熟料新型干法水泥生产线毕业设计

5000t/d熟料新型干法水泥生产线水泥粉磨摘 要本设计采用新型干法水泥生产工艺。设计包括厂址选择、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。主机设备选型包括原料粉磨采用立磨，熟料煅烧采用4.874m带窑外分解回转窑烧成系统，水泥粉磨采用带辊压机的预粉磨系统等。物料的储存选择了各种储存设施，包括预均化堆场，堆棚以及各种储存库的选择。重点车间水泥粉磨，采用的了辊压机+v型选粉机+球磨机+0Sepa选粉机组成的联合粉磨，提高水泥粉磨效率，降低电耗。关键字：水泥 新型干法生产工艺 水泥工艺设计 水泥粉磨5000t / d clinker cement production line and cement grinding Abstract This design uses the new dry cement production process. Design, including site selection, the whole plant layout, selection of the kiln, the material balance calculations, the production workshop and host selection process design, material storage and homogenization, focusing on plant design. Host selection of equipment, including the use of vertical mill grinding of raw materials, clinker using 4.8 74m rotary kiln with a kiln decomposition system, using pre-grinding cement grinding system with roller press and so on. Choose a variety of storage materials storage facilities, including pre-homogenization yard, select the shed and various repository. Joint workshop focused on cement grinding, a roller press type separator + V-separator +Mill +0-Sepa classifier using the composition to improve the cement grinding efficiency and reduce power consumption. Keywords:The cement;NSP production technology: Cement process design;Cement grinding 绪论第1章 设计总论1.1设计任务在在江苏省徐州市青龙山设计一条日产5000吨新型干法水泥生产线，重点车间为水泥粉磨。1.2建设的目的和意义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”之料，其单位质量的能耗只有刚才的1/51/6，合金的1/25，比红砖还底1/4，根据预测，本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。目前，我国水泥生产能力约为8.5亿吨，产量和销售量超过6亿吨，占世界产量和销售量的1/3左右，超过亚洲产量的50%，是名副其实的水泥生产和消耗大国。水泥行业不断地进行规模扩张，其特点就是兴建新型干法生产线。据报道，目前全国有700t/d以上的新型干法生产线188条，较2000年增长了86%；另有163条在建。预计“十五”期间，全国在建的163条新型干法生产将全部投产，届时新型干法水泥熟料的生产能力将达到2.4亿吨。水泥大量应用于工业、民用建筑、交通、城市建设、农林、水利以及港口等工程，并制成各种形式的混凝土、钢筋混凝土的构件和构筑物。而水泥管、水泥船等各种水泥制品在代钢、代木方面，也越来越显示出技术经济上的优越性。同时，也正是由于钢筋混凝土、预应力钢筋混凝土和钢结构材料的混合应用，才使高层、超高层、大跨度等以及各种特殊结构功能的建筑物、构筑物的出现有了可能。此外，如宇航工业、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，其中最为基本的则都是以水泥基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的顺利进行，人民生活水平的提高，具有十分重要的意义。而且，其他领域的新技术，也必然会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迅猛发展而带来新的工艺变革和品种演变，应用领域比将有新的开拓，从而使其在国民经济中起到更为重要的作用。在徐州青龙山建厂符合经济发展的趋势奥，满足水泥建厂的条件。青龙山矿区矿区储量大，化学成分稳定，开采条件好，矿石品位高，而且该地区交通运输辨便利，电力、燃料、供水等条件好的优点，是一个较理想的水泥原料生产基地，适于建厂。徐州市周围紧邻宿迁、连云港、淮安、宿州、商丘、枣庄、临沂、济宁、菏泽等十多个城市，周围具有巨大的销售市场，同时给当地提供了更多的就业岗位。1.3建厂原始资料1.3.1原料资料1.石灰石：石灰石来自青龙山石灰石矿山，储量B+C级5581.1万吨。其中B级储量为1713.6万吨；2.粘土：粘土在石灰石矿山附近孔家村的粘土矿山，储量：一级品250万吨。二级品200万吨。石灰石与粘土矿山的位置见“江苏省铜山县青龙山地区地质图”。3.铁矿：采用利国铁矿尾砂，含约66%，含水量20%。4矿渣（混合材）：徐州钢铁厂碱性矿渣；含水量15%。其化学成分如表1-1。表1-1 徐州钢铁厂矿渣化学成分成分 32.7812.000.6543.1610.7899.37 15.005.石膏：青海产石膏，其为40%，水分少量，块度200毫米6.燃料:权台煤矿烟煤:易磨性系数1.36，块度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。根据中华人民共和国国家标准(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%。粒化高炉矿渣的技术指标见表2-1：表2-1 粒化高炉矿渣的技术指标技术指标一类二类碱性系数不小于0.650.50活性系数不小于0.200.12质量系数1.251.00活性系数=质量系数=碱性系数=1.205活性系数=0.366质量系数=1.972.1.2石膏2.1.2.1石膏掺入量的意义掺入适量石膏，不仅可以调节凝结时间，还能提高早期强度，降低干缩变形，改善耐蚀性，抗冻性、抗渗性等一系列性能。矿渣水泥中石膏除了调节凝结时间外，还对矿渣起硫酸盐激发的作用，加速矿渣水泥的硬化过程。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。2.1.2.2技术要求GB/T 5483石膏和硬石膏国家标准中规定的技术要求是：1. 附着水：产品附着水不得超过4%（m/m)。2. 块状尺寸：产品的块度不得大于400mm。如有特殊要求，由供需双方商定。3. 分级：各级产品按其品位分级，并应符合表2-2的要求。表2-2 石膏的标准要求产品名称石膏（M）混合石膏（M）品位%(m/m)级别CaSO42H2OCaSO42H2O+CaSO4且0.80（质比量)特级9595一级85二级75三级65四级552.1.2.3石膏掺入量普通水泥中当SO3掺入量小于1.3%，石膏不能阻止快凝；当掺量在1.5%2.5%间，石膏有明显缓凝作用；当SO3掺入大于2.5%时影响较小且掺入量过多，易在后期形成钙矾石，产生膨胀力，削弱浆体强度。取SO3=1.6，则需要石膏的含量=4，即石膏的掺入量为4%。2.2熟料率值的确定2.2.1率值的定义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，液相粘度大，难烧，但明显提高了熟料的三天强度和扩大了烧成范围，IM低时粘度较小，对形成C3S有利，但烧成范围窄，不利于窑的操作。2.2.2熟料率值的选取表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%172313SM 2.32.72.402.802.402.70C3A%798IM1.41.81.401.901.401.80C4AF%91110我国硅酸盐水泥一般采用“两高一中”的配料方案表2-4 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0.880.921.92.51.01.8515916245111117干法窑0.860.892.02.351.01.6464719286111118立波尔窑0.850.881.92.31.01.8445322305111117预分解窑0.870.922.22.61.31.8486214287101012机械立窑适宜范围0.860.932.02.51.11.5有矿化剂0.920.961.62.01.11.3556318221216610预分解窑推荐值0.882.501.60适宜范围0.860.902.402.801.401.90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%2.7%。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=0.880.02 SM=2.50.1 IM=1.50.1综上所述，最终率值的确定如下：KH=0.88 SM=2.5 IM=1.52.3配料计算已知条件如表2-5所示：表2-5原料化学成分名称烧矢量其他合计石灰石52.902.460.410.411.0643.00100.24粘土1.1568.5414.025.561.414.9195.59铁矿1.1621.637.9566.000.353.53100.82煤灰2.0848.1037.915.080.98.1.402.3595.88要求熟料三个率值为KH=0.88，SM=2.5，IM=1.5，单位熟料热耗为3000KJ/Kg熟料。2.3.1计算煤灰掺入量本设计燃料采用权台原煤，100Kg熟料的煤灰掺入量可按下式近似计算：=3.00 （2-1）式中：Ga熟料中煤灰掺入量，%；q单位熟料热耗，KJ/kg熟料；Q煤的应用基低热值，KJ/kg煤；A煤的应用基灰分含量，%；S煤灰沉落率，%(设有电收尘器，沉落率为100%）。煤灰沉落率因窑型而异，如表2-6所示：表2-6 不同窑型煤灰沉落率（%)窑型无电收尘器有电收尘器湿法长窑（L/D=3050）有链条湿法短窑（L/D30）有链条湿法短窑带料浆蒸发机干法短窑带立筒、旋风预热器窑外分解窑立波尔窑立筒10080709090801001001001001001001001002.3.2根据熟料率值估算熟料化学成分要求熟料三个率值KH=0.88，SM=2.5，IM=1.5，假设熟料中四个主要氧化物含量总和T=97.5%，则熟料化学成分可计算如下：=3.61%=5.42%22.58%65.89%2.3.3递减试凑计算以100kg熟料为基准列表用递减试凑法计算如下：表2-7 熟料平衡计算公式递减试凑法过程，以100kg孰料为基准计算步骤CaOSiO2Al2O3Fe2O3其他备注要求孰料组成65.522.55.43.63首先扣煤灰中的成分-3kg煤灰0.061.441.140.15 0.03差额65.44 21.06 4.26 3.45 2.97 65.44/52.9100=123.7-123kg石灰石65.07 3.03 0.50 0.50 1.30 差额0.37 18.03 3.76 2.951.5718.03/68.54100=26.3-26kg粘土0.30 17.82 3.65 1.45 1.51 差额0.07 0.21 0.111.50 0.06 1.50/66100=2.3-2.3kg铁矿0.03 0.50 0.18 1.52 0.01 差额0.04-0.29 -0.07 -0.02 0.05 偏差已经很小计算结果表明，熟料中CaO略低，但若增加石灰石，则SiO2偏高，故暂停递减计算，检验配合生料和熟料的三个率值是否和设定值一致。2.3.4计算生料配合比由表2-7可得，配制100Kg熟料所需的干原料（即熟料料耗）如下：石灰石 123.06Kg，粘土26.01Kg，铁粉2.30Kg。石灰石=100%=81.30%粘土=100%=17.18%铁粉=100%=1.52%2.3.5计算熟料率值1. 计算熟料成分表2-8 熟料计算检验 名称配合比烧失量CaOSiO2Al2O3Fe2O3MgO+SO4合计石灰石81.3034.9643.012.000.330.330.8681.16粘土17.200.840.2011.792.410.960.2416.44铁粉1.500.050.020.320.120.990.001.50生料粉100.0035.8543.2314.112.862.281.1099.10灼烧生料100.000.0067.3922.004.463.551.7199.11灼烧生料97.000.0065.3721.344.333.441.6696.14煤灰3.0000.061.441.140.150.072.86熟料100.000.0065.4322.785.473.591.7397.002. 则熟料率值如下：KH=0.87SM=2.51IM=1.52将以上计算结果与设定的目标率值KH=0.88，SM=2.5，IM=1.5相比较，偏差小于容范围，说明上述计算是成功的，可以终止递减计算。3. 有害成分计算和评定MgO含量：石灰石中：81.30%1.06%=0.867%粘土中：17.20%1.41%=0.243%铁粉中：1.5%0.35%=0.005%煤灰中：3.0%0.98%=0.029%0.867%+0.243%+0.005%+0.029%=1.144%符合GB175-2007通用硅酸盐水泥标准中规定的水泥中MgO含量不得大于5%（通过水泥压蒸实验并合格可放宽至6%），所以该配料方案可取。2.3.6 湿原料的配合比故湿石灰石：（Kg）湿粘土：（Kg）湿铁粉：（Kg）湿料百分数如下：湿石灰石：湿粘土：湿铁粉：所以湿原料的配合比例为：78.78: 19.42: 1.80综上，干料配比：石灰石：粘土：铁粉=81.30: 17.20: 1.50湿料配比：石灰石：粘土：铁粉=78.78: 19.42: 1.802.4物料平衡计算2.4.1烧成车间生产能力和工程生产能力的计算1. 要求的熟料年产量（参考水泥厂工艺设计概论P3742）： 式中 :要求的熟料年产量，万吨/年；：所选窑标定日产量，t/d；n：窑台数：窑的年利用率（此时取0.90）。则，=36510.905000=164.25（万吨/年）2. 烧成车间生产能力熟料小时产量：Q烧时=208.33（t/h)熟料的日产量：Q烧日=5000（t/d)熟料的年产量：Q烧年=164.25104（t/y）3. 工厂生产能力式中QY：水泥年产量，万吨/年；P：水泥生产损失，取为1%；d：水泥中石膏掺入量，水泥中石膏掺入量4%；e：水泥中矿渣掺入量，水泥中矿渣掺入量5%。所以QY=164.25.=178.69（万吨/年）则工厂生产能力计算如下：水泥年产量：QY=178.69（万吨/年）水泥小时产量：QH=215.32（t/h）水泥日产量：QD=5167.67（t/d）2.4.2原料需要量计算2.4.2.1 原料消耗定额计算1. 考虑煤灰掺入，一顿熟料干生料理论耗量：KT=式中，KT ：干生料理论耗量，t/t熟料；I：干生料烧失量，%；S：煤灰掺入量，%。KT=1.512（t/t熟料)2. 考虑煤灰掺入，一顿熟料干生料消耗定额：K生=式中，K生：干生料消耗定额，t/t熟料；P生：干生料生产损失，取1%；K生=1.527（t/t熟料)3. 各种干原料消耗定额：K原：某种干原料消耗定额，t/t熟料；K生：干生产消耗定额，t/t熟料；x ：干生料中改原料配合比，%。K石灰石=1.5270.8130=1.241（t/t熟料）K粘土=1.5270.1720=0.263（t/t熟料）K铁粉=1.5270.015=0.023 （t/t熟料） 4. 含天然水份原料消耗定额 K石灰石 =1.241=1.254（t/t熟料） K粘土=0.263=0.309（t/t熟料）K铁粉=0.023=0.029（t/t熟料）2.4.2.2 原料需要量计算1. 干原料需要量石灰石：208.331.241=258.53（t/h） 173.381.241=215.16（万吨/年） 50001.241=6205（t/d）粘土：208.330.263=54.79（t/h） 173.380.263=45.60（万吨/年） 50000.263=1315（t/d）铁粉：208.330.023=4.79（t/h） 173.380.023=3.99（万吨/年） 50000.023=115（t/d）2. 含天然水分原料需要量石灰石：208.331.254=261.25（t/h） 173.381.254=217.42（万吨/年） 50001.254=6270（t/d）粘土：208.330.309=64.37（t/h） 173.380.309=53.57（万吨/年） 50000.309=1545（t/d）铁粉：208.330.029=6.04（t/h） 173.380.029=5.03（万吨/年） 50000.029=145（t/d）2.4.3石膏需要量计算2.4.3.1石膏消耗定额计算1. 干石膏消耗定额式中：干石膏消耗定额（t/t熟料）d、e：分别表示水泥中石膏、混合材的掺入量（%）：石膏的生产损失，取1.5%；则，=（t/t熟料）2. 含天然水份石膏消耗定额Kd=（t/t熟料）2.4.3.2石膏需要量计算1. 干石膏需要量每年需干石膏：D年=0.0446178.69=7.97（万吨/年）每时干石膏需要量：（t/h）每日干石膏需要量：（t/d）2. 含天然水份石膏需要量每年需含天然水份石膏量=0.0460178.69=8.22（万吨/年）每时需含天然水份石膏量（t/h）每日需含天然水份石膏量：（t/h）2.4.矿渣需要量计算2.4.4.1矿渣消耗定额计算1. 干矿渣消耗定额：式中，：干混合材消耗定额（t/t熟料） ：混合材的生产损失率 ，取1.5%。 （t/t熟料）2. 含天然水份矿渣消耗定额Ke=（t/t熟料）2.4.4.2矿渣需要量计算1. 干矿渣需要量每年需矿渣量：E年=0.0558178.69=9.97（万吨/年）每时干矿渣需要量：E时=12.65（t/h）每日干矿渣需要量：E日=24E时=303.6（t/d）2. 含天然水份矿渣需要量每年需含天然水分矿渣量：E年=0.0656178.69=11.72（万吨/年）每时需含天然水分矿渣量：E时=（t/h）每日需含天然水分矿渣量：E日=24E时=356.88（t/h）2.4.5烧成用煤计算2.4.5.1烧成用煤消耗定额计算1. 烧成用干煤消耗定额： 式中：Kf1：烧成用干煤消耗定额（t/t熟料）； q：熟料烧成热耗（KJ/Kg熟料）；：干煤低位热值（KJ/Kg干煤）；Pf：煤的生产损失（%），取1%。（KJ/Kg干煤）（t/t熟料）2. 烧成用含天然水份煤消耗定额（t/t熟料）2.4.5.2烧成用煤计算1. 烧成用干煤量=0.127208.33=26.46（t/h）=0.1275000=635（t/d）=0.127173.38=22.02（万吨/年）2. 烧成用含天然水份煤量F时=Kf1=0.141208.33=29.37（t/h）F日=Kf1=0.1415000=705（t/d）F年=Kf1=0.141173.38=20.22（万吨/年）2.4.6烘干用煤量计算2.4.6.1 预烘干矿渣用煤量计算1. 预烘干矿渣用干燥消耗定额：=式中，：烘干用煤消耗定额，Kg/Kg熟料；M湿：须烘干的湿物料；Q烧：烧成车间生产能力；：分别表示烘干前、后物料的含水量，%；：蒸发1Kg水分的耗热量，KJ