水泥生产工艺的设计

水泥生产工艺的设计方案1工艺设计条件和工艺设计原那么本工程为建设一条4500t/d采用双系列五级旋风预热器带在线喷腾式分解炉的新型干法水泥熟料生产线，年产商品熟料155万吨，配套9MW余热发电系统。工艺设计中注重整体配置，充分考虑并尽量防止本地常年风向及厂区地形变化等对总体部局的不利影响。设备选型立足国内先进成熟的技术，但又十分重视国内目前的水泥技术与设备开展水平，更着重于设备运行的可靠性，综合考虑先进、可靠、节能、环保、投资省以及便于大件运输等诸多因素。对引进和国内供货的主要设备均采取招标采购、各种类型的辅机也将“货比三家”、统一配套，从而使本工程成为技术水平先进、建设周期短、工程质量高、达标达产快、投资效益好的“精品工程”。2主要工艺方案的拟定〔1〕原料破碎输送与储存石灰石破碎设在矿山，配置一台单段锤式破碎机，当进料块度≤1000mm、出料粒度≤75mm时，生产能力为800t/h。破碎后的碎石由皮带机直接输送至根据厂址场地条件，厂区设置一个轨径90m圆形石灰石预均化堆场，总储存量37500t，堆料机的最大能力为1000t/h，取料机的最大能力为500t/h。经取料机取出的石灰石由皮带机输送至原料配料站。汽车运输进厂的砂岩或页岩堆棚内储存,也可直接卸至页岩和砂岩的卸矿口，页岩和砂岩共用一台还击锤式破碎机，能力200t/h。钢渣或铁矿石尾矿进厂粒度≤40mm，无需破碎。破碎后的页岩和砂岩由胶带输送机送至辅助原料长型预均化堆场，侧式悬臂堆料机的堆料能力400t/h〔与原煤共用一台堆料机〕,侧式刮板取料机的能力110t/h。进厂钢渣或铁矿石尾矿堆于堆棚内储存，铲车取料后由皮带机直接送至原料配料站。原料配料站设石灰石、页岩、砂岩及铁矿石尾矿或钢渣四个仓。〔2〕原煤卸车输送与储存进厂原煤堆于原煤堆棚内储存，铲车取料送入原煤预均化堆场的进料皮带机。原煤和辅助原料共用一台堆料机。堆料能力400t/h，原煤取料机采用一台桥式刮板取料机，取料能力110t/h。〔3〕原料粉磨目前辊式磨作为较理想的原料粉磨设备已在国内外得到共识。这种集研磨、烘干、选粉于一体的设备，具有土建费用省、占地面积小、粉磨效率高、运行噪音低、系统操作简便、节能低消耗等多种优点，尤其适宜于磨蚀性小、易磨性好、综合水分高的脆性原料。目前，进口辊式立磨及减速机仍然是配套5000t/d熟料生产线最可靠的选择，但进口立磨和主减速机的交货周期长，不能满足本工程建设进度要求，另外与国产的立磨和主减速机相比设备一次性投资仍要多出近3000万元人民币。国内北方重工沈阳重型机器厂、中信重机以及局部兄弟院均有同规格的辊式立磨投入运行，沈重已有多台两年的使用业绩。其它立磨使用业绩已近一年。从各自运行的情况看，台时产量均能到达设计要求，选择国产立磨和国产主减速机是国内水泥行业的一个主方向。原料磨采用一台辊式立磨，烘干热源来自经高温风机引入的窑尾预热器废气，设计辊式立磨的粉磨能力为430t/h〔磨损后〕，出磨水分≤0.5%。原料粉磨与废气处理考虑三风机系统，设计采用窑尾袋式收尘器，其粉尘排放浓度≤30mg/Nm3，并配置在开窑停磨运行状态下，预热器废气经增湿塔喷水降温、以满足入窑尾袋式收尘器要求。窑尾高温风机变频调速，袋收尘器排风机、原料磨风机不必调速,阀门调节即可。〔4〕生料均化及生料入窑从原料成分波动程度和均化链中每个工序所能到达的均化效果，本工程已考虑设置了石灰石预均化堆场。虽说目前对原料预均化的技术水平开展与提高较快，而且某些工程还附设多元素射线分析测定仪来实现石灰石与硅质原料成分的连续在线监测、进而进一步改善提高原料预均化的效果，但总还是存在一定的限度，尤其是对本工程的原料条件，仅仅依靠原料预均化尚难于到达入窑生料质量指标，所以作为均化链中的重要一环即生料均化还是必不可少的。根据我公司了解掌握的资料和国内外一些水泥工厂的实际使用效果，经综合平衡拟选用低压连续式均化库作为本工程的生料均化手段，其中充气控制系统中的关键部件与阀门等拟定直接进口。依据对原料预均化储存和生料质量控制的综合分析，本工程考虑设置一个直径为Φ22.5m、有效储量约20000t的生料均化库较为适宜，正常生产时均化后的出库生料CaO的标准偏差不超过0.20。生料入窑计量系统中的关键设备就是荷重传感器、流量控制阀、固体流量计，在以往众多工程中采用成套引进设备较多，这主要出于当时国产计量设备的技术限制和业主更多地对生产可靠性的考虑。随着国内目前引进技术设备的日益成熟完善和实际生产应用的经验，证实目前再完整系统地引进这套生料入窑计量设备的必要性不大。所以本工程暂且考虑只直接进口流量控制阀，入窑生料的正常计量范围为260~360t/h、最大可达450t/h，动态计量精度≤1.0%。〔5〕熟料煅烧与冷却系统我公司已具有预热预分解窑系统、多通道喷煤管和熟料冷却机等在开发、设计、生产调试等方面的成功经验，针对本工程的具体情况，本熟料煅烧与冷却系统具有以下工艺技术特点：①KP型预热器a.采用特殊撒料箱加强粉料的分散，提高气固之间的相对速度，造成气流脉冲，从而到达强化分散的作用。b.提高气固相对速度，增大气固换热系数，延长物料换热时间，强化物料的换热。c.利用大蜗壳、适宜的内筒插入深度等措施，强化气固的别离作用。d.本工程的预热器规格如下：旋风筒级数C1C2C3C4C5旋风筒规格mm4-48002-68002-68002-70002-7000②分解炉a.采用喷旋结合型式，使得物料浓度分布和气体温度分布更合理，分解炉到达了“三高”，即高的燃料燃烬率、高的生料分解率、高的容积利用率。b.c.在分解炉下部增设“脱氮区”，不仅有效降低了排放废气中的氮氧化物、减少了环境污染，还有效控制了分解炉下部气体温度、提高物料停留时间、减少分解炉下部结皮现象。d.采用在线布置型式，克服了离线分解炉塌料的问题。e.由于增设了下部喷煤管，在窑尾高温气体的作用下，燃料的燃烧速度显著加快，因而为分解炉使用劣质燃料提供了可靠的保证。f.分解炉出口采用长形弯管与C5旋风筒相接，既扩大了分解炉的有效容积，又使分解炉布置更紧凑，节省了投资。g.本工程分解炉的规格为Φ7.7×44m，入窑物料的预分解率＞92%③回转窑目前水泥技术开展对生料预热与预分解煅烧技术的认识有了更进一步提高，与较早的预分解窑相比，当今的窑尾系统普遍提高了分解炉的碳酸钙的分解能力，生料入窑分解率超过90%，分解炉喂煤比例超过60%，有的甚至到达70%，因此相应地减轻了回转窑烧成带的热负荷，为烧成系统的提产创造了条件，因而对回转窑上述指标的设计与生产取值均偏向于中上限，通过对同规模生产线实际生产情况分析，依据上述预热器与分解炉的设计考虑，本工程回转窑的规格确定为Φ4.8×72m，其中窑的设计截面热负荷为4.52×106kcal/m2.h，窑的设计容积产量为209.34kg/m3.h，窑的斜度为④冷却机a.根据冷却机篦床上物料温度、冷却特性和热回收要求，将冷却机分成“高温热回收HTR区”、“高温后续热回收HTRC区”、“中温冷却MTC区”和“低温冷却MTC区”四个功能区，每个功能区分别采用不同的冷却技术。b.我公司与兄弟单位合作开发的液压传动系统具有可靠性高、系统阻力损失小、运行平稳等特点。液压传动系统的控制软件可以实现无级调速并对篦床速度进行跟踪，具有中控计算机操作和机旁控制两种操作方式，液压传动系统的变量泵、比例阀及密封元器件采用进口件，具有平安可靠、寿命长的优点。c.对于活动式充气风管，我们采用外滑块式结构将固定的进风管与活动梁风管相连，安装、调整方便、运行阻力小、无活动连接风管疲劳损坏之患。⑥窑用煤粉燃烧器窑用煤粉燃烧器是附属于熟料煅烧系统的重要辅助设备之一，与预热器回转窑的型式、窑径、煤质、生料品质与煅烧要求等都有很大关系。根据本工程生料品质与燃料特性等条件，我公司已有最适合于本工程的窑用煤粉燃烧器，根本结构形式为四通道，故本工程按我公司煤粉燃烧器配套设计。冷却机的废气处理设计采用静电收尘器，其粉尘排放浓度≤50mg/Nm3。〔6〕熟料输送储存与散装出窑高温熟料经高效篦式冷却机冷却破碎后，由盘式输送机送入一个直径为Φ45m、有效储量为50000t的熟料库；经库底扇形阀卸出的熟料由皮带机输送至熟料火车散装；库侧设2个熟料汽车散装头。对于45米大直径熟料库的结构设计，行业内以往根本上都是采用有内筒支撑的结构方案，但近年来发现很多熟料库内筒混凝土筒壁被冲刷磨损、磨穿，钢筋外露或掉落的情况，出现这种情况，主要跟以下因素有关：a、熟料本身的磨蚀性较大。b、下料管在安装和使用过程中都有可能发生歪斜，导致下落的熟料直接对准某处筒壁冲刷。c、筒壁混凝土施工质量缺陷，强度不够。d、由于施工难度、费用等原因，设计中要求的内筒壁内、外外表的耐磨层没有施工，或因施工质量不好，导致耐磨层脱落。e、由于各种原因，入库熟料的温度远远超标，内筒壁长期处于高温环境中，导致混凝土碳化、疏松，耐磨性能变差。对于上述因素，一旦内筒磨损严重，会影响平安,必须停产清库进行维修加固。针对这种情况，我公司建议取消内筒，改为大直径钢结构库顶，这样，可以防止内筒磨损的问题，利于今后生产管理，目前行业内已普遍采用这种改良方案。〔7〕煤粉制备国内目前较为常用的煤粉制备方式是采用传统的风扫式钢球磨煤机和辊式磨煤机两种方案。风扫式钢球磨煤机具有耐用、可靠、对煤质适应性强、操作维护简便、投资费用低等优点，但其主要缺点是电耗高，单位产品的煤磨装机总容量约为40~45kWh/t。辊式磨工艺流程简单，对原煤水分的适应性强于风扫式球磨，且布置空间小，厂房的土建费用低，装机容量小，节电低消耗。近几年国内厂商通过引进技术转让与消化制造了国产化的辊式磨煤机，在电力行业得到了大力推广应用，实际使用效果理想，近年来许多水泥企业在技术改造中，从技术进步和节电降耗经济性比拟的多方面考虑，也较多项选择用辊式磨系统。所以本工程基于技术先进实用、生产可靠简便、节能降耗的原那么，推荐辊式磨煤机+气箱脉冲袋式收尘器的方案。两方案的比照分析见下表：序号比拟工程单位方案一方案二1粉磨型式辊式磨煤机风扫式球磨2磨机规格mZGM113G(暂定)3系统生产能力t/h45454kW5预计系统单位产品电耗kWh/t~28~426占地面积m22703507系统中工艺设备总重量t410—其中磨机1978二个方案的投资差额%100~859二个方案运行费用差额%100~134由于窑及分解炉的用煤必须满足喂煤均匀、随需及时、调节准确的要求，才能确保熟料煅烧系统的热工制度稳定，有效地控制熟料烧成热耗，因而本工程的煤粉计量秤考虑直接进口。〔8〕生产线的控制与检测生产线的各工艺环节，设置了必要的料位、流量、温度、压力等参数的检测仪表，并保证对生产过程实施有效的监测、控制及操作。采用先进实用的DCS自动控制系统，对石灰石取料机、原料配料站、原料粉磨、废气处理、生料均化及计量入窑、熟料烧成与冷却系统、原煤取料机、煤粉制备与计量输送等范围内的主要生产系统进行分布控制，并在中央控制室内进行集中操作和监控。(9)拟定引进设备内容经慎重比拟分析，本工程考虑引进设备与部件内容如下：①γ在线分析仪②生料库底卸料流量阀〔七套〕、③电动执行机构〔28台〕④生料入预热器斜槽式分料阀〔一套〕、喂料锁风装置〔二套〕⑤窑用煤粉计量秤〔一套〕、分解炉用煤粉计量秤〔一套〕⑥X荧光分析仪〔一套〕⑦入窑斗式提升机根据上述拟定的引进设备与部件内容，按照以往众多工程的采购情况和目前市场行情，预计按现行汇率计算的本工程引进费用可控制在195万美元以内。序号名称数量总额〔万美元〕1γ在线分析仪1602卸料阀系统1234.53煤粉计量秤2354电动执行器28155X荧光分析仪1206入窑胶带斗式提升机130合计45194.53工艺生产流程简述〔1〕本工程工艺生产主要流程方框图如下：石灰石页岩砂岩原煤破碎堆棚破碎破碎卸车堆场皮带输送原料磨煤磨烟囱生料库原煤仓生料计量煤磨窑尾烟囱煤粉仓增湿塔窑尾锅炉预热器分解炉煤粉计量回转窑冷却机冷却风机窑头烟囱熟料库熟料汽车散装熟料火车散装2)工艺生产流程石灰石破碎采用一台国产单段锤式破碎机，大块石灰石由汽车运输进厂，直接倒入石灰石破碎车间的受料斗内，由板式喂料机送入破碎机破碎，破碎后的碎石由长胶带输送机送至石灰石预均化堆场。石灰石经堆料机堆料、刮板取料机取料，然后由胶带输送机输送至原料配料站碎石库。汽车运输进厂的砂岩或页岩堆棚内储存,也可直接卸至页岩和砂岩的卸矿口，页岩和砂岩共用一台还击锤式破碎机，破碎后的页岩和砂岩由胶带输送机送至辅助原料长型预均化堆场，侧式悬臂堆料机的堆料,侧式刮板取料机端面取料送至原料配料站。进厂钢渣或铁矿石尾矿堆于堆棚内储存，铲车取料后由皮带机直接送至原料配料站。原料配料站设石灰石、页岩、砂岩及铁矿石尾矿或钢渣四个仓。仓底设定量给料机按设定比例配料，混合料用胶带输送机送入原料磨，该进料皮带机上设γ在线分析仪，在线控制配合料的化学成份。原料粉磨采用国产的辊式磨，烘干热源来自于窑尾预热器的高温废气。出磨废气中的粉料经窑尾袋收尘器收下后与管道增湿回灰经空气输送斜槽﹑斗式提升机、库顶生料分配器分别送入一座Φ22.5m生料均化库。出磨废气由原料磨风机送入一台窑尾大布袋收尘器净化后，由废气风机经烟囱排入大气，原料磨风机排出的废气中的一局部作为循环风回磨。当原料磨停运时，预热器废气引入管道增湿降温后