毕业设计（论文）日产5000吨水泥熟料新型干法生产线窑尾系统工艺设计

摘 要水泥是社会经济发展最重要的建筑材料之一，在今后几十年甚至是上百年之内仍然是无可替代的基础材料，对人类生活文明的重要性不言而喻。现代最先进的水泥生产技术就是新型干法预分解窑。预分解窑是在悬浮预热器与回转窑之间增设分解炉，在分解炉中加入占总用量 50%-60%的燃料，使燃料燃烧的过程与生料碳酸盐分解的吸热过程在悬浮状态或沸腾状态下迅速进行，从而使入窑生料的分解率从悬浮预热窑的 30%-40%提高到 85%-90%，使窑的热负荷大为减轻，窑的寿命延长，而窑的产量却可成倍增长。与悬浮预热器窑相比，在单机产量相同的条件下，预分解窑具有:窑的体积小，占地面积减小，制造、运输和安装较易，基建投资较低，且由于一半以上的燃料是在温度较低的分解炉内燃烧， ，产生有害气体NO较少，减少了对大气的污染。为了符合当今水泥行业的发展需求同时也是对大学本科四年所学知识的考查，我选择了“日产 5000 吨水泥熟料新型干法生产线窑尾系统工艺设计”这个课题作为我的毕业课题。设计范围主要是窑尾系统，通过配料计算、工艺平衡计算等得出结果，并结合实际对主机及附属设备进行选型，进而对各种设备进行工艺布置，对全厂的设备进行简单规划。为了使本次设计各项指标符合国家标准，本次设计的过程和结果完全依据水泥工厂设计规 GB502951999；同时设计上参考了德州大坝水泥 5000 t/d 熟料生产线、烟台东源 5000 t/d 新型干法生产线等国内先进的相近规模生产线，并密切联系了毕业实习以及大学期间的认识实习、生产实习等。在符合最新生产发展要求的基础上，达到最大程度节约资源、能源，做到既降低生产成本又能稳定生产，经济效益和社会效益双赢的可持续生产。关键词：电力系统；烧成系统；配料系统；粉磨系统- 1 -ABSTRACTCement is one of the most important building materials of the social and economic development, within the coming decades or even a century,Cement is still no substitute for basic materials, the importance of human civilization is self-evident.Modern most advanced cement production technology is NSP kiln advance decomposition. Pre decomposition kiln is in suspension preheater between decomposing furnace with rotary kiln added, join in calciner in total amount 50% - 60% of fuel, to make the fuel burning process and raw in the absorption process decompose carbonate state of suspension or boiling condition, thus make rapid decomposition rate of kiln raw from suspension preheater kiln 30 to 40 percent of the increased to 85 percent to 90 percent, the heat load of kiln is reduced greatly, while the prolonging furnace production but can increase exponentially. Compared with suspension preheater kiln individual output, in the same conditions, the decomposition furnace with: small size, covers an area of reduced, manufacturing, transportation and installation easier, low investment in infrastructure, and because more than half of fuel is in the lower temperature burning in precalciner, produce harmful gases, and reduced the rate of less NOx atmospheric pollution.In order to meet the development needs of the cement industry today and at the same time examine the knowledge of university undergraduate course four years, I chose nissan 5000 tons of cement clinker NSP production line preheater system process design this topic as my graduation project. Preheater system design range is mainly by ingredients calculation, craft equilibrium calculation etc, and actual results to host and affiliated equipments, and selection of equipment, process arrangement of all the equipment simple planning.In order to make the design indexes meet the national standards, the design process and the result completely according to cement factory design rules GB50295-1999; Also on the Texas dam design reference cement 5000 t/d of clinker production line, yantai dongyuan 5000 t/d NSP production line domestic advanced production line, and similar scale close contact and graduation practice during the internship, university of understanding of the production and practice, etc. In compliance with the requirements of the development of the latest production, achieve maximum based on conservation of resources, energy and to meet both reduce production cost and stable production, economic benefit and social benefit win-win sustainable production.Key words： Electric power system；Firing system；Batching system；Griding system- 2 -目 录摘要.IABSTRACT.II1 前言.12 建厂基础资料.42.1 设计题目.42.2 建厂条件.42.3 原始数据.42.3.1 原燃料化学成分.42.3.2 原、燃料水分.52.3.3 烟煤的工业分析.52.3.4 烟煤的元素分析.52.3.5 生产方法和窑型的选择.53 全厂工艺平衡计算 .73.1 配料计算.73.1.1 应用基低位发热量.73.1.2 三个率值的选择.73.1.3 煤灰沉落率的计算. 83.1.4 熟料化学成分的要求. 83.1.5 以 100kg 干熟料为基准列累加试凑表. .83.1.6 干原料料耗的计算. .93.1.7 生料干原料配合比的计算. .93.1.8 生料湿原料配合比的计算. .93.2 物料平衡计算.103.2.1 物料平衡计算在设计中的作用. 103.2.2 参数选择及窑规格的确定. 103.2.3 全厂物料平衡计算. 113.2.4 原、燃料需要量的计算及物料平衡- 3 -表.134 工艺设备选型与计算.164.1 工艺设备选型与计算的目的.164.2. 设备选型 . .174.2.1 石灰石破碎设备的选型. .174.2.2 生料闭路磨的设备选型184.2.3 回转窑选型. 184.2.4 烘干机设备的选型. .194.2.5 煤磨的选型. .204.2.6 水泥磨的设备选型. .214.2.7 包装机的设备选型. .224.2.8 主机平衡表见表. .224.3 堆场（棚）的选型设计234.3.1 石灰石预均化堆场的计算 . 244.3.2 砂岩预均化堆场的计算. 254.3.3 湿铁粉、铝土矿联合堆棚. . 264.3.4 煤预均均化堆场的计算. 264.3.5 石膏露天堆场. .274.4 储库的选型计算. 284.4.1 石灰石配料库. 294.4.2 矿渣露天堆场计算. 304.4.3 石膏露天堆场计算. 304.4.4 生料均化库的计算. 304.4.5 熟料库的选取与计算. 304.4.6 水泥配料库的计算. 314.4.7 水泥库的选取与计算. 30 4.5 全厂工艺流程.34- 4 -5 烧成车间设计. .355.1 确定工艺流程.355.2 回转窑规格参数确定.365.3 窑尾系统选型.36 5.3.1 悬浮预热器. .36 5.3.2 分解炉. .365.4 窑系系统物料平衡36 5.4.1 收入物料.38 5.4.2 支出物料.415.5 窑尾系统热平衡计算44 5.5.1 收入热量.455.5.2 支出项目.465.6 窑尾系统烟气平衡计算48 5.6.1 选定相关系数.485.6.2 系统各部位烟气量计算.495.7 窑尾设备及其尺寸确定. .515.7.1 分解炉尺寸规格计算.515.7.2 旋风预热器规格计算.52 5.8 窑尾附属设备选型.55 5.8.1 窑尾高温风机选型计算.555.8.2 增湿塔选型计算.565.8.3 窑尾电收尘.575.8.4 窑尾废气排风机.575.8.5 排气烟囱选型计算.57参考文献.58致谢.59附录.6001 前言水泥与钢材、木材、塑料为四大工程基础材料，而水泥以其数量大、用途广、耐久性强和具备许多其它材料不可取代的性能而处于非常重要的地位，素有“建筑工业的粮食”之称。生产水泥虽然需要比较多的资源，但是水泥与砂、石等集料所制成的混凝土则是一种低能耗型建筑材料，因此水泥工业的发展对保证国家建设的顺利进行具有十分重要的作用。自九十年代以来世界水泥产量平均每年以 4%的速度连续增长。这种发展趋势今后仍将保持下去。近 10 年来，发达国家由于各国经济发展速度减缓，生产成本增高和能源消耗、环保要求等各方面原因，水泥生产呈现饱和和缩减态势。而与此同时，发展中国家水泥需求量不断增大，带动了那里的水泥工业的迅猛发展，特别是东亚、西南亚地区，1998 年亚洲国家生产的水泥几乎占到了世界水泥总量的 60%以上。 七十年代我国陆续建立了一些立筒预热器窑和旋风预热器窑，并在预分解的开发方面烧油烧煤实验均获得成功。七十年代末我国分别从日本、澳大利亚、丹麦等国引进了大、中型的预分解窑干法生产成套设备，并在建成投产后取得良好的技术经济效益。在此基础上，通过对国外设备的消化和国内自行建设的新型干法生产线的总结，八十年代初我国自行设计了 700t/d 熟料生产线的预分解窑成套设备，并组织了 2000t/d 熟料预分解窑干法生产线成套设备的设计、制造和建设。二十世纪八十年代末，我国已建成二十多套 2000t/d 新型干法水泥生产线，通过引进消化国外 20 项先进技术来改进我们自行开发的设备，是我国 2000t/d 新型干法水泥生产线渐趋成熟，双阳水泥厂的建成并达标生产就是成熟的标志。二十世纪九十年代初，我国实施开发 4000t/d 大型新型干法烧成系统。我国已经成为名副其实的水泥生产大国，但总体水平不高，不是水泥工业强国，其表现有以下的基本特点：（1）总产量的生产能力世界第一 我国水泥工业从 1978 年至 1985 年水泥产量由 6500 万吨发展到 1.45 亿吨，7 年增长约 8000 万吨，平均年增长 1140 万吨；1995 年到 2000 年水泥产量由 4.7 亿吨到20 世纪末预计可达 5.8 亿吨，5 年增长了 1 亿吨，平均年增长 2000 万吨。其间，5000 吨水泥生料生产线安装调试成功。2002 年，规划水泥产量 5.9 亿吨，实际生产7.5 亿吨；2003 年，规划水泥产量 7.5 亿吨，实际生产 8.5 亿吨；2004 年，规划水泥产量 8.5 亿吨，实际生产 9.5 亿吨；2005 年，规划水泥产量 9.5 亿吨，实际生产 10.5亿吨。2008 年，规划 12.5 亿吨，实际生产 13.8 亿吨。连续 10 年，每年水泥的规划目标与实际水泥产量，相差几乎都在一亿吨以上。 （2）技术进步步伐加快，但总体技术水平与世界先进水平差距较大悬浮预热器窑是在窑后安装了悬浮预热器，使原来在窑内以堆积态进行的物料预热1及部分硅酸盐分解过程移到悬浮预热器内以悬浮状态进行。由于悬浮状态的生料粉与 1000左右的窑尾热烟气接触的面积大，故传热速度快、热效率高。生料粉能在数十秒内从常温提高到 750以上，入窑生料的表观分解率可达 30-40%，从而大大的减轻了回转窑的预烧负担，窑产量的以提高；从回转窑窑尾排出的高温烟气的热量能得到很好的利用，出预热器的废气温度可降低到 350-400，熟料的单位热耗可大大降低，且出预热器的废气还可用于烘干含 6-8%水分的物料。这些优点随着窑体尺寸的增加而更加显著，因此悬浮预热器窑从五十代初期出现后，得到迅速发展，并在水泥生产中占据了绝对的优势。悬浮预热器窑的特性主要取决于同它配套的悬浮预热器的特性，而各种悬浮预热器的特性有取决于它的结构及热交换方式。构成各种悬浮预热器的热交换单元设备有旋风筒（包括管道）及立筒（涡室）两种1。预分解窑是在悬浮预热器窑基础上发展起来的，它是在悬浮预热器窑的悬浮预热器与回转窑之间增设分解炉，在解炉中加入占总用量 50%-60%的燃料，使燃料燃烧的过程与生料碳酸盐分解的吸热过程在悬浮状态或沸腾状态下迅速进行，从而使入窑生料的分解率从悬浮预热窑的 30-40%提高到 85-90%，使窑的热负荷大为减轻，窑的寿命延长，尔窑的产量却可成倍增长。与悬浮预热器窑相比，在单机产量相同的条件下，预分解窑具有窑的体积小，占地面积减小，制造、运输和安装较易，基建投资较低，且由于一半以上的燃料是在温度较低的分解炉内燃烧， ，产生有害气体NO较少，减少了对大气的污染。图1.1 预热器和分解炉2水泥工厂的设计是一项复杂的系统工程，涉及专业多，知识面广，其生产又具有连续化，各环节相互制约，故设计时，对生产技术配套设备等的选择，要选择最佳方案，统筹安排。尽量选取国内先进的工艺和设备，力求做到工艺先进，流程顺畅，设备选型合理，技术指标先进可行。毕业设计是工艺专业的学生在学完全部课程后，模拟工艺设计的基本内容而进行的一次实际的训练。它有助于培养学生综合运用该学科基本理论、基本技能和专业知识，结合生产实际，提高分析和解决问题的能力，它有助于培养学生理论联系实际，注重调查研究的良好作风，提高查阅文件资料，处理数据和识图、绘图技术水平，为今后的学习和工作打下良好的基础。32建厂基础资料在正式开展设计前，设计单位应注意收集有关的设计基础资料和设计资料，为顺利进行设计创造条件。2.1 设计题目四川某地 5000t/d 熟料新型干法水泥厂烧成窑尾系统工艺设计2.2 建厂条件（1）建厂地点：四川省（2）当地气象资料：主导风向：西北风；最大风速：9m/s；全年最大降雨量：750mm；日最大降雨量：300mm；最大积雪：250mm；全年最高温度：40；最低温度：-14；月平均温度：最热：30；最冷：-5。（3）厂址的自然条件：厂区地形：平坦无建筑物；地耐力：200kpa。（4）矿山资源，各种原料燃料的来源、距离、数量及运输方式： 石灰石 附近本矿山，本厂开采，储量丰富 汽车运输进厂 矿渣 某矿场 火车运输进厂 炉渣 钢铁厂 火车运输进厂 石膏 石膏厂 汽车运输进厂 煤 攀枝花 火车运输进厂 电源水源：电源可靠，水源充足； 交通运输：交通便利，公路、铁路临近厂；产品供销：供销散装 60，包装 40，销往省内，销路广（5）全厂生产规模、产品各种标号: 工厂生产熟料 5000 t/d，产品品种 32.5#水泥 50%和 42.5#水泥 50%。 （6）生产方法：新型干法。2.3 原始数据2.3.1 原燃料化学成分17表 2.1 原、燃料化学成分表物料名称组成(%)4烧失量SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3石灰石42.021.931.080.5753.450.960.27砂岩2.9284.277.612.340.280.560.040.06铁粉1.7324.646.1562.332.772.821.41铝土矿5.1822.3055.123.5412.810.800.060.07煤灰49.1628.7914.675.521.350.61石膏39.522.3.2 原、燃料水分表 2.2 原燃料水分表物料名称石灰石砂岩铁粉铝土矿矿渣石膏烟煤天然水分（%）0.921.085.383.5726.431.195.802.3.3 烟煤的工业分析资料表 2.3 烟煤工业分析表组 分WfAfVfCfQfDw（kJ/kg）含量（%）1.7421.9822.7655.67232802.3.4 烟煤的元素分析表 2.4 烟煤元素分析表组分WyAyHySyOyNyCyQyDWkJ/kg含量（%）5.5025.063.400.294.551.4457.08224252.3.5 生产方法和窑型的选择根据设计任务、建厂条件，本着尽量采用新技术新工艺，降低能耗，提高产量的方针，本次设计的窑型选择为窑外预分解窑。预分解窑是最新的水泥煅烧工艺，目前在国内已经得到广泛的应用，其特点如下2：5(1)窑外预分解窑与其他窑型相比有许多优点：预分解窑熟料单位热耗低，单机生产能力大，并可利用窑的余热烘干物料。虽然其电耗略高，但其综合能耗低于其他窑。生产的熟料的质量得到了保证，增强了新型干法生产时，原料及燃料的适应性。与产量相同的其他窑型相比，预分解窑的设备较轻，占地面积较小，其建设投资较省。延长了窑的衬料寿命及运转周期。利于旧窑的技术改造，也有利于新窑的建造。干法厂在环境污染方面有了很大的改善。(2)预分解窑也存在以下的不足：厂内高大建筑多，对地耐力要求较高，一般25t/m2。预分解窑对原燃料中碱、氯、硫含量也有一定的要求，含量高时易结皮。预分解窑对生产管理人员的素质要求较高。总之，预分解窑是以后水泥生产工业的发展方向。随着时间的推移，他会越来越完善。63 全厂工艺平衡计算3.1 配料计算 水泥的性能和质量取决于熟料的矿物组成，而熟料的矿物组成取决于熟料的组分，熟料的组分又与生料的成分密切相关。因此，适合的生料成分是水泥生产的关键。通常，一种原料的成分很难满足需要，必须将几种原料按一定的比例混合，才能满足煅烧熟料所用生料成分的要求。求各种原料配合比的过程叫做配料计算。配料计算目的是：生产过程中，经济合理的使用各种原料，确保熟料质量，是煅烧出来的熟料强度高、易烧性好；配制的生料易于粉磨、易于烧成，则水泥生产过程易于控制、管理，便于操作。配料计算的理论依据是物料平衡，即反应物的总质量等于生成物的总质量。熟料组成确定后，即可根据所用原料进行配料计算，求出复合熟料组成的原料配合比。3.1.1 应用基低位发热量QDWy,1=(QVf,1+25Wf,1)(100-Wf,1)/(100-Wy,1)-25Wy,1 =(23280+201.74)(100-1.74)/(100-5.50)-255.50=24104.96kJ/kg （3.1）3.1.2 三个率值的选择3（1）KH：石灰石饱和系数，实际上表示了数料中与百分含量的比值。3C S2C SKH 值一般波动在 0.80-0.95 之间。KH 值越大，则硅酸盐矿物中的比例越高，熟3C S料强度越好，故提高 KH 值有利于水泥质量，但 KH 值过高，熟料煅烧困难，必须延长煅烧时间，否则会出现较多 f-,影响水泥安定性，同时窑的产量低，热耗高，CaO窑衬工作条件恶化。KH 过低时，数料中含量增多，水泥强度发张缓慢，早期强2C S度不高。7（2）SM：硅率，表示熟料中硅酸盐矿物与溶剂矿物的比例关系，相应的反应了熟料的质量和易烧性。SM 值一般波动在 1.7-2.7 之间。若 SM 值过高，则由于高温液相量显著减少，熟料煅烧困难，回转窑不易挂窑皮，且不易形成，导致3C S含量过多而熟料易粉化。但 SM 值过小，熟料因硅酸盐矿物少而强度降低，而2C S由于液相过多，窑内易结圈，结大块，影响窑的正常操作14。（3）IM：铝率，表示熟料中 Al2O3和的质量比，IM 值一般波动在 0.8-1.723Fe O之间。若 IM 值越高，含量高，煅烧过程中液相黏度大，物料不易烧成，同时会3C S使水泥凝结过快。但 IM 值过低，虽然液相黏度小，对形成有利，但烧结范围窄，3C S窑内易结大块，不利窑的操作。因此，选择率值时，要创造条件适当提高 KH 值，并选择与 KH 值相适应的 SM值和 IM 值。预分解窑硅酸盐水泥熟料率值和热耗的参考范围19：KH：0.860.92；SM：2.22.6; IM:1.41.8热耗：2928.83556.4kJ/kg 熟料。根据回转窑煅烧特点及国际先进经验，参考同类型厂家相关数据，采用“两高一中”的的配料方案，即“高硅率、高铝率、中饱和系数” 。取 KH= 0.890.02；SM=2.40.1 ；IM= 1.50.1 ；热耗：q=3150 kJ/kg 熟料3.1.3 煤灰沉落率的计算100 千克熟料的煤灰掺入量计算: GA=315021.98%100/(23280100)100%=2.97% (3.2)100ffqA SQ式中:GA-料中煤灰掺入量(%)q-单位熟料热耗 KJ/kgS-煤灰沉降率(%)3.1.4 熟料化学成分的要求计算要求熟料化学成分，设=97.50% Fe2O3=/(2.8KH+1)(IM+1)SM+2.6IM+1.35=3.85% (3.3) Al2O3=IMFe2O3=5.78% (3.4) SiO2=SM(Al2O3+Fe2O3)=22.15% (3.5) CaO=-(SiO2+Al2O3+Fe2O3)=66.72% (3.6)3.1.5 以 100kg 干熟料为基准列累加试凑表8表 3.1 累加试凑表(%)计算步骤SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgO其他合计备注要求熟料成分22.155.783.8565.7297.5煤灰(+2.97)1.4600.8550.4360.1640.0400.015石灰石(+122)2.3551.3180.69565.2091.171(65.72-0.164)/0.5345=122砂岩(+21)17.6971.5980.4910.0590.118(22.15-1.46-2.355)/0.8427=21铁粉（+3.5）0.8620.2152.1820.0970.099(3.85-0.436-0.695-0.491)/0.6233=3.5铝土矿(+3.3)0.7361.8190.1170.4230.026(5.78-0.855-1.318-1.598-0.215)/0.5512=3.3累计成分23.1105.8053.92165.9521.454100.24KH=0.866 SM=2.39IM=1.48砂岩(-1)0.8430.0760.0230.0030.006累计成分22.2675.7293.89865.9221.44899.24KH=0.884 SM=2.32IM=1.417热耗=1003150/99.24=3174 kJ/kg 熟料表 3.1 中，最后一个累计熟料成分即为所配熟料的实际化学成分，备注栏中的三个率值和热耗即为所配熟料的实际率值和热耗，可已十分接近要求值。值得注意的是，累计熟料的合计值不一定非要等于 100，只要验算的熟料率值和热耗符合要求即可，但此时熟料成分必须换算成百分数。3.1.6 干原料料耗的计算4-5石灰石=122/99.24100=122.93砂岩=(21-1)/99.24100=20.15铁粉=3.5/99.24100=3.53铝土矿=3.3/99.24100=3.33煤灰=2.97/99.24100=2.993.1.7 生料干原料配合比的计算9石灰石=122.93/(122.93+20.15+3.53+3.33)=81.97%砂 岩=20.15/(122.93+20.15+3.53+3.33)=13.44%铁 粉=3.53/(122.93+20.15+3.53+3.33)=2.35%铝土矿=3.33/(122.93+20.15+3.53+3.33)=2.22%3.1.8 生料湿原料配合比的计算湿石灰石=81.97100%/(100-0.92)=82.73%湿砂岩=13.44100%/(100-1.08)=13.59%湿铁粉=2.35 100%/(100-5.38)=2.48%湿铝土矿=2.22100%/(100-3.57)=2.30%总重=82.73+13.59+2.48+2.30=101.13.2 物料平衡计算3.2.1 物料平衡计算在设计中的作用物料平衡计算是计算从物料进厂到成品出厂各生产环节需要处理的物料量，包括所有原料、燃料、半成品、成品的量，并表示为小时、日、年需求量，作为确定工厂各种物料需求量、运输量、工艺设备选型和计算储存设施容量的依据。物料平衡计算的依据是：工厂规模、生料各组分配合比、水分消耗定额、水泥各组分配合比、燃料品种和热值、熟料烧成热耗、物料烘干热耗和车间工作制度。3.2.2 参数选择及窑规格的确定窑的熟料产量是物料平衡计算的基准。当工厂的生产规模以水泥年产量表示时，取熟料年产量为基准；当工厂的生产规模以水泥日产量表示时，取熟料周产量为基准。采用前一基准进行物料平衡计算的方法称为年平衡法，采用后一基准进行物料平衡计算的方法称为周平衡法。本次设计采用周平衡法。(1) 计算所需原始数据：熟料日产量：5000t/d生料中各原料配合比：表 3.2 生料中各原料配合比表石灰石砂岩铁粉铝土矿煤灰81.97%13.44%2.35%2.22%2.97%物料天然水分：表 3.3 物料天然水分表物料名称石灰石砂岩铁粉铝土矿矿渣石膏烟煤10天然水分(%)0.921.085.383.5726.431.195.80石膏掺入量 e：4%混合材掺入量 d:14%各种物料生产损失 p:表 3.4 各物料生产损失表生产损失石灰石砂岩铝土矿铁粉生料石膏矿渣水泥煤（%）333333333熟料热耗：q=3174 kJ/kg 熟料煤的应用基低热值：23280 kJ/kg 煤YDWQ窑的台数：1 台(2) 窑型的选择 窑尺寸的计算：要求熟料小时产量 G=5000/24=208.5t/h由经验公式 G=1.5564Di3.0782得 Di=4.4参考同类厂家 Di=4.5m根据相关资料选取：L=70m L/Di=68/4.3=15.8m 根据经验值选取：=0.15考虑衬砖厚度，则筒体外径为：D=Di+2 =4.4+20.15=4.7m 根据我国现有的同类型窑的生产情况相比较，及本次设计的设备情况，选用 4.874m 的回转窑。表 3.5 河南华瑞重工机械制造有限公司厂家窑规格设计产量(t/d)实际产量(t/h)功率(kw)河南华瑞重工机械制造有限公司4.8745000208.5630产量标定12-13由天津设计院经验公式G=11.3943L0.4806=11.39434.82.6388740.4806=5658(t/d)2.6388iD G=41.3817=41.38174.83.1462=5756t/d (3.7)3.1462iD一般水泥厂 5000t/d 水泥熟料生产线实际产量接近 5500t，结合同类型厂家情况，最终标定产量：5700t/d，即 238t/h。回转窑参数的选取回转窑所需功率 N=KnDi2.5L=0. 04834.42.570=409.35kw，斜度 4%，最大转速113.8r/min。3.2.3 全厂物料平衡计算全厂物料平衡计算以一台5000t/d熟料窑外预分解窑为基础,42.5普通硅酸盐水泥50%，32.5矿渣硅酸盐水泥50%，矿渣掺入量为30%，水泥40%包装，60%散装出厂。采用周平衡法计算。(1)计算烧成系统的生产能力熟料小时产量：=nQn,1=1208.5t/h=208.5t/hhQ熟料日产量：=24= 24147t/h=5000t/d dQhQ熟料周产量：=168=168147=35000t/周wQhQ水泥小时产量：Gh=(100-P)/(100-d-e)Qh(t/h)=(100-3)/(100-4-14)147=246.6t/h (3.8)式中 d石膏掺入量, 取 d=4%；e水泥中混合材掺入量，取 e=14%； P生产损失，取 P=3%。水泥日产量：Gd=24Gh=24246.6=5918.4t/d 水泥周产量：Gw=168Gh=168246.6=41428.8t/周(2)原、燃材料消耗定额计算6 考虑煤灰掺入时，1 吨熟料的干生料理论消耗量 K干=(100-s)/(100-I)=(100-2.99)/(100-34.58)=1.48t/t 熟料 (3.9) 式中 K干干生料理论消耗量(t/t 熟料)； I干生料理论烧矢量(%)；S煤灰参入量(%)。考虑煤灰掺入时，1 吨熟料的干生料消耗定额 K生=100K干/(100-P生)=1.53t/t 熟料 (3.10) 式中 K生干生料消耗定额(t/t 熟料)；生料的生产损失(%)，一般 3%5%。P生各种干原料的消耗定额12 K原=K生x (3.11)式中 K原某种干原料的消耗定(t/t 熟料)；x 干生料中该原料的配合比(%)。石灰石 K1=1.5381.97%=1.254(t/t 熟料)砂岩 K2=1.5313.44%=0.206(t/t 熟料)铁粉 K3=1.532.35%=0.036(t/t 熟料)铝土矿 K4=1.532.22%=0.034( t/t 熟料)(3)干石膏消耗定额Kd=d/(100-d-e)=4/(100-4-14)=0.049(t/t 熟料) (3.12)式中 Kd干石膏消耗定额(t/t 熟料)；d石膏掺入量(%)；e混合才掺入量(%)。(4)干混合材消耗定额 Ke=e/(100-d-e)=14/(100-4-14)=0.17(t/t 熟料) (3.13)式中 Ke干混合材消耗定额(t/t 熟料)；d石膏掺入量(%)；e混合才掺入量(%)。(5)烧成用煤消耗定额干煤低位热值 QyDW=23280kJ/kg 干煤 Kf，1=100q/Q(100-pf)=1003174/23280(100-3)=0.14(t/t 熟料) (3.14)式中 Kf，1烧成用干煤消耗定额(t/t 熟料)；煤的生产损失(%)，一般取 3%。fPq熟料烧成热耗(3174kJ/kg 熟料)。(6) 含天然水分的湿物料消耗定额 K湿=100K干/(100-w0) (3.15)式中 K湿，K干分别代表湿物料、干物料消耗定额(kg/kg 熟料)；0该湿物料的天然水分(%)。石灰石 K湿=1001.254/(100-0.92)=1.266(t/t 熟料)13砂岩 K湿=1000.206/(100-1.08)=0.208(t/t 熟料)铁粉 K湿=1000.036/(100-5.38)=0.038(t/t 熟料)铝土矿 K湿=1000.034/(100-3.57)=0.035(t/t 熟料)石膏 K湿=1000.049/(100-1.19)=0.050( t/t 熟料)混合材 K湿=1000.17/(100-26.43)=0.230(t/t 熟料)烧成用干煤 Kf1=1000.14/(100-5.8)=0.149(t/t 熟料)3.2.4 原、燃料需要量的计算及物料平衡表干生料每小时需要量：单位：（t/小时）石灰石： G=208.51.254=261.46砂岩 ： G=208.50.206=42.95铝土矿： G=208.50.034=7.09铁粉： G=208.50.036=7.51石膏： G=208.50.049=10.22混合材： G=208.50.17=35.45烧成用煤：G=208.50.14=29.19干生料每日需要量：单位：（t/天） 石灰石： G=50001.254=6270砂岩： G=50000.206=1030铝土矿： G=50000.034=170 铁粉： G=50000.036=180石膏： G=50000.049=245混合材： G=50000.17=850烧成用煤：G=50000.14=700干生料每周需要量：单位：（t/周） 石灰石： G=500071.254=43890砂岩 ： G=500070.206=7210铝土矿： G=500070.034=1190 铁粉： G=500070.036=1260石膏： G=500070.049=1715混合材： G=500070.17=5950烧成用煤：G=500070.14=4900含天然水分料小时需要量：单位：（t/小时）石灰石： G=208.51.266=263.96砂岩： G=208.50.208=43.37铝土矿： G=208.50.035=7.3014 铁粉： G=208.50.038=7.92石膏： G=208.50.050=10.43混合材： G=208.50.230=47.96烧成用煤：G=208.50.149=31.07 含天然水分料每天需要量：单位：（t/天） 石灰石： G=50001.266=6330砂岩 ： G=50000.208=1040铝土矿： G=50000.035=175 铁粉： G=50000.038=190石膏： G= 50000.050=250混合材： G= 50000.230=1150烧成用煤：G= 50000.149=745 含天然水分料每周需要量：单位：（t/周）石灰石： G=500071.266=44310砂岩 ： G=500070.208=7280铝土矿： G=500070.035=1225 铁粉： G=500070.038=1330石膏： G= 500070.050=1750混合材： G= 500070.230=8050烧成用煤：G= 500070.150=5250根据以上计算结果我们就可以很快的列出物料平衡表，平衡表列出如下：表 3.6 物料平衡表物料平衡量(t)消耗定额 t/t 熟料干料(t)含天然水分料(t)物料 名称天然水分(%)生产损失(%)干料含天然水 分料小时日周小时日周石灰石0.9231.2541.266261.46627043890263.96633044310砂岩1.0830.2060.20842.951030721043.3710407280铝土矿3.5730.0340.0357.0917011907.301751225铁粉5.3830.0360.0387.5118012607.921901330生料31.53319.017656.1253593.05322.55773554145石膏1.1930.0490.05010.22245171510.43250.61750混合材26.4330.170.230235.45850595047.9611508050熟料3208.5500035000水泥3246.65918.441428.8烧成用煤5.8030.140.14929.19700490031.077455250其中：煤的低热值为 23280（kJ/kg 煤） ；烧成热耗 3174（kJ/kg 熟料） ；15 窑年利用天数为 310 天。4 工艺设备选型与计算4.1工艺设备选型与计算的目的工艺设备的选型与计算是工厂设计的重要组成部分，工艺设备按性质可分为机械设备和热工设备，按用途有可分为主要设备和辅助设备。工艺设备的选型与计算的任务是按照配方、生产性质、产量大小和工艺流程，选择设备的形式，然后确定设备和规格大小，最后根据各工序的加工量和设备生产能力进行计算，确定所需设备台数。水泥厂工艺设备的选型与计算叫主机平衡，主机平衡在物料平衡计算和选定车间工作制度的基础上，计算各车间主机要求的生产能力（要求主机小时产量）为选定各车间主机的型号、规格和台数提供依据。主要设备生产运转情况见表 4.1。表 4.1 主要设备生产运转情况主机名称每日运转小时数（h/d）每周运转小时数（h/w）生产周制年利用率生产班制石灰石破碎12-1472-8460.50每日两班，每班6-7h原煤破碎6-736-4960.30每日一班，每班6-7h石膏破碎6-736-4960.30每日一班，每班6-7h矿渣烘干2215470.92每日三班生料磨2215470.92每日三班16回转窑2416870.95每日三班煤磨2215470.92每日三班水泥磨2316170.96每日三班包装机12-1484-9870.50每日两班，每班6-7h注：1.每日运转时间为 24h，按每日三班，每班 8h 计算；每日运转 22h，按扣除每班检修时间 2h 计算。2.生产班制一栏，每班 6-7h 指主机运转小时数，已经扣除每班检修时间 1-2h。本次设计采用周平衡法，根据车间工作制度，定出主机每周运转小时数，并根据物料周平衡量，求出该主机要求的小时产量6： GH = Gw /H (4.1)式中 GH要求的主机小时产量(t/h)；Gw物料的周平衡量(t/w)；H主机每周运转的小时数。4.2 设备选型4.2.1 石灰石破碎设备的选型7在水泥生产过程中，将原、燃料进行破碎是为了便于运输和储存，同时有利于提高烘干和粉磨设备的工作效率。一般情况下，石灰石破碎系统采用两段破碎，一段采用颚式破碎机，二段采用锤式破碎机或反击式破碎机；也可采用破碎比较大而与生产规模相适应的单段破碎系统；有些厂按其特定的条件，为降低入磨粒度，提高磨机产量，也有采用三段破碎系统的。(1)破碎系统要求的生产能力 GH=GW/H=44310/84=527.5(t/h) (4.2)式中 GH要求的石灰石小时产量(t/h)；Gw石灰石的周平衡量(t/w)； H主机每周运转的小时数，84h。破碎系统的最大进料块度主要取决于工厂的规模、矿山的爆破方法、装运设备以及破碎机的型号和规格；由于本次设计工厂的生产规模较大，并且采用大规模爆破开采，故要求进料粒度1500mm，物料的出料粒度 R(70mm)10%，因此，综合17考虑以上诸多因素选用：锤式破碎机（郑州鼎盛单段锤式破碎机）型号规格：DPC2022生产能力：400-600t/h主机功率：800kw入料粒度:100010001200mm出料粒度:90%25mm，该机具有破碎比大，生产能力高，电耗低，结构简单，投资少等特点。(2) 标定产量设计生产能力为 400600t/h，根据实际生产条件，设定其产量为 550t/h。(3) 核算每周实际运转小时数 H0=GH/(nGM)=527.5/55084=80.6(h) (4.3)式中 GH 、GM要求石灰石的小时产量，所选破碎机的小时产量。选型适当。4.2.2 生料闭路磨的设备选型与传统球磨机相比,立式磨具有如下特点：(1) 入磨物料粒度大。一般可达磨辊直径的 5 %，大型磨的入磨物料要高达100150m，提高了破碎机的破碎能力，简化了破碎工艺流程各设备的台数，节约投资，而球磨机一般要求入磨粒度小于 30m；(2) 入磨热风从环缝中进入，风速可高达 80m/ s 以上，磨内通风截面大，阻力小，通风能力强，烘干效率高。利用窑尾废气可烘干 8 %水分的物料，如采用热风炉可烘干 15 %20 %水分的物料；省去了原料烘干系统，降低了熟料热耗；(3) 磨的效率高，电耗低。整个粉磨系统电耗比球磨降低 10 %30 % ，其降低值随原料水分的增加而增加。产品颗粒比较均匀，物料在磨内停留时间短，仅24min (球磨 1520min)，故生产调节反应快，减少了过粉磨现象，便于实现操作自动化；(4) 设备布置紧凑，体积小，重量轻，占地面积小，约为球磨机的 70 %；(5) 磨机结构合理,整体密闭好，漏风可降到 10 %以内，扬尘小，噪音低，粉尘少，操作环境清洁；(6) 易损件寿命长，运转率高。由于立磨的结构决定了立磨在运行过程中没有金属间的直接接触，因此磨耗小，在粉磨生料时，磨损件消耗一般为 612g/t。辊套、衬板寿命可达 8000h 以上，故设备运转率高，可达 90 %。(7) 噪音比球磨机小 10db，基建投资可节省 30 %。因此，本次设计选择立磨作为生料粉磨设备。主机要求时产量：18 Gh =54145/(1680.92)=350(t/h) (4.4) 8760yG结合国内同类型厂家的生产经验及磨机设备厂家的综合实力，本设计采用丹麦史密斯公司生产的 ATOX50 型立磨。其生产能力为 410t/h，允许入磨物料最大粒度为 100mm，允许入磨物料最大水分为 8%，成品细度为 80m 筛筛余12%，出磨物料水分0.5%，磨盘直径：5000/5610mm，磨辊数量为 3 个。核算实际周利用率：=Gy/(168G标)=54145/(168410)=0.780.92 (4.5)选型适当。4.2.3 回转窑选型本设计采用预分解窑，其优点是：(1)预分解技术是在预热器与窑之间增设分解炉，在分解炉中加入占总用 5060%的燃料，使燃料燃烧的过程与生料预热和分解的过程。其在悬浮状态或沸腾状态下迅速进行，使入窑生料的分解率达 90%以上，因此窑的热负荷大为减轻，而产量却成倍的增长。(2)预分解窑单位容积产量高，窑衬寿命长，在单机产量相同的条件下，窑的体积小，占地面积小，制造、运输、安装较易，基建投资较少，适合于产量高的大型窑。(3)预分解窑一半以上的燃料是在较低的温度下（900C 左右）燃烧，故产生的有害气体 NOn较少，减少了对大气的污染。(4)预分解窑的热耗均为 29503280kJ/kg 熟料，电耗与悬浮预热器窑大致相同，其综合能耗较低。主机要求时产量： Gh= Gy/(168)=35000/(1680.85)=245.1(t/h ) (4.6)结合淄博东华水泥厂4500t/d熟料生产线（实际生产5000t/d以上熟料） ，与烟台东源水泥厂5000t/d熟料生产线实际生产5500t/d以上熟料，以及华新水泥有限公司4000t/d(主辅机设备均按5000t/d熟料能力来配置) 熟料生产线实际日平均生产5118吨熟料等实例，选择回转窑规格为4.874m，能力为5000 t/d，斜度为4.0，窑体转速为主传动时0.3983.981 r/min，辅助传动时为0.19r/min。核算实际年利用率： 实际= Gy/(7G标)=35000/(168238)=0.910.95 (4.7)19选型适当。采用 4.874m 回转窑，单传动，主机功率：630kw，斜度 4%，最大转速3.8r/min。详见 3.2.2。4.2.4 烘干机设备的选型在新型干法生产的水泥厂中，原料、煤与混合材都要进行烘干。烘干系统可分为烘干磨和单独的烘干设备。烘干磨即物料在粉磨过程中同时进行烘干,目前烘干磨得到了很大的发展,煤的烘干已广泛采用烘干磨,利用窑头或熟料篦冷机热端气体作为烘干介质,使煤的烘干和粉磨同时进行,来制备窑和分解炉所需的煤粉。随着预分解窑的不断发展，原料的烘干和粉磨也广泛的采用了烘干磨，利用窑尾废气作为烘干介质，充分利用废气余热，其中辊式磨由于能耗低，应用较广泛。混合材的烘干，一般采用单独的烘干设备，烘干热源可取自专设的热风炉，也可取自熟料篦冷机的低温废气（200C 左右）作为主要干燥热源，并设热风炉作为辅助热源。水泥厂采用的单独烘干设备有回转式，悬浮式等，其中最常见的是回转烘干机。回转烘干虽然烘干效率低，投资大，但对物料的适应性强，可以烘干各种物料，且设备操作简单可靠，故得到了普遍应用。在回转式烘干机内，按物料和和热气体流动的方向不同，有顺流式和逆流式两种，顺流式烘干机物料和热气体的流动方向是一致的，在进料端，湿物料和温度较高的热气体接触，其干燥速度较快，而在御料端，由于物料已被烘干，物料温度也升高了，而气体温度已降低，二者温差较小，故干燥速率很慢，所以在整个筒体内干燥速率不均匀。逆流式烘干机物料和热气体的流动方向是相反的，已烘干的物料与温度较高，含湿量较低的热气体接触，所以在整个筒体内干燥速率是均匀的。本设计中主要烘干的物料是矿渣,这种物料的含水量分别为 26.43%。因为水分含量高,所以烘干是必要的。(1) 矿渣要求的小时产量： GH=GW/H=8050/154=52.27(t/h) (4.8)式中 GH烘干机要求的小时产量( t/h)； Gw每周需要的矿渣总量( t/w)； H每周工作的小时数，154h。因此，采用 30002000mm 回转烘干机 2 台（河南宏基矿山机械）： 初水分：26.43% 终水分：1% 转速：1.5-5r/min 斜度：3-5%产量：25-35t/h(2) 标定产量20根据实际生产条件，标定其 2 台产量为 60t/h。(3) 核算每周实际运转小时数 H0=GH/nGM=52.27/60154=134h (4.9)式中 GH 、GM要求矿渣的小时产量、所选烘干机的小时产量。选型适当。4.2.5 煤磨的选型制备煤粉所用的设备，目前大都采用烘干磨，主要有风扫磨、辊式磨和风扇磨三种。由于风扇磨的机件易磨损，且其煤粉细度达不到回转窑用煤粉细度要求，故在水泥厂中，广泛使用的是风扫磨和辊式磨8-9。本设计采用风扫磨。1) 根据物料平衡表，要求小时产量： GH=GW/H=5250/154=34.1(t/h) (4.10)式中 GH煤磨要求的小时产量(t/h)； Gw每周需要的煤粉总量(t/w)； H每周工作的小时数(154h)。选用ZGM133M风扫磨生产能力：40t/h；进口粒度50 mm：进料水分10 %；成品水分0.5 %；成品细度为0.080mm方孔筛筛余810%筛余；磨盘为2250。(2)核算每周实际运转小时数： H0=GH/nGM=34.1/40168=143.2h154h (4.11)式中 GH 、GM要求煤磨的小时产量，所选煤磨的小时产量。选型适当。4.2.6 水泥磨的设备选型水泥粉磨是水泥工业生产中耗电最多的一个工序，近年来，随着新型干法水泥生产的发展，为了提高粉磨效率，节约能源，提高经济效益，水泥粉磨设备在大型化的同时，也得到了不断的改进和发展：(a) 在设备大型化的同时力求选用高效、节能型磨机，如辊压磨的应用。(b) 采用高效选粉机和新型衬板，改善磨机部件和研磨体材质；(c) 添加助磨剂，提高粉磨效率；降低水泥温度，改善水泥品质；水