建筑材料专业毕业论文日产2500吨硅酸盐水泥熟料厂的矿渣烘干车间设计

摘摘 要要 本文首先对建厂依据和建厂原始资料进行了阐述，论证了该设计的合理性及必要性。 并根据原始资料计算出各率值及全厂的配料计算，编制出全厂物料平衡表。然后进行全 厂主机设备选型，确定主要储存设施的形式、储存量、储存期及规格。并介绍该新型干 法水泥生产的流程特点，绘制出全厂总平面布置图和全厂生产流程图。最后设计了重点 车间部分，即矿渣烘干车间的设计，其中包括对矿渣烘干系统的计算，确定矿渣烘干系 统的生产流程和主机设备。并进行矿渣烘干车间的布置，绘制出水泥矿渣烘干车间布置 图。 关键词关键词：设备选型 生产流程 烘干 - 2 - Abstract This writing expatiates on the gist of source material of constructing cement plant first, demonstrates the rationality and the necessity of this design. According to the source material the writing works out every rates and materiel balance of whole plant, and works out the table of the materiel balance of whole plant. It fixes on the form ,deposited capacity deposited time and standard of main deposited establishment, and introduces the flow specialty of producing new drying cement ,disposes overall plane of whole plant and the drawing of producing flow. At last designs the important workshop, namely the design of drying including heating calculation of drying system, fixes on production flow of drying system and main equipment, disposes drying workshop, and protracts the drawing of drying workshop. Key words: Elect equipment Production flow Drying. I 目目 录录 第一章 总 论.- 1 - 1.1 论文概述.- 1 - 1.1.1 水泥工业在国民经济中地位、作用及发展历程- 1 - 1.1.2 新型干法水泥生产技术的优点- 1 - 1.1.3 毕业设计指导思想- 1 - 1.2 建厂条件.- 1 - 1.2.1 原、燃材料化学成分- 1 - 1.2.2 煅烧用煤- 2 - 1.2.3 建厂地点及自然条件- 2 - 1.2.4 主要建厂条件- 2 - 第二章 配料计算及工艺平衡计算.- 3 - 2.1 配料计算.- 3 - 2.1.1 熟料目标率值的选定- 3 - 2.1.2 配料计算: .- 4 - 2.1.3 熟料烧成热耗- 7 - 2.2 物料平衡.- 7 - 2.2.1 烧成车间能力和工厂生产能力的计算- 7 - 2.2.2 原、燃料消耗定额的计算- 8 - 2.2.3 原、燃料需要量的计算和物料平衡表的编制- 9 - 第三章 全厂生产工艺流程及主机设备平衡计算.- 11 - 3.1 全厂生产工艺流程简述.- 11 - 3.2 主机设备平衡计算.- 11 - 3.3 主机设备选型.- 12 - 3.3.1 原料制备- 12 - 3.3.2 煤粉制备- 14 - 3.3.3 熟料煅烧系统- 14 - 3.3.4 水泥粉磨系统- 16 - 3.3.5 水泥包装与散装系统- 17 - 第四章 物料储存设施.- 18 - 4.1 概述.- 18 - 4.2 堆棚.- 18 - 4.2.1 铁粉堆棚- 18 - 4.3 圆库.- 18 - 4.3.1 生料预均化圆库- 18 - 4.3.2 熟料库- 18 - II 4.4 预均化堆场.- 19 - 4.4.1 石灰石预均化堆场- 19 - 4.4.2 粘土简易预均化堆场- 19 - 4.4.3 硫酸渣简易预均化堆场- 19 - 4.4.4 原煤简易预均化堆场- 19 - 第五章 重点车间矿渣烘干车间.- 20 - 5.1 概述.- 20 - 5.2 煤热值计算及燃烧室效率确定 .- 20 - 5.2.1 热值计算.- 20 - 5.3 规格计算.- 20 - 5.3.1 确定参数- 20 - 5.3.2 烘干机热平衡计算- 21 - 5.3.3 烘干机规格验算- 22 - 5.3.4 物料需要在烘干机内停留时间计算.- 22 - 5.3.5 物料在烘干机内停留时间.- 22 - 5.3.6 计算烘干机热耗、煤耗及热效率- 22 - 5.3.7 烘干机产量及实际蒸发强度计算- 23 - 5.4 混合比的计算.- 23 - 5.4.1 理论空气量计算.- 23 - 5.4.2 烟气湿含量.- 23 - 5.4.3 烟气的热含量.- 24 - 5.4.4 混合比.- 24 - 5.5 计算废气湿含量 .- 24 - 5.5.1 求值.- 24 - 5.6 燃烧室主要尺寸计算.- 25 - 5.6.1. 燃烧室容积的计算.- 25 - 5.6.2 燃烧室鼓风机的选型- 25 - 5.7 除尘系统计算.- 26 - 5.7.1 烘干机出口废气量.- 26 - 5.7.2 除尘风管直径.- 26 - 5.7.3 袋式收尘器的计算- 26 - 5.7.4 袋收尘下部卸灰螺旋输送机选型：.- 27 - 5.7.5 排风机选择.- 27 - 5.8 辅助设备 .- 28 - 5.8.1 胶带输送机- 28 - 5.8.2 斗式提升机.- 28 - III 5.8.3 储料仓的选型.- 28 - 5.8.4 喂煤系统.- 28 - 5.8.5 耐热胶带选择- 28 - 5.8.6 烟囱计算- 28 - 附：设备表.- 29 - 参考文献.- 30 - 致 谢.- 31 - - 1 - 第一章第一章 总总 论论 1.1 论文概述论文概述 1.1.1 水泥工业在国民经济中地位、作用及发展历程水泥工业在国民经济中地位、作用及发展历程 水泥是国民经济建设不可缺少得原材料之一，是一个受矿产资源和运输条件严重制 约的产业，是一个资本密集的重化工产业，它在国民经济发展中占有重要的地位和作用。 以水泥为主要材料加工的混凝土及其水泥制品在工程建设中被广泛应用，其发展规 律和速度与国民生产总值、全社会固定资产投资、建筑业生产总值、房地产开发投资、 第二产业总产值、城镇军民人均收入的变化等密切相关，并呈现规律化变化。随着我国 国民经济的持续快速增长以及国家对西部开发建设投资力度的加大，作为重要的基础建 设材料的水泥，其需求也在不断增加。 20 世纪 5060 年代，我国水泥工业发展取得了长足进步，主要采用了湿法和半干法 工艺，先后新建和扩建了许多大型重点企业，同时业发展了一批中小型企业。但是，当 悬浮预热器在 20 世纪 50 年代到 70 年代获得蓬勃发展的时候，由于我国水泥工业受到前 苏联和丹麦史密斯的影响，坚持走了湿法长窑的道路，我国的水泥工业走了弯路，错失 了发展新一代水泥工业生产技术得黄金时代。 改革开放以后，国民经济稳步、高速发展带动了我国水泥工业技术的快速进步和水 泥产量的迅速增长。目前我国已经成为世界上水泥生产大国，产量世界第一，但值得注 意得是我国水泥的产品结构与国际市场水泥产品需求结构差距较大，其中新型干法水泥 只占总产量的 35%，65%的水泥仍为落后得立窑、湿法窑和中小型中空窑生产1。 1.1.2 新型干法水泥生产技术的优点新型干法水泥生产技术的优点 新型干法水泥技术是 20 世纪 70 年代发展起来的，它是当今先进水泥生产工艺技术 的代表。该技术以悬浮预热和窑外分解技术为核心，把现代科学技术和工业生产最新成 果广泛应用于水泥生产全过程，使水泥生产具有优质、高效、低耗、环保和大型化、自 动化等优点。 采用新型干法水泥生产技术逐步取代传统技术，发挥产品质量高、热耗低、能耗低、 环保水平高等优点，已经成为世界水泥工业发展的唯一方向2。水泥工业的结构升级已是 必然的发展趋势，传统的水泥生产方式正逐步被新型干法水泥生产所替代，同时新型干 法水泥生产技术必将引起水泥工业工程建设市场的全面扩大和参与国际市场机会的增加。 1.1.3 毕业设计指导思想毕业设计指导思想 本次设计指导思想为“节约能原、生产高效集约、减少污染、降低投资、设备国产、 劳动高效、生产自动化” 。 本次毕业设计为 2500t/d 熟料生产线矿渣烘干车间设计，通过物料平衡计算，主机平 衡计算得出结果并结合实际进行工艺设计和辅助设备选型。 - 2 - 1.2 建厂条建厂条件件 1.2.1 原、燃材料化学成分原、燃材料化学成分 本项目所用原材料和燃料和化学成分如表 1-1： 表表 1-1 原、燃材料化学成分原、燃材料化学成分(%) 名 称LossSiO2Al2O3Fe2O3CaOMgO 电石渣22.834.432.590.2568.640.2298.96 粘土6.5766.07 15.095.852.091.4297.09 石灰石38.525.642.101.0949.891.1198.53 硫酸渣2.3010.819.1657.806.342.9198.32 煤灰 46.7524.6619.043.331.6595.43 1.2.2 煅烧用煤煅烧用煤 本项目原煤工业分析和煤元素分析如表 1-2，1-3： 表表 1-2 煤的工业分析煤的工业分析(%) 名 称Mad(%)Aad(%)Vad(%)FCad(%)Qnet.ad(%)Mar(%) 煤1.5022.7729.7745.962309010 表表 1-3 煤的元素分析煤的元素分析(%) 名 称CadHadNadOadSadAad 煤62.654.151.118.170.3322.77 1.2.3 建厂地点及自然条件建厂地点及自然条件 (1)地 点：四平市郊； (2)厂区地形：平坦； (3)气 温：最高 35；最低-25；月平均：最冷-15；最热：20； (4)降 雨 量：年总量：723.7mm；日最大量 289.4mm； (5)主导风向：西南风； (6)风 频：平均风速 1.5m/s; (7)地 耐 力：25t/m2； 1.2.4 主要建厂条件主要建厂条件 (1)交 通：公路运输； (2)原 材 料： 石 灰 质：用化工厂电石渣替代； 粘 土：本厂矿山，距厂区 5 公里； 铁 粉：四平某厂，具有长期供货合同； 混 合 材：某厂，具有长期供货合同； 石 膏：某厂，具有长期供货合同； (3)水 源：水库，另自备地下水源； - 3 - (4)电 源：余热发电 40%，其余部分电厂供应； (5)环境保护：当地环保部门已对建厂进行了环境评价。已批准在当地建厂。 第二章第二章 配料计算及工艺平衡计算配料计算及工艺平衡计算 2.1 配料计算配料计算 2.1.1 熟料目标率值的选定熟料目标率值的选定 生料配料方案的优选关系到水泥厂达产达标、节能降耗和长期安全运转的基本保证。 一般我国的工厂在生料控制方面采用三个率值，即：KH、SM、IM 配料法。 熟料矿物组成的选择，一般应根据水泥的品种和等级、原料和燃料的品质、生料制 备和熟料煅烧工艺综合考虑，以达到优质高产低消耗和设备长期安全运转的目的。 (1) 水泥品种和等级 若要求生产普通硅酸盐水泥，则在保证水泥等级以及凝结时间正常和安定性良好的 条件下，其化学成分可在一定范围内变动。可以采用高铝、低铁、高硅、高饱和系数等 多种配料方案。但要注意三个率值配合适当，不能过分强调某一率值3。 生产专用水泥或特性水泥应根据其特殊要求，选择合适的矿物组成。若生产快硬硅 酸盐水泥，则要求硅酸三钙和铝硅酸三钙含量高，因此应提高 KH 和 IM。而生产中热硅 酸盐水泥和抗硫酸盐水泥则应减少硅酸三钙和铝硅酸三钙含量高，即降低 KH 和 IM。 (2) 原料品质 原料的化学成分和工艺性能对熟料矿物组成的选择有很大影响。在一般情况下，应 尽量采用两种或三种原料的配料方案。除非其配料方案不能保证正常生产，才考虑更换 原料或加入另一种校正原料。 此外，石灰石中的燧石含量和粘土的粗砂含量较高时，则因原料难磨，熟料难烧， 需要适当降低熟料的饱和系数。原料含碱量太高，也宜适当降低 KH。 (3) 燃料品质 燃料品质既影响煅烧过程又影响熟料质量。一般来说，发热量高的优质燃料，其火 焰温度高，熟料的 KH 值可高些。若燃料质量差，除了火焰温度低外，还会因大量煤灰的 不均匀沉落而引起熟料局部化学成分的波动，降低熟料质量。不同的窑型对所用煤的品 种和质量有不同的要求。 煤灰掺入熟料中，除全黑生料的立窑外，往往分布不均匀，对熟料质量影响很大， 据统计，由于煤灰不均匀掺入，将使熟料 KH 值降低 0.04-0.16；硅率降低 0.05-0.20；铝 率升高 0.05-0.30。当煤灰掺入量增加时，熟料强度下降。此时除了采用提高煤粉细度和 用矿化剂等措施外，还应适当降低熟料 KH 值，以利于生产正常进行。 当煤质变化时，熟料组成也应相应调整。 若用液体或气体燃料，火焰强度高，形状易控制，几乎无灰分，因此 KH 可适当提高。 - 4 - (4) 生料细度和均匀性 生料的化学成分的均匀性，不但影响窑的热工制度的稳定和运转率，而且还影响熟 料的质量以及配料方案的确定。 一般来说，生料均匀性好，KH 可高些。若生料成分波动大，对回转窑而言，其熟料 KH 应适当降低；而对立窑而言，由于低 KH 易引起立窑结大块，为了保证立窑正常煅烧， 宜采用高 KH 低 SM 方案4。若生料粒度粗，由于化学反应难以进行完全，KH 也应适当 降低。 (5) 窑型与规格 物料在不同类型的窑内受热和煅烧的情况不同，因此熟料的组成也应有所不同，回 转窑(rotary kiln)内物料不断翻滚，与立窑、立波尔窑相比，物料受热比较均匀，物料反应 进程较一致，因此 KH 可适当高些。 立波尔窑的热气流自上而下通过加热机的料层，煤灰大部分沉降在上层料面，上部 物料温度比下部的高，因此形成上层物料 KH 值低，分解率高，而下层物料 KH 值高，分 解率低，因此，应适当降低生料的 KH 值。 立窑通风、煅烧都不均匀，因此不掺矿化剂的熟料 KH 值要适当低些5。对于掺复合 矿化剂的熟料，由于液相出现较早且液相量增加，液相粘度较低，烧成温度范围变宽， 一般采用高 KH、低 SM 和高 IM 配料方案。 预分解窑生料预热好，分解率高，另外由于单位产量窑体散热损失少以及耗热最大 的碳酸盐分解带已移到窑外，因此窑内气流温度高，同时为了有利于挂窑皮和防止结皮、 堵塞、结大块等因素，目前趋于低液相量的配料方案。我国大型预分解窑大多采用高硅 率、高铝率、中饱和比的配料方案。 影响熟料组成选择的因素很多，一个合理的配料方案既要考虑熟料质量，又要考虑 物料的易烧性；既要考虑各率值或矿物组成的绝对值，又要考虑他们之间的相互关系。 原则上，应当避免采用三个率值同时偏高或同时偏低的方案。表 2-1、2-2 列出了采用不 同类型煅烧设备时硅酸盐水泥熟料三个率值的取值参考范围6。 表表 2-1 采用不同类型窑时硅酸盐水泥熟料三个率值的参考范围采用不同类型窑时硅酸盐水泥熟料三个率值的参考范围 窑型KHSMIM 预分解窑0.88-0.952.2-2.61.4-1.8 湿法长窑0.88-0.911.5-2.51.0-1.8 干法窑0.86-0.892.0-2.41.0-1.6 立波尔窑0.85-0.881.9-2.31.0-1.8 立窑(无矿化剂)0.85-0.901.9-2.21.2-1.4 立窑(掺复合矿化剂)0.92-0.971.6-2.21.1-1.5 表表 2-2 国内外新型干法窑熟料率值国内外新型干法窑熟料率值 窑型KHSMIM 国外新型干法0.8952.731.61 国内新型干法0.932.541.54 - 5 - 综上所述，参照同类型水泥厂并结合该厂原料的情况。本设计建议： KH=0.920.01 ； SM=2.30.1； IM=1.60.1 2.1.2 配料计算配料计算: （1）煤灰掺入量: 100kg 熟料的煤灰掺入量可按下式近似计算： (2-1) 292822.77 100 2.887 10010023090 A qAS G Q 式中：GA熟料中煤灰掺入量(%)； q假设的单位熟料热耗(kJ/kg)； Q煤的应用基低位热值(kJ/kg)； A煤的应用基灰分含量(%)； S煤灰沉落率(%)本设计取 100。 （2）根据熟料率值，估算熟料化学成分 已知：KH=0.920.01 ； SM=2.30.1； IM=1.60.1 设=98% 23 98 e3.41% (2.81)(1)2.651.35(2.8 0.921)(1.61)2.32.65 1.61.35 FO KHpnp Al2O3=pFe2O3=1.63.41%=5.456% SiO2=n(Al2O3+Fe2O3)=2.3(5.456%+3.41%)=21% CaO=-(SiO2+Al2O3+Fe2O3)=98%-(3.41%+5.456%+21%)=67% 其它=1-98%=2% （3）递减试凑配合比 表表 2-3 试凑配料表试凑配料表 递减步骤SiO2Al2O3Fe2O3CaO其它备注 要求熟料成分- 3.37g 煤灰 22.35 1.56 5.50 0.83 3.44 0.20 64.71 0.41 4 0.38 差 -电石渣 60 克 20.79 2.658 4.67 1.55 3.25 0.15 64.30 41.18 3.62 0.13 干电石渣 42 10060kg 68.64 差 -石灰石 43.8g 18.13 2.47 3.12 0.92 3.10 0.48 23.12 21.9 3.49 0.49 干石灰石 23 10043.77kg 52.55 差 -23.9kg 粘土 15.79 15.78 2.20 3.6 2.62 1.52 1.2 1.39 2.0 0.4 干粘土 15.79 10023.9kg 66.07 差 -2.0kg 硫酸渣 0.01 0.36 -0.4 0.10 1.1 1.20 -0.19 0.08 1.6 0.24 干硫酸渣 1.1 1001.83 60.06 kg 差 +1kg 粘土 -0.35 0.66 -0.5 0.15 -0.1 0.06 -0.27 0.02 1.36 0.04 - 6 - 差 +1kg 石灰石 0.31 0.03 -0.36 0.01 0.04 0 -0.25 0.52 1.32 0.01 差0.34-0.370.040.271.31 由上表可以看出，配合粘土、石灰石已不能调到最佳，所以运算终止 （4）各干原料配合比： 干石灰石= 42.8 100%33.5% 42.86022.92 干电石渣= 60 100%47% 42.86022.92 干粘土= 22.9 100%18% 42.86022.92 干硫酸渣= 2 100%1.57% 42.86022.92 （5）熟料化学成分 表表 2-4 生料、熟料化学成分生料、熟料化学成分 名称配合比%LossSiO2Al2O3Fe2O3CaOMgO合计 石灰 石 33.538.525.642.101.0949.891.1198.53 电石 渣 4722.834.432.590.2568.640.2298.96 粘土186.5766.0715.095.852.091.4297.09 硫酸 渣 1.572.3010.819.1657.86.342.9198.33 生料10038.4313.813.452.1743.371.08 灼烧 生料 21.355.343.3466.751.65 灼烧 生料 煤灰 96.72 3.38 21.29 1.56 5.32 0.83 3.35 0.20 66.87 0.41 1.67 0.06 熟料99.95 22.856.153.5567.281.7399.32 （6）检验熟料率值 2323 2 CaOAl OFe O67.28 1.65 6.150.35 3.55 0.92 SiO2.8 22.85 KH 1. 650. 35 2. 8 2 2323 SiO22.85 2.3 Al OFe O6.153.55 SM 23 23 Al O6.15 IM1.6 Fe O3.55 熟料率值控制指标可定为：KH=0.92；SM=2.3；IM=1.6。所以各率值均符合要求， 可以按此配料进行计算。 - 7 - （7）湿原料质量比 100 33.6 100 1.00 kg 湿石灰石=33. 5 100 46.7 100 1 kg 湿电石渣=47 100 1817.41 100 15.00 kg 湿粘土 100 1.571.42 1005.00 kg 湿铁粉（硫酸渣） （8）湿原料配合比 33.6 =100%34% 33.6+46.7+17.41+1.42 湿石灰石 46.7 =100%47.1% 33.6+46.7+17.41+1.42 湿电石渣 17.41 100%17.6% 33.646.7 17.41 1.42 湿粘土 1.42 100%1.43% 33.646.67 17.41 1.42 湿硫酸渣 2.1.3 熟料烧成热耗熟料烧成热耗 表表 2-5 采用不同类型窑型时硅酸盐水泥熟料烧成热耗的参考范围采用不同类型窑型时硅酸盐水泥熟料烧成热耗的参考范围 窑型熟料热耗 kJ/kg 预分解窑2920-3750 湿法长窑5833-6667 干法长窑5850-7520 立波尔窑4000-5850 立窑(无矿化剂)4200-5430 立窑(掺复合矿化剂)3750-5000 悬浮预热窑3300-3600 根据表 2-5 的数据，参照同类型水泥厂并接该厂原料的情况。本设计建议：熟料烧成 热耗：2928kJ/kg。 2.2 物料平衡物料平衡 2.2.1 烧成车间能力和工厂生产能力的计算烧成车间能力和工厂生产能力的计算 采用年平衡法进行计算。 原始数据： (1)水泥窑小时产量(t/h)：2500/24=104.17 (2)水泥窑的台数(台)：1 (3)水泥窑的年利用率：0.85 (4)原料的配合比：石灰石/砂岩/粉煤灰/硫酸渣=79.92/17.28/0.51/2.29 - 8 - (5)生产损失：水泥的生产损失为：3% (6)石膏、混合材掺入比：熟料/混合材/石膏=88/8/4 1.要求的熟料年产量可按下式计算： Qy=8760Qh,l=87600.85104.17=775650 (2-2) 式中：Qy要求熟料年产量(t 熟料/年)； Qh,l所选窑的标定台时产量(t/台h)； 窑的年利用率，以小数表示，取 0.85； 8760全年日历小时数。 2.烧成系统的生产能力如下： 熟料小时产量(t/h)：Qh= 104.17 (2-3) 熟料日产量(t/d)： Qd=24 Qh=2500 (2-4) 熟料年产量(t/y)： Qy=775650 (2-5) 3.工厂的生产能力可按下列各式由烧成车间的生产能力求得： 水泥小时产量(t/h)： (2-6) h 1001003 104.17114.82 100100210 h P GQ de 水泥日产量(t/d)：Gd=24 Gh=24114.82=2755.68 (2-7) 水泥年产量(t/y)：Gy=8760 Gh=87600.85114.82=854950 (2-8) 2.2.2 原、燃料消耗定额的计算原、燃料消耗定额的计算 1.原料消耗定额 (1)考虑煤灰掺入量时 生料消耗定额可按下式计算： (2-9) 1001001002.887100 1.54 10010010035.221003 s K IP 式中：K干生料消耗定额(t/t 熟料)； s熟料中煤灰掺入量(%)； q单位熟料热耗(kJ/kg)； I干生料烧失量(%)； P生料的生产损失(%)取 3%。 (2)各种干原料消耗定额可按下式计算： Kn=Kx (2-10) 式中：Kn各种干原料的消耗定额(t/t 熟料)； K干生料消耗定额(t/t 熟料)； x干生料中该原料的配合比(%)。 石灰石消耗定额(t/t 熟料)：K1=1.5479.92%=1.231 粘土消耗定额(t/t 熟料)：K2=1.5417.28%=0.266 页岩消耗定额(t/t 熟料)：K3=1.540.51%=0.008 铁粉消耗定额(t/t 熟料)：K4=1.542.29%=0.025 - 9 - 2.干石膏消耗定额 干石膏消耗定额可按下式计算： (2-11) d 1001004 0.046 (100)(100) (10048)(1003) d d K deP 式中：Kd干石膏消耗定额(kg/kg 熟料)； d水泥中石膏的掺入量(%)； e水泥中混合材的掺入量(%)； Pd水泥中石膏的生产损失(%)取 3%。 3.干混合材消耗定额 干混合材消耗定额可按下式计算： (2-12) e 1001008 0.094 (100)(100)(10048)(1003) e e K deP 式中：Ke干混合材消耗定额(kg/kg 熟料)； d水泥中石膏的掺入量(%)； e水泥中混合材的掺入量(%)； Pe水泥中混合材的生产损失(%)取 3%; 4. 烧成用干煤消耗定额 烧成用干煤消耗定额可按下式计算 (2-13) 1 1001002928 0.131 (100)23090(1003) f f q K Qp 式中：Kf1烘干用干煤消耗定额(t/t 熟料) q单位熟料烧成热耗(kJ/kg 熟料)； Q煤的应用基低位热值(kJ/kg 干煤)； pf煤的生产损失(%)取 3%； 5.烘干用干煤消耗定额 烘干用干煤消耗定额可按照下式计算： (2-14)12 2 2 100 100100 fs f wwq KK w Qp (2-15) s 0 100 100-w g KK 式中：Kf2烘干用干煤消耗定额(t/t 熟料)； Ks，Kg分别表示湿物料、干物料消耗定额(kg/kg 熟料)； W1，w2分别表示烘干前、后该物料的含水量(%)； q蒸发 1kg 水分的耗热量 (kJ/kg 水分)； Q煤的应用基低位热值(kJ/kg)； pf煤的生产损失(%)取 3%。 根据烘干机的经验数据，粘土烘干机蒸发 1kg 水分的耗热量为 q1=5250kJ/kg 水，铁 粉烘干机蒸发 1kg 水分的耗热量为 q2=4788kJ/kg 水。 - 10 - 烘干铁粉用干煤消耗定额(t/t 熟料)： (2-16) 12 1001554788100 0.0250.0007 100151005230901003 f K 总烘干用干煤消耗定额(t/t 熟料)：Kf2= Kf12=0.0007 2.2.3 原、燃料需要量的计算和物料平衡表的编制原、燃料需要量的计算和物料平衡表的编制 将各种物料消耗定额乘以烧成系统生产能力，可求出各种物料的需要量如表 2-6。 表表 2-6 全厂物料平衡表全厂物料平衡表 消耗定额物料平衡 (t) 天然 水份 配合比 生产 损失 (t/t-cl)干料湿料 物料名称 (%)(%)(%)干料湿料时日年时日年 电石渣147.110.5900.90824.5859018290037.84908.16281530 石灰石13410.3930.39716.3739312183016.54397123070 粘土1517.610.2460.28910.252467626012.0428989590 原料 硫酸渣51.4310.0160.0190.671649600.79195890 生料生料11.3111.32454.63131140641055.171324410440 烟煤810.1600.1746.67160496007.2517453940 熟料76141.671000310000 粉煤灰11010.1330.1345.5132409205.5813441540 磷矿渣81010.1330.1455.5132409206.0414544950 半 成 品 石膏3410.0530.0552.2153164302.295517050 水泥 PC.42.511.30354.291303403930 1.烧成系统年运转率 85% (310 天) 2.入窑生料水分约 1%，熟料烧成热耗3638kJ/kg.cl (870kcal/kg-cl) 3.水泥品种为 P.C. 42.5 复合硅酸盐水泥，混合材参入量 20% - 11 - 第三章第三章 全厂生产工艺流程及主机设备平衡计算全厂生产工艺流程及主机设备平衡计算 3.1 全厂生产工艺流程简述全厂生产工艺流程简述 石灰石破碎采用一台国产 TKLPC 型双转子锤式破碎机，破碎后的碎石由皮带机输 送至预均化堆场7。石灰石经悬臂式堆料机堆料、桥式刮板取料机取料，然后由皮带机 输送至原料配料站。 外购铁粉由汽车运至厂区后，经抓斗卸船机卸至皮带机，然后由皮带机输送至堆棚。 堆棚底部设有皮带机，再由皮带机送往原料配料站。 粘土和页岩由汽车运输进厂经破碎后由皮带机输送至建议与均化堆场。由轮式装载 机从端部取料，再由皮带机送至原料配料站。 配料站分设石灰石粘土、页岩、铁矿石四个配料仓，仓底的定量给料秤按设定的 配料比例卸料，然后由皮带机输送至原料磨。 原料粉磨采用一台立磨，烘干热源来自于高温风机引入的窑尾预热器废气。入磨原 料经立磨粉磨后，由气流带入磨机上方的动态选粉机选粉，粗粉返回磨内继续粉磨，合 格品由气体带入窑尾高浓度电收尘器收下，并汇集增湿塔回灰，经空气输送斜槽、斗式 提升机及库顶生料分配器送入生料均化库。出磨废气经窑尾高浓度电收尘器净化后由原 料磨风机经烟囱排入大气，其中一部分作为循环风回磨。当原料磨停运时预热器废气由 增湿塔经喷水降温至 110150后，再送至窑尾电收尘器，净化后的气体直接排入大气。 分排放浓度70mg/Nm3，此时增湿塔与窑尾电收尘器的回灰直接送入窑尾喂料系统。 均化后的生料经库底生料计量系统计量后，由空气输送斜槽及斗式提升机送至旋风 预热器。生料经五级旋风预热器和分解炉系统预热分解后、进入窑内煅烧。出窑高温 熟料经高效篦式冷却机冷却后，由盘式输送机送入熟料库8。冷却熟料的热风除满足窑 及分解炉燃烧所需空气外，还有部分废气作为煤磨烘干热源。剩余废气经喷水降温后进 入熟料电收尘器净化后排放。库内熟料经库底扇形阀卸出、由皮带机转运、分别送至汽 运散装站。 原煤由汽车运输进厂，卸至胶带输送机受料斗，并经皮带机输送至预均化堆场，然 后由移动小车式堆料机按人字形堆料方式交替堆成二个长形料堆，均化后的原煤经轮式 装载机沿料堆端面取出后、经皮带机送至煤粉制备车间的原煤仓。 原煤经仓底给煤机定量喂入立磨煤机粉磨，烘干热源来自篦冷机的废气9。合格煤 粉随出磨气体进入气箱脉冲袋式收尘器，袋收尘器收集的煤粉经螺旋输送机分别送至窑 用煤粉仓和分解炉用煤粉仓；经袋收尘器净化后的废气通过煤磨排风机与烟囱排入大气， 正常粉尘排放浓度小于 50mg/Nm3。煤粉经仓底煤粉计量系统计量后，气力输送至窑头 煤粉燃烧器和分解炉燃烧器燃烧。 3.2 主机设备平衡计算主机设备平衡计算 主机平衡计算的目的是根据物料平衡的计算的结果和车间工作制度，计算各车间主 - 12 - 机要求生产能力，并根据此选定各车间主机的型号，规格以及台数。 在实际设计时，主机平衡计算与车间工艺流程、车间工艺布置密切相连的。故在进 行主机平衡选定主机时，必须综合考虑车间工艺流程，工艺布置以及技术经济问题，以 整套系统的先进性与合理实用性为立足点与出发点。 工艺总体设计注重整体配置，充分考虑并尽量避免本地长年风向及厂区地形变化等 对总体部局的不利影响。在经济合理的前提下，车间布置尽可能利用自然地形高差，以 减少土方量；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 设备发展水平，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。为了节省投资费用，除了对国内技术与制造加工水平 目前尚不能满足或确保可靠质量要求的设备中重要部件均拟直接进口外，对适合国内制 造加工能力与水平的设备中钢结构件、壳体、机架等，将采取来图国内加工的分交方式， 其部件的监制与质量由相应的国外供货商负责。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，从而使本项目成为技术水平先 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” 。 3.3 主机设备选型主机设备选型 3.3.1 原料制备原料制备 目前立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、易磨性差、综合水份高的脆性原 料。因而本工程不再考虑选用技术装备水平已相对落后的中卸磨系统。 根据对本项目原料的分析与判断，考虑推荐采用立磨方案。当然最终粉磨工艺和型 式规格的选用有待以后考虑确定。 目前国内众多项目的窑磨废气处理生产流程主要有二种。当原料粉磨采用立磨、原 料综合水分较大、且煤磨设置在窑头时，因其烘干与粉磨选粉所需的热风量较大，基本 可以满足与预热器废气的匹配要求，故为了简化工艺生产流程、也有利于增湿塔喷水时 可对预热器风机形成一定程度的高温保护，所以预热器风机通常设置在增湿塔的后面； 华新水泥有限公司(5000t/d)和(2000t/d)等工程均是如此10。而江南小野田水泥有限公 司(2500t/d)、铜陵海螺水泥有限公司(5000t/d)工程中采用原料立磨，因综合考虑到原料 综合水分、烘干所需热风的匹配和煤磨设置在窑尾的要求，预热器风机就改置在增湿塔 的前面。目前国内这二种工艺生产流程都有，预热器风机选型要求、适应性、及设备价 格等也是基本一样的。本项目考虑到采用辊式原料磨，而煤磨又设在窑头，所以将高温 风机设在增湿塔的后面。 窑尾废气处理系统，目前国产大规格高浓度的窑尾电收尘器已有很多投入使用的实 例，根据实际生产情况，原先对高浓度粉尘冲刷极板、以及长期使用后是否可靠和影响 收尘效率的顾虑正逐渐消除。所以综合考虑本项目建设场地较狭窄，经重点设计优化 - 13 - 和改进布置，废气处理考虑采用立磨二风机系统11。 在水泥生产过程中，将原料、熟料及其他物料引进行破碎。为的是便于运输和储存； 同时也有利于提高烘干和粉磨设备的工作效率。在水泥厂设计中，物料的破碎是工艺生 产的头道工序，他为后来的工序准备了良好的生产条件。 破碎设备的工作原理：是利用挤压(如颚式破碎机)和冲击(如锤式破碎机)等机械方 式减小物料粒度的过程。根据破碎处理后物料粒度的不同，破碎作业大致可分为粗碎、 中碎和细碎三个等级。 (1) 石灰石破碎系统 a.石灰石破碎要求的小时产量 : H 1928878 G =806.56t/h 87600.273 b.根据要求产量初选破碎机规格如下： 一般情况下，水泥厂石灰石破碎系统为二级破碎，一级用颚式破碎机；二级用单转 子锤式破碎机，或用反击式破碎机；也可采用破碎比大而与生产规模相适应的一般破碎 系统，即石灰石只经过一次破碎即能达到入磨粒度要求。本设计石灰石破碎采用一段破 碎流程，选用一台 TKLPC 锤式破碎机。 TKLPC 锤式破碎机：进料块度：1200mm；出料粒度：75mm 占 95%。 c.核算破碎机年利用率 : 1928878 =27.3% 806.568760 (2) 粘土破碎系统 a.粘土破碎要求的小时产量 ： H 468901 G =150.78t/h 87600.355 b.根据要求产量初选破碎机规格如下： 本设计粘土破碎选用的是一台双齿辊式破碎机。双齿辊式破碎机：进料块度： 350mm；出料粒度：30mm。 c.核算破碎机年利用率 ： 468901 =35.5% 150.788760 (3) 生料制备系统 不同的生料粉磨系统各有优缺点和其适应的条件。一般来说：开流磨的优点是系统 简单，投资小，厂房小。其缺点是过粉碎严重粉磨效率低，单位电耗大，球耗高，特别 不适用于高标号水泥的及易磨性差别大的混合料的粉磨。 圈流磨的优点是粉磨的效率高，磨机产量大，电耗低。与开流磨相比，一般磨机的 产量高 15%-20%，电耗省 10%-15%。此外金属消耗少，成品温度可降低 20-40，产品 细度易于调整。但其缺点是设备环节多，厂房大，操作复杂，投资高 20%-25%。 立磨系统的优点是流程简单，设备布置紧凑，占地少，噪音小，电耗低，设备运转 率高。其缺点是不能适应磨制硬度大的原料，否则磨辊，磨盘衬板磨损大，影响产质量 12。 - 14 - a.生料制备系统要求的小时产量： H 2446817 G =410.76t/h 87600.68 b.根据要求产量初选磨机规格如下： 综合各种磨机系统的特性，结合本设计各种原料的性质。本设计选用的是立磨。其 废气处理选用的是窑尾电收尘器。 立磨： 进料粒度：75mm；成品细度：0.080mm 方孔筛筛余 12%；进料水分：6%；成 品水分：0.5%。 预热器风机 风量：870000m3/h 风压：7500Pa 增湿塔：进口风量：860000m3/h 进口风温：30050 出口风温：12050 窑尾电收尘器 有效截面积：10m2；处理风量：850000m3/h；进口风温：10050；进口含尘 量： 730g/Nm3；出口含尘量： 70mg/Nm3 原料磨风机 风量：860000m3/h；风压：11000Pa c.核算磨机年利用率: 2446817 =68.0% 410.76 8760 3.3.2 煤粉制备煤粉制备 回转窑用煤做燃料时，须将块状原煤磨成煤粉后再行入窑。由于煤粉燃烧较快，煤 可达到较高的燃烧温度并易于调节。因此，水泥厂需设计煤磨系统。 a.煤磨要求的小时产量 ： H 213297 G = 38.34t/h 87600.635 b.根据要求产量初选磨机规格如下： 采用一台立磨煤机，烘干热源来自窑头冷却机的废气，设计粉磨能力为 45t/h， 出磨煤粉水分1.0%。出磨废气采用高浓度防爆气箱脉冲袋式收尘器，设计要求粉尘 排放浓度50mg/Nm3。 立磨进料粒度：50mm；成品细度：0.080mm方孔筛筛余10%；进料水分： 10%；成品水分：0.8% c.核算年利用率: 222415 =56.42% 8760 45 3.3.3 熟料煅烧系统熟料煅烧系统 熟料烧成系统是水泥生产过程的中心环节，也是大量消耗燃料的工序。他包括窑、 - 15 - 预热器、分解炉、冷却机、喂料系统及其他附属设备等。因此，选择烧成系统时总的原 则是应该综合考虑原料和燃料情况、产品质量要求、工厂规模、建厂的各种具体条件以 及不同的烧成系统的特点，进行正确的判断，从而使所选的烧成系统技术先进、经济合 理。 (1)KP 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 而达到强化分散的作用。 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13。 c.利用大蜗壳、合适的内筒插入深度等措施，强化气固的分离作用。 d.本项目正常生产时的 C1 筒出口废气温度320，系统阻力损失约为 46005200Pa。预热器的规格如下表 3-1： 表表 3-1 预热器的规格预热器的规格 旋风筒级数C1C2C3C4C5 旋风筒规 mm2-D48001-D68001-D68001-D70001-D7000 (2)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，分解炉达到了 “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.分解炉中部采用缩口，使分解炉达到二次喷腾效应，具有湍流回流作用强、物料 分散及换热效果好、固气停留时间比大、容积负荷高等特点。(采用该技术，可以解决 像 TL 厂分解炉温度倒挂的问题)。 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，还有效控制了炉下部气体温度、提高物料停留时间、减少炉下部结皮现象。 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、强化热 交换效果、更好地避免分解炉温度倒挂现象，又使分解炉布置更紧凑，降低了设备重量， 节省了投资。 g.本项目分解炉的规格为 7.3x32m，入窑物料的预分解率95%。 (3)回转窑 根据技术统计：目前国内外 40005500t/d 生产规模级的回转窑型为 (4.555.2) x(7080)m，窑的截面热负荷为(4.034.7)x106kcal/m2.h，窑的容积产量为(173.12253.03) kg/m3.h，窑的斜度为(3.54)%。 目前水泥技术发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，因而对 - 16 - 回转窑上述指标的设计与生产取值均偏向于中上限。通过对同类型规模生产线实际生产 情况的分析，依据上述预热器与分解炉的设计考虑，本项目回转窑的规格确定为 4.8x72m，保证产量2500t/d，其中窑的设计截面热负荷为 4.52x106kcal/m2.h，窑的 设计容积产量为 209.34kg/m3.h，窑的斜度为 3.5%。 (4)冷却机 a.根据冷却机篦床上物料温度、冷