算3.2.1窑产量的标定和生产能力3.2.1.1窑产量的标定设计日产4000t/d熟料的生产线，参考同类型厂家，选择4.872m的回转窑。本设计选择德国洪堡公司制造的4.872m的回转窑，窑产量为4000t/d回转窑的小时产量计算公式：式中：di回转窑的内径，m；l回转窑的有效长度，m。参考选择同类型窑的厂家，其产量为4600t/d熟料，有的甚至可达到5000t/d(例如冀东水泥)，因此本设计标定窑的产量为4392t/d，则窑的小时产量为183t/h。需要的回转窑台数，因此选择一台回转窑。校对： 9.8%10%，满足要求，说明标定合理。3.2.1.2生产能力的计算熟料小时产量qh= n qh,l=1(t/h)式中： n窑的台数；qh,l所选窑的标定台时产量t/(台h)。熟料日产量qd =24 qh=24183=4392(t/d)熟料周产量qw=168 qh =168183=30744(t/周)水泥小时产量 (t/h)式中： p水泥的生产损失；d水泥中石膏的掺入量(%)；e水泥中矿渣的掺入量(%)。水泥日产量 gd =24 gh=24206.407=4953.767(t/d)水泥周产量 gw =168 gh=168206.407=34676.372(t/周)3.2.2原料消耗定额（1）考虑煤灰掺入时。1t熟料的干生料理论消耗量=（t/t熟料）式中： 干生料理论消耗量（t/t熟料）；l干生料的烧失量（%）；s煤灰掺入量，以熟料百分数表示（%）。煤灰掺入量s可按下式计算：（2）考虑煤灰掺入时，1t熟料的干生料消耗定额（t/t熟料）式中： k生干生料消耗定额（t/t熟料）；p生生料的生产损失（%）。（3）各种干原料消耗定额k原=k生x式中： k原各种干原料的消耗定额（t/t熟料）；k生干生料消耗定额（t/t熟料）；x干生料中该原料的配合比（%）。k石灰石=k生x石灰石=1.59779.60%=1.271（t/t熟料）k粘土=k生x粘土=1.59710.23%=0.163（t/t熟料）k铁粉=k生x铁粉=1.5971.61%=0.0257（t/t熟料）k矿渣=k生x矿渣=1.5978.56%=0.137（t/t熟料）(4)干石膏消耗定额 kd=（kg/kg熟料）式中： kd干石膏的消耗定额（kg/kg熟料）；pd石膏的生产损失（%）。(5)干混合材（矿渣）消耗定额 ke=（kg/kg熟料）式中： ke干矿渣的消耗定额（kg/kg熟料）；pe矿渣的生产损失（%）。(6)烧成用干煤消耗定额 q=(q+25w)=(22717+257.46) =24749.84 kj/kg干煤 kf1=（kg/kg熟料）式中： kf烧成用干煤消耗定额（kg/kg熟料）；q熟料烧成热耗（kg/kg熟料）；干煤低位热值（kg/kg熟料）；pf煤的生产损失（%），一般取3%；q煤的应用基低位发热量（kg/kg熟料）；w煤的水分。 (7)湿物料消耗定额： k湿=式中： w0物料天然含水量（%）；k湿石灰石=（t/t熟料）k湿粘土=（t/t熟料）k湿铁粉=（t/t熟料）k湿矿渣=（t/t熟料）k湿石膏=（t/t熟料）k湿混合材=（t/t熟料）k f湿煤=（t/t熟料）（8）物料平衡表表3-7 物料平衡表消耗定额t/t熟料物料平衡表(t)干料含天然水分料干料含天然水分料小时日周小时日周石灰石1.2711.297232.5935582.23239075.620237.3405696.15539873.082粘土0.1630.18129.829715.8965011.27233.143795.4405568.080铁粉0.02570.02794703112.874790.1215.112122.689858.827矿渣0.1370.17125.071601.7044211.92831.339752.1305264.91生料1.5971.677292.2517014.02449098.168石膏0.0480.0498.784210.8161475.7128.963215.1181505.829混合材（矿渣）0.1260.15823.058553.3923873.74428.823691.7404842.180熟料183439230744水泥206.4074953.76734676.372烧成用煤0.1290.13923.22557.283900.9625.02600.484203.36燃煤合计0.1290.13923.22557.283900.9625.02600.484023.364全厂工艺流程的确定、主机设备选型、储库堆场计算4.1流程论述4.1.1石灰石、石膏、煤的破碎工艺石灰石破碎系统有以下几种形式：一段破碎系统，石灰石只经过一次破碎即达到入磨粒度要求的为一段破碎系统。二段破碎系统，对规模较大，石矿提供的块度也大，对选择一段破碎工艺有困难时，可用二段破碎工艺。近十多年来，石灰石破碎流程和设备主要有下列几方面的发展：破碎机设备移动化：发展移动式破碎机并设置在矿山，破碎机可随开采地段而推移，碎石用胶带输送机输送至工厂，为节省能源和提高劳动生产率创造了条件。破碎设备大型化：大规格的破碎机，为提高破碎机的生产能力和放宽矿山开采块度创造了条件。破碎流程单段化：发展高效能、大破碎比的破碎机，如反击锤式破碎机等，为实现单段破碎创造了条件。破碎设备多功能化：某些国家发展破碎兼烘干的流程，使物料的破碎和烘干结合起来，为解决粘湿物料的破碎创造了条件。本设计石灰石破碎采用一段破碎系统，单转子反击破碎机，反击式破碎机结构简单，工作时无显著的不平衡振动，对物料进行选择性破碎，料块自击粉碎强烈，因此粉碎效率高，生产能力大，电耗低，磨损少，产品粒度均匀，综合考虑选择单转子反击式破碎机。石膏和煤也采用一段破碎系统，选择颚式破碎机， 构造简单，管理和维修方便，工作安全可靠，适用范围广。石膏较易破碎，煤的破碎是将进厂的大块度煤破碎，破碎成较小粒度的煤，以利于煤在预均化堆场的均化效果。表4-1石灰石破碎4.1.2石灰石的预均化措施水泥生料化学成分的均齐性，不仅影响熟料的质量，而且对窑的产量、热耗、运转周期及窑的耐火材料消耗等都有较大的影响。这些影响对大型干法回转窑尤其敏感。由于水泥生料是以天然矿物做原料配置而成，随着矿山开采及开采地段的不同，原料成分波动在所难免。另一方面，由于水泥厂规模趋向大型化以及水泥其它工业发展，对石灰石的需求量日益增长，从而是石灰石高品位的原料不能满足生产的需求，势必要采用高低品位矿石搭配或由数个矿山的矿石搭配的方法，以充分利用矿山资源。因此生产中对原料、生料采用有效的均化措施，以满足生料化学成分均齐性的要求。现在大多数水泥厂尤其是新厂采用的是矩形预均化堆场。本厂厂区地形是矩形，所以采用的矩形预均化堆场。4.1.3生料的制备系统 生料制备系统目前按设备分为立磨和球磨。辊磨机又称立式磨。它适用于粉磨软质或中等硬度的物料，当磨机内通入热空气时，物料同时得到烘干和粉磨。与球磨机比较，球磨机是借助于介质对物料的冲击及磨剥作用而实现粉碎的。磨内介质与物料相遇的机会远少于介质本身相遇的机会，故绝大部分能量消耗于彼此的冲撞之中。因此在粉磨过程中，磨机消耗大量无用功，决定了其粉磨效率极低。辊磨机的粉磨作用，是基于沉重的磨辊对物料层的滚压作用而实现的。对经过滚压的物料再次加以滚压时，可进一步实现相当有效的粉磨。辊磨机带有空气分级装置（即分离机），粉磨物料从磨盘边缘溢出，由于磨盘的惯性离心力和高速气流作用，使物料扬起进行初分级，粗粉返回磨盘再粉磨，这种连续循环的粉磨是很有效的，可得到所需的细度而不发生结块现象。同时，喂入物料在研磨室停留时间短，因而料床实际上不存在以磨细的物料，磨机没有多余负荷以及结块形成的威胁。 立磨的优点:（1）电耗低 辊磨机采用滚压料层的方式粉磨物料，同时本身带有选粉装置，能及时排除细粉，避免了过粉碎现象，因而粉磨效率高，节能效果非常显著。（2）烘干能力大 辊磨机采用气体作为烘干和输送物料的介质，因此特别适于烘干兼粉磨作业。可充分利用预热器和煅烧窑排出得低温废气。（3）入磨粒度较大 辊磨机的入磨粒度可达磨辊直径的5%左右，一般在50-150mm之间。相对的可省去二级破碎设备。 （4）产品粒度均齐，调整产品细度和成分容易，便于自动控制 由于辊磨机粉磨与选粉均在同一机壳内进行，产品粒度均齐。而且，调节分离器转子转速或导风叶开度，能够很快得到需要的产品细度，对生产不同细度的产品很有利。物料在磨内停留时间很短，易于自动控制配料和调整产品的化学成分，从粉磨一种物料到粉磨另一种物料，仅需几分钟即可实现。 （5）工艺流程简单，占地面积小 在辊磨机内可完成粉磨、烘干、分级和输送等多项作业，不需要外加提升机、选粉机和烘干机等设备。所以工艺流程简单、布局紧凑，需要的建筑面积小，基建投资低。（6）噪音低，扬尘少，操作维修方便 辊磨机在结构上能防止磨盘和磨辊接触，故与运转平稳，震动小，噪音小。辊磨机采用整体密封，漏风小。由于系统简单，扬尘点少，而且一般采用负压操作，环境清洁。（7）辊磨机的磨损件少，主要是辊子衬套和磨盘衬套，更换方便，仅数小时即可完毕。综合考虑生料磨机选择立磨,采用采用外循环系统，可以保证磨内有足够的物料，并且粉磨合格的物料及时从磨内卸出，提高粉磨效率。图4-2生料制备系统4.1.4生料粉均化系统 生料的均化在生料均化链中是最后一个均化环节，也是保证入窑生料符合指标要求的最重要的均化环节。随着工程对水泥质量和强度提出了较高的要求，一系列物料均化技术出现，均化工艺已经是现代水泥生产工艺工程中必不可少的技术环节。 出磨的生料粉其化学成分总难免有些波动，必须经过预均化以至调整，才能满足入窑生料控制指标的要求。生料的均化有间歇均化系统和连续均化系统。连续均化系统具有流程简单、操作管理方便和便于自动控制等优点；而间歇均化系统的均化效果则较好。选择何种均化系统主要取决于出磨生料成分的波动情况、工厂的规模、自动控制的水平及入窑生料质量的要求，并综合考虑生料制备系统四个均化环节的合理匹配。在生料均化链中生料的均化是最后一个均化环节，也是保证入窑生料符合指标要求的最重要的均化环节。一般来说，当出磨生料成分波动不大，特别是设有预均化堆场的工厂。计测和控制水平较高时，磨机出料均化周期较短，则可采用连续均化系统。当出磨生料成分波动大，计测和控制水平不高时，磨机出料均化周期较长，则以采用间歇均化系统为宜。本设计生料的均化系统采用连续均化系统。表4-3 生料均化工艺流程图4.1.5煤粉的制备系统4.1.5.1煤的破碎和预均化系统由于入厂煤的粒度较大，所以在进入煤预均化堆场前要经过破碎，达到一定的粒度要求，有利于煤的均化，可以提高均化效果。本设计采用颚式破碎机，设备占地面积小，操作简单。煤的预均化效果，直接影响了煤粉的点燃和燃烧，进而影响窑的热工制度。均化原理同石灰石的均化原理，采用矩形均化堆场。4.1.5.2煤粉的制备制备煤粉的设备，目前大都采用烘干磨，主要有风扫磨、辊式磨和风扇磨三种。在水泥厂中，广泛使用辊式磨和风扫磨。风扇磨的机件易磨损，且其煤粉细度达不到回转窑用煤的细度要求，故不适用于水泥厂窑用煤粉的制备。立磨的占地面积小，生产操作灵活，产品粒度均匀且易于调节，综合考虑，本次设计采用立磨。4.1.6熟料烧成系统的选择目前水泥烧成设备主要有回转窑和立窑两大类，立窑为干法生产，回转窑则按其生料制备方法又分为湿法生产与干法生产两种。湿法窑有湿法长窑及带料浆蒸发机窑；干法窑有中空干法长窑及立波尔窑、带预热锅炉发电窑、旋风预热窑、立筒预热窑及预分解窑等短窑。从世界水泥工业发展趋势看，干法中空窑和湿法长窑由于单机产量低、热耗高；立波尔窑及料浆蒸发机窑则有本身结构复杂，操作维修要求高，扬尘大等缺点，其单机产量虽较高，而熟料质量却不如湿法窑；余热锅炉发电窑则由于窑的生产和发电机组的运行相互牵制，有时会形成恶性循环，因而使这些窑型在世界水泥工业中所占的比重日益减少。更由于世界性的能源日趋紧张，代之而起的是新型干法悬浮预热器窑和预分解窑。我国近年来已明确优先发展新型干法窑生产，除个别特殊情况可选用湿法窑外，新建大型厂多采用悬浮预热窑及预分解窑，而小型厂则可采用立筒预热器窑及机械化立窑，不允许再建设没有余热利用装置的中空干法窑。现有的湿法长窑及其它类型的老式干法窑，在条件具备时亦将陆续改造为新型干法窑。熟料烧成系统是水泥生产过程的中心环节，也是消耗大量燃料的工序。它包括窑、预热器、冷却机、喂料系统以及其它附属设备等。因此，选择烧成系统应该综合考虑原料燃料情况、产品质量要求、工厂规模、建厂的具体条件以及不同的烧成系统的特点。因此，综合考虑，本次设计采用预分解窑，预分解技术的特点是在预热器和窑之间增设分解炉，在分解炉中加入占总用量5060%的燃料，使燃料燃烧的过程与生料的预热和分解过程，在悬浮状态或沸腾状态下迅速地进行，入窑的生料分解率可达90%左右，因此窑的热负荷大为减轻，而产量却成倍增长。图4-4熟料烧成系统4.1.7矿渣的粉磨系统由于入厂的矿渣水分较大，所以必须采用烘干兼粉磨的立磨，又由于矿渣比较难磨，所以要预粉磨，粉磨到到一定粒度，有利于生产的稳定操作和设备运转的稳定。本设计采用立磨系统。图4-5矿渣制备系统4.1.8水泥的制备系统水泥粉磨工艺流程主要有开路流程和闭路流程两种，其中闭路系统又可分为多种不同的种类。在水泥粉磨中，开路系统主要应用在管磨机上，广泛使用高细管磨机。由于开路系统中往往过分磨现象严重，且水泥温度超标的问题，因而从节能的角度考虑，闭路系统受到推崇。在目前的流程组合上，总的来说，人们一方面希望得到简单的工艺流程，但是由于简单的流程又不能最大可能地降低单位成本和提高产品质量，因而人们往往不得不在简化流程和提高效益中寻求最佳的平衡。这也形成了目前粉磨系统发展的两个方面：一是寻求单一的粉磨设备以尽可能地简化流程，节省投资，并在此基础上降低粉磨能耗，如各类高细磨的开发以及发展立磨、辊压机终粉磨系统；二是在现有的粉磨设备的基础上开发出能够尽可能降低粉磨能耗的粉磨流程，如各种预粉磨、联合粉磨系统。本次设计选择闭路流程，流程图如下：图4-6水泥粉磨系统4.1.9水泥库及包装系统的确定水泥库的圆库型式较多，主要区别在于库低的形状不同。水泥厂采用圆库储存物料时，圆库的直径规格不宜太多，采用库群布置时，库的高度和直径尽可能的统一。水泥发运系统包括水泥散装系统和水泥包装系统。水泥散装是水泥供应和运输方面的重大改革，是发展水泥生产、厉行增产节约的重大措施，也是水泥发运系统的发展方向。在选择水泥发运系统时，应尽量考虑采用水泥散装。目前水泥包装机可分为两大类，一类是固定式包装机，另一类是回转式包装机。我国国定式包装机有单嘴、二嘴、四嘴。其包装能力分别为1520、30、60t/h。这类包装机劳动条件差，粉尘浓度大，包装能力低，主要用于小型水泥厂及一些老的中型水泥厂。我国回转式包装机有6、10、14嘴等数种，其包装能力分别为4053、85、96t/h。本设计选择回转式包装机。4.2主机设备选型、储库堆场计算4.2.1各种主机小时产量（周平衡法）表4-7 水泥厂主机年利用率主机名称年利用率生产周制（日/周）生产班制石灰石破碎机0.20.246每日一班，每班67小时0.40.486每日两班，每班67小时生料磨闭路0.787生料磨开路0.807窑0.857煤磨0.650.757水泥磨闭路0.827水泥磨开路0.85回转烘干机0.700.807包装机0.200.246每日一班，每班67小时0.400.486每日两班，每班67小时0.230.287每日一班，每班67小时0.460.567每日两班，每班67小时表4-8 水泥厂主机每周运转小时数主机名称每日运转时间（h/日）每周运转时间（h/周）成产周期（日/周）生产班制石灰石破碎机6736426每日一班，每班67小时121472846每日两班，每班67小时生料磨221547窑241687煤磨