水泥粉磨车间课程设计陈春阳.doc

太原工业学院课程设计说明书题目: 水泥粉磨车间设计院 系： 材 料 工 程 系 专业班级： 无机非金属材料工程1220731班 学 号： 122073142 学生姓名： 陈 春 阳 指导教师： 米 增 财 2015年 6月 25日目 录摘要绪论第一章 配料计算 第一节 窑的生产能力标定 第二节 原、燃料的选择及确定原料配比 第三节 率值计算第二章 物料平衡计算 第一节 消耗定额计算 第二节 原燃材料需要量计算 第三节 编制物料平衡表第三章 工艺流程选择设备选型第一节 工艺流程选择第二节 主机选型 第三节 附属设备选型第四章 绘制水泥粉磨车间工艺流程图参考文献摘 要 水泥粉磨是水泥制造的最后工序，也是耗电最多的工序。其主要功能在于将水泥熟料(及缓凝剂、性能调节材料等)粉磨至适宜的粒度(以细度、比表面积等表示)，形成一定的颗粒级配，增大其水化面积，加速水化速率，满足水泥浆体凝结，硬化要求。水泥粉磨是水泥成品制备的重要工艺过程，它直接影响水泥质量的好坏，因此水泥粉磨车间的设计在整个水泥厂设计中占有很重要的位置。本论文就是对日产熟料2500t的新型干法窑水泥粉磨车间进行设计，根据相关文献及产量要求对水泥的配料方案、物料平衡和水泥粉磨车间系统设备的选型进行设计与计算，并据此对水泥粉磨车间的主要粉磨设备及相关的主要附属设备（选粉机、收尘器等）的型号进行选择。本次设计本着力求使产品达到“优质、环保、节能”的原则，对生产工艺技术方案以及粉磨车间设备进行了仔细的斟酌和取舍，并做出了水泥粉磨车间工艺流程的主视图和剖面图。关键词：水泥粉磨；水泥粉磨车间设计；物料平衡；设备选型。绪 论现代粉磨技术发展历经两个阶段：第一，20世纪50年代至70年代钢球磨机大型化及其匹配设备的优化改进和提高阶段；第二，20世纪70年代延用下来的挤压粉磨技术发展完善和大型化阶段。其发展特点是：(1)在钢球磨系统实现大型化的同时，创新研发挤压粉磨技术和装备20世纪80年代以来，随着预分解窑大型化，钢球磨系统也向大型化方向发展。用于水泥粉磨的钢球磨机直径已达5m以上，电机功率达7000kW以k，台时产量达300t以上。新设计的巨型磨机直径已达6m以上，传动功率达12000kW以上。采用大型磨机不但可以提高粉磨效率、降低衬板和研磨体消耗，减少占地面积，并且可以简化工艺流程，减少辅助设备，也有利于降低产品成本。长期以来，虽然圈流式钢球磨机作为水泥粉磨设备的基本型式，但由于开流磨机具有工艺流程简单、操作方便和易于进行自动控制等优点，许多小型磨机仍然采用，丹麦史密斯公司在小钢段磨的基础上，把两级磨合并在一个磨机上，开发了康必丹(Combidan)磨，既能用于开流，也能用于圈流。同时前苏联、美国、德国等国家还研发了喷射磨、离心磨、爆炸磨、振动磨、行星式球磨等新型磨机。辊式磨(Rollermill)的发展主要是20世纪70年代以来磨机结构和材质上的改进，并研发成功液力压紧磨辊代替弹簧压紧磨辊。辊压机亦称挤压机、双辊磨(Roller Press)，于1985年研制成功用于水泥工业，并逐渐大型化。20世纪90年代以来，这两种挤压粉磨系统不但在生料、矿渣终粉磨系统得到广泛应用，并且由它们单独或同短型钢球磨、高效选粉机组成的预粉磨、混合粉磨、联合粉磨、半终粉磨以及终粉磨系统亦得到比较广泛的推广应用，从而使水泥生产综合电耗由120kWht降低到90kWht左右。(2)采用高效选粉设备为了适应磨机大型化的要求，圈流粉磨作业越来越多，作为其重要的配套设备的选粉机也得到了较大发展。撒料式选粉机(又称机械空气选粉机)是水泥工业应用最早的具 有代表性的空气选粉设备，其直径已达llm以上，选粉能力达300th以上。为了与大型磨机相匹配，各种新型高效选粉机在水泥粉磨作业中也得到了日益厂泛的应用，同时亦可利用它进行水泥冷却，其选粉能力已达500th。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。(3)采用新型耐磨材料，改善磨机部件材质在磨机大型化后，无论钢球磨、辊式磨、辊压机都在不断采用新型耐磨材料制造磨机衬板、磨辊、磨盘等部件，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。(4)添加助磨剂，提高粉磨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，而受到越来越多的重视。(5)降低水泥温度，提高粉磨效率，改善水泥品质使用钢球磨机粉磨物料时，会使大部分输入能量转变为热能传递给物料，使粉磨物料的温度上升到100t以上。这样，不但会使二水石膏脱水，失去作为水泥缓凝剂的作用，而且温度过高还会使物料黏结，黏糊研磨介质，从而降低粉磨效率。因此，为了降低水泥粉磨时的温度，提高粉磨效率，改善水泥品质，广泛采用了许多新的冷却方法。例如：向磨内喷水，在选粉机内通风冷却和采用水泥冷却器对出磨水泥进行冷却等。(6)实现操作自动化水泥粉磨系统已广泛采用电子定量喂料秤、自动化仪表及电子计算机控制生产，实现操作自动化，以进一步稳定磨机生产，提高生产效率。磨内作业主要利用电耳、提升机负荷、选粉机回粉量及利用辊式磨内压差等进行磨机的负荷控制，对石膏掺加量等亦可用X荧光分析仪、电子计算机进行配料控制。(7)采取其他技术措施如降低入磨物料粒度，保证水泥成品的合理颗粒级配及根据产品标准选择适当的比表面积，改善配料，选择合理的熟料矿物组成，降低入磨物料水分等。(8)开发粉状输送的新型设备在广泛推广应用挤压粉磨的同时，在粉状物料输送方面，研发机械输送粉状的超高超重提升机、密封皮带机、新型空气斜槽等装备，代替气力输送粉体物料旧模式，力求水泥生产综合电耗的进一步降低。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，还能起到环保和节能的作用，本论文就是本着这一宗旨对一日产熟料2500t的水泥粉磨车间进行设计。第一章 配料计算第一节 窑的生产能力标定设计任务要求设计年产普通水泥88万吨，由于普通硅酸盐水泥中混合材掺量为6%到15%，设计中取10%，石膏掺量根据水泥中SO3含量确定。根据水泥年产量计算水泥熟料年产量： Qy=(100-d-e)/(100-p)Gy 式中：Qy要求的熟料年产量（t/a）； Gy工厂规模（t/a）；p水泥的生产损失（），可取为13计算中取2%；d水泥中石膏的掺入量（）（因石膏中含SO3为40%，若取水泥中SO3含量为0.8%时，石膏掺量为2%）； e水泥中混合材的掺入量（）； Qy=（100-2-10）/(100-2)880000=790000(t/y)根据水泥熟料年产量确定水泥熟料日产量： Qy=365Qd,对预分解窑年利用率为：85%95%，在此取=90%则有：Qd=2405（t/d）,参考窑的实际生产能力，对于日产熟料2000t的窑实际生产能力可达到2500t到3000t，可知对于日产熟料2405t的窑生产能力可以达到2500t，因此该窑可以标定为日产熟料2500t。 对于日产熟料2500t的窑，熟料小时产量产量:Qh=Qd/24=104.17(t/h),熟料年产量:Qy=365Qd=821250（t/y）；相对应的水泥小时产量:Gh=(100-p)/(100-d-e)Qh=116.04(t/h), 水泥日产量：Gd=24Gh=2784.96（t/d）,水泥年产量：Gy=365Q=914859.36（t/y）。第二节 原、燃料的选择及确定原料配比1.2.1 原料和燃料的选择煤的工业分析表1-1名称水分（Mar/%）挥发份（Var/%）灰分（Aar/%）固定碳（Car%）热值(Qar%)烟煤1.2426.2817.9354.5524835.32无烟煤1.425.4117.3275.8526835.40原料及煤灰成分表1-2名称烧失量SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgO总和石灰石39.53 3.85 1.14 0.74 52.14 0.87 98.27 粘土7.27 67.37 15.76 5.49 2.20 1.86 99.95 砂页岩2.03 88.52 2.91 1.74 2.08 0.94 98.22 粉煤灰2.33 51.46 30.27 7.75 4.10 1.02 96.93 铁矿石2.83 48.87 6.08 34.26 1.55 1.66 95.25 烟煤煤灰0.00 47.86 30.21 8.85 6.24 0.77 93.93 无烟煤煤灰0.00 47.52 30.79 9.84 4.98 1.85 94.98 对于回转窑由于煅烧熟料时要求火焰的长度比较长，因此燃料常选烟煤。考虑到节省土地和尽量利用废弃物的原则原料可以选石灰石、砂页岩、粉煤灰、铁粉四种，其中粉煤灰和砂页岩按一定比例混合等效于粘土。1.2.2 确定原料配比根据实际经验值，石灰石配合比在80%左右，砂页岩10%左右，粉煤灰10%左右，铁粉4%左右，据此可以设定干燥原料配合比为：石灰石84%，砂页岩8%，粉煤灰5.5%，铁粉2.5%，以此计算生料的化学成分。表1-3名称烧失量SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgO石灰石33.20523.2340.95760.621643.79760.7308粘土0.16247.08160.23280.13920.16640.0752砂页岩0.128152.83031.664850.426250.22550.0561粉煤灰0.070751.221750.1520.85650.038750.0415铁矿石33.566514.367653.007252.0435544.228250.9036灼烧生料21.430284.48550723.048086565.969291.347778对于日产熟料2500t的窑其单位熟料热耗可以取3100KJ/Kg，即q=3100KJ/Kg，则有：煤灰掺量GA=(qAyS)/(Qy100)，其中S粉尘的沉落度，有收尘设备时S=100；代入数据有GA=2.24%。煤灰掺量为GA=2.24%时，灼烧生料配合比=100%-2.24%=97.76%，可得表1-4名称配合比SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgO灼烧生料97.7620.950244.38503192.979809464.491571.317587煤灰2.241.0720640.6767040.198240.1397760.017248熟料10022.02235.06173593.178049464.631351.334835生料的化学成分如表中所示。2.3 率值计算根据率值计算公式有：KH=W(cao)-1.65W(Al2O3)-0.35W(Fe2O3)/(2.8W(SiO2)=0.89 SM=W(SiO2)/W(Al2O3)+W(Fe2O3)=2.67 IM= W(Al2O3)/W(Fe2O3)=1.6由计算的率值可以进一步所设定的原料配比是合理的。第二章 物料平衡计算第一节 消耗定额计算2.1.1 原料消耗定额计算考虑煤灰掺入量时，1t熟料的干生料理论消耗量:KT=(100-s)/(100-I)式中 KT干生料理论消耗量（t/t熟料）； I干生料的烧失量（）； s煤灰掺入量，以熟料百分数表示（）。则有：KT=（100-2.24）/（100-33.5665）=1.472（t/t熟料）；考虑煤灰掺入量时，1t熟料的干生料消耗定额：K生=100K干/（100-P生）式中 K生干生料消耗定额（t/t熟料）； P生生料的生产损失（），一般13，计算时取2%。则有：K生=（1001.472）/（100-2）=1.502（t/t熟料）；各种干原料消耗定额： K原=K生X式中 K原某种干原料的消耗定额（t/t熟料）； X干生料中该原料的配合比（）。则有：K干石= K生84%=1.262（t/t熟料）；K干砂=K生8%=0.120（t/t熟料）；K干粉= K生5.5%=0.083（t/t熟料）；K干铁=K生2.5%=0.038（t/t熟料）。各物料的湿消耗定额：K湿=100K干/(100-W0)式中 K湿、K干分别表示湿、干物料消耗定额（t/t熟料）； W0该湿物料的天然水分（）。则有：K湿生=100K生/(100-W0)=1.523（t/t熟料）其中W生=（0.841+0.082+0.0550.5+0.02515）/100=1.4%；K湿石=100K干石/(100-W0)=1.275（t/t熟料）；K湿砂=100K干砂/(100-W0)=0.122（t/t熟料）；K湿粉=100K干粉/(100-W0)=0.084（t/t熟料）；K湿铁=100K干铁/(100-W0)=0.045（t/t熟料）。2.1.2 石膏和混合材消耗定额计算干石膏消耗定额： Kd=100d/(100-d-e)(100-Pd)式中 Kd干石膏消耗定额（t/t熟料）； d，e分别表示水泥中石膏、混合材掺入量（）； Pd干石膏的生产损失（），可取3%。则有：Kd=2100/(100-2-10)(100-3)=0.023（t/t熟料）；湿石膏消耗定额：K湿d=100Kd/(100-W0)=1000.023/(100-1)=0.024(其中石膏含水量W石膏=1%)； 干混合材消耗定额： Ke=100e/(100-d-e)(100-Pe)式中 Ke干石膏消耗定额（t/t熟料）； d，e分别表示水泥中石膏、混合材掺入量（）； Pe干石膏的生产损失（），可取3%。则有：Ke=10100/(100-2-10)(100-3)=0.117（t/t熟料）；湿混合材消耗定额：K湿e=100Ke/(100-W0)=1000.117/(100-15)=0.138（t/t熟料）。2.1.3 燃料消耗定额计算 烧成用干煤消耗定额： Kf=100q/Q(100-PF)式中 Kf烧成用干煤消耗定额（t/t熟料）； q熟料烧成消耗（kJ/kg熟料）； Q干煤低位热值（kJ/kg干煤）； PF煤的生产损失（），一般取3,其中Q=100（Qy+25Wy）/(100-Wy),代入数据有 Kf=0.127（t/t熟料）烧成用湿煤消耗定额： Kf=100Kf/(100-W0)=1000.127/(100-1.24)=0.129（t/t熟料）。因为该生产流程采用预热烘干，所以不考虑烘干用煤的消耗。2.1.4 熟料及水泥消耗定额熟料的干消耗定额：K熟=1.000（t/t熟料），由于熟料中几乎不含水分，因此其湿消耗定额：K湿熟= K熟=1.000（t/t熟料）。水泥的干消耗定额：K水泥=K熟+Kd+Ke=1.140（t/t熟料）；水泥湿消耗定额：K湿水泥=K湿熟+K湿d+ K湿e=1.161（t/t熟料）。第二节 原燃材料需要量计算2.2.1 干原燃材料需要量计算干原燃材料需要量=各物料干消耗定额烧成系统生产能力 各干原燃材料小时需要量：石灰石M石= K干石Qh=131.46（t）；砂页岩M砂= K干砂Qh=12.50（t）；粉煤灰M粉= K干粉Qh=8.65（t）；铁矿石K干铁Qh=3.96（t）；石膏M石膏= KdQh=2.40（t）；混合材M混合材= KeQh=12.19（t）；烟煤M烟煤= KfQh=13.23（t）；生料：K干生=156.46（t）。各干原燃材料每天需要量：石灰石M石= K干石Qd=3155（t）；砂页岩M砂= K干砂Qd=300（t）；粉煤灰M粉= K干粉Qd=207.5（t）；铁矿石K干铁Qd=95（t）；石膏M石膏= KdQd=57.5（t）；混合材M混合材= KeQd=292.5（t）；烟煤M烟煤= KfQd=317.5（t）；生料：K干生=3755（t）。各干原燃材料年需要量：石灰石M石= K干石Qy=1036417.5（t）；砂页岩M砂= K干砂Qy=98550（t）；粉煤灰M粉= K干粉Qy=68163.75（t）；铁矿石K干铁Qy=31207.5（t）；石膏M石膏= KdQy=18888.75（t）；混合材M混合材= KeQy=96086.25（t）；烟煤M烟煤= KfQy=104298.75（t）；生料：K干生=1233517.5（t）。2.2.2 含天然水分原燃材料需要量计算含天然水分原燃材料需要量=各物料湿消耗定额烧成系统生产能力 各含天然水分原燃材料小时需要量：石灰石M石= K干石Qh=132.82（t）；砂页岩M砂= K干砂Qh=12.71（t）；粉煤灰M粉= K干粉Qh=8.75（t）；铁矿石K干铁Qh=4.69（t）；石膏M石膏= KdQh=2.5（t）；混合材M混合材= KeQh=14.38（t）；烟煤M烟煤= KfQh=13.44（t）；生料：K湿生=158.65（t）。各含天然水分原燃材料每天需要量：石灰石M石= K干石Qd=3187.5（t）；砂页岩M砂= K干砂Qd=305（t）；粉煤灰M粉= K干粉Qd=210（t）；铁矿石K干铁Qd=112.5（t）；石膏M石膏= KdQd=60（t）；混合材M混合材= KeQd=345（t）；烟煤M烟煤= KfQd=322.5（t）；生料：K湿生=3807.5（t）。各含天然水分原燃材料年需要量：石灰石M石= K干石Qy=1047093.75（t）；砂页岩M砂= K干砂Qy=100192.5（t）；粉煤灰M粉= K干粉Qy=68985（t）；铁矿石K干铁Qy=36956.25（t）；石膏M石膏= KdQy=19710（t）；混合材M混合材= KeQy=113332.5（t）；烟煤M烟煤= KfQy=105941.25（t）；生料：K湿生=1250763.75（t）。第三节 编制物料平衡表根据前两节所求数据绘制出该生产线的物料平衡表如下：表2-1水分生产损失消耗定额干料含天然水分的料干料/（t/t熟料）含天然水分的料/（t/t熟料）小时/ t日/ t年/t小时/ t日/t年/t石灰石1%-1.2621.275131.4631551036417.5132.823187.51047093.75砂页岩2% -0.1200.12212.503009855012.71305100192.5粉煤灰0.5% -0.0830.0848.65207.568163.758.7521068985铁矿石15% -0.0380.0453.969531207.54.69112.536956.25石膏1% 3%0.0230.0242.4057.518888.52.56019710混合材15% 3%0.0240.13812.19292.596086.2514.38345113332.5生料1.4% 2%1.5021.523156.4637551233517.5158.653807.51250763.75熟料- -1.0001.000104.152500821250 - - -水泥- 3%1.1401.161116.042784.96914859.36 - - -烧成用煤1.24% 3%0.1270.12913.23317.5104298.7513.44322.5105941.25 第三章 工艺流程选择设备选型第一节 工艺流程选择 水泥粉磨流程主要有两种型式开路流程和闭路流程。开路粉磨流程不设选粉机主要特点：流程简单，投资少，操作维护简便，但物料易产生过粉碎现象，粉磨效率低，产量低。闭路粉磨流程设有选粉机，主要特点：可消除过粉碎现象，提高产量，但流程较复杂，设备多，投资大，操作维护管理相对复杂。近年来，水泥粉磨已趋于闭路流程，特别是大型磨机更是这样，在闭路流程中，又趋向于球磨机、辊压机及高效选粉机不同组合的粉磨流程。对于设计的日产熟料2500t的小型生产线，水泥粉磨流程可以选择设有高效选粉机而不设辊压机的简单闭路水泥粉磨流程，其流程图如下图示：球磨机选粉机料仓收尘器图3-1第二节 主机选型 水泥粉磨流程中的主机为管磨机即球磨机，设计的窑台时产量为：Qh=104.17(t/h)，对于3.812的钢球磨其设计产量为55t/h，当选择两台同型号的钢球磨时产量可达到110t/h能满足生产要求，因此主机选型可确定为两台3.812的钢球磨，该型号钢球磨的主要参数如下表：表3-1规格（m）筒体转速(r/min)研磨体装载量(t)设计产量（t/h）3.81216.314355第三节 附属设备选型3.3.1 选粉机选型目前广泛使用的高效选粉机为OSepa型选粉机，对于OSepa型选粉机有： W=QC式中 W选粉机的生产能力（t/h）； Q选粉机的循环风量（m3/min）； C选粉浓度，各种OSepa选粉机的选粉浓度值在0.61Kg/m3，计算时可取0.8 Kg/m3；对于N2000型OSepa选粉机有：W=602000（0.61）=72120t/h，能够满足设计的窑台时产量为104.17(t/h)的生产要求，因此选粉机可以选择N2000型OSepa选粉机，其主要参数如下表：表3-2型号最大喂料量（t/h）产量（水泥）（t/h）风量（m3/min）转子速度(r/min)功率（KW）N20003607212020001052301002003.3.2 收尘器选型袋式除尘器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，因此收尘设备可选用袋式收尘器, 袋式收尘器种类比较多，可以选择喷吹式脉冲高效袋式收尘器，该种收尘器收尘效果好能有效控制环境污染。对于3.812的钢球磨的通风量：V=Di2(1-