水泥生产设备及电气控制

1、水泥生产设备及电气控制 课程设计1 .石灰石破碎环节控制流程设计和分析1.1 工艺流程分析颗式破碎机在水泥工厂中被广泛采用，主要用来破碎石灰石、铁矿石、 石膏和大块熟料等。颗式破碎机有粗碎和细碎之分，其规格都按其进料口的长宽尺寸来表示，如150mm*750mm250mm*500mm , 250mm*1000mm400mm*600mm,600mm*900m m,900mm*1200mm,1200mm*1500mm,1500mm*2100mm 等。最大入料度为其进 料口宽度的0.85倍，如进料口宽度250mm的最大进料粒度 为210mm。颗式破碎机的优点是：构造简单、制造维护容易，机体坚固，能破碎

2、高强度的矿石，进料口大，能装大料块。具缺点是：破碎比不大，粗碎式颗式破 碎 机出料粒度不能满足入磨要求；片状岩石不宜用颗式破碎机进行破碎；运转 时 呈往复活动，效率较低；当破碎湿的和可塑性的物料时，出料口容易堵塞。反击式破碎机：反击式破碎机在水泥工业中被广泛采用。它适用于破碎石灰石等脆性物料，是一种高效率的破碎设备。反击式破碎机具有结构简单，生产效率高，破碎比大，单位能耗低，产品粒度较细，磨损较少等优点。缺点 是：不设 下篦条的反击式破碎机产品中有少量大块；用于单段破碎时，必须严格 控制最大 进料粒度，以免损坏转子。从矿山开采后的石灰石由喂料机送到颗式破碎机一破 ，后经胶带输送机至 反击式破碎

3、机二破，期间由收尘器对车间的灰尘进行回收，破碎完成后由皮带 机将颗粒化的石灰石成品送到栈桥式堆场。1.2 主要设备及控制要求石灰石破碎机的型式国内水泥厂所用石灰石大多数属于中等硬度，新型干法水泥生产线一般采用单段锤式破碎机。锤式破碎机是利用机壳内高速旋转的锤头由上而下打击物料，实现以动能冲击粉碎物料的目的。它具有生产能力大、破碎比高、产品粒度均齐、功 率消耗低、结构简单、维修方便等特点。对于高硬度石灰石，可选用低速运转的颗式、旋回式破碎机。(3)石灰石破碎机的能力确定石灰石破碎机的能力要根据水泥厂的生产规模、 年运转天数、工作班制等因素来确定。石灰石破碎车间的位置石灰石破碎车间一般布置在矿山或

4、在生产厂区内。破碎车间的位置要充分考虑石灰石矿山和生产厂区的距离远近、重型车辆的运输条件、料流是否顺畅、适合破碎机高差布置的地形等因素来确定是否设置在矿山还是布置在厂区。石灰石单段破碎车间的进、出料高差大，一般在612米左右，为了利用地形，高进低出布置紧 凑，节省土建工程量，使用检修也方便，车 间位置一般布置在斜坡上，这是目前石灰石破碎车间的 主要布置型式 台阶式布置，另一种是地坑式布置：这种布置型式一般在 无法满足破碎机高差 要求的生产厂区内使用，破碎系统的主要设备设计在地坑 内，土建工程量大，使 用检修也不方便。我国水泥厂所用石灰石大多属于中等硬度，因此可供选择的设备的类型也 很多。当石灰

5、石中含有较多的粘性夹缝土时，如选用鄂式、回旋式破碎机，则容易造成腔下部的堵塞，如选用锤式破碎机也容易造成下篦条的堵塞；反击式破碎机的防堵性能也不好。若采用破碎兼烘干流程（向破碎机通入空气），月锤式、反击式破碎机 来破碎粘性物料有良好效果。对于片状石 灰石，直选用旋回式破碎机。如选用鄂式破碎机，则片状石灰石容易从机腔中滑下而不能有效地受到压碎作用，根据设计原则和已计算的数据，可选用反击式破碎机，因其破碎比可达 50以上，它就为单段破碎创造了条件，选用一台破 碎机即可满足所需破碎比的要求，则以一段破碎为宜，一段较之两段或多段具有设备台数少，扬尘点小，生产流程简单、车间占地面积小、基建投资小、经营费

6、用低，劳动生产率高等优点。而且反击式破碎机比锤式破碎机更多地利用了冲击与反击作用，因此其破碎效果好、效率高、破碎比较大，产品较细、 磨 损较小。传统的石灰石破碎系统多采用两段或一段破碎。从矿山开采后的 石灰石先进入颖式破碎机进行一破碎之后由胶带输送机运至锤式破 碎机进行二破或者由PF1010反击式破碎机进行一段破碎后进贮库 供生产使用。这样破碎后的石灰石粒度相差悬殊小粒径可在10毫米以下大粒径可达30-40毫米，由于粒度不均常影响生料磨台时产量的提高。在同样的研磨 时间内，常见大颗粒石灰石不易磨细而从磨尾甩出。1.3 水泥厂石灰石破碎及预均化流程图取料机¥的犍敢料机图1-1石灰石破碎

7、及 预均化电机流程图1.4 电气控制流程图丁板或电杆 破f机I 口+尊韦柏"h-I下V器I 飞工至骷英初一1铺迳&喑机 RT 下乂理上翡飞、机I 一入库眨帚树n 下科部士 .而至嘉f和n厂 .用千堆双料而：前由砧图1-2石灰石粉碎工艺流程图2 .原料粉末和废气处理系统控制流程设计和分析2.1 工艺流程分析原料配料设四个库，分别储存石灰石、砂岩、铝矶土、铁矿石；各种原料 按生产品种要求进行配合，并经胶带输送机送至原料磨。原料磨采用辗式磨，当入磨物料粒度0 80 mm,水份0 10%,出磨生料细 度为80 pm筛筛余12%,水份为0.5 %时，磨系统产量为220 t/h。各种原料

8、在磨内进行粉磨、烘干后，经选粉机分选，粗粉返回磨盘重新 粉磨, 合格成品随出磨气流经旋风分离器收集。收集下来的成品经空气斜槽、斗式提升 机、空气输送斜槽入生料库储存、均化。出旋风分离器的气体经循环风机，一部 分气体作为循环风入磨，其余气体则通过袋收尘器净化后，经 窑尾排风机和烟囱 排入大气。袋收尘器及增湿塔收下的粉尘经 拉链机，汇 同出磨生料一起经空气 斜槽、胶带提升机及空气斜槽入生料均化库。当增湿 塔湿底时，增湿塔排出的湿 灰经增湿塔下的可逆螺旋输送机、电动翻板阀进入生料均化库。当原料磨正常生产时，来自窑系统的废气经高温风机、增湿 塔, 全部进入原料磨作为烘干热源。试生产或窑尾热源不足时，可

9、利用辅 助热风 炉。从原料磨排出的废气由循 环风机送入废气处理系统。为均化与储存生料，设有一座 18x 62m NGF均化库，均化库的有效储量 为11900 t,储存期为1.55do均化库底部为倒锥体，出库生料经库底斜槽、流 量控制阀、送至带有荷重传感器的生料搅拌仓，仓下设有两套流量控制阀和两台固体流量计，喂料仓下流量控制阀根据入窑生料量调节。经计量后的生料，由斜槽、提升机送入窑尾预热器二至一级旋风筒上升管道。2.2 主要设备及控制要求1 .增湿塔出口气体温度的控制通过调节增湿塔的喷水量，控制增湿塔出口气体温度。2 .磨机出口气体温度的控制通过调节增湿塔的喷水量、循环风阀门开度、调节冷风阀门（

10、尽量不用） 控制入磨风温，稳定磨机出口气体温度。3 .磨机风环压差的控制原料磨内物料量的多少，反映在磨机风环压差上，通过调整喂入磨内的物 料量，可稳定磨机风环压差。4 .生料的质量自动控制通过调节各原料喂料装置的比例，自动控制生料化学成分。5 .3电气控制流程图空压比 石灰水发优炉一烟气一怙顶器卜怖凝tarn卜|麻石流海塔|一|烟气H排放4Hg生产建材 T集尘塔烟尘1粒吸收后的废水一回收再生池图2-1原料粉磨和废气处理流程图二、原料粉磨和废气处理系统控制流程设计和分析（一）原料粉磨控制流程设计和分析1.工艺流程原料磨采用辗式磨，当入磨物料粒度0 80 mm,水份0 10%,出磨生料 细 度为8

11、0仙m筛筛余12%,水份为0.5 %时，磨系统产量为210t/h。各种原料在磨内进行粉磨、烘干后，经选粉机分选，粗粉返回磨盘重新粉磨，合格成品随出磨气流经旋风分离器收集。收集下来的成品经空气斜槽、斗式提升机、空气输送斜槽入生料库储存、均化。出旋风分离器的气体经循环风 机，一部分气体作为循环风入磨，其余气体则通过袋收尘器净化后，经窑尾排 风机和烟囱排入大气。袋收尘器及增湿塔收 下的粉尘经拉链机，汇同出磨生料 一起 经空气斜槽、胶带提升机及空气 斜槽入生料均化库。当增湿塔湿底时，增 湿塔 排出的湿灰经增湿塔下的可逆螺旋输送机、电动翻板阀进入生料均化库。当 原 料磨正常生产时， 来自窑系统的废气经高

12、温风机、增湿塔，全部进入原料 磨作 为烘干热 源。试生产或窑尾热源不足时，可利用辅助热风炉。从原料磨排出 的废 气 由循环风机送入废气处理系统。3.原料粉末控制流程图7m| 6M |-1k 5MiH* n4M43M. 12M *1M r辅助设备 运行正常辅助设备学常/（称电压功停火控;也要求宅-注1A可转卜料器380V 一11KM调速变频2M1磨机主电机10KVF200KW提速水电阻2M2辅助设备380V在2M1启 动前应处于 正常工作状 态3M选粉机280V110KW调速变频4M吐渣皮带380V4恒速5M提升机380V156M提升机皮带7M循环风机10KV1800KW恒速水电阻序号名称电压功

13、率控制要求备注1M回转下料器380V11KW调速变频2M1磨机主电机10KV200KW，是速水电阻2M2辅助设备380V在2M1启动 前应处于正 常工作状态3M选粉机280V110KW调速变频4M吐渣史380V4J亘速5M提升机380V156M提升机皮带7M循环风机10KV1800KW恒速水电阻（二）.废气处理控制流程1.用电设备表厅P名称电压功率控制要求备注1M收尘器控制器380V27KW送电2M1回转卜料器1380V1.1KW恒速2M2回转卜料器2380V1.1KW恒速2M3回转卜料器3380V1.1KW恒速2M4回转卜料器4380V1.1KW恒速2M5回转卜料器5380V1.1KW恒速2

14、M6回转卜料器6380V1.1KW恒速2M7回转卜料器7380V1.1KW恒速2M8回转卜料器8380V1.1KW恒速3M1拉链机1380V3M2拉链机1380V4M排风机690V调速变频控制流程图:排风机3M14M拉链机殳拉链机3M22M12M回转下 料器辅班备正常风机常备阀门收尘器控制器1M停止顺序启动顺序三、简述烧成 系统的组成环节3.1 系统简介熟料煨烧系统作为水泥生产过程中的一个环节，承担着将生料烧 成熟料的 重要作用，人们形象的称之为水泥厂的心脏。近几十年来，水泥工业窑的发 展 非常迅速，尤其是现在以窑外分解技术的迅速崛起，它在提高生产效率有效 降 低熟料单位热耗方面的巨大优势，使

15、之成为目前水泥行业的主要技术。3.2 系统生产工艺过程生料喂入一级旋风筒进风管道开始，经预热、预分解后入回转窑煨烧成水泥熟料，通过倾斜推动篦式冷却机的冷却、破碎并卸到链斗输送机输入熟料库为止。本系统分为：生料预热与分解、三次风管、熟料煨烧、熟料冷却破碎及输 送熟料四大部分。系统的组操作系统的启动是要依一定的顺序进行的，否则会对设备造成伤害的。组启动顺序：窑中稀油站系统一窑头一次风机一油泵一间歇辅传翻窑一窑头喂煤空压机组一窑头喂煤螺旋泵组一窑头喂煤秤一熟料库顶收尘组一熟料输送组一窑头电收尘组一冷却机干油泵一冷却机拉链机锤破组一冷却风机（组）一窑尾收尘回灰及增湿塔回灰系统一启动高温风机稀油站及液力

16、偶合器加油站一窑尾收尘后排风机一连续慢翻窑一启动高温风机一称重仓收尘组一喂料风机组（空压机组）一喂料组一入称重仓一生料库底风机组一分解炉喂煤组一用主传连续翻窑一分解炉喂煤一启动冷却机一窑头（窑尾）收尘高压送电一启动冷却机组传顺序止料、止分解炉后的顺序基本与组启动顺序相反。停车操作系统停车前先把停车计划通知到原料粉磨、煤粉制备等车间，使其做好充分的准备，并随时联系，以便相互配合。原则上希望系统停车后，能做到窑空，煤粉仓空，运输设备空但主要还是应当根据生产需要。另外，原料粉磨、煤粉 制 备系统需要关闭热风阀或使热风改向时，一定要与中控操作员联系并征得准许后方可进行有关设备的操作。注意：不要没有准备

17、而造成烧成系统的气流突然变化，干扰窑的工作状况。系统停车时，有自动调节回路的设备一般都应切换成手动位置，正常停车的顺序是：炉、窑减煤、减料；先停炉、停料、后 停窑。窑尾旋风预热器一、新型干法水泥生产线均采用旋风预热器，（其结构如右图）物料从上一级下料管下来后， 被下一级管道上来的热气流吹上去，在管道内 迅速换热， 然后进入旋风筒内进行气固分离， 气体从内筒上升到上一级管道，物料则被分 离 下来，进入下一级。 二、它的热交换主要发生在管道中，而分离则完全是 在旋风筒内。众多的资料表明，气固间 80%以上的热交换是在入口管道内进行 的，热交换方式以对流换热为主。物料在转向被加速的起始区段内完成换热

18、 。物料与气体完成换热后，必须进行气固分离，分离出的物料向高温区（下一 级 预热器，分解炉或回转窑）运动，进行进一步的预热、分解或煨烧。否则， 物 料将随气流一起流向低温区，使预热效果降低，甚至起不到预热作用。窑中及窑头将生料煨烧成熟料经过冷却后送人熟料库。主要设备：窑中拖动电机调速范围和调速精度要求高，选择调速方式时要慎 重篦冷机一、篦冷机工作原理是：高温熟料和空气的充分热交换，以达到高效冷却熟料和热回收的效果。 二、冷却机主要完成的任务：1.尽可能多的把熟料中的显热（12001500KJ/Kg熟料）回收进烧成系统，加热二、三次空气，提高 二、三次风温，尽可能的将烧成系统的燃料消耗降至最低。

19、2.选择适当的熟料冷却速度，以提高熟料质量和易磨性，由窑口卸出的熟料（温度13001400C）进入冷却机后，吹以冷风（等于环境温度 ），裂料受到急冷，熟 料中的液相来不及完成结晶，一部分呈玻璃相，另一部分即使结晶也比普通冷却速度得到的晶粒更细，这种熟料可以制成标号更高的水泥。3.最后将熟料冷却到尽可能低的温度，以满足熟料输送、贮存和水泥粉磨的要求。四、水泥粉磨系统的控制流程设计和分析粉磨过程是水泥生产过程中的重要环节，被应用于水泥生产的多个工序中， 如生料工序中生料粉磨、孰料煨烧工序中煤粉粉磨及最后成品水泥的粉磨。水泥粉磨是水泥生产的最后一个环节，水泥粉磨质量的好坏直接影响着成 品水泥质量。水

20、泥粉磨是指生产水泥用的孰料、石灰石、粉煤灰和石膏四种混合物在粉磨设备内经挤压、研磨，颗粒逐渐减小，最终达到一定细度的物理过程。由于水泥粉磨过程复杂，生产设备种类、数量众多，且生产环境恶劣，影响粉磨效果的因素很多，为达到理想的粉磨效果，需对粉磨设备和粉磨控制技术提出了更高的要求。4.1水泥磨生产流程及设备简介水泥粉磨即将水泥粉磨原料熟料、石灰石、粉煤灰及石膏在配料站经配料后用胶带输送机输送至水泥磨，胶带输送机上设置除铁器。混合料水泥磨内进 行粉磨、烘干后，经选粉机分选，粗粉返回磨盘重新粉磨，合格成品随出磨气 流经收尘器收集。收集下来的成品经斜槽、斗式提升机输送到矿水泥库中储存；粉磨过程中产生的粗

21、渣（粗料）经由胶带输送机，斗式提升机，管道除铁器，锁风下料阀返回磨内继续粉磨，胶带输送机上设置除铁器；出磨气流经过袋收尘器净化后，经排风机一部分从烟囱排入大气，另一部分作为循环风与热风炉出来的热风混合后一起入水泥磨，烘干入磨的混合料。最终合格水泥成品经斜槽，斗式提升机输送到成品库中进行储存，供后续包装及发运工序使用，如 图4- 1所示。图4-1立磨生产流程图立磨是水泥生产中主要的粉磨设备，它主要应用于生料粉磨工序、煤粉粉 磨工序和水泥粉磨工序。相对于球磨机来说，立磨设备相对较少，且生产能 耗 也低。本项目使用的为我公司自主研发的立磨具有价高的性价比。水泥配料环节1.工艺过程分析库顶：送料皮带机

22、库底：配料称大皮带、废底皮带机皮带机要调速2物料配比：由中控室控制，设计时不向用电设备供电主要设备：辗压机：两台变压电机及辅助设备。V型选粉机：包速称料仓：称重提升机两个小皮带机 辗压机粉磨系统的工艺流程辗压机的粉磨工艺系统有预粉磨、混合粉磨、联合粉磨、半终粉磨和终粉磨方式，其中采用联合粉磨方式较为普遍。1、预粉碎 经辗压后料饼直接喂入后续球磨机，磨成成品。球磨机可开路也 可闭路。2、混合粉磨 辗压机和球磨机串联，出球磨机经选粉机选出成品，粗粉返回辗压机。3、联合粉磨 辗压机和球磨机各自承担不同粒度阶段的粉磨作业，如同磨机 的粗、细仓，辗压机将物料粒度粉磨至 3-5mm,球磨机则从3-5mm再

23、磨到合格 细度。4、半终粉磨 部分成品是由辗压机产生的，即分级设备从挤压的料饼经打散 后选出成品，选粉后粗料再喂入后续磨机磨细，然后经分级设备选出成品。5、终粉磨 不带后续磨机，全部粉磨作业有辗压机完成，要求辗压机生产高 细粉磨。该系统需配打散机和高效选粉机，流程简单，能耗低。4.2 系统设备控制要求水泥生产现场各种设备是实现既定生产工艺的基础，生产过程中各种工艺参数的调整也需要现场专门的设备来实现，因此对现场设备的控制质量，很 大 程度上决定了产品质量的好坏，进而影响了水泥企业经济效益的好坏。现场的主要设备均设有中控控制和手动控制两种控制方式。在设备现场设 置按钮盒或控制箱，并装有带统一钥匙

24、的控制方式选择开关，设有中控、零 位、 手动三种选择方式。1）中控控制时，在中控室操作员可对设备进行启动或停止操作；2）手动控制时，现场人员可对设备进行启动、停车等操作；3）零位方式时，在检修时使用，中控及手动均不能对设备进线启动，以 确保人员安全；4）故障时，中控室及现场均可紧急停车。同时，要求在中央控制室监控画面上能够以某种方式提示操作员，此设备 当前处于那种工作状态，可以进行那种操作。在本项目中将监控画面上的设备状态以不同颜色状态来区分：1）绿色代表有备妥，设备满足中控启动条件，中控可以启动设备；2）绿色闪烁代表设备由控制室启动，正在运行中；3）灰色表示设备没有备妥，设备有故障或正处于手

25、动控制中；4）红色闪烁代表设备有故障，需要处理。立磨系统的组连锁如图4-2所示，其共8分组，启动顺序如下，停机顺序相图4-2水泥磨分组及启动顺序示意图4.3 系统控制方案生产线上的设备均采用计算机控制系统控制，根据生产流程和设备特点，控制系统设一个中控室，以实现从原料进场至水泥出库的生产线的计算机控 制, 构成一个主工艺流程的计算机控制网络系统，完成对现场设备的控制、现场 信 息采集与交换、生产信息汇总等。由于本项目设备数量较大、且工艺布置较远，因此需要根据现场环境、工 艺要求对控制系统进行分组控制，分区时要遵循以下原则：(1)在生产流程上联系紧密的设备、数字、模拟量，要分配到同现场控制 站中

26、，以便于系统的布置；(2)尽量把距离控制站较近的设备放在同一控制站下，以减少材料消耗及 对采集信号的影响；(3)依据控制站带载能力。设备布置时应考虑控制器的处理能力和输入输 出模块的合理使用。本系统采用浙江中控ECS-700系统，系统设置1个控制域，控制域下设3 个控制站，分别为水泥磨控制站、矿渣磨控制站；设置1个操作域，操作域下设置5个操作站。水泥磨立磨系统自身带有一套 AB公司PLC控制系统，本系统通过支持 PROF旧US协议的主站通信模块 COM763 ,来实现整个ECS-700系统与水泥磨 控制系统的信息交换，并实现必要的控制功能。系统的整体结构采用标准DCS分层，分为：现场设备层、过

27、程控制层、集 中操作监视层。它们通系统通信网络构成配合紧密的整体。4.3.1 主要控制回路及参数1）配料站配料控制通过配料站各原料定量给料机给料量的控制，实现磨喂料量的控制。2）磨机进风口气体温度的控制通过调节热风炉供煤量、电动配风阀的开度、冷风阀的开度与循环风阀门 的开度实现磨机进风温度的调节。3）磨机出口气体温度的控制通过调节磨内的喷水量、电动配风阀的开度、循环风阀门开度、调节冷风 阀门控制入磨风温，实现稳定磨机出口气体温度。4）磨机内物料量的控制水泥磨磨内物料量的多少，反映在磨机风环压差上，通过调整喂入磨内的 物料量，研磨压力，可稳定磨机风环压差。5）水泥成品细度控制主要通过调节选粉机转

28、速和磨内气流量来实现。选粉机转速可通过调节变 频器频率来实现，而磨内气流量可通过电动执行器调节阀门开度来实现。4.3.2 电力拖动方案1）电动机选型及电控设备选择电动机的容量、型式和调速方式由工艺专业在设备选型中确定。交流电机容量大于等于200kW寸选用10kV电动机，容量小于 200kW寸选用380V电机。低压电机主回路采用自动空气开关作短路保护，热继电器作过负荷保护， 交流接触器作失压保护。对于 10m以上胶带输送机设拉绳开关，以后每隔 40m 增设一拉绳开关。在提升机底部设置带钥匙检修按钮，确保检修时人身安全。2）电动机的调速及调速电动机的控制一般要求调速的电动机采用交流电动机，少数调速电动机采用直流电动机。交流调速电动机采用全数字式变频调速控制装置进行控制，直流电动机采用全数字式可控硅直流