新都年产230万吨P.S.A42.5水泥生产线制成车间工艺设计毕业论文.doc

洛阳理工学院本科毕业生毕业设计说明书 0 新都年产新都年产 230230 万吨万吨 P.S.A42.5P.S.A42.5 水泥生产水泥生产 线制成车间工艺设计毕业论文线制成车间工艺设计毕业论文 目录 第第 1 章章 绪绪 论论6 1.1 引言6 1.2 设计简介6 第第 2 章章 原料与燃料原料与燃料11 2.1 原料与燃料及其它设计参数11 2.1.1原材料化学成分（%）11 2.1.2煤的工业分析11 2.1.3其它11 2.2 水泥原料的质量要求（矿渣硅酸盐水泥）11 2.3 燃料的质量要求12 2.3.1 煤12 2.3.2 熟料热耗的选择13 第第 3 章章 配料计算与物料平衡配料计算与物料平衡14 3.1 配料计算14 3.1.1 原料选择14 3.1.2 率值及率值确定14 3.1.3 水泥配料方案15 3.2 物料平衡计算17 3.2.1 烧成车间生产能力和工厂生产能力的计算17 3.2.2 原、燃料消耗定额20 3.2.3 烧成系统和工厂的生产能力23 3.2.4 全厂物料平衡表23 第第 4 章章 主机平衡计算及选型主机平衡计算及选型25 洛阳理工学院本科毕业生毕业设计说明书 1 4.1 车间工作制度的确定25 4.2 主机选型25 4.2.1 破碎机的选型25 4.2.2 生料磨的选型26 4.2.3 窑系统26 4.2.4 煤磨的选型27 4.2.5 水泥磨的选型28 4.2.6包装机的选型29 4.3 主机平衡表29 第第 5 章章 储库计算储库计算30 5.1 确定各种物料储存期30 5.2 堆场计算30 5.2.1 石灰石预均化堆场31 5.2.2 联合预均化堆场32 5.3 储库计算34 5.3.1 生料配料站34 5.3.2 生料均化库（IBAU库）37 5.3.3 熟料储存库37 5.3.4 水泥配料站38 5.3.5水泥库40 5.4 储库一览表41 第第 6 章章 水泥制成车间设计计算水泥制成车间设计计算43 6.1 水泥制成车间介绍43 6.1.1 水泥粉磨的功能和意义43 6.1.2 现代水泥粉磨技术发展的特点43 6.1.3 水泥粉磨流程发展情况45 6.1.4 辊压机粉磨系统的发展46 6.1.5 辊压机水泥粉磨工艺方案47 6.1.6 本设计工艺流程49 洛阳理工学院本科毕业生毕业设计说明书 2 6.2 制成车间选型计算51 6.2.1 球磨机的设计计算51 6.2.2 水泥球磨机的热平衡计算58 6.3 辊压机系统选型计算61 6.3.1 辊压机选型计算61 6.3.2 V型选粉机、旋风筒选型及其他设备选型62 6.4 其他附属设备的选型计算63 6.4.1 O-SEPA选粉机63 6.4.2 收尘器65 6.4.3 水泥磨排风机66 6.4.4 喂料计量设备67 6.4.5 输送设备67 第第 7 章章 制成车间成本及技术经济分析制成车间成本及技术经济分析71 7.1 制成车间成本71 7.1.1 建筑工程费71 7.1.2 安装工程费71 7.1.3 设备购置费71 7.1.4 其他费用71 7.2 制成车间主要技术经济指标71 7.3 影响水泥企业成本的因素分析73 7.4 降低生产成本，提高经济效益的生产管理措施74 第第 8 8 章章 水泥制成车间工艺布置水泥制成车间工艺布置76 第第 9 章章 全厂平面工艺布置全厂平面工艺布置77 9.1 全厂总平面设计的基本原则77 9.2 全厂工艺平面布置说明78 结结 语语80 致致 谢谢81 参考文献参考文献82 洛阳理工学院本科毕业生毕业设计说明书 3 第 1 章 绪 论 1.1 引言 新型干法水泥生产自问世以来倍受世界各国的关注，特别是上世纪 80 年代 以来得到了突飞猛进的发展，国际水泥工业以预分解技术为核心，将现代科学技 术和工业化生产的最新成果广泛应用于水泥生产的全过程，形成了一套具有现代 高科技为特征和符合优质、高效、节能、环保以及大型化、自动化的现代生产方 法。新型干法水泥技术代表了现阶段最高的水泥烧成技术，可以提高窑单位容积 产量、提高窑砖衬寿命和运转率，且自动化水平高、生产规模大，可以选用低质 燃料或低价废物燃料，节省燃料，降低热耗和电耗，减小设备和基建投资费用、 CO 和 NO x 生成量少和事故率低，操作稳定。发展新型干法水泥技术是环境保 护和资源综合利用的必然结果。同时，新型干法水泥技术涵盖了许多丰富的理论 和科研成果，指导着水泥工业设计、研发、生产等工作的不断完善、优化和提升。 近年来，我国新型干法水泥生产技术也得到了飞速发展。尤其是进入 21 世纪， 大批 4000，5000t/d 熟料新型干法水泥生产线的建成、投产，标志着我国新型干 法水泥生产技术已经成熟。 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。 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、信息化等技术装备未能基础；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。 1.2 设计简介 本设计是 230 万吨/年水泥窑外分解窑水泥制成车间的工艺设计，参考国内同 等规模新型干法水泥厂水泥制成车间工艺设计，采用国内较成熟的先进经验和先 洛阳理工学院本科毕业生毕业设计说明书 4 进技术和设备，最大限度的降低能耗、降低基建投资，又最大限度的提高产、质 量，做到环保，技术经济指标先进、合理。 参考熊会思编著的新型干法水泥厂设备选型使用手册中预均化堆场的选 型，本设计石灰石设置型号为 YG500 的圆形预均化堆场，其规模 90m，堆贮能 力 52000t。石灰石矿山化学成分稳定，品质优良，均匀性好，储量丰富。厂区设 3 个 1231m 圆库储存石灰石用于生料配料，库有效储量 14109.88t，实际储存 时间为 2.05d，能满足生产的正常进行。 同时对原煤设置矩形预均化堆场，原煤成分的波动对烧成工艺、热工制度的 稳定性及熟料质量等影响极大，外购煤的质量难以完全预先控制，同时多点供应 原煤的可能性是存在的，并且考虑将来使用低品位原煤的需要，故设置原煤预均 化设施（储存 10 天） 。原煤预均化堆场规格为 35109m，堆场有效储量 7094.59t。 在生料粉磨方面，采用烘干兼粉磨的 ATOX50 立磨系统；此磨在国内几家新 建干法水泥生产线运行正常，其台时产量为：400t/h。入磨水分6%，出磨水分 0.5%，入磨粒度允许 2%100mm，出磨细度：80m 筛余10%，主电机功 洛阳理工学院本科毕业生毕业设计说明书 5 率 3800kw。为了减小磨机风环风速，降低磨内压降，节约粉磨电耗，设有物料 外循环系统。 生料均化库采用IBAU型均化库，其规格为 22.5 m60 m，有效储量 17000t，储期2.21d。该库集生料储存、均化和喂料于一体，具有均化效果好、电 耗低、系统简单、操作管理方便等优点。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。 出库生料经流量控制阀送至生料喂料计量仓，该仓下部设有荷重传感器，内 部设有充气装置，集混合、称量、喂料功能与一体。出混合仓生料经流量计计量， 由空气输送斜槽送至窑尾斗式提升机，送到预热器顶部后再经过分料阀分别喂入 双系列预热器的两个进料口。 熟料烧成采用带 DD 分解炉的双系列五级旋风预热器，DD 分解炉特别适合 于低挥发分煤的完全燃烧；旋风预热器结构优化，系统阻力低，节能效果显著。 燃烧器和篦冷机分别采用 NC-15 型四通道燃烧器和控制流空气梁篦冷机系统。日 产熟料正常生产能力 5000t，目标生产能力 5300t/d，熟料热耗 3050kJ/kg。窑尾预 热器采用 4-2-2-2-2 组合。预热器规格：C1为 4-4900mm，C2C3 均为 2- 6500mm，C4为 2-6800mm ，C5为 2-7200mm。出 C1废气量为 1.81Nm3/kg 熟料。DD 分解炉：直径 8560mm，有效高度 26.4m。窑与分解炉用煤比例为 40%和 60%。回转窑规格为：4.8m72m，斜度 3.5%，正常转速 3.5r/min。窑尾 收尘采用增湿塔加收尘效率高的低压长袋脉冲袋收尘器。 熟料储存库参考烟台东源日产 5000d 熟料生产线，采用 6042 圆库储存熟料， 储量 100000t。此圆库为帐篷库，与同类库相比，减薄了库壁的厚度，同时节约 了钢材。 另设有 2 个 1534m 的熟料汽车散装库，储量为 4987.52t。配有 4 套熟料散 装装置，可库底或库侧散装发运熟料。在水泥销售淡季，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。 煤粉制备系统设计采用 HRM2200M 型辊式磨，其生产能力为 43 t/h。 该系统具有易操作、使用维护简单的特点，原煤经全密闭计量给煤机喂入辊 式磨烘干粉磨。烘干所需要的热源取自窑头篦冷机的废气。在入磨物料粒度 50mm，水分10%，出磨物料细度 200 目筛 80%通过，水分1%的条件下， 洛阳理工学院本科毕业生毕业设计说明书 6 系统设计产量为 4048t/h，配置电机功率 500KW。设有煤粉仓 2 个，1 个为分解 炉供煤，1 个为回转窑供煤。窑头和分解炉喂煤采用菲斯特秤计量。窑与分解炉 用煤比例为 40%和 60%。 管磨系统是矿渣水泥或矿渣的传统粉磨系统，矿渣一般要先烘干，烘干机投 资大，而且还须中间贮存，流程复杂，本次设计外购粒化高炉矿渣掺入量为 31%, 且含水量仅为 0.7%1%，因此可不用采用预烘干，先将矿渣贮存，再与熟料、石 膏等一起入磨，热风可直接入磨和选粉机等系统。 水泥粉磨参照实习去过的永安水泥厂，采用联合粉磨工艺粉磨，熟料、矿渣 和石膏经水泥配料站后先经辊压机初步粉磨，由 V 型选粉机选出的物料颗粒再送 至水泥磨细磨，部分细颗粒经旋风收尘器收尘后入磨细磨，V 选后的粗颗粒回称 重稳流仓至辊压机再次粉磨，以保证生产的连续性和稳定性。 水泥粉磨采用 2 套带 O-Sepa N-3500 选粉机的闭路球磨机粉磨系统，简单实 用、运转率高，调节水泥细度方便，能同时生产不同品种水泥。磨机选用了 4.213m 球磨机，其传动采用了中心传动系统，具有传递功率大、投资省、占 地面积小等优点。O-Sepa 选粉机所需一次风来自出旋风收尘器的一部分气体，二 次风来自磨尾含尘气体和磨系统各个收尘点提供，三次风来自空气，大大改进水 泥质量、提高粉磨系统产量。台时产量最高可达 210t/h，电机功率 160kW/台。磨 出水泥细度比表面积达 350m2/kg 左右。水泥成品经斜槽、提升机输送入水泥库， 系统废气经袋收尘器净化后的废气排入大气，正常排放浓度50 mg/m3（标） 。 10 座 1541m 圆型水泥库用于储存和发运水泥，每库储量 6667t，来自水泥 粉磨系统的水泥经斗式提升机、空气输送斜槽送入水泥库内，水泥库底可直接发 运散装水泥。水泥库底设有减压锥及充气装置，由罗茨鼓风机供气。出库水泥经 库底卸料装置、空气输送斜槽、斗式提升机送往水泥包装系统。采用 3 台 BX- 8WY 型八咀回转包装机包装水泥，台时产量为 100t/h,完全能满足生产的要求， 并设有电子校正称、破包机及破包清理等装置，具有称量精度高（袋误差为 0.1kg） 、密封性能好、扬尘小、自动化程度高及操作简便等优点。 生产线中央地带修建生产控制楼，生产楼内设置中央控制室，采用施耐德的 Quantum 和 Momentum PLC 控制系统控制，同时生产楼内设置车间办公室。化验 洛阳理工学院本科毕业生毕业设计说明书 7 室与中央控制室在同一栋楼，负责全厂原、燃材料、半成品和成品的物理检验、 化学分析及质量控制。 设置给水处理系统满足生产生活需要。生活、消防给水管网和生产给水管网 皆设计为环状管网。设置污水处理场对生活污水、生产废水进行处理。办公楼、 生产楼采用中央空调机组调节空气流量和温度；电气室、变电所、总降压站等处 采用柜式空调机调节空气流量和温度。 设计全厂收尘器均为袋收尘器。最大限度地保护当地的自然环境，对环境的 污染降到最小。 洛阳理工学院本科毕业生毕业设计说明书 8 第 2 章 原料与燃料 2.1 原料与燃料及其它设计参数 2.1.1 原材料化学成分（%） 表表 2-1 原材料化学成分（原材料化学成分（%） 项目LossSiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3Na2OK2O 石灰石42.662.422.311.1949.130.570.600.120.6099.60 砂岩1.1087.814.672.620.710.360.500.471.0099.24 硫酸渣5.1036.562.9548.023.241.62 1.001.2099.69 粉煤灰4.9455.8528.003.785.070.85 0.311.0099.80 石膏 41.30 煤灰 50.1034.105.007.401.30 1.21 99.11 高炉矿渣 33.2915.172.l539.516.611.26 95.84 收到基水分：石灰石 1.00%、砂岩 2.60%、硫酸渣 2.50%、粉煤灰 0.60%、石膏 4.00% 2.1.2 煤的工业分析 表表 2-2 煤的工业分析煤的工业分析 工业分析（%） MarCarAarVar 发热量 Qnet.ar KJ/Kg 1.0052.8016.0029.0125200 2.1.3 其它 洛阳理工学院本科毕业生毕业设计说明书 9 1）年平均气温 15 2）当地气压 752mmHg 3）地下水位 -11m 4）主导风向 西北 5）水泥袋散比：40%：60% 2.2 水泥原料的质量要求（矿渣硅酸盐水泥） 原料的成分和性能直接影响配料、粉磨、煅烧和熟料的质量，最终也影响水 泥的质量。水泥的原料应满足以下工艺要求： a 化学成分必须满足配料的要求，以能制得成分合适的熟料，否则会使配料困 难，甚至无法配料。 b 有害杂质的含量应尽量少，以利于工艺操作和水泥的质量。 c 应有良好的工艺性能，如易磨性、易烧性、热稳定性、易混合性等。 2.3 燃料的质量要求 2.3.1 煤 煤炭是水泥工业生产中使用最为广泛的一种燃料，我国水泥工业主要使用煤 做为燃料。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，灰分含量多，热值过低，会降 低与分解窑的生产效率，同时容易造成燃料燃烧不完全，预热分解系统粘结堵塞， 降低熟料质量。低品位煤除了火焰温度低外，还会因煤灰的沉落不均匀，对熟料 质量影响极大。 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。 水泥工业用燃料的质量分析包括以下几个方面： （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。同时结合生产实际，本 设计用煤热质为 25200kJ/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，易形成“短焰急烧”。综合考虑燃料 成本和技术条件，本设计中的使用的是烟煤，其挥发分相对较高，为 29.01%。 洛阳理工学院本科毕业生毕业设计说明书 10 （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%，本设计中所用煤的灰分为 16.00%。 （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，电耗也会增加。生产 中对煤粉的水分应控制在 1%1.5%。本设计中将煤的水分控制在 1.00%。 （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，在空 气中与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越 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。但是当煤粉太细时，其自燃的 几率也增大（见新型干法水泥技术P116） 。 2.3.2 熟料热耗的选择 我国的预分解窑的熟料烧成热耗一般为 31003300kJ/kg 熟料，但现有技术 已经使得水泥熟料烧成热耗有所下降，本设计选取单位熟料烧成热耗为 3050kJ/kg 熟料。 洛阳理工学院本科毕业生毕业设计说明书 11 第 3 章 配料计算与物料平衡 3.1 配料计算 3.1.1 原料选择 表表 3-1 原料化学成分（原料化学成分（%） 项目LossSiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3Na2OK2O 石灰石42.662.422.311.1949.130.570.600.120.6099.60 砂岩1.1087.814.672.620.710.360.500.471.0099.24 硫酸渣5.1036.562.9548.023.241.62 1.001.2099.69 粉煤灰4.9455.8528.003.785.070.85 0.311.0099.80 石膏 41.30 煤灰 50.1034.105.007.401.30 1.21 99.11 高炉矿渣 33.2915.172.l539.516.611.26 95.84 表表 3-2 煤的工业分析煤的工业分析 工业分析（%） MarCarAarVar 发热量 Qnet.ar KJ/Kg 1.0052.8016.0029.0125200 单位熟料热耗为：q=3050kJ/kg。 洛阳理工学院本科毕业生毕业设计说明书 12 3.1.2 率值及率值确定 1）硅率 SM 硅酸率 SM 的大小表示熟料在煅烧过程中生成硅酸盐矿物和溶剂矿物的相对 含量。SM 值过高，溶剂矿物减少，烧成温度需要相对提高，热耗高，且不利于 C3S 的形成。SM 值过低,则熟料因硅酸盐矿物少而强度低，并且由于液相量过多 易出现大块、结圈等，影响要的操作，通常硅酸盐水泥的硅率在 1.72.8 之间。 2）铝率 IM 铝率表示熟料中氧化铝与氧化铁的质量百分比，也表示熟料中 C3A 与 C4AF 的比例关系，因而也关系到熟料的凝结快慢。同时还关系到熟料液相黏度，从而 影响到熟料的煅烧难易，铝率高，熟料中 C3A 多，液相黏度大，物料难烧，水泥 凝结快。但铝率过低，虽然液相黏度小，液相中质点容易扩散 C3S 形成有利，但 烧结范围窄，窑内易结大块，不利于窑的操作。铝率一般是在 0.91.9 之间取得。 3）石灰饱和系数 KH KH 表示的是熟料中氧化钙被氧化硅饱和成硅酸三钙的程度。KH 实际上表示 了熟料中 C3S 与 C2S 百分含量的比例，KH 越大，则硅酸盐矿物中的 C3S 的比例 越高，熟料质量越好，故提高 KH 有利于提高水泥质量，但 KH 过高，熟料煅烧 困难，保温时间长，否则会出现游离 CaO，同时窑的产量低，热耗高，窑衬工作 条件恶化。工厂中 KH 值一般在 0.820.94 之间取得。 预分解窑生料预热好，分解率高，另外由于单位产量窑体的散热损失少以及 耗热最大的碳酸盐分解带已移到窑外，因此窑内的气流温度高，为了有利于挂窑 皮和防止结皮、堵塞、结大块，目前趋于低液相量的配料方案。 熟料率值的确定，首先要满足产品方案的要求，并在生产中逐步摸索适合本 厂设备和资源条件的指标。若原料易烧性较好，烧成熟料游离钙1%，即可提高 率值，以取得高强度熟料，从而增加混合材掺加量；若生产硅酸盐水泥，买方又 不需要高标号， 即可在满足产品质量要求的前提下，适当降低率值，以减少煤 耗，这就是经济率值。 参考国内外大型预分解窑熟料率值的配料方案，结合本设计的原料品质， 本次设计的初始率值目标值定为：KH=0.88，SM=2.6，IM=1.6。 3.1.3 水泥配料方案 1）计算熟料中煤灰掺入量 GA 洛阳理工学院本科毕业生毕业设计说明书 13 GA=（S：煤灰沉落率，带电收尘器的窑为：100%） 100DW F y Q SqA = （305016100）/（10025200） = 1% 2）用 excel 法计算配料数据及生料成分 表表 3-3 配料数据及生料成分配料数据及生料成分 项目LossSiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3Na2OK2O 比 例 石灰石42.662.422.311.1949.130.570.600.120.6099.6086.21 砂岩1.1087.814.672.620.710.360.500.471.0099.2412.15 硫酸渣5.1036.562.9548.023.241.621.001.2099.691.43 粉煤灰4.9455.8528.003.785.070.850.311.0099.800.21 生料37.0013.392.662.0442.500.560.580.180.66 灼烧生 料 21.264.223.2367.460.890.920.281.0496.49 煤灰050.1034.105.007.401.301.2199.113.51 熟料22.275.273.2965.350.900.890.311.01 烧成热耗（kJ/kg）3050 煤热值（kJ/kg）25200 煤灰分（%）29.01 熟料目标 KH0.88 熟料实际 KH0.88 熟料目标 SM2.6 熟料实际 SM2.6 熟料目标 IM1.6 熟料实际 IM1.6 洛阳理工学院本科毕业生毕业设计说明书 14 3）将干燥基原料配比换算为湿原料配比，计算生料湿原料质量配合比： 表表 3-4 原料中水分（原料中水分（%） 名称石灰石砂岩硫酸渣粉煤灰石膏 水分（M）1.02.602.500.604.00 湿原料=干原料 100 100-M 表表 3-5 计算结果计算结果 湿原料石灰石砂岩硫酸渣粉煤灰 份数0.8708 0.1247 0.01470.0022 1.0124 换算成百分比86.01 12.32 1.450.22 100 4）白生料的理论消耗量： 白生料理论消耗量= A 1-G 1-L白3700.01 0194.01 = 1.5565 kg/kg = 155.65（kg 白生料/100kg 熟料） 5）熟料煤耗： P1 = = = 0.1210