2500td水泥熟料生产线的石灰石破碎车间设计

第一章 绪论1.1 中国水泥行业现状水泥是国民经济建设的重要基础原材料，目前国内外尚无一种材料可以替代它的地位。随着我国经济的高速发展，水泥在国民经济中的作用越来越大。作为国民经济的重要基础产业，水泥工业已经成为国民经济社会发展水平和综合实力的重要标志。改革开放以来，国内经济建设规模不断扩大，推动国内水泥行业快速发展。据统计，1978年我国水泥产量为6524万吨，2011年，全国水泥产量已达20.6亿吨。自1985年起我国水泥产量已连续26年位居世界第一位，现如今已占世界水泥总产量的一半多。水泥产量的迅速增长，从数量上已经基本满足我国大规模经济建设的需要。1.2 物料的一般技术特性1.2.1 物料粒度及破碎比所谓物料粒度，是指物料料块的大小，通常以料块最大边长的mm数来表示，也有以通过的筛选尺寸或筛余百分数来表示，但一般均以料块最大边长表示。破碎机的喂料粒度与破碎后的出料粒度的比值，称为破碎比。破碎比的喂料粒度应与来料的粒度相适应。换言之，要根据破碎物料的最大力度，合理选择破碎机。石灰石是水泥厂用量最多、粒度相对较大的主要原料，其来料尺寸的大小与开采方法和装矿设备铲斗容积的大小有关。破碎机的出料粒度，决定于破碎机出料口的宽度及破碎机的特性。为提高磨机的工作效率，降低粉磨电耗，在物料入磨前，将其尽可能破碎得细一些是十分必要的，因此，破碎机的出料粒度，往往按入磨物料所要求的力度而定。1.2.2 矿石强度及硬度系数物料破碎的难易程度主要取决于矿石的机械强度，通常采用普氏硬度系数来评定矿石的强度。所谓普氏硬度系数（f）是矿石的极限抗压强度（ 压 ）除以100所得数值。按普氏硬度系数的大小，可将矿石分为五个硬度等级，如表1所示。表1 按普氏硬度系数划分的硬度等级 矿石硬度等级 普氏硬度系数 矿石举例很软 10 花岗岩、玄武岩、硬石英岩1.3 破碎设备及特性水泥厂常用的破碎设备如表2所示，分别介绍如下。表2 各型破碎机设备的一般工艺特性序号破碎机型号 破碎原理 破碎比i适用破碎阶段允许物料含水率适宜破碎的物料1 颚式破碎机 挤压 46粗、中碎48%, MgO2.5%）的要求，所以该石灰石是生产水泥的优质原料。2 辅助校正原料传统的水泥生产的辅助原料主要是粘土质原料，校正原料是铁粉和砂岩。粘土质原料是含碱和碱土的铝硅酸盐，主要化学成分是 SiO2，其次 Al2O3，还有 Fe2O3，一般生产 1 吨熟料用 0.30.4 吨粘土质原料。2.3.2 混合材及石膏原料： Loss SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3石灰石 43.00 2.46 0.41 0.41 52.90 1.06 /粘土 4.91 68.51 14.02 5.56 1.15 1.41 /铁粉 3.53 21.63 7.95 66.00 1.16 0.35 /煤灰 / 48.10 37.91 5.08 2.08 0.98 1.401 混合材本设计采用的粒化高炉矿渣活性较高，同时掺加适量石灰石，在保证水泥质量的条件下尽量降低成本。石灰石的掺入还可以增加早期强度，从而提高水泥质量。2 石膏石膏来源丰富，天然水分为 4%。2.2 燃料的质量要求2.2.1 原煤我国水泥工业一般使用煤做为燃料，回转窑水泥厂一般使用烟煤，燃料品质既影响煅烧过程又影响熟料质量，发热量高的优质燃料，其火焰温度高，熟料 KH 值可高些，若燃料质量差，除了火焰温度低外，还会因煤灰的沉落不均匀，降低熟料质量。对回转窑来说，采用的煤的发热量高，挥发分低，则因挥发分低，火焰黑火头长，燃烧部分短，热力集中，熟料易结大块，游离氧化钙增加，耐火砖寿命缩短。水泥工业用燃料的质量分析：1) 热值: 对燃煤的热值希望越高越好，可有效地提高发热能力和煅烧温度.热值较低的煤使煅烧熟料的单位热耗增加，同时窑的单位产量降低。因此对于预分解窑一般要求煤的低位发热量大于 21000kJ/kg 煤。本设计用煤热质为21884.4kJ/kg 煤。2) 挥发分：煤的固定碳和挥发分是可燃成分，挥发分低的煤不易着火，窑内会出现较长的黑火头，高温带比较集中。综合考虑燃料成本和技术条件，本设计中的使用的是无烟煤，其挥发分较低，为 9.24%。3) 灰分:煤的灰分是水泥工业用煤的主要指标之一。如果灰分过高将导致煤的着火点后移，辐射传热效率下降;导致熟料颗粒的成分不均匀，从而影响窑热工制度的稳定和窑熟料产、质量的提高。在新型干法中，煤灰分过高，热值过低，不仅会降低预分解窑生产效率，同时造成燃料不完全燃烧，预分解系统黏结堵塞，降低熟料质量。一般要小于 25%30%，本设计中所用煤品质较差，灰分为 20.01%。4) 水分:水分是影响煤粉制备和燃烧的不利因素之一。对于燃烧，水分越高，煤粉滞后起燃越严重，相应的热耗增大。对于粉磨，则由于流动性变差，使其运输、喂料不畅，粉磨困难，相应的煤磨的产量降低和电耗会增加。生产中对煤粉的水分应控制在 1%1.5%。5) 煤粉的细度:煤粉的细度直接影响火焰的长度及形状。国内生产、设计采用的煤粉细度，通常 80m 筛余为 810%，煤粉越细比表面积越大，与空气中氧气接触的机会越多，燃烧速度快，燃烧越完全，单位时间放出的热量也多，可以提高窑内火焰的温度；煤粉太粗时，黑火头长，难着火，燃烧速度慢，火力不集中，烧成温度低，太粗时也会造成煤灰的不均匀掺入。这些因素都会使熟料质量降低，窑内热工制度不稳定，操作困难。特别是当煤粉太细时，其自燃的几率也增大。本设计采用原煤工业分析如下：表 3 原煤工业分析（%）W V A F QyDW原煤 10.00 25.71 18.96 45.33 21884.4kJ/kg烟煤煤质较好，挥发份高，着火点低，特别适合水泥生产，亦便于生产控制，且原煤供应量大。但考虑到能源的最大化利用，所以本设计仍考虑烟煤和无烟煤的搭配混合使用，既利用了无烟煤，又降低原煤成本，符合科学发展观的可持续发展战略。2.4 工艺要求KH=0.880.01、SM=2.50.1、IM=1.50.1；石灰石出破碎机粒度20mm。第三章 配料计算3.1 计算煤灰掺入量因为选用新型干法窑，采用袋式收尘器。所以可知 S=100%，单位熟料热耗为 3400kJ/kgCl。所以 100kg 熟料中的煤灰掺入量： GA= （式10QSqy3-1）式中：G A熟料中煤灰掺入量，%； q单位熟料热耗，kJ/kg 熟料；Qy煤的应用基低热值，kJ/kg 煤；S煤灰沉落率， 100%；Ay煤的应用基灰份含量，%。GA= = =2.95%10qy104.289633.2 计算熟料化学成分假设熟料中四个主要氧化物含量总和 =97%，则熟料化学成分可计算如下：Fe2O3= =3.60% （式 3-1.35IM2.6S1)(IKH(.8972） Al2O3=IMFe2O3=5.40% （式 3-3）SiO2=SM(Al2O3+Fe2O3)=22.50% （式 3-4）CaO=-Fe2O3-Al2O3-SiO2=65.50% （式 3-5）3.3 用递减试凑法求各原料配合比熟料基准=100kg ，得到下表 4：SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO 说明要求熟料成分 22.50 5.40 3.60 65.50 -2.95Kg 煤灰 1.42 1.12 0.15 0.06首先从目标熟料中扣除煤灰中的成分 差 21.08 4.28 3.45 65.44-123Kg 石灰石 3.03 0.50 0.50 65.0865.44/52.90100= 123.7差 18.05 3.78 2.95 0.36-26kg 粘土 17.81 3.65 1.45 0.3018.05/68.51100=26.35差 0.24 0.13 1.50 0.06 -2.3kg 铁粉 0.50 0.18 1.52 0.03 1.50/66100=2.27差 -0.26 0.05 0.02 0.03 +0.38粘土 -0.26 0.05 0.02 0.04 粘土扣多了，必须返还-0.26/68.51100=-0.38和 0.00 0.00 0.00 -0.01 偏差已经很小，停止计算跟据上表可求得煅烧 100Kg 熟料所需各种原料用量为 :干石灰石=123Kg干粘土=260.38=25.63Kg干铁粉=2.3Kg各原料的配合比为：干石灰石= 100%=81.50%2.3561 干粘土= =16.98%10%3.2651.干铁粉= =1.52%3.4 校验熟料化学成分和率值表 5 配料计算表配合比 烧失量 二氧化硅 氧化铝 氧化铁 氧化钙石灰石 81.50 35.05 2.00 0.33 0.33 43.11粘土 16.98 0.83 11.63 2.38 0.94 0.20 铁粉 1.52 0.05 0.33 0.12 1.00 0.02 生料 100.00 35.93 13.96 2.83 2.27 43.33 灼烧生料 100.00 0.00 21.79 4.42 3.54 67.63 灼烧生料 97.05 0.00 21.15 4.29 3.44 65.63 煤灰 2.95 0.00 1.42 1.12 0.15 0.06 熟料 100.00 0.00 22.57 5.41 3.59 65.69 由配料计算表计算熟料的率值如下：KH= =0.878 （式 3-CC2.8S0.35F16A6）SM= =2.51 （式 3-CF7）IM= =1.51 （式 3-CA8）考虑到生产波动，熟料的率值可按生产工艺考虑，根据要求KH=0.880.01,SM=2.50.1,IM=1.50.1 可知，基本符合生产工艺要求。3.5 计算湿物料配比表 6 湿物料配比表湿基用量 湿基配合比石灰石 =124.301023=79.01%10%325.74粘土 =30.1556. 19.16%铁粉 =2.87521.83%合计 157.325 100%3.6 计算生料烧失量生料烧失量=石灰石烧失量81.50%+ 粘土烧失量16.98%+铁粉烧失量1.52%=43.00%81.50%+4.91%16.98%+3.53%1.52%=35.93% （式 3-9）3.7 计算干料消耗定额理论干料消耗定额= （式 3-各 原 料 配 合 料生 料 烧 失 量煤 灰 掺 入 量 110）石灰石： 81.50%=1.22t/t 熟料 %93.5-2粘 土： 16.98%=0.25t/t 熟料 1铁 粉： 1.52%=0.02t/t 熟料 .-干料消耗定额=理论干料消耗定额 （生产损失在 3%5%生 产 损 失1之间，在这里取中间值 4%） （式 3-11）石灰石：1.22 =1.27t/t 熟料 4%1粘 土：0.25 =0.26t/t 熟料 铁 粉：0.02 =0.02t/t 熟料4%1其中石灰石水分为 1%，粘土水分为 15%，铁矿水分含量为 20%，混合材水分含量为 15%，石膏水分含量为 4%。原料干、湿基配合比整理如下表 6：表 7 原料干、湿基配合比石灰石 粘土 铁粉干基/% 81.50 16.98 1.52 湿基/% 79.01 19.16 1.83第四章 物料平衡计算及物料平衡表由于设计任务书中水泥厂规模以水泥日产量表示，所以按周平衡计算。4.1 熟料小时产量熟料小时产量：（t/h） （式 4-104.725Qh1）熟料周产量： （t/周） （式17502Qw4-2）4.2 原料消耗定额煤灰掺入时，1t 熟料的干生料理论消耗量KT= t/t 熟料 （式 4-51.93.-102I-S3）式中：K T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（%） 。煤灰掺入时，1t 熟料的干生料消耗定额K 生 = =1.56t/t 熟料 （式 4-TP104）式中：K 生 干生料的消耗定额，t/t 熟料；KT干生料的理论消耗量， t/t 熟料；P生料的生产损失，参考下列数值：回转窑为 3%5% 。各种干原料的消耗定额：K 原 =K 生 X （式 4-5）K 石灰石 =1.5681.50%=1.27t/t 熟料K 粘土 =1.5616.98%=0.26t/t 熟料K 铁粉 =1.561.31%=0.02t/t 熟料计算干石膏消耗定额Kd= （式 4-)Pe)(10(d6）计算干混合材消耗定额 Ke= （式 4-)e(10Pd(d7）式中：K d石膏消耗定额，t/t 熟料；Ke混合材消耗定额， t/t 熟料；e混合材掺入量， %；d石膏掺入量，%；p水泥生产损失，%，取 1%。故 Ke=0.16t/t 熟料Kd= 0.050t/t 熟料 计算含天然水份的湿物料消耗定额K 石灰石 =1001.27/(100-1)=1.283t/t 熟料 （式 4-8）K 粘土 =1000.26/（100-15）=0.306t/t 熟料 （式4-9）K 铁粉 =1000.02/（100-20）=0.025t/t 熟料 （式4-10）K 石膏 =1000.050/（100-4）=0.052t/t 熟料 （式4-11）K 混合材 =1000.16/（100-15）=0.188t/t 熟料 （式4-12）表 8 物料平衡表物料需要量消耗定额干料 湿料天然水分（%）生产损失（ %） 干料 湿料 时 日 周 时 日 周石灰石 1 1 1.27 1.283 132.30 3175 22225 133.7 3208 22453粘 土 15 1 0.26 0.306 27.08 649.9 4549.4 31.88 765.1 5355.7铁 粉 20 1 0.02 0.025 2.08 50 350 2.08 50 350生 料 36 1 1.55 1.614 161.46 3874.9 27124.4 167.66 4023.1 28158.7石 膏 3 1 0.05 0.052 5.2 125 875 5.2 125 875混合材 15 1 0.16 0.188 16.67 400 2800 19.58 470 3290熟 料 / / / / 104.17 2500 17500 / / /第五章 主机平衡计算及选择主机平衡即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，为选定各车间主机的型号、规格和台数提供依据。采用周平衡法计算。选取破碎机的工作制度为每日两班，每班 6 小时，每周六个工作日。根据车间工作制度，选取主机的每周运转小时数，并根据物料周平衡量，求出该主机要求的小时产量。（式 5-HGw1）式中：G H主机要求小时产量，t/h；Gw物料周平衡量，t/年；主机每周运转小时数（参考水泥厂工厂设计概论 表 3-7H 取7284，这里取 72） 。（t/h） （式 5-85.31724H2）日产 2500 吨熟料的水泥厂为大型水泥厂，根据水泥厂工艺设计概论表5-3 可得，石灰石最大粒径为 8001000mm（这里按最大值 1000mm 计算） ，假设矿石粒度20mm，则可得最大破碎比为 1000/20=50.表 9 主机要求生产能力平衡表主机名称周平衡量t/周主机每周运转时间h/周要求主机小时产量t/h破碎机 22453 72 311.85破碎系统流程一般分为单段破碎和多段破碎。目前，国内大部分水泥厂采用单段破碎的工艺流程。单段大型化破碎机被广泛应用且有很好的效果。因此，石灰石破碎系统在原料符合单段破碎的条件下首先选用单段破碎流程。单段破碎进料粒度大，系统投资少，工艺流程简单。本次设计中选取单段破碎流程。水泥厂石