无机非金属课程设计水泥粉磨车间设计

1、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、比外表积等表示)，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。本设计就是对日产熟料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

2、计本着力求使产品到达“优质、环保、节能的原那么，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 粉磨车间设计 物料平衡 设备选型引 言现代粉磨技术开展历经两个阶段：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良和提高阶段；第二，20世纪70年代延用下来的挤压粉磨技术开展完善和大型化阶段。其开展特点是：(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开展。用于水泥粉磨的钢球磨机直径已达5m以上，电机功率达7000kW以上，

3、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，也有利于降低产品本钱。长期以来，虽然圈流式钢球磨机作为水泥粉磨设备的根本型式，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根底上，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(Rollermil

4、l)的开展主要是20世纪70年代以来磨机结构和材质上的改良，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拟广泛的推广应用，从而使水泥生产综合电耗由120kWh/t降低到90kWh/t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开展。撒料式选粉机(

5、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300t/h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500t/h。选粉机开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，力求在改良磨机结构、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

6、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，会使大局部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

7、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外表积，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。因此选择适宜的水

8、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。1配料计算1.1 窑的生产能力标定设计任务要求设计日产普通水泥孰料2500t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，设计中取2%。计算水泥熟料年产量： Qy=(100-d-e)/(100-p)Gy Qy要求的熟料年产量t孰料/年； Gy工厂规模孰料/年；p水泥的生产损失%，可取为1%3%计算中取1%；d水泥中石膏的掺入量%因石膏中含SO3为40%，假设取水泥中SO3含量为0.8%时，石膏掺量

9、为2%； e水泥中混合材的掺入量%； Qy=100-1-10/(100-1)=730000(t/y) 对预分解窑年利用率为：85%95%，在此取=90%利用公式n= Qy /(8760Qhl) 计算台数，式中：n窑的台数Qy要求的熟料年产量t/年Qhl所选窑的标定台时产量t/台时计算得n=0.89，故窑的台数取1台。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=821250t/y；相对应的水泥小时产量：Gh=(100-p)/(100-d-e)Qh=117.2(t/h)， 水泥日产量：Gd=24Gh=2t/d，水泥年产量：Gy=

10、365Q=9t/y。1.2 原、燃料的选择及确定原料配比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26.3617.9454.6324无烟煤1.025.081726原料及煤灰成分表1-2名称烧失量SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgO总和石灰石3.3370.9851.479粘土615.392.321.239砂页岩82.851.032.3198.15粉煤灰2.69530.501.109铁矿石2.7431.861.7495.81烟煤煤灰39无烟煤煤灰47.1734.0394.48对于回转窑由于煅烧熟料时要求火焰的长度比拟长

11、，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那么原料可以选石灰石、砂页岩、粉煤灰、铁矿石四种，其中粉煤灰和砂页岩按一定比例混合等效于粘土。1. 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，据此可以设定枯燥原料配合比为：石灰石84.15%，砂页岩8.40%，粉煤灰5.00%，铁矿石2.45%，以此计算生料的化学成分。表1-3烧失量SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgO石灰石砂页岩粉煤灰铁矿石生料灼烧生料对于日产熟料2500t的窑其单位熟料热耗可以取3100KJ/Kg，即q=3100KJ/Kg，那么有：煤灰掺量GA=(qAyS

12、)/(Qy100)，其中S粉尘的沉落度，有收尘设备时S=100；代入数据有GA=%。煤灰掺量为GA=%时，灼烧生料配合比=100%-%=96.67%，可得表1-4配合比SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgO灼烧生料烟煤煤灰孰料生料的化学成分如表中所示。1.3 率值计算根据率值计算公式有：KH=W(cao)(Al2O3)(Fe2O3)/(2.8W(SiO2)=0.9161 SM=W(SiO2)/W(Al2O3)+W(Fe2O3)= IM= W(Al2O3)/W(Fe2O3)=17085由计算的率值可以进一步所设定的原料配比是合理的。1.4 确定湿原料的配合比由原始数据可知道原料中的含水量为：石

13、灰石1%，砂页岩2%，粉煤%，铁矿15%，经计算，可得到如下百分配比：表1-5名称含水率干物料湿物料百分配比湿石灰石湿砂页岩湿粉煤灰51湿铁矿石2 物料平衡计算消耗定额计算 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%。那么有：KT=100-/100-33.73586t/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1%3%，计算时取1%。那么有：K

14、生=1001.4586/100-1=1.4734t/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%。那么有：K干石= K生%=1.2398t/t熟料；K干砂=K生8.438t/t熟料；K干粉= K生5.0737t/t熟料；K干铁=K生2.461t/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%。那么有：K湿生=100K生/(100-W0)=1.4943t/t熟料其中W生4154451502%；K湿石=100K干石/(100-W0524

15、t/t熟料；K湿砂=100K干砂/(100-W0)=0.1263t/t熟料；K湿粉=100K干粉/(100-W0740t/t熟料；K湿铁=100K干铁/(100-W025t/t熟料。 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%，取d=2%，e=10% Pd干石膏的生产损失%，可取2%。那么有：Kd=2100/(100-2-10)(100-22t/t熟料；湿石膏消耗定额：K湿d=100Kd/(100-W0)=1000.023/(100-0)=32(其中石膏含水量W石膏=0

16、%)； 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2%。那么有：Ke=10100/(100-2-10)(100-260t/t熟料；湿混合材消耗定额：K湿e=100Ke/(100-W06064t/t熟料。 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1%,其中Q=,代入数据有 Kf7t/t熟料烧成用湿

17、煤消耗定额： Kf=100Kf/(100-W0)=10071t/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。 熟料及水泥消耗定额计算熟料的干消耗定额：K熟=1.000t/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=1.000t/t熟料。水泥的干消耗定额：K水泥=K熟+Kd+Ke=1.1392t/t熟料；水泥湿消耗定额：K湿水泥=K湿熟+K湿d+ K湿e596t/t熟料。原燃材料需要量计算 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=t；砂页岩M砂= K干砂Qh=12.8920t

18、；粉煤灰M粉= K干粉Qh=t；铁矿石K干铁Qh=3.7602t；石膏M石膏= KdQh=t；混合材M混合材= KeQh=12.0787t；烟煤M烟煤= KfQh=13.3055t；生料：K干生=15t。各干原燃材料每天需要量：石灰石M石= K干石Qd=t；砂页岩M砂= K干砂Qd=30t；粉煤灰M粉= K干粉Qd=t；铁矿石K干铁Qd=9t；石膏M石膏= KdQd=57.9777t；混合材M混合材= KeQd=2t；烟煤M烟煤= KfQd=t；生料：K干生=t。各干原燃材料年需要量：石灰石M石= K干石Qy=1t；砂页岩M砂= K干砂Qy=t；粉煤灰M粉= K干粉Qy=6t；铁矿石K干铁Qy

19、=t；石膏M石膏= KdQy=t；混合材M混合材= KeQy=9t；烟煤M烟煤= KfQy=t；生料：K干生=t。 含天然水分原燃材料需要量计算同理，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，具体数值不再一一写出，详细请见物料平衡表。绘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物料名称天然水分生产损失消耗定额t/t熟料干料t含水料t干料含水料小时天年小时天年石灰石砂页岩粉煤灰铁矿石生料石膏混合材熟料烧成用煤3工艺流程选择及设备选型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

20、，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，其流程图如下列图示：图3-1 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，中选择两台同型号的钢球磨时产量可

21、到达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电动机功率kw磨机质量t3.812143552000197 附属设备选型 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=6020000.61=72120t/h，能够满足设计的窑

22、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KWN20003607212020001052301002003 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，收尘效果比拟好，因此收尘设备可选用袋式收尘器, 袋式收尘器种类比拟多，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-)W3600/4式中 Di球磨机的有效直径m； 常数为0.32； W通过风的最终

23、速度，一般取0.5m/s。2(1-0.32)0.53600/4=12452m3/h；实际中应考虑磨未漏风5%，那么有从磨机排除的总风量为： V=1.2V=1.212452=13075m3/h120C10脉冲式袋式收尘器的处理风量为13260m3/h，能够满足生产的需求，故收尘器可以选取该型号袋式收尘器，其主要参数如下：表3-3型号处理风量m3/h收尘器阻力mm水柱单袋过滤面积m2总过滤面积m2120C10脉输送设备选型空气输送斜槽结构简单，输送能力大，密封性好，电耗低，操作维修方便等优点，广泛用于水泥厂。适合输送易流态化粉状物料，不适宜输送颗粒大、水分多、难于流态设计

24、流程中水泥的小时产量为Gh=11t/h，对于XZ250型空气输送斜槽的流态化的物料，不能水平或向上输送，只能以一定斜度向下输送物料。输送能力为每小时输送水泥120t，因此可以满足设计的需要，XZ250型空气输送斜槽的主要参数如下：表3-4型号槽体宽度mm倾角输送能力需要风压(Kpa)需要风量(m3/min)槽体节长阻力pa水泥生料标准节mm非标准节mmXZ2502001212095422000250n8001200 斗式提升机的主要特点：适合块状、粒状、粉状物料的垂直输送。 磨头处斗式提升机G斗提=1+LG=1+150%552=165 t/h式中， G斗提：提升机提升能力,t/h L：辊压机循环负荷 G：磨机产量,t/h要求输送量：V= G斗提/=165/1.45= m3/h式中，：输送物料的密度，查?水泥厂工艺设计概论?，=m3/t,