无机非金属材料工程课程设计--日产熟料5000t水泥粉磨车间设计.doc

课程设计说明书日产熟料5000t水泥粉磨车间设计 目 录摘要 .2引言.31. 工艺设计的要求、任务和原则 .41.1 设计要求 .41.2 设计任务 .41.3 设计原则 .42. 配料计算 .52.1 率值的确定 .52.2 原始数据 .5 2.2.1 原料及煤灰的化学成分 .5 2.2.2 烟煤的工业分析 .5 2.2.3 原燃料资源状况 .52.3 配料计算 .6 2.3.1 孰料热耗确定 .6 2.3.2 干原料的配合比 .6 2.3.3 湿原料的配合比 .72.4 石膏 .7 2.4.1 石膏的作用 .7 2.4.2 石膏的掺量计算 .82.5 混合材 .8 2.5.1 混合材的应用 .8 2.5.2 混合材的掺量计算 .83. 物料平衡 .9 3.1 回转窑煅烧系统规格及生产能力确定.9 3.1.1 回转窑煅烧系统规格 .9 3.1.2 生产能力确定 .103.2 原燃料消耗定额计算 .103.3 物料平衡表 .124. 粉磨流程选择及粉磨系统流程图 .135. 设备选型 .14 5.1 球磨机选型 .15 5.2 辊压机选型 .15 5.3 选粉机选型 .15 5.4 收尘设备选型 .16总结 .18参考文献及附录 .19致谢 . .20摘 要 水泥粉磨在水泥生产过程中一个至关重要的环节，因此合理选择粉磨流程和设备对保证产品质量，降低电耗具有极其重要的意义。 本次设计的内容是日产5000t孰料的粉磨系统，在设备选型上，尽量选择操作简单、维修方便、节能环保的设备,设计的具体内容为：配料计算、物料平衡、设备选型、流程及车间布置等。 在孰料粉磨环节，目前采用最广泛的是混合粉磨系统，该系统其主要设备有辊压机、选粉机、磨机、收尘器等，混合粉末系统是预粉磨和终粉磨相结合的方式。从选粉机中卸出的一部分粗粉回入磨中，一部分粗粉与物料一起喂入辊压机进行循环粉磨。混合粉磨系统由于辊压机承受比预粉磨或者终粉磨大的任务，而辊压机是一种节能型的粉磨设备，因此相比之下混合粉磨系统更加节能环保。关键词：水泥粉磨 设备选型 车间布置 粉磨系统 引 言 当前，水泥工业己具有很多全球化特征。全球水泥工业预计每年增长3%，目前随着水泥消费量以接近世界经济发展的速度稳定增长，全球水泥产量预计约为22亿吨。中国的产量已占到总量的44%。从水泥消费量看，中国名列第一，印度及美国紧随其后。美国为满足其需要去年从加拿大、中国及泰国共进口水泥量超过3000万吨。一些水泥企业热衷于建新厂和扩大现有产能，这种热潮将终止在2010年前，它将使产能增长超过1400万吨，预计美国国内水泥还要大量进口。全球信贷市场和投资商信心的恢复，国际原油价格的回升，将全面带动新兴市场国家和石油国家的GDP增长，从而增强对水泥的需求。从长期来看，在全球年GDP（不包括中国）增长3%4%的基础上，全球水泥窑产能需求（不包括中国）预计将达到约60007500万吨年。新签水泥窑产能的需求发展将作为全球水泥行业设备和服务总需求发展的一个指向标。在大多数新兴市场地区（非洲、中东、南美和东南亚）会出现较强劲增长。拉法基的分析数据显示，2012年中东和非洲地区新增产能增长率预计为3%8%，拉美地区为4%9%，亚洲地区为6%11%。相关机构预计全球（除中国市场）水泥产量在2012年上升3%4%。预计2012年下半年水泥需求会出现稳定迹象，2013年会持续复苏。随着预分解窑的大型化，水泥行业的粉磨系统也断更新和改进，大型磨机不但可以提高粉磨效率，减少辅助设备， 也有利于降低产品的成本。与此同时，磨机采用新型耐磨材料和磨机部件材质，力求在改进磨机结构，提高加工精度的同时进一步提高磨机综合效率和使用寿命。为了适应磨机大型化的要求，圈流粉磨作业也越来越多，作为其重要的配套设备的选粉机也得到了较大的发展，选粉机发展的主要趋势是进一步提高分级效率，提高单机物料处理量，结构简单化，机体小型化，可进行遥控操作等。随着科技的发展各种助磨剂的面世，也大大提高了粉磨的效率，助磨剂能够消除水泥粉磨时物料的结块及黏糊研磨体及衬板的弊端，改善钢球磨粉磨条件，提高粉磨效率，因此受到越来越多的重视。除了对设备进行改进外也可对粉磨过程进行改进，磨机在粉磨物料时，会使大部分能量转化为热能传递给物料，使得物料的温度过高，这样不但使二水石膏脱水，失去作为水泥缓凝剂的作用，而且温度过高还会使物料粘结，黏糊研磨介质，从而降低粉磨效率，因此，在粉磨过程中向磨机内喷水，在选粉机内通冷却风对水泥进行冷却，提高粉磨效率，改善水泥品质。因此选择合适的水泥粉磨工艺流程和设备型号不但能提高水泥的产量和质量，还能起到节能环保的作用，本人设计的水泥粉磨车间，采用的是混合粉磨系统，从选粉机中卸出的一部分粗粉回入磨中，一部分粗粉与物料一起喂入辊压机进行循环粉磨，这样既减缓了磨机的工作量，又提高了产量，本次设计就是本着这一宗旨对日产5000t熟料生产线粉磨车间进行设计的。 1. 工艺设计的要求、任务和原则1.1 设计要求 本次设计生产的产品达到国家标准，在此次设计中，采用新技术、新设备以及自动化生产，在保证产品质量的同时，注重节能环保，在设备选型问题上，选用管理维修方便、节能的设备。1.2 设计任务 此次设计任务是设计日产5000t熟料的水泥粉磨车间1.3 设计原则 要求有根据地选择所有需要的生产设备，不仅要满足生产的需要还要工艺简单、经济合理，并且对环境的影响尽量小。设计的基本原则：（1）根据产品的品种、质量、生产规模进行设计 设计要求规定的产品品种、质量要符合指导老师设定的要求。设计生产规模具有一定的范围，设计规模应该在该范围之内。（2）设备的生产能力与生产规模相匹配 设备要与生产规模相适应，粉磨车间设备的生产能力应该根据国内外近似规格的设备进行标定，既要充分发挥设备的能力，但又不要强化操作，也不应出现生产力过剩的现象，造成资源的浪费。（3）选择先进、经济合理的工艺流程及设备 在选择生产工艺流程和设备时，要尽量考虑经济问题，对于新工艺、新技术必须经过生产实践鉴定合格后才能在设计中应用，通过对比选择较先进、经济合理的工艺流程，而设备的选型可采用由辊压机、球磨机、高效选粉机组成的混合粉磨系统 。（4）合理考虑机械化、自动化水平 机械化和自动化水平应与工厂生规模相适应，自动化水平是现代化连续性大规模生产的保证，机械化和自动化不仅可以使生产稳定进行，而且使工人劳动量大大降低。（5）环境保护符合标准 设计时要借鉴成熟的经验，采用先进的工程技术和工艺设备，尽量避免不利影响的产生，把对生态环境的影响降低到最低限度。采用的混合粉磨系统减少了能耗，提高了能源的利用率。对粉尘的控制要严格，采用收尘设备，将生产中的粉尘进行收集，最终达到废气排放国家标准。 2. 配料计算2.1 率值的确定在一定的工艺条件下，熟料中各氧化物的含量和彼此之间的比例关系的系数即率值是水泥生产质量控制的基本要素，国内外水泥厂都把率值作为控制生产的主要指标。目前，我国主要采用石灰饱和系数（KH）、硅率（n）、铝率（p）三个率值。对于新型干法水泥生产工艺，水泥熟料率值大致范围为：= 0.860.91,n = 2.22.6 ,p = 1.3 1.8,根据设计工艺条件设定三个率值为：= 0.900.01,n = 2.50.1, p =1.60.12.2 原始数据 2.2.1 原料及煤灰的化学成分表2-1 原料及煤灰的化学成分名称烧矢量 %SiO % AlO%FeO %CaO %MgO %总和 %石灰石39.103.221.401.2852.330.7598.08粘土6.8367.9015.545.641.192.2299.32砂页岩3.1089.273.511.330.801.3099.31粉煤灰3.8149.2730.727.694.221.1496.85铁矿石2.1251.475.7133.082.511.6996.58烟煤0.0051.3330.145.345.031.2493.082.2.2 烟煤的工业分析表2-2 烟煤工业分析名称水分（Mar/%）挥发分（Var/%）灰分（Aar/%）固定碳（Car/%）热值（Qar/kJ/kg）烟煤1.8523.9821.4252.7523942.722.2.3 原燃料资源状况表 2-3 原燃料资源状况名称概况石灰石自备矿山，中硬，含水量1%砂页岩自备矿山，含水量2%铁矿石外购，铁矿尾砂，含水量15%粉煤灰外购，含水量0.5%矿渣（混合材）外购，碱性，含水量15%石膏外购，三氧化硫 ：40%；W：少量；块状粒度300毫米燃料烟煤易磨性系数1.36，块状80毫米2.3 配料计算 2.3.1 熟料热耗确定 随着新型干法水泥煅烧技术和设备的不断改善和提高，熟料的热耗不断降低，根据目前国内新型干法水泥厂热值参考，本次设计熟料热耗取3200 KJ/Kg。 2.3.2 干原料的配合比计算（1）煤灰掺入量计算 = 100% = 100% = 2.86%（2）根据已知率值，计算熟料的化学成分：设 = 96%，则 := = = 3.37%= P = 1.63.37% = 5.39% = n(+) = 2.5 (3.37%+5.39%) = 21.90% =-( + + ) = 96% -(5.39%+21.90%+3.37%) =65.34%得出熟料化学成分为： 65.34% ， 21.90% ， 3.37% ， 5.39%（3） 递减试凑求配比 以100Kg熟料为基准，列表递减试凑如表2-4，其中要求熟料的各化学成分减掉煤灰带入的成分后，便是应由各原料提供的成分。表2-4 生料、熟料化学成分名称配合比（%）烧矢量SiOAlOFeOCaO石灰石粉煤灰砂页岩铁矿石84.484.788.881.8633.030.180.280.042.722.367.930.961.181.470.310.011.080.370.120.6244.210.200.070.05生料10033.5313.972.972.1944.53灼烧生料10021.024.473.2966.99灼烧生料 煤灰100-2.862.8620.421.474.340.863.200.1565.070.14熟料10021.895.203.3565.21（4） 率值的计算核对与偏差 根据以上数据分别计算 、 、 值 = = =0.9048 = = = 2.56= =1.55表2-5 率值计算与偏差率值目标率值计算率值偏差 0.900.9050.005 2.52.560.06 1.61.550.05 由表2-5得知熟料三率值均在要求范围内，即可认为配料计算结果符合要求。各干原料的配合比为：石灰石 84.48% 粉煤灰 4.78% 砂页岩 8.88% 铁矿石 1.86% 。 2.3.3 湿原料的配合比 根据原燃料的含水率和干原料配合比，计算得出湿原料配合比，结果如表2-6：表2-6 湿原料配合比名称含水率（%）干原料配合比（%）湿原料配合比（%）石灰石184.4884.17粉煤灰0.54.784.73砂页岩28.888.94铁矿石151.862.162.4 石膏 2.4.1 石膏的作用 石膏是用作调节水泥凝结时间的组分，是缓凝剂。适量的石膏可以延缓水泥的凝结时间，使建筑施工中的搅拌、运输、振捣、砌筑等工序得以顺利进行，同时适量的石膏也可以提高水泥的强度及改善耐蚀抗渗性等。可供使用的石膏有天然石膏，还可以用工业副产石膏。 2.4.2 石膏的掺量计算 石膏的掺量要选择凝结时间正常且能满足其他性能要求的掺加量为最佳石膏掺加量，如果水泥中石膏掺加量不足，往往会加快水泥的凝结时间，造成通常所说的“快凝”、“急凝”、“闪凝”等现象，使施工难以进行：如果水泥中石膏的掺加量过多时，不但对水泥的缓凝不再有好的作用，还会对已硬化的水泥石产生削弱强度的膨胀应力，甚至造成安定性不良。因此，水泥中石膏的掺加量是很重要的。 通常水泥中的含量波动在1.5%2.5%之间，因此二水石膏的掺加量约为 3%5%，在本次设计中取水泥中含量为2%，已知石膏中则石膏含量为40%。 石膏掺量d = 100% = 5%2.5 混合材 2.5.1 混合材的作用混合材料是指在粉磨水泥时与熟料、石膏一起加入磨内用以提高水泥产量、改善水泥性能、调节水泥标号的矿物质材料。 水泥中掺入混合材的作用：（1） 提高水泥产量，降低水泥生产成本，节约能源，达到提高经济效益的目的；（2） 有利于改善水泥的性能，如改善水泥安定性，提高混凝土的抗蚀能力，降低水泥水化热等；（3） 调节水泥标号，生产多品种水泥，以便合理使用水泥，满足各项建筑工程的需要；（4） 综合利用工业废渣，减少环境污染，实现水泥工业生态化。 2.5.2 混合材的掺量 生产普通硅酸盐水泥时，国家的标准规定矿渣的掺量质量百分比为1%5%，在此次设计中矿渣掺量为3%。 3. 物料平衡3.1回转窑煅烧系统规格及生产能力确定 3.1.1回转窑煅烧系统规格 日产5000t熟料的回转窑，由教材水泥工业热工设备图2-98查得D=5.2m 查得数据5D6m，=0.2m，得=D-2 = 4.8m由教材图 2-100、2-101、2-102 得、 、 =2.84.2 取平均值 = 3.5 t/=8.813.5 取平均值 = 11.2 t/h = 123 235 取平均值 = 179 Kg/h -单位容积产量 -单位截面积产量 -单位表面积产量 =0.096=0.096 =4.91m L =24 = 24 =76 m =250 =250 = 15.6 考虑衬砖厚度 则筒体内径D = + 2 =4.91 + 20.2 = 5.31 m考虑窑体数据应取整数 确定回转窑内径为5.3m 长76m 窑的台时产量Q =0.2725=198 t/h考虑窑产量提高，假设提高15% 则设计的台时产量最高 = Q1.15 = 227.7 t/h 窑的台数 n = = 0.91 台 取 n = 1 标定熟料的小时产量 = 208.3 t/h ; 熟料的日产量 = 5000 t/h 熟料的年产量 = 168万t/y 3.1.2 生产能力的确定工厂水泥小时产量 ： = （100 p)/(100d e) P-水泥的生产损失（%），可取为1%3%，计算中取2%； d-水泥中石膏的掺入量（%），石膏中含为40%，若取水泥中S含量为2.0%时，石膏的掺量为5% e-水泥中混合材的掺入量（%），高炉矿渣的掺量在1%5%，计算中取掺量为3% 则 水泥时产量 = （100 p)/(100d e) = （100 2)208.3/(1005 3) = 221.9 t/h水泥日产量 = 24 = 221.9 24 = 5325.6t/d水泥年产量 = 336= 5325.6336 =178.9万t/y3.2 原燃料消耗定额计算（1） 原料消耗定额 考虑煤灰掺入量时，1t熟料的干生料理论消耗量： = = =1.46 式中 -干生料理论消耗量，t/t 熟料 ； S -煤灰掺入量，以熟料百分数表示 ； -干生料的烧矢量 ，% 。 考虑煤灰掺入量时，1t熟料的干生料消耗定额： = = = 1.52 式中 -干生料消耗定额，t/t熟料； -生料的生产损失，%，一般在3% 5%，本次设计取值4%； 各种原料消耗定额： = =1.5284.48%=1.28 t/t熟料 =1.29 t/t熟料 = =1.524.78% = 0.0726 t/t熟料 = = 0.0729 t/t熟料 = 1.52 8.88% = 0.135 t/t熟料 = =0.138 t/t熟料 = = 1.52 1.86%=0.0283 t/t熟料 = = 0.0333 t/t熟料 （2）干石膏消耗定额： = = = 0.058 t/t熟料 式中 -干石膏消耗定额 ， d,e -分别表示水泥中石膏、混合材的掺入量，% ； -干石膏的生产损失 ，%。 （3）干混合材消耗定额： = = = 0.0331 t/t熟料 = = 0.039 t/t熟料 式中 ，-干、湿混合材消耗定额 ，t/t熟料； d,e -分别表示水泥中石膏、混合材的掺入量，% ； -干混合材的生产损失 ，%； -混合材含水率 ， %。 （4）烧成用干煤消耗定额： = = = 0.138 t/t熟料； = = 0.14 t/t熟料式中 、-烧成用干、湿煤消耗定额，t/t熟料； -干煤的生产损失，%； Q-干煤低位热值，KJ/Kg干煤; q-熟料烧成消耗，KJ/Kg熟料; Mar-烟煤的含水率。3.3 物料平衡表 根据前两节所求数据求出该生产线的物料平衡表如下： 表 3-1 物料平衡表物料名称生产水分生产损失消耗定额（t/t熟料）物料平衡量（t）干料湿料干料湿料hdahda石灰石1.000.001.281.29266.663982335416268.764492353812粉煤灰0.500.000.070.0715.12362.913245115.18364.3132976砂页岩2.000.000.140.1428.12674.924633128.74689.8251762铁矿石15.00.000.030.035.895141.551640.26.936166.560759生料0.004.001.521.53316.675982773416318.776492791812石膏0.001.500.0580.05812.08289.997424.4-混合材15.01.800.0330.0396.89165.5555998.12194.965509熟料0.000.00-208.350001680000-水泥0.002.00-221.953261789401-烧成用煤1.853.000.1380.1428.75689.923180329.16699.92351624. 粉磨流程选择及粉磨系统流程图水泥粉磨系统分为开路和闭路两种，由于闭路粉磨有利于水泥的质量，且经济效益好，因此闭路系统在水泥粉磨中应用广泛，本次设计采用混合粉磨系统，其为预粉磨和终粉磨相结合的方式，从选粉机中卸出一部分粗料回入磨中，一部分粗料与原料一起喂入辊压机进行循环粉磨。闭路系统单位产品电耗较开流磨约10%20%，且产品细度波动少，由于通过球磨机的负荷减少，故而磨机的温度也降低了，从而改善了水泥的质量。但是该粉磨系统流程较为复杂，附属设备多，维修工作量大，设备运转率相对要低一些，操作管理要求高，基建投资大。 图 4-1 混合粉磨系统流程图 1.料仓；2.辊压机；3.磨机；4.提升机；5.选粉机；6.粗粉分离器； 7.收尘器；8.排风机 5. 设备选型5.1 球磨机选型 确定粉磨车间的工作制度 （1）水泥粉磨车间采用三班制，每班工作8 小时，每年工作336天。 （2）根据车间运作班制和主机运转小时数，确定主机的年利用率。 = = = 0.92式中 -每年工作日数，d/a； -每日工作班数，班/d； -每班主机运转小时数，h/班。 （3）主机要求小时产量(t/h) = = = 222.03式中 -物料平衡量，t/a； - 主机的年利用率。（4） 设备选型 设计的主机小时产量为222.03t，对于4.2 13 的磨机小时产量为150t,当选择2台该设备时能满足222.03t/h的生产要求，选用4.2 13 m的水泥磨，该型号磨机主要技术参数见如下表： 表 5-1 水泥磨机技术参数磨机规格4.2 13研磨体装载量（t）209转速（r/min）15.6入磨粒度 (mm) 20生产能力（t/h）150传动方式中心传动主电动机功率（Kw）3150主减速机型号JS140-C或者 MFY320设备重量（t）2555.2 辊压机选型 辊压机属于粉床粉磨，其挤压粉磨技术使粉磨技术上的重大变革，因增产、节能效果显著备受水泥界关注，主要由磨辊、主机架、进料装置、传动、液压以及安全保护等装置组成，辊压机是由两个速度相同、辊面平整做相对转动的辊子组成的，物料由辊子上部喂入，随着两个辊子运转物料被嵌入，并在高压下挤压成强度低充满裂纹的扁料片，料片大部分由细分组成，辊压机粉磨时要求高压、稳定、满料。 （1）确定辊压机的循环负荷为150%，即出辊压机的粗粉回料量与进水泥磨的细粉量之比为1.5:1.则要求辊压机的小时处理量为： = (1+L)G = (1 + 150% ) 135 = 337.5t/h式中 -要求辊压机的小时处理量 ； G -标定的水泥磨产量，t/h ； L- 辊压机的循环负荷。根据辊压机的时处理量，设计选择G140-80辊压机，规格如下表：表 5-2 辊压机技术参数型号RP16-170/140辊子直径(mm)1700辊子宽度(mm)1400处理能力(t/h)760入料粒度(mm)60入料温度(摄氏度)120功率（KW）110024P5.3 选粉机选型 闭路流程的干法粉磨系统的分级设备采用选粉机，选粉机有一下几种：通过式、离心式、和高效选粉机。本次设计采用高效选粉机。采用高效选粉机可使粉磨系统产量提高10 %30%，本次设计采用O-Sepa选粉机，其主要结构及原理：主体是一个蜗壳旋风筒，内设笼型转子，其外圈装一圈导向风叶，物料从顶部喂入到撒料盘上，靠离心力将物料抛出，粗粉则受离心力作用下落到锥形斗卸出，细粉随风上升，随风速下降而沉落，在细粉卸出口卸出。根据水泥粉磨标定能力135t/h 则 选粉机规格,/min = = =2700 /min式中 -O-Sepa选粉机的规格，/min； -水泥磨的产量，Kg/h ； L-O-Sepa选粉机的循环负荷，可取200%； -最大的喂料浓度， =2.5 Kg/min。 因此，选择型号N-3000的O-Sepa选粉机，其规格和性能如下表：表 5-3 O-Sepa选粉机的技术参数型号N-3000风量（/h）180000产量（t/h）144150最大喂料量（t/h）450转子转速（r/min）85205功率（KW）160质量（Kg）27600 5.4 收尘设备选型袋式收尘器打的多孔纤维材料对含尘气体过滤可处理亚微米级细尘粒，收尘效果比较好。因此收尘设备选用袋式收尘器。袋式收尘器种类多，在本次设计中采用气箱式脉冲收尘器。，该中收尘器能有效的收尘，使排放气体中粉尘含量达到国家废气排放标准，达到保护环境的目的。根据磨机的选型，计算收尘风量 = (1-)W3600 =2827(1-)W =282716（1-0.32）0.5 = 15378.9 /h 考虑磨尾漏风20% ，则从磨尾排出风量为 = 1.2 = 15378.91.2 =18454.7 /h 因为水泥磨有两台，因此粉磨系统总的排出风量： = 2 =36909.4 /h 根据所处理的含尘气体量选择收尘设备，在本次设计中选用PPCS96-6型收尘设备，其具体的参数如下表：表 5-4 PPCS96-6型收尘设备技术参数型号PPCS96-6处理风量（/h）40100总过滤面积（）480滤袋条数480过滤风速（/min）1.