日产熟料5000t预分解窑水泥厂窑尾工艺设计 毕业论文.doc

1 第一章 文献综述 1.1 水泥简介 水泥，粉状水硬性无机胶凝材料。加水搅拌后成浆体，能在空气中硬化或者在 水中更好的硬化，并能把砂、石等材料牢固地胶结在一起。cement 一词由拉丁文 caementum 发展而来，是碎石及片石的意思。水泥的历史最早可追溯到古罗马人在 建筑中使用的石灰与火山灰的混合物，这种混合物与现代的石灰火山灰水泥很相似。 用它胶结碎石制成的混凝土，硬化后不但强度较高，而且还能抵抗淡水或含盐水的 侵蚀。长期以来，它作为一种重要的胶凝材料，广泛应用于土木建筑、水利、国防 等工程 【1】 。 1.2 预分解窑生产工艺 预分解窑生产工艺指采用窑外分解新工艺生产的水泥。其生产以悬浮预热器和 窑外分解技术为核心，采用新型原料、燃料均化和节能粉磨技术及装备，全线采用 计算机集散控制，实现水泥生产过程自动化和高效、优质、低耗、环保。新型干法 水泥生产技术是 20 世纪 50 年代发展起来，到目前为止，日本德国等发达国家，以 悬浮预热和预分解为核心的新型干法水泥熟料生产设备率占 95%，我国第一套悬浮 预热和预分解窑 1976 年投产。该技术优点：传热迅速，热效率高，单位容积较湿法 水泥产量大，热耗低。发展阶段：第一阶段，20 世纪 50 年代70 年代初，是悬浮 预热技术诞生和发展阶段。第二阶段，20 世纪 70 年代初期，是预分解技术诞生和 发展阶段新型干法水泥 【2】 的主要特点：干法回转窑是 18 世纪末、19 世纪初的窑型， 它比立窑生产前进了一大步。由于它所用生料是干粉，含水量1%，比湿法生产减 少了用于蒸发水分的大部分热量，而且也比湿法生产短，但干法中空窑无余热利用 装置，窑尾温度一般都在 700950。有些厂可看到烟囱冒火现象，热能浪费严重， 每千克熟料热耗高达 17131828kcal，而且灰尘大，污染严重。生料均化差，质量 低，产量也不高（均与湿法生产相比） ，曾一度被湿法生产所取代。20 世纪 30 年代 初，出现了立波尔窑，在窑的尾部加装了炉篦子加热机，对含水分为 12%14%的 生料球进行加热，使余热得到较好利用，窑尾温度从 700以上降到 100150， 热耗大幅度下降，产量和质量都得到很大提高。20 世纪 50 年代又出现了带旋风预 热器窑，窑尾余热得到更好的利用。尤其是 20 世纪 70 年代初出现的带窑外分解炉 的新型窑生产线， ，将干法生产推向一个新阶段。这种能耗低、产量高、质量好、技 术新的窑已成为世界各国水泥生产的发展方向。 1.2.1 预分解窑 预分解窑是 20 世纪 70 年代发展起来的一种煅烧工艺设备。它是在悬浮预热器 和回转窑之间，增设一个分解炉或利用窑尾烟室管道，在其中加入 3060%的燃料， 日产熟料 5000t 预分解窑水泥厂窑尾工艺设计 2 使燃料的燃烧放热过程与生料的吸热分解过程同时在悬浮态或流化态下极其迅速地 进行，使生料在入回转窑之前基本上完成碳酸盐的分解反应，因而窑系统的煅烧效 率大幅度提高。这种将碳酸盐分解过程从窑内移到窑外的煅烧技术称窑外分解技术， 这种窑外分解系统简称预分解窑 【3】 。 1.2.2 预分解窑煅烧的特点 （1）在一般分解炉中，当分解温度为 820900时，入窑物料的分解率可达 8595% ，需要分解时间平均仅为 410s，而在窑内分解时约需 30 多分钟，效率之 高可想而知。 （2）由于碳酸钙的分解从窑内移到窑外进行，所以窑的长度可以大大缩短，降 低占地面积。 （3）由于在分解炉内物料呈悬浮状态，传热面积增大，传热速率提高，从而使 熟料单位热耗大大降低。 （4）由于减轻了回转窑的热负荷，延长耐火材料的使用寿命，提高窑的运转率， 同时提高了窑的容积产量。但由于对物料的适应性较差，容易引起结皮和堵塞，同 时系统的动力消耗较大。 1.2.3 预分解窑技术的发展 自 20 世纪 50 年代初期德国洪堡公司(khd)研究成功悬浮预热窑、70 年代初期 日本石川岛公司（ihi）发明预分解窑以来，水泥工业熟料煅烧激射获得了革命性的 突破，并推动了水泥生产全过程的技术创新。50 多年来，新型干法水泥生产技术发 展已经经历了五大阶段。第一阶段：20 世纪 50 年代初期至 70 年代初期。伴随着悬 浮预热技术的突破并成功应用于生产，新型干法水泥生产诞生，并随着悬浮预热窑 的大型化而发展。第二阶段：20 世纪 70 年代初期至中期。伴随着预分解窑的诞生 发展，新型干法水泥技术想水泥生产全过程发展。同时，伴随着预分解技术的日趋 成熟，各种类型的旋风预热器与各种不同的与预解方法相结合，发展成为许多类型 的预分解窑。在本阶段中，悬浮预热窑的发展优势逐渐被预分解窑所代替。但是， 必须认识到悬浮预热窑是预分解窑的母体，预分解窑是悬浮预热窑发展的更高阶段。 至今各种新型悬浮预热器在预分解窑发展的同时，仍在继续发展完善，发挥着重要 作用。第三阶段：20 世纪 70 年代中期至 80 年代中期。1973 年国际石油危机之后， 油源短缺，价格上涨，许多预分解窑被迫以媒代油，致使许多原来以石油为燃料研 发的分解炉难以适应。通过总结改进，各种第二代、第三代分解炉应运而生，改善 和提高了预热分解系统的功效。第四阶段：20 世纪 80 年代中期至 90 年代中期。伴 随着悬浮预热和预分解技术日臻成熟，预分解窑旋风筒换热管道分解炉回转 窑篦冷机（简称筒管炉窑机）以及挤压粉磨，和同它们配套的耐热、耐 磨、耐火、隔热材料，自动控制，环保技术等全面发展和提高，使新型干法水泥生 日产熟料 5000t 预分解窑水泥厂窑尾工艺设计 3 产的各项技术经济指标得到进一步优化。第五阶段：20 世纪 90 年代中期至今。生 产工艺得到进一步优化，环境负荷进一步降低，并且成功研发降解利用各种替代原、 燃料及废弃物技术，一新型干法生产为切入点和支柱，水泥工业向水泥生态环境材 料型产业转型。 1.2.4 预分解窑生产的特征 预分解窑法生产具有均化、节能、环保、自动控制、长期安全运转和科学管理 六大保证体系，是当代高新技术在水泥工业的集成，其特征如下： （1）生料制备全过程广泛采用现代化均化技术。使矿山采运原料预均化生 料粉末生料均化过程，成为生料均化过程中完整的“均化链” ； （2） 用悬浮预热及预分解技术改变了传统回转窑内物料堆积态的预热和分解 方法； （3）采用高效多功能挤压粉磨技术和新型机械粉体运输装置。根据日本上潼具 贞研究空气输送的动力系数 （指单位时间内输送单位重量物料至单位长度所需动 力）是提升机的 24 倍，是皮带输送机的 1540 倍。因此，采用新型机械输送代 替空气输送粉体物料，节能是相当可观的； （4）工艺设备大型化，使水泥工业向集约化方向发展； （5）为“清洁生产和广泛利用废渣、废料、再生燃料和降解有毒有害危险废弃 物创造了有利条件； （6）生产控制自动化； （7）广泛采用新型耐热、耐磨、隔热和配套耐火材料； （8）应用 it 技术，实现现代化管理等。 1.3 水泥预分解窑工艺装备技术及发展 1.3.1 生料制备 水泥生料制备过程中 cao 的标准偏差控制值随装备技术的发展而逐步减小。 （1）计算机三维模型系统在矿山设计中大量推广应用，矿山勘探时，取得完整 的数据，在设计时，将矿山分成体积较小的 cao、sio 2、mgo、r 2o 等成分较为均 匀的若干有限单元，在生产时搭配使用，在开采时，根据生产所需的成分，对各有 限单元内矿石的化学成分通过计算机来进行搭配控制开采，做到所开采的矿石内所 需的化学成分的均匀性。 （2）连接破碎机和预均化堆场的皮带输送装置输送的石灰石等物料的分析控制 方式从离线分析转为在线分析，在测试装置中，使用较为广泛的是 xrf 分析测试控 制装置和近年来出现的不需制备样品，可连续测试并能更快的对物料成分进行调整 的中子测试仪。上述测试装置与矿山计算机联网，能在预均化堆场内控制石灰石 cao 标准偏差值小于0.5%，加上误差精度小于1%的块状或粉状喂料装置，可以 日产熟料 5000t 预分解窑水泥厂窑尾工艺设计 4 精确控制入磨石灰石和各种校正原料，使原料在入生料磨前达到入人窑生料成分的 要求。 （3）生料系统采用辊式磨。辊式磨具有电耗低，生产能力和烘干能力大，场地 节省的优点。随着设计、制造技术、材质的改进，国内一些预分解窑生产线的辊式 磨磨制生料中的石英砂岩的含量从 3.3%至 10%，金属磨耗量从 3g/t 至 18g/t，磨辊 的使用寿命达到 8000h 以上，而且磨制的生料颗粒级配均匀，大颗粒石英量少。近 年来，新出现的 4 辊辊式磨较原有的 2 辊辊式磨体积减小 15%，产量高，运转率接 近窑的运转率，完全满足生料细度和烘干的需求。 生料制备过程中，由于矿山开采的石灰石等主要原料的成分的均匀性得以提高， 测试装置的分析调整速度快速提高，确保生料入磨前成分均匀，生料库的均化工作 量的功能下降，此变化过程对生料质量有利。 1.3.2 预分解窑煅烧工艺装备技术 预分解窑煅烧工艺装置是由预热器、分解炉系统、回转窑、篦冷机、三次风管 和燃烧器等装备组成，上述装置创造了良好的煅烧条件，确保了熟料在较高的率值 和较高的 c3s 含量时所需的煅烧温度，以及快速的升温速率，充分的燃烧状况和快 速冷却条件，保证了熟料煅烧质量。 （1）预热器和上升管道的形式进一步优化，系统内的单项部件的结构和材质进 一步改进，使预热器系统的效率进一步提高，生料在很短的时间内在各级预热器系 统内进行热交换，不仅在预热器内反复循环的过程中得到加热，还进一步得到均化。 分解炉的结构及工艺尺寸使燃料有足够的时间燃烧，三风道燃烧器进一步提高了分 解炉内煅烧温度，上述措施不仅提高了入窑物料的分解率，还可以扩大燃料品种， 如低挥发分煤的应用。目前一些性能优良的预热器分解炉系统的人窑物料分解率已 达 94%，因而窑的 l/d 趋势在缩短，出现了 l/d=1012 的短窑。 （2）预分解窑转速已提高至 34r/min，物料在窑内翻滚次数增加，有利于火 焰和烟气对物料进行热交换，相应提高了物料在窑内温度的均匀性，减少物料表面 和内部的温差，有利于熟料质量的均匀。由于物料在窑内停留时间短，升温速度快， 易生成晶格小于 30m 的 c3s 熟料，有利于粉磨和提高水泥强度。 （3）空气梁篦冷机技术解决了厚层篦冷机冷风不易均匀透过料层的技术难点， 冷风和高温熟料进行激烈的换热，一方面有利于熟料快速冷却；另一方面提高了二 次、三次风温度，目前，篦冷机的热效率已提高至 74%以上，且运转率大幅度提高。 （4）大窑门罩技术的出现，三次风从篦冷机中部转为窑门罩抽取，使入分解炉 的三次风温和入窑煅烧的二次风温相等，测试表明上述温度超过 920三次风温的 提高，有利于分解炉内燃料的燃烧，相应提高了入窑物料分解率。 日产熟料 5000t 预分解窑水泥厂窑尾工艺设计 5 （5）多风道燃烧器的应用，煤粉经旋流风扩散形成快速燃烧，燃烧器的冲量可 使不同挥发分的燃料在窑内燃烧，而且使烧成带具有高的燃烧温度且火焰峰值平稳， 有利于熟料煅烧和窑皮的维护。 预分解窑装置技术的进展，系统热耗已降至 3000kj/kg 以内，热耗愈低，燃料 使用量就少，供燃烧的二次风量和三次风量相应就少，从篦冷机高温部位抽取的热 风温度高，此外多风道燃烧器的一次风量已下降至 6%8%，因而预分解窑内的物 料一直处在高温下煅烧。总体说来，物料在预热器分解炉内迅速加热后进入人窑内， 又在高温下迅速加热煅烧成熟料，由于窑内冷却带短，熟料很快进入篦冷机内快速 冷却。上述工况适宜于较高的熟料率值和 c3s、c 3a 含量高的熟料，而且有利于生 成 c3s 晶格小的熟料，再加上合理的冷却制度，对熟料强度和粉磨十分有利。 图 1-1 预分解窑的生产流程 1.3.3 水泥粉磨装备技术 （1）球磨机系统 水泥磨系统中所配用钢球磨的结构进一步优化，调整和改进钢球磨的隔仓板、 阶梯衬板形式，使用分级衬板，优化研磨体级配，以及进料口、润滑系统轴承座结 构等，使之规格大型化，磨耗及电耗相应降低。o sepa 选粉机(或高效笼式选粉机)、 高效袋式除尘器和球磨机组成的水泥粉磨系统，其循环负荷由离心式的 200%300%下 降到 100%200% ，磨制水泥时，330m 颗粒级配的重量超过 65%，因而具备选 粉效率高、电耗低、产量高及颗粒级配合理等优点。 日产熟料 5000t 预分解窑水泥厂窑尾工艺设计 6 （2）辊压机+球磨+选粉机系统 辊压机的出现是粉磨技术的重大进展，水泥粉磨电耗可降至 32kwh/t 以下 (4000cm2/g)，由于辊压机具有能耗低、效率高的特点，多次循环，重复挤压物料达 到增加成品细度的目的，同时，其产品最终经球磨和选粉机系统，因而和球磨系统 样可以获得细度合适、颗粒级配合理和颗粒形貌合适的产品。 此外，还有辊式磨、球磨机和选粉机组成的系统，其原理接近辊压机系统，均 能降低电耗，获得优质的水泥产品 【4】 。 1.4 水泥前景分析 随着国家万亿元投资计划的落实以及各地基础建设项目启动，水泥行业被视 为有望迎来最早的一缕阳光的行业之一。有专家乐观地预计，2009 年全国水泥消费 量将达到 15.41 亿吨，同比增长 6.3%，增量为 9170 万吨。但是，在行业前景看好的 前提下，我们必须看到，我国水泥行业尚未真正走出困境，整个行业的无序状态依 然存在，需要各方理性。 1.4.1 理性看待产量激增 由于受国内水泥需求增长趋弱的影响，2009 年 1 月，我国水泥产量增速几乎为 零。1 月份我国水泥产量为 8200 万吨，与 2008 年 1 月持平。进入 2 月份之后，情 况似乎发生了逆转，据统计数据显示，2 月份我国水泥产量同比激增 42.5%，1 月2 月累计产量也增长 17.0%。 有专家指出，虽然数据显示 2 月份水泥产量大幅增长，但并不表明目前国内水 泥需求回暖。2008 年 2 月我国广大地区都受到雪灾影响，各项工程建设都被迫停工， 水泥需求下降，当月我国水泥产量仅为 5958.3 万吨，环比下降 6.2%，而 2009 年 2 月我国水泥产量达 8290 万吨，同比劲增 42.5%，但环比却仅增长 1.10%。此外，政 府 4 万亿元扩大基础建设投资对水泥企业扩大生产也产生一定积极作用。 另外两项数据也从侧面反映了这一现状。一是，2009 年 1 月，我国出口水泥仅 97.2 万吨，比 2008 年同期下降 59.8%，月度出口量 4 年来首次降至 1100 万吨以下， 创 2005 年 3 月以来水泥月度出口量最低。二是， 2009 年 1 月水泥价格全国各地区 无一上涨，环比下降 0.5%，即使后来短期内上海、广东等地水泥价格环比略涨，但 是今年 3 月上旬，东南部地区一直笼罩着同比量增价跌的阴影。据网络监测的城市 价格显示，3 月水泥价格同比下降的 8 个城市中 7 个在东部地区，其中广州 3 月水 泥价格同比去年下降 30%，南京同比下降 13.33%，上海同比下降 7.81%，南昌同比 下降 6.45%，另据监测，其他 22 个城市价格同比却不同程度上涨，尤其是西北地区 涨幅远远超过去年。其中，兰州市、西宁市、银川市水泥价格同比涨幅分别为 41.38%、77.78%、60.78% 。 1.4.2 行业发展受阻结构性矛盾 日产熟料 5000t 预分解窑水泥厂窑尾工艺设计 7 纵观水泥行业的发展可以看出，行业的整体发展水平粗放，不符合新型工业化 的要求，资源、能源消耗高，污染严重，生态和环境压力大，单产能耗与国际先进 水平相比还有不小的差距。 有专家指出，目前我国水泥行业的结构性矛盾依然突出。企业规模小、装备落 后、布局不合理、恶性竞争激烈等现象仍然较为普遍，劳动生产率均比较低，落后 生产能力比重大，产品质量档次低。截至 2008 年，我国落后装备生产的熟料比例仍 占全国熟料生产量的三分之一以上。 另外就是集中度问题。2007 年数据显示，其他国家水泥行业集中度已经达到了 80%，而我国的集中度仅为 30%左右。 现在的水泥行业，企业数量已经足够多、产量足够大，但大而不强，企业过分 分散、恶性竞争不断加剧。要改变这一现状不能仅靠企业自身滚动发展，必须通过 联合重组的方式进行。 1.4.3 严格控制产业布局 2003 年以来，在固定资产投资的拉动下，全国水泥工业产能已连续 7 年年平均 增长超过 1 亿吨，预计今年全国可生产水泥将超过 15 亿吨，总量已基本满足经济建 设的市场需求。因此，控制水泥总量，谨慎适度投资，维护未来行业健康发展已刻 不容缓。 水泥工业的结构调整已从技术结构调整步入重组联合、提高生产集中度的组织 结构调整阶段。仅 2008 年内我国就建成投产新型干法水泥生产线 120 条，新增水泥 熟料产能 1.443 亿吨，新型干法水泥占总量比重已接近 70%水泥需求大省结构比 例已经达到 70%以上，西北、西南欠发达地区在建项目今年投产后也将达到 70%以 上。 1.4.4 水泥行业前景看好 2008 年后，受国际金融危机影响，经济增长放缓，水泥需求能否增长存在较大 的不确定性，未来中短期水泥供过于求将成为严重影响公司未来产能投放后的经济 效益最为不利的因素。虽然，政府不断出台刺激经济的措施，但未来 3 年内固定投 资下降引起下游需求不足，加之水泥工业投资在 20062008 年加速，打破供需的弱 平衡，将对水泥企业业绩增长构成较大威胁。 中国水泥协会统计数据显示，2007 年和 2008 年，水泥行业产能利用率为 84.3% 和 81.4%，但 2008 年水泥工业投资完成 1051.46 亿元，同比增长 60.7%，2008 年全 国已开工建设的新水泥熟料生产线初步统计有 208 条，如投产将新增熟料产能 24177 万吨，将进一步加剧产能过剩。 全国水泥行业整体不景气的情况，给大型水泥企业进行重组整合提供了良好的 契机。值得关注的是，由于基础建设和房地产开发落后，当地水泥产能不足，加之 日产熟料 5000t 预分解窑水泥厂窑尾工艺设计 8 国家的基础建设投资将刺激水泥需求，西部地区的水泥企业的长期发展前景尤其值 得看好。 【5】 第二章 设计内容及思路 2.1 设计内容 根据原始数据，结合当地经济基础以及环境条件，以节能、高效的理念完成日 产孰料 5000t 预分解窑水泥厂窑尾工艺设计。 2.2 设计思想 （1）贯彻“生产可靠、技术先进、节省投资、提高效益”的设计指导方针。以 生产可靠为前提，尽可能采用先进的生产工艺和方案，以降低产品成本，取得较好 的经济效益。 （2）充分挖掘和利用现有生产设施的潜力，以进一步发挥投资效益。 （3）汲取相类似项目的经验和教训，确保实现“低投资、低成本、高可靠性、 高效益”的目标。 （4） 重视节能，采用节能工艺过程和国家推荐的节能机电设备，以降低厂品 成本。 （5）贯彻执行国家和地区对环保、劳动安全、工业卫生、计量、消防等方面的 有关现行规定和标准。 2.3 设计思路 根据设计的指导思想，充分考虑资源的利用情况，构思生产技术方案，确定设 计依据，并查阅关于水泥方面的期刊、文献，了解水泥的研究现状及其发展、在生 产和生活中的应用，为设计做充分资料准备。结合资料和当地经济状况及环境条件， 制定详细的生产工艺。完成生产工艺要求中物料平衡计算和配料计算，并根据计算 结果完成工艺布置和设备选型。最后，根据设计内容绘制图纸。 2.4 设计原始数据 （1）煤得工业分析见表 2-1 表 2-1 煤的工业分析 wy/% vy/% cy/% ay/% qydw(kj/kg) 4.76 27.20 49.40 19.50 23864 日产熟料 5000t 预分解窑水泥厂窑尾工艺设计 9 （2）物料的水分见表 2-2 表 2-2 物料的水分 成分 石灰石 粘土 铁粉 石膏 煤 矿渣 1.00 13.00 9.50 3.00 4.00 22.00 （3）原料及煤灰的化学组成见表 2-3 表 2-3 原料及煤灰的化学组成/% 名称 loss sio2 al2o3 fe2o3 cao mgo so3 r2o 石灰石 42.06 2.32 0.43 0.16 53.78 0.50 - 0.65 粘土 7.60 54.34 24.61 7.89 3.78 0.60 0.35 1.23 铁粉 0.35 33.88 10.39 49.07 3.64 1.88 - - 砂岩 3.06 83.73 7.81 1.85 1.37 0.60 0.05 1.80 矿渣 1.06 33.74 15.13 1.51 37.44 8.39 0.15 0.62 石膏 20.89 2.61 0.94 0.38 31.31 0.89 42.01 - 煤灰 51.68 35.11 4.59 5.03 1.79 - - 设计环境： 地点：张家口市周边郊区，远离闹市区，且厂址处于下风口减少对市区的污染； 地势：平坦，且稍微有点倾斜度，以利于排水排污； 地质：基地耐力在 20t/m2 左右，适于供水、排水、供暖等管线的铺设； 交通：厂区临近国道、省级要道或铁路，即交通运输要方便； 水电：厂区设在张家口市周边郊区，专线保证供水供电。 日产熟料 5000t 预分解窑水泥厂窑尾工艺设计 10 第三章 配料计算 3.1 配料计算的目的和意义 （1）计算从原料进厂至成品出厂各工序所需处理的物料量，作为确定车间生产 任务、设备选型、及人员编制的依据。 （2）计算各种原料、辅助材料及燃料需要量作为总图设计中确定的运输量、运 输设备、及计算各种堆场、料仓面积的依据。 3.2 主要计算参数的确定 3.2.1 熟料热耗的确定 国内外部分厂家熟料热耗见表 3-1 表 3-1 国内外部分厂家熟料热耗 厂家 a 厂 b 厂 c 厂 d 厂 e 厂 rsp 厂 dd 厂 slc 厂 熟料热耗/kj/kg 3265.4 3648.1 3996.6 3501.7 3568.2 3075.2 3136.2 3191.2 备注 四级 四级 四级 五级 五级 五级 四级 四级 综合考虑，本设计将熟料烧成热耗确定为： q=3200kj/kg 熟料。 3.2.2 熟料率值的选择 我 国 目 前 硅 酸 盐 水 泥 熟 料 采 用 饱 和 比 （ kh） 、 硅 酸 率 （ sm） 、 铝 酸 率 （ im） 三 个 率 值 控 制 熟 料 质 量 。 kh 表 示 熟 料 中 sio2 被 cao 饱 和 成 c3s 的 程 度 ， kh 值 高 ， 硅 酸 盐 矿 物 多 ， 溶 剂 矿 物 少 ， 熟 料 中 c3s 含 量 越 高 ， 强 度 越 高 ； sm 表 示 熟 料 中 硅 酸 盐 矿 物 与 溶 剂 矿 物 的 比 值 ， sm 高 ， 煅 烧 时 液 相 量 减 少 ， 出 现 飞 砂 料 的 可 能 性 增 大 ， 增 加 煅 烧 难 度 ； im 表 示 熟 料 中 溶 剂 矿 物 c3a 和 c4af 的 比 值 ， im 高 ， 液 相 黏 度 大 ， 难 烧 im 低 时 黏 度 较 小 ， 对 形 成 c3s 有 利 ， 但 烧 成 范 围 窄 ， 不 利 于 窑 的 操 作 。 硅 酸 盐 水 泥 熟 料 配 料 率 值 和 矿 物 组 成 建 议 范 围 见 表 3- 2。 表 3-2 硅 酸 盐 水 泥 熟 料 配 料 率 值 和 矿 物 组 成 窑 型 kh sm im c3s% c2s% c3a% c4af% 湿 法 窑 0.88-0.92 1.9-2.5 1.0-1.8 51-59 16-24 5-11 11-17 干 法 窑 0.86-0.89 2.0-2.35 1.0-1.6 46-67 19-28 6-11 11-18 立 波 尔 窑 0.85-0.88 1.9-2.3 1.0-1.8 44-53 22-30 5-11 11-17 预 分 解 窑 0.87-0.92 2.2-2.6 1.3-1.8 48-62 14-28 7-10 10-12 适 宜 范 围 0.86-0.93 2.0-2.5 1.1-1.5机 立 窑 有 矿 化 剂 0.92-0.96 1.6-2.0 1.1-1.3 55-63 18-22 12-16 6-10 预 分 解 窑 推 荐 值 0.88 2.50 1.60 日产熟料 5000t 预分解窑水泥厂窑尾工艺设计 11 查 新 型 干 法 水 泥 工 艺 设 计 手 册 【 6】 新 型 干 法 生 产 的 熟 料 率 值 一 般 控 制 在 ： kh=0.890.02；sm=2.40.1；im=1.60.1。 3.2.3 原料、燃料的原始数据 （1）原料、燃料化学组成见表 3-3。 表 3-3 原料、燃料化学组成/% 名称 loss sio2 al2o3 fe2o3 cao mgo so3 r2o 石灰石 42.06 2.32 0.43 0.16 53.78 0.50 - 0.65 粘土 7.60 54.34 24.61 7.89 3.78 0.60 0.35 1.23 铁粉 0.35 33.88 10.39 49.07 3.64 1.88 - - 砂岩 3.06 83.73 7.81 1.85 1.37 0.60 0.05 1.80 矿渣 1.06 33.74 15.13 1.51 37.44 8.39 0.15 0.62 石膏 20.89 2.61 0.94 0.38 31.31 0.89 42.01 - 煤灰 51.68 35.11 4.59 5.03 1.79 - - （2）煤的工业分析见表 3-4。 表 3-4 煤的工业分析 wy/% vy/% cy/% ay/% qydw(kj/kg) 4.76 27.20 49.40 19.50 23864 （3）物料的水分见表 3-5。 表 3-5 物料的水分 成分 石灰石 粘土 铁粉 石膏 煤 矿渣 1.00 13.00 9.50 3.00 4.00 22.00 依据前面所确定的三个熟料的率值：kh=0.88；sm=2.5；im=1.6。单位熟料热耗 3200kj/kg，分析计算原料的配合比。 3.3 配料计算 3.3.1 计算煤灰的掺入量 （3-ya32019.50%gq.s/q2.61864 1） 式中： ga 煤 灰 掺 入 量 ， 以 熟 料 百 分 数 表 示 （ 100%） ； qy煤 的 应 用 基 低 热 值 （ kj/kg 煤 ） ； 适 宜 范 围 0.86-0.90 2.40-2.80 1.40-1.90 日产熟料 5000t 预分解窑水泥厂窑尾工艺设计 12 ya煤 的 应 用 基 灰 分 含 量 （ %） ； q熟 料 烧 成 热 耗 （ kj/kg 熟 料 ） ； s煤灰沉落率， %（窑外分解窑，有电收尘器的取 100） 。 3.3.2 物料平衡计算 （ 1） 率 值 由 以 上 述 定 为 kh=0.88； sm=2.5 ； im=1.6。 （ 2） 设 =97% （3- %45.3.4.973.165.218.3 isimkhofe 2） al2o3= imfe2o=3.45%1.6=5.52% （3- 3） sio2= sm(al2o3 +fe2o3)=2.5（ 5.52%+3.45%） =22.43% （3-4） cao=-( sio2+ al2o3+ fe2o3)=97%-（22.43%+5.52%+3.45%）=65.60% （3-5） 设 计 熟 料 过 程 中 al2o3、 fe2o3、 cao、 sio2 四 种 氧 化 物 含 量 的 总 和 ， 一 般 在 97%左 右 。 （ 3） 煤 灰 掺 入 量 ga =2.61%。 （ 4） 以 100kg 熟 料 为 基 准 ， 用 递 减 式 凑 法 计 算 如 下 表 3-6。 表 3-6 递 减 式 凑 法 计 算 表 /% 计 算 步 骤 sio2 al2o3 fe2o3 cao 其 他 要 求 熟 料 组 成 22.43 5.52 3.43 65.60 3.0 -2.61kg 煤 灰 1.35 0.92 0.12 0.13 0.05 差 21.08 4.60 3.33 65.57 2.95 -120kg 石 灰 石 2.78 0.52 0.19 64.54 1.26 差 18.30 4.08 3.14 1.03 1.69 -12kg 黏 土 6.52 2.95 0.95 0.45 0.26 差 11.78 1.13 2.19 0.59 1.43 -4.5kg 铁 粉 1.52 0.47 2.21 0.16 0.08 差 10.26 0.66 -0.25 0.44 1.35 -12kg 砂 岩 10.05 0.94 0.22 0.16 0.30 差 0.21 -0.28 -0.45 0.27 1.05 所 以 ： 石 灰 石 ： 120 kg， 黏 土 ： 12kg， 铁 粉 ： 4.5 kg ， 砂 岩 ： 12kg。 干 原 料 质 量 百 分 比 为 ： 日产熟料 5000t 预分解窑水泥厂窑尾工艺设计 13 干 石 灰 石 =120/（ 120+12+4.5+12） 100%=80.8% 干黏土=12/ （ 120+12+4.5+12） 100%=8.1% 干铁粉=4.5/ （ 120+12+4.5+12） 100%=3.0% 干 砂 岩 =12/（ 120+12+4.5+12） 100%=8.1% 3.3.3 计算干燥原料配合比 （1）生料的化学成分见表 3-7 表 3-7 生料的化学成分/% 名称 配合比 烧失量 sio2 al2o3 fe2o3 cao 石灰石 80.8 34.11 1.88 0.35 0.13 43.62 砂岩 8.1 0.25 6.78 0.63 0.15 0.11 黏 土 8.1 0.62 4.40 1.99 0.64 0.31 铁粉 3.0 0.009 1.02 0.31 1.47 0.11 生料 100 34.99 14.08 3.28 2.39 44.15 灼烧生料 21.66 5.05 3.68 67.91 煤灰掺入量 ga =2.61%，则灼烧生料配合比为（100-2.61）%=97.39%。 （2）熟料的化学成分见表 3-8 表 3-8 熟料的化学成分/% 名称 配合比 sio2 al2o3 fe2o3 cao 灼烧生料 97.37 21.09 4.91 3.58 66.45 煤灰 2.61 1.35 0.92 0.12 0.13 熟料 100 22.44 5.83 3.70 66.58 则熟料的率值计算如下： = =0.886 （3-1.650.328ccafkhs 4.2870.356.15 6） = =2.35 （3-csmaf70.354 7） = =1.58 （3-ci.8 8） （3）湿原料质量配合比 原料的水分：石 灰 石 1.00%， 黏 土 13.00%， 铁 粉 9.50%， 砂 岩 0.00%。 日产熟料 5000t 预分解窑水泥厂窑尾工艺设计 14 则湿原料质量配合比为： 湿石灰石=80.8100/（100-1.00）=81.62 kg 湿黏土=8.1100/（100-13.00）=9.31kg 湿铁粉=3.0100/（100-9.50）=3.31kg 湿砂岩=8.1kg 将上述质量转化为百分数（计 算 结 果 四舍五入取值）： 湿 原 料 的 质 量 和 =81.62+9.31+3.31+8.1=102.34kg 湿石灰石=81.62/ 102.34100%=79.75% 湿黏土=9.31/1 02.34100%=9.10% 湿铁粉=3.31/1 02.34100%=3.23% 湿砂岩=8.1/ 102.34100%=7.91% 3.3.4 熟料矿物组成及最大液相量的计算 （1）最大液相量的计算 140时： p=2.95a+2.2f=2.955.83+2.23.70=25.3 （3- 9） 1450时： p=3.0a+2.25f= 3.05.83+2.253.70=25.8 （2）矿物组成的计算 （3-3 2cs .8khsio3.8(0.62).4%56.1（ ） 10） （3-22.601i .1.0（ ） 11） （3-32323a.5l.64fe.65.83.7.649.17（ ） 12） 4cf o072 （3-13 ） （3） 熟料液相量的计算 液相量 l 是熟料在不同温度下的液相百分数，液相量高低与烧结温度、组分含 量有关，工程上常用 1400和 1450以下的液相量来考虑配料方案是否合理，以及 分析窑的操作情况。本设计中采用技术先进的预分解窑，其热工制度良好、烧结温 度一般为 1450 因此，l= 3.00a+2.25f+r% (3-14) r=80.80.0065+8.10.0123+3.00+8.1 0.0180=0.85 则 l=3.005.83%+2.253.70%+0.85%=26.65% 这个数值在 22%30%范围内，故能满足生产的要求。 日产熟料 5000t 预分解窑水泥厂窑尾工艺设计 15 第四章 全厂物料平衡 4.1 物料平衡计算的目的和意义 4.1.1 物料平衡计算的目的 (1) 计算从原料进厂至成品出厂各工序所需处理的物料量，作为确定车间生产 任务、设备选型、及人员编制的依据。 (2) 计算各种原料、辅助材料及燃料需要量作为总图设计中确定的运输量、运 输设备、及计算各种堆场、料仓面积的依据。 4.1.2 影响石膏掺入量的因素 （1）石膏的种类：各种硫酸盐的溶解度、溶解速度与缓凝作用表 4-1，根据表 格 表 4-1 各种硫酸盐的溶解度、溶解速度与缓凝作用 石膏种类 分子式 溶解度 （g/l） 相对溶 解速度 相对缓 凝作用 半水石膏 caso40.5h2o 6 快 很强烈 二水石膏 caso42h2o 2.4 慢 较强烈 可溶性无水石膏 caso40.0010.5h2o 6 快 很强烈 天然无水石膏 caso4 2.1 最慢 弱 可以看出石膏的溶解速度越慢，其掺量（以 so3 计）应越多。 （2）熟料中 so3 含量：当熟料中 so3 含量较高时，要相应减少石膏掺量。 （3）熟料中 c3a 含量：c 3a 含量高，石膏掺量应相应增加，反之则减少。 （4）水泥细度：相同矿物组成的水泥，若增大细度，其比表面积增大，水化加 快，则应适当增加石膏掺量。 （5）混合材料的品种和掺量：水泥中掺加不同种类和数量的混合材料时，其石 膏掺入量也不一样。如采用矿渣作为混合材料时，可适当增加石膏掺量。 （6）水泥中碱含量：水泥中碱含量较高时，其凝结时间加快，应适当增加石膏 掺量。 4.1.3 影响矿渣掺入量的因素 （1）化学组成 与硅酸盐水泥相比，矿渣化学成分中氧化钙含量较低，而氧化硅含量较高。 sio2 含量较高时，矿渣熔体的粘度比较大，冷却时，易于形成低碱硅酸钙和高碱玻 璃体，使矿渣活性降低。 （2）矿物组成与结构 矿渣的活性不仅受化学成分影响，还决定于玻璃体的数量和性能，玻璃体含量 日产熟料 5000t 预分解窑水泥厂窑尾工艺设计 16 越高，矿渣活性越高。 4.1.4 水泥组成的确定 对于型硅酸盐水泥来说，我们主要依据国内几家水泥厂的水泥配比（见表 4- 2） 。 表 4-2 几家型硅酸盐水泥配比/% 成分 a 厂 b 厂 c 厂 d 厂 熟料 89 90 91 90 矿渣 4 3 44 12 石膏 7 7 5 6 作为参考来确定本设计的强度等级为 42.5 的型硅酸盐水泥的配比为：石灰石 4%，石膏 4.52%，熟料 91.48%。 作为参考来确定本设计的强度等级为 42.5 的矿渣硅酸盐水泥的配比为：矿渣 50%， 石膏 5%，熟料 45%。 4.2 回转窑产量的标定 4.2.1 回转窑规格的确定 依据设计任务书要求的日产 5000t/d 即台时产量 208.33t/h，通过经验公式 g=1.5564di3.0761 （4- 1） 式中： g回转窑的台时产量，t/h； di回转窑的筒体的衬砖内径，m。 则计算出 d =4.913mi 再通过下图 4-1、4-2 、4-3 查得 【7】 ： 图 4-1 回转窑 mv 与 di 的关系图 图 4-2 回转窑 ma 与 di 的关系图 日产熟料 5000t 预分解窑水泥厂窑尾工艺设计 17 图 4-3 回转窑 mf 与 di 的关系图 单位容积产量 mv= dmt35. 单位面积才产量 mf= hkg2186 单位截面积产量 ma=11.95t3 再由公式计算： （4-ifvd0.96/0.9.5/.1 2） （4-avl24/241./38.94m 3） iafl/d250m/2501.9/86.510 （4-4） 考虑窑砖厚度，则筒体直径为： d=di+2 （4- 5） 按经验取值 =0.15m 则 d=di+2=5.11+20.15=5.41m 通过参考上面数据，考虑到窑体数据应取整数，我们将回转窑的筒体尺寸确定为 5.482m 4.2.2 窑的产量标定 已知回转窑的筒体尺寸为 5.482m，则 di=d-2=5.4-20.15=5.1 分别应用公式： g1=1.556di30762 （4-6） g2=0.15362vi0.97422 （4-7） g3=0.37743di2.5185l0.51861 日产熟料 5000t 预分解窑水泥厂窑尾工艺设计 18 （4-8） g4=0.27250d2.6804l0.48912 （4-9） 分别代入已知数据，计算得： 30762307621ig.5d=1.5.=4.8t/h92814 g3= 2.510.516. .t/ g4= 68489207h 4.6t/平 均 综合考虑以上计算结果，窑的产量标定为 224.6t/h 4.3 物料平衡计算 4.3.1 烧成系统生产能力计算 （1）回转窑台数计算 n= （4-09.162485.0763801 hyq 10）窑台数取整数值则为 1 台 式中： n窑的台数； 要求的熟料年产量（t/a） ；y 所选窑的标定台时产量t/(台h) ；1h 窑的年利率，以小数表示。不同窑的年利率可参考下列数值：湿法窑 0.90，传统干法窑 0.85，机立窑 0.80.85，悬浮预热器窑、预分解窑 0.85【8】 。 （2）计算孰料年产量 （4-1h1 h1h1h050deq g0.469pg4（ ）（ ） 11） 2h2h2h2h2.e .53 1010（ ）（ ） qh= qh1+ qh2=208.33 gh1 /gh2=2/8=0.25 综上所述：g h1=48.66t/h； gh2=194.66t/h 则 qh1 =22.82 t/h qh2=185.51 t/h 式中：q h1、q h2表示水泥厂孰料小时产量（t/h） ； gh1、g h2表示水泥厂水泥的小时产量（t/h） ； 日产熟料 5000t 预分解窑水泥厂窑尾工艺设计 19 d、e石膏、混合材的掺入量。 （3）计算烧成系统的生产能力 设生产矿渣硅酸盐水泥的熟料产量为： 熟 料 小 时 产 量 ： （4-h1q2.8t/ 12） 熟 料 的 日 产 量 ： （4-d1h1 457.t/d 13） 熟 料 的 年 产 量 ： （4-y1h1860.wt/y 14） 生产型硅酸盐水泥的熟料产量为： 熟 料 小 时 产 量 ： h2q5.t/ 熟 料 的 日 产 量 ： h24.4t/dd 熟 料 的 年 产 量 ： 28760138wyy 式中： 预定的主机年利用率，取 0.85。 （4）换算成水泥厂小时水泥产量和日产量分别为： 生产型硅酸盐水泥产量： 水 泥 小 时 产 量 ： （4-1h210pq194.6t/(de)hg 5） 水 泥 日 产 量 ： （4-d2h467.8t/ 16） 水 泥 的 年 产 量 ： （4-1y2h0q14.9wt/y 7） 矿渣硅酸盐水泥的产量为： 水 泥 小 时 产 量 ： hh1pg48.6t/(0de) 水 泥 日 产 量 ： d24q7.t/ 水 泥 的 年 产 量 ： y1h8632wy 式 中 ： d水 泥 中 石 膏 的 掺 入 量 ， 为 6%； e水 泥 中 混 合 材 （ 矿 渣 ） 的 掺 入 量 ， 为 4%； p水 泥 的 生 产 损 失 （ %） 一 般 为 35%， 取 4%； 预定的主机年利用率，取 0.85。 4.3.2 原、燃料消耗定额的计算 （1）原料的消耗定额 考虑煤灰掺如时，1t 熟料的干生料的理论消耗定额 日产熟料 5000t 预分解窑水泥厂窑尾工艺设计 20 （4-10s02.61k.50t/i349干 （ ） （ ）（ ） （ ） 18） 式中：k 干 干生料的理论消耗量（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( %)。 考虑煤灰掺入时，1t 熟料的干生料消耗定额 （4-10 1.506t/p4干生 生 熟 料