水泥配料计算和全厂物料平衡

唐山学院课程设计.煤的预均化由于煤的灰分将大部分或全部掺入熟料中，煤热值的波动也将影响熟料的煅烧，因此煤质的波动对窑的热工制度和熟料的产、质量都有影响。当煤质波动较大时，生产中应考虑煤的预均化措施。预均化堆场布置型式的选择预均化堆场有矩形和圆形两种型式：1．矩形预均化堆场矩形预均化堆场设置两个堆料区，总是一个区在堆料，另一个区在取料，两区交替使用。堆场布置型式有以下两种：（1）直线布置，这种布置型式是将两个堆料区近直线形布置，堆场两侧分别设置进、出料胶带输送机，堆、取料机交替地在两个区进行堆、取料，物料输送流程简单；堆场较狭长，设置房盖屋架较易处理。(2)平行布置，这种布置型式是将两个堆料区并排布置，堆场外形较短较宽，如堆场要设置房盖，则屋架跨度很大；同时还存在胶带输送机布置较为复杂，堆料机、取料机在两个平行堆料区之间需要交替转移等问题。2．圆形预均化堆场圆形预均化堆场具有采用连续堆料和取料的条件，此种堆场占地面积少(比直线布置约少40％)，运输设备数量较少而长度也较短，设备费用和维护费用均较低。但由于有出料隧道，当地下水位较高时也有其不利之处。在一个圆形预均化堆场内，既可设置一个料堆连续堆、取料，也可设置两个料堆交替堆、取料。三、预均化堆场几个主要参数的确定1．堆场大小堆场大小主要取决于工厂规模、物料成分的波动情况、以及所选用的堆料机和取料机的型式和主要尺寸。当采用矩形堆场时，每个堆料区的储量通常取为窑7天的需用量，每个堆料区的长宽比一般不低于4。采用圆形堆场时，必须考虑堆料与取料之间留有一定的距离，亦即要留有相当的缓冲储量(例如1～2天)。2．堆料层数堆料层数直接影响预均化堆场的均化效果。堆料层数太少，均化作用不大；但堆料层数达到一定数量后，均化效果并不一定随堆料层数的增加而提高。堆料层数主要取决于原料成分的波动情况，也与堆场容积和堆料速率等有关。在确定堆料层数时，可从下列几方面考虑：（1）当进入堆场的原料成分波动周期较短时，堆料层数应多些；反之则应少些。（2）堆场容积小则可能达到的堆料层数少。（3）堆场容积一定时，堆料层数多则堆料速率要大，故堆料层数与堆料机速度须互相适应。（4）物料成分渡动的短周期不应等于堆一层料所需时间的整倍数。以免物料在堆料时产生纵向成分波动的不利迭加。（5）每层厚度应与物料粒度相适应。预均化堆场一层料所需时间一般为3～10分钟，堆料层数一般在200～500层。1.2原料的破碎水泥生产过程中，大部分原料要进行破碎，如石灰石、矿石及煤等。石灰石是生产水泥用量最大的原料，开采后的粒度较大，硬度较高，因此石灰石是生产水泥用量最大的原料，开采后的粒度较大，硬度较高，因此石灰石的破碎在水泥厂的物料破碎中占有比较重要的地位。破碎过程要比粉磨过程经济而方便，合理选用破碎设备和和粉磨设备非常重要。在物料进入粉磨设备之前，尽可能将大块物料破碎至细小、均匀的粒度，以减轻粉磨设备的负荷，提高磨机的产量。物料破碎后，可减少在运输和贮存过程中不同粒度物料的分离现象，有得于制得成分均匀的生料，提高配料的准确性。石灰石的易碎性、磨蚀性、物料粒度特点与石灰石微观结构及矿物成因有关。由于微观结构及矿物成因的不同，打跌石表现出不同的易碎性、磨蚀性以及粒度特点，针对石灰石的破碎工艺性及实际的成品粒度需求，利用有效输入破碎功，指导破碎机转子、反击破碎腔、破碎篦板等的设计及破碎机的选型。石灰石的破碎工艺性会随水泥厂取矿点的变化而发生变化，观察这些矿物的岩相结构及矿物成因，研究它们的破碎工艺性，可用于指导破碎机进行技术改造。因此，石灰石破碎方面，采用了单段及锤式破碎机，替代了以往的工段或三段破碎，简化了流程降低能耗。石膏经过两级破碎后送入各自贮库。石膏块粗破、均化、细破，主要完成原料的破碎，石膏由粗鄂式破碎机进行初次破碎，在卸料场分区均化布置，在由细鄂式破碎机二次破碎，进入料仓。卸料场分为两个卸料区，卸料要在两个区内自由切换，均匀布料。石灰石是脆硬性材料，而且快度比较大，在破碎时采用大型的抗压式的破碎机。参考同类水泥厂，本设计石灰石采用锤式破碎机。1.3生料制备系统水泥生产过程中，每生产1吨硅酸盐水泥至少要粉磨3吨物料（包括各种原料、燃料、熟料、混合料、石膏），据统计，干法水泥生产线粉磨作业需要消耗的动力约占全厂动力的60%以上，其中生料粉磨占30%以上，煤磨占约3%，水泥粉磨约占40%。因此，合理选择粉磨设备和工艺流程，优化工艺参数，正确操作，控制作业制度，对保证产品质量、降低能耗具有重大意义。新型干法水泥生产线的生料粉磨通常采用烘干兼粉磨系统.（1）立式磨是集破碎、粉磨、烘干、分级和气力输送于一体。入磨物料在磨辊的快速碾压下，物料被研磨并且向磨盘边沿风环处抛洒，被70-90m／s的高速风环气流带起，产生强烈的热交换，水分没有来得及蒸发的大块物料会再次沉落，反复带起、沉落，充分进行热交换，高速气流在磨腔内流速很快降低，形成强烈的紊流场，特别适合于高湿原料的烘干；粉状物料随气流一起上升通过磨机上壳体进入分离器的分级区,在分离器转子叶片的作用下，其中的粗粉落回磨盘与新喂入的物料一起重新粉磨，合格的细粉随气流一起出磨，经收尘器收集为成品.（2）风扫磨是短而粗，其长径比一般小于2，进出料中空轴大，窑尾无出料篦板，可以通入大量热风，烘干能力强，利用窑尾废气可以烘干8％水分的物料，设置热风炉作为烘干补充热源，可以烘干l2％水分的物料。风扫磨系统是借气力提升料粉，用粗粉分离器分选，粗粉再回磨粉磨。1.4熟料烧成目前熟料烧成设备主要有回转窑和立窑两大类，立窑为干法生产，回转窑则按其生料制备方法又可分为湿法生产与干法生产两种。新型干法水泥目前主要采用回转窑生产。干法窑有中空干法长窑及立波尔窑、带余热锅炉发电窑、旋风预热器窑、立筒预热器窑及预分解窑等短窑。从世界水泥工业发展趋势看，干法中空窑由于单机产量低、热耗高；立波尔窑则有本身结构复杂、操作维修要求高、扬尘大等缺点；余热锅炉发电窑则由于窑的发电和发电机组的运行互相牵制，有时会形成恶性循环，因而使这些窑型在世界水泥生产工业中所占比重日益减少。更由于世界性能源日益紧张，代之而起的是新型干法悬浮预热器窑和预分解窑。悬浮预热器窑又可分为立筒预热器窑和旋风预热器窑。立筒预热器窑一般具有结构简单、通风阻力小、电耗低、对原料适应性强等优点。故适用于日产600t熟料以下的小型窑。旋风预热器窑与立筒预热器窑相比设备比较复杂、管理工作量大，对原料要求高且下料容易发生堵塞，但近年来随着技术设备的不断完善和改进，在原、燃料适合的情况下，一般都采用它，因为它对产量和热耗指标更有保证。对于预分解窑多用于大型厂单机产量达到8000-10000t/d。因此，本设计采用预分解窑作为烧成设备。1.5水泥制备近年来，水泥粉磨已趋向闭路系统。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。辊压机用在水泥粉磨方面有五种粉磨流程形式：预粉磨、混合式粉磨、联合粉磨、部分终粉磨、终粉磨。就增产节能而言，依次增大。而辊压机混合型粉磨系统是当今世界上最盛行的水泥粉磨系统，因为他比传统的球磨机可节约水泥的单位电耗近30%，还能确保水泥质量。水泥制备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（及胶凝剂、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，加速水化速度，满足水泥浆体凝结、硬化要求。为制备不同品种的水泥，出加入适量石膏来调节凝结时间外，还加入部分混合材来达到制备不同品种的水泥。本设计采用管磨进行水泥粉磨。1.6水泥包装与出厂出厂水泥有两种形式：包装和散装。袋装水泥具有装、卸、运，易于堆垛和储存，不同品种、等级的水泥易于标记，可分类存放和便于计量等优点。随着商品混凝土的发展，使用散装水泥量大大增加，为推广散装水泥创造了机遇。散装可克服袋装在包装、储运过程中易破损、残留量大并纸袋需消耗大量优质木材等缺点，既经济又符合社会发展需要。水泥库储存设施的选择主要取决于工厂的规模、工厂的机械化自动化的水平、投资大小、物料的性质及对环境保护的要求等。圆库常用于小块状、粒状、粉状物料的储存。优点有：库容积的有效利用率高，因而占地面积小；由于密封，扬尘容易处理，劳动条件好；个车间布置灵活；可以进行遥控及适用范围广等。适合水泥储存。包装机的确定：目前包装机可分为固定式包装机和回转式包装机。固定式劳动条件差，粉尘浓度大，包装能力低，主要用于小型水泥厂。回转式的操作简便、自动插袋和袋运摞包、计算精确、密闭无尘等优点。所以采用回转式包装机。本设计80%水泥采用散装。2主机设备选型表3-1主机生产能力要求平衡表主机名称周平衡量主机每周运转时间石灰石破碎机2773484生料磨33070154煤磨4480168窑21336168水泥磨24360154包装机487298（1）根据物料周平衡量，求出该主机要求小时产量石灰石破碎机：生料磨：煤磨：窑：水泥磨：包装机：根据周平衡法算出的要求主机小时产量，确定主机的型式、规格和台数见表3-2.表3-2主机设备选型主机名称数量台时产量主机型号规格装机/kw年利用率%备注双转子锤式破碎机1台3601.型号：双转子2.进料粒度<350mm3.成品粒度<25mm4800.22生料磨1台2151.型号：立磨Atox37.52.磨盘转速：28.9r/min3.风量：69m3/s1610煤磨1台27型号：φ3.4m9m转速：17.6r/min3.出料细度10~12%1000采用管磨粉磨烟煤回转窑1台1271.φ4.5m68m回转窑2.斜度4%3.转速0.6~4r/min31585水泥磨1台1581.辊压机Φ1.7×1.02.球磨φ3.8m13m250085采用辊压机＋球磨包装机1台50电子计量嘴数12回转式6每嘴都有一个抽风装置有罩3全厂堆场及储库计算3.1物料存储期水泥厂是一座连续生产的工厂，为避免由外部运输设备之间的生产能力的不平衡，或前后段的生产工序的工作班制的不同，以及由其它原因造成的物料供应的中断或滞留堆积堵塞等，确保工厂的生产连续均衡地进行以及水泥均衡出厂，在水泥厂中必须设置各种合理的储存设施来存储生产过程中所用的物料。水泥厂一般常用的储存方式有露天堆场、预均化堆场、圆库和均化库。露天堆场主要是用于粒状、块状物料的储存和倒运。露天堆场所储存的物料具有投资省、储存量大等特点。但露天堆场的面积利用率很低，而且占地面积很大。因此在物料输送过程中容易产生扬尘，使得物料有很大的损失。除此之外，操作还受气候的影响。露天堆场因堆料设备的不同,可分为两种圆形堆料和矩形堆料。预均化堆场主要的目的是改善原料成分的波动，以达到物料的均化。本设计采用的均化设施是现在用的最多的耙式取料机和人字形堆料法。圆库主要用于储存粒状、小块状以及粉状物料，圆库储存的物料很多特点，例如圆库的有效利用率很高，而且占地面积少；圆库是封闭的，所以扬尘很易处理，并且劳动条件好；能进行遥控并且适用范围广。但圆库还有很多缺点，如进出料的环节多等。生料均化库是为了保证入窑生料的均齐稳定。一般而言，连续式生料均化库在现在水泥厂中应用较为广泛。其主要特点为工艺布置简单，电耗低、投资少、、占地少、操作控制方便。所以，本设计选用连续式生料均化库。表3-3本设计预设各种物料的储存期(d)物料名称堆场圆库总储存期露天堆场预均化堆场均化库储存库储存库散装库石灰石1315矿渣1010生料22煤257续表3-3本设计预设各种物料的储存期(d)物料名称堆场圆库总储存期露天堆场预均化堆场均化库储存库储存库散装库熟料55石膏202040水泥773.2储存库的形式物料存储库不论其形式的差异或存储量的多少，其主要功能均为中间存储，为水泥生产工艺所必须的。一般往往把存储量较小的存储库称为料仓或料斗，如物料的中间仓、喂料斗等；而把存储量较大的称为物料库，如石灰石库、生料库、熟料库。对于存储库的设计包括料斗设计及圆筒库的设计。3.3物料露天堆场设计本设计采用铲车堆料的露天堆场，料堆的高度H为6～7米，本次设计选择H=6m。(1)石灰石的露天堆场通过物料平衡表查得石灰石的日消耗量为：G1=3962t/d，本设计预设石灰石的储存期为1d，则石灰石在露天堆场的储存量：G2=3962t×1=3962t。由《水泥厂工艺设计概论》附录表常用的物料的密度和休止角查得：γ石灰石=1.5，α石灰石=39°。根据厂区的面积、厂区形状，来确定料堆的底边宽度为B=28m，则料堆底边长L:取L=28m,则(2)煤的露天堆场在物料平衡表查得煤的日消耗量为：G2=640t/d，预设的煤的储存期2d，得出煤在露天堆场的储存量：Q=640×2=1280t。由《水泥厂工艺设计概论》附录表常用物料的密度和休止角查得：γ原煤=0.9，α原煤=27°。根据厂区的面积、厂区形状，来确定料堆的底边宽度为B=28m，则料堆底边的长为:取L=24，则（3）石膏的露天堆场本设计采用推土机在露天堆场进行堆料，料堆的高度为6～7米，此处选则H=6米。通过物料平衡表可得石膏日消耗量：G2=189t/d，露天堆场中石膏储存期为20d，可知石膏在露天堆场中的储存量为：Q=189×20=3780t。由《水泥厂工艺设计概论》中附录表常用物料的密度和休止角查得：γ石膏=1.4，α石膏=39°。根据厂区的面积、厂区形状，来确定本料堆的底边宽度为B=28m，则料堆底边长为：取L=29m，则3.4预均化堆场设计（1）峦肥预均化堆场计算（采用矩形堆场，设石灰石在预均化堆场储存时间为3天）总堆量计算：Q总=KQd=式中Q总-堆场内总堆料量，t K-堆场系数，K=1.0-1.2，取1.0 Q-物料的日用量，t/d d-物料的储存期，d参考冀东水泥厂的石灰石的预均化堆场，本设计为棚式人字型350-400层，35mB×48mL×11mH，单位料堆的储量为：需要料堆个数：考虑到生产的连续性，选2堆可以满足生产需要。石灰石的预均化堆场的实际储存期：=预均化堆场储量（单个料堆储量×料堆个数）/日消耗某原料量=8000×2/3962=4d（2）煤预均化堆场计算（设原煤在预均化堆场储存时间为8天）总堆量计算：Q总=KQd=式中Q总-堆场内总堆料量，t K-堆场系数，K=1.0-1.2，取1.0 Q-物料的日用量，t/d d-物料的储存期，d参考冀东水泥厂的煤预均化堆场，本设计采用棚式堆场，料堆规格（m）宽×长×高为：27mB×40mL×8mH。单位料堆的储量为：需要料堆个数：3200/3339=0.96，考虑生产的连续性，选1堆。煤的预均化堆场的实际储存期：=3339×1/640=5.2d3.5储库计算（1）石灰石库计算（设计圆库的底面直径为10m，高度为22m）石灰石要求储量：Q=GdT式中Q-石灰石的要求储量 Gd-石灰石的日平衡量，t/d T-石灰石的储存期，d石灰石圆库数量：N=Q/(=个式中N-圆库的个数，个 V-一个库的储量 -石灰石的容积密度，碎石灰石为1.45t/m3取N=2，则石灰石的实际储存期=2333×2/3962=1.2d（2）红粘土库计算（设计圆库的底面直径为10m，高度为22m）红粘土要求储量：Q=GdT式中Q-红粘土的要求储量 Gd-红粘土的日平衡量，t/d T-红粘土的储存期，d红粘土圆库数量：N=Q/(=个式中N-圆库的个数，个 V-一个库的储量 -红粘土的容积密度，为1.4t/m3取N=1，则红粘土的实际储存期=2260×1/701=3.2d铜渣库计算（设计圆库的底面直径为10m，高度为22m）铜渣要求储量：Q=GdT式中Q-铜渣的要求储量 Gd-铜渣的日平衡量，t/d T-铜渣的储存期，d铜渣圆库数量：N=Q/(=0.124个式中N-圆库的个数，个 V-一个库的储量 -铜渣的容积密度，为1.5t/m3取N=1，则铜渣的实际储存期=2414×1/100=24d（4）生料库计算（设计圆库的底面直径为12m，高度为36m）生料要求储量：Q=GdT式中Q-生料的要求储量 Gd-生料的日平衡量，t/d T-生料的储存期，d生料库数量：N=Q/(=个式中N-圆库的个数，个 V-一个库的储量 -生料的容积密度，为1.3t/m3取N=2，则生料的实际储存期=4996×2/4724=2.1d（5）熟料库计算（设计圆库的底面直径为12m，高度为26m）熟料要求储量：Q=GdT式中Q-熟料的要求储量 Gd-熟料的日平衡量，t/d T-熟料的储存期，d熟料库数量：N=Q/(=个式中N-圆库的个数，个 V-一个库的储量 -熟料的容积密度，为1.45t/m3取N=4，则熟料的实际储存期=4016×4/3048=5.3d（6）石膏库计算（设计圆库的底面直径为12m，高度为26m）石膏要求储量：Q=GdT式中Q-石膏的要求储量 Gd-石膏的日平衡量，t/d T-石膏的储存期，d石膏库数量：N=Q/(=个式中N-圆库的个数，个 V-一个库的储量 -石膏的容积密度，为1.30t/m3取N=1，则石膏的实际储存期=3600×1/182=19.8d（7）矿渣库计算（设计圆库的底面直径为12m，高度为26m）矿渣要求储量：Q=GdT式中Q-矿渣的要求储量 Gd-矿渣的日平衡量，t/d T-矿渣的储存期，d矿渣库数量：N=Q/(=个式中N-圆库的个数，个 V-一个库的储量 -矿渣的容积密度，为0.9t/m3取N=2，则矿渣的实际储存期=2493×2/366=13.6d（8）水泥库计算（设计圆库的底面直径为14m，高度为34m）水泥要求储量：Q=GdT式中Q-水泥的要求储量 Gd-水泥的日平衡量，t/d T-水泥的储存期，d水泥库数量：N=Q/(=个式中N-圆库的个数，个 V-一个库的储量 -水泥的容积密度，为1.45t/m3取N=4，则水泥的实际储存期=7251×4/3480=8.3d表3-43000t/d水泥厂物料储库、堆场设计表储库名称规格数量库容量储存期/d实际储存期/d单个/t总共/t石灰石的预均化堆场35mB×48mL×11mH，单位料堆的储量为8000t;棚式人字型350-400层280001600034煤预均化堆场料堆规格：27mB×40mL×8mH；棚式3339t×12石灰石露天堆场28mW×28mL×6膏露天堆场28mW×29mL×6m1388838882020.6煤露天堆场28mW×29mL×6m11321132122.1石灰石库底部带减压仓的圆库φ10×22m22333466611.2矿渣库底部带减压仓的圆库φ12×26m2249349861013.6石膏库底部带减压仓的圆库φ12×26m1360036002019.8生料库底部带减压仓的圆库φ12×36m24996999222.1水泥库底部带减压仓的圆库φ14×34m472512900478.3熟料库底部带减压仓的圆库φ12×26m440161606455.33.6全厂工艺流程方框图3.7全厂质量监控点及控制指标据物料堆的不同形状，将取样点均匀的分布在物料堆的顶、腰、底的部位上，底部应距地面0.5m。取样时，先除去表层0.1m物料，沿和物料堆垂直方向挖深0.3m的坑，在坑底部取相同分量的样品。然后混合而成样品。表3-5全场质量控制点及控制指标质量控制点取样频率实验频率检验项目指标合格率石灰石1h4h8h白班水分CaO／MgO粒度<3％>48％<3％<25ram100％100％>80％石灰石：均化磨出口2h4h8h月组合水分CaO／MgO全分析<3％>48％／<3％100％100％铜渣：堆棚每堆／批每堆／批全分析满足指标煤：堆棚每堆／批每堆／批工业分析全硫、煤灰全分析QDw>26MJ／kg<1．2％100％100％煤：入磨每班每班水分<10％煤：煤粉仓下1h2h4h细度(0．08mm)水分工业分析(5士2)％<2％(A土2)％>80％100％>80％石膏：堆场每堆／批每堆／批月组合SO3全分析>40％100％续表3-5全场质量控制点及控制指标质量控制点取样频率实验频率检验项目指标合格率生料：出磨1hLh2h8h细度(0.08mm)CaO／Fe2O3水分细度全分析(8士2)％指标士0.3％／0.2％<1％<1．4％>85％>70％>90％100％生料：出库1h1h4h4h24hCaO／Fe2O3水分细度(0.08mm)细度(0.02mm)全分析士0.3％士0.2％<1％(8土2)％<1.4％>80％100％>90％100％生料：入窑4h4h分解率>85％>90％熟料：输送机1h1h2h24h24h升重(g／L)f-CaO全分析(加做22：00一6：00)全套物检1325±75<1.5％LSF±2％SM±0.1IM±0.1达国标>85％>85％>70％>75％>75％100％混合材：堆棚每堆／批每堆／批水分全分析特性实验>2．0％100％100％100％水泥：出磨1h1h2h4h8h24h细度(0.08mm)勃氏比表面积／(m2／k)SO3烧失量氧化镁、混合材掺量物化检验指标土1％>300(2.2±0.3)％<4.0％达国标达国标达国标>85％>85％>80％>90％100％100％100％四、结论1.原料、燃料都采用了预均化措施，有利于稳定水泥窑入窑成分稳定，提高煅烧熟料质量。2.在干法生产的水泥厂中，原料、煤、混合材也都要进行烘干。现在随着悬浮预热器和分解炉的发展，同时随着立磨的不断改进，现在可用窑尾废气为烘干介质，充分利用了废气余热，也