水泥厂课程设计

1、目录摘要2绪论31.工艺设计的要求、任务和原则41.1 设计要求41.2 设计任务41.3 设计原则42. 配料计算62.1 确保熟料率值的组成6 率值的定义6 率值的确定62.2 原始数据7 原料及煤灰的化学成分7.烟煤.无烟煤工业分析7.原燃材料资源72.3 配料计算8 熟料热耗的确定8 计算粉煤灰掺入量8 用计算机计算干生料的配合比82.4 石膏掺量92.4.1概述9确定石膏的含量102.5 混合材的掺量10 混合材概述10 混合材的掺量113. 物料平衡计算123.1 消耗定额的计算12 烧成系统的生产能力计算12工厂的生产能力计算12原燃料消耗定额的计算123.2 物料平衡表144.

2、 粉磨流程的选择155. 设备选型165.1 水泥磨的选型165.2 选粉设备的选型165.3 辊压机的选型185.4 除尘系统19 除尘设施19 除尘系统的计算19参考文献与附录21致 谢22摘要水泥熟料的粉磨是水泥生产的一个至关重要的环节，对水泥成品的质量起关键的影响。设计的目的之一，就是在保证水泥产量和质量的前提下，减少成本，降低电力消耗，减少污染等。本次设计的内容是日产2500吨熟料的水泥粉磨系统。在设备选用上，尽量选用国内设备以便维修保养方便。设计的内容具体为：1.配料计算2.物料平衡3.主机选型4.设计车间的工艺布局在水泥粉磨环节，采用目前较为广泛使用的辊压机预粉磨系统，该粉磨系统

3、系将物料先经辊压机辊压后送入后续球磨机粉磨成成品。该系统目前运用技术已日趋成熟，具有节能高效等特点，为大多数大型水泥厂家所接受。关键词：配料 平衡 选型 设计 产量绪论设计的过程是在指导老师的帮助下，通过查找工具书和网络资料，再结合我们平时所学的知识，运用计算机和手工绘图，来设计计算好的水泥粉磨车间。设计中，应总和运用多学科的理论、知识与技能，分析解决设计中遇到的问题。此外，设计中还能培养我们学生掌握绘图、计算、研究等科学设计方法，提高工程设计计算、绘图的动手能力，也能锻炼我们分析解决实际问题的能力。通过课程设计的锻炼，应能树立正确的设计思想；培养我们认真的科学态度和严谨求实的工作作风；在工作

4、设计中，应能树立正确的工程意识与经济意识，树立正确的生产观点、经济观点与全局观点。 该课程设计是学完专业课之后的一项重要的实践，是我们步入社会的一次深刻的链接，考察了我们独立设计，计算，绘图和分析的能力，同时提高了我们查阅各种设计手册的能力，通过该课程设计我们了解了水泥粉磨车间设计的一般步骤，需要用到的一些结构都需要我们认真查阅后绘制到图纸上，通过课程设计我们学会了很多课本上没有的知识。本人设计的水泥粉磨车间，采用的是辊压机预粉磨技术，先将大块的熟料预先粉磨。这样既减缓了磨机的工作压力，减少磨机的磨损，又提高了产量，从一定程度上减少了粉尘污染。粉磨机的选择也是采用具有国内先进技术的磨机，避免多

5、次检修，也能提高粉磨效率。1. 工艺设计的要求、任务和原则1.1 设计要求本设计立足国内市场，产品达到国家标准。在本车间设计中，大量采用新工艺，新技术，新设备，全线生产自动化，标准化，保证产品质量，同时要注意环境保护问题。在设备选用上，尽量选用国内设备以便维修保养方便。1.2 设计任务 本次设计的任务是设计一个日产熟料2500吨熟料的水泥粉磨车间。石膏和混合材的掺量通过计算确定，进而确定水泥的产量。石膏的要求为：GB/T 5483石膏和硬石膏国家标准中规定的技术要求是：（1）附着水：产品附着水不得超过4%（m/m）。（2）块度尺寸：产品的块度不大于400mm。如有特殊要求，由供需双方商定。要求

6、自己有根据地选择所有需要的生产设备，不仅要满足生产需要、符合国家的相关政策的指标，还要经济合算，并且对环境的影响要尽量小。1.3 设计原则 根据配料计算的产品品种、质量、规模进行设计。计划任务书规定的产品规模往往有一定的范围，设计规模在该范围之内或略超出该范围，都认为是合适的；但如限于设备选型，设计达到的规模略低于该范围，则说明原因，取得指导老师同意后，才能继续设计。辊压机、水泥磨磨等主机的产量，除了参考设备说明书和经验公式计算外，还应根据国内同类型主机的生产数据并参考国内外近似规格的主机产品进行标定。在工厂建成后的较短时期内，主机应能达到标定的产量，同时标定的主机产量应符合优质、高产、低消耗

7、和设备长期安全运转的要求。既要充分发挥设备的能力，但又不能过分追求强化操作。 主要设备的能力应与工厂规模相适应大型工厂应配套与之相适应的大型设备，否则将造成工艺线过多的现象。在现代大中型水泥厂的设计中，一般只采用一条或两条由大型设备组成的工艺线。 选择技术先进经济、合理的工艺流程和设备在选择生产工艺流程和设备时，应尽量考虑节省能源，采用国内外较成熟的先进经验和先进技术。在水泥粉磨系统采用辊压、机球磨、高效选粉机（如OSEPA选粉机等）的混合粉磨系统。 对于新技术、新工艺、新设备，必须经过生产实践鉴定合格后，才可应用于新建厂的设计中。 在进行具体设备的选型时，应注意下列一些问题：尽量选用结构新、

8、体型小、质量轻、效率高、消耗省且操作可靠维修方便、供应有保证或能自行加工制造的设备。各种附属设备的型号、规格应尽量统一，以便于生产管理和减少配、备件的种类。 注意考虑工厂建成后生产挖潜的可能和留有工厂发展余地设备能力应能切实满足生产要求并留有余地，此外应结合设计的国内外未来时期水泥需求情况的预测，以及当前国民经济发展的方针政策，考虑在设计中是否需要或应留有多大的扩建余地。 合理考虑机械化、自动化装备水平 机械化水平应与工厂规模和装备水平相适应，特别是连续生产过程中大宗物料的装、运、卸，必须实现机械化。重大设备的检修、起重以及需要减轻繁重体力劳动的场合，也应尽可能实现机械化。生产控制自动化，具有

9、反应灵敏控制及时调整精确的特点，是保证现代化连续性大生产安全稳定进行的必不可少的手段。 重视消音除尘，满足环保要求贯彻执行国家环保、工业卫生等方面的规定。今后，由于对环保要求越来越高，应采取积极措施，减少环境污染，以保护职工身体健康和延长设备生产寿命。 学科之间的搭配工厂设计是各专业共同完成的一个整体。因此，工业设计与其它专业的设计有着密切的联系，特别是工艺布置和其土建的关系更密切。生产设备的布置直接影响到建筑物的结构形式和尺寸。因此，工艺人员只有与其他人员相互配合，共同研究，才能产生交好的方案。2. 配料计算2.1 确保熟料率值的组成 率值的定义我国目前硅酸盐水泥熟料采用饱和比（KH）、硅率

10、（S）、铝率（P）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；S表示熟料中硅酸盐矿物与溶剂矿物的比值，S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；P表示熟料中溶剂矿物C3A和C4AF的比值，P高，液相黏度大，难烧，但明显提高了熟料的三天强度和扩大了烧成范围，P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。 率值的确定为了获得较高的熟料强度，良好的物料易烧性以及控制生产，选择适宜的熟料三率值是非常必要的。本次设计为一台窑外分解窑，在生产工艺上要求煅烧高饱和比 高硅率的

11、生料，这样能提高熟料的质量并能减少预热器分解炉系统的堵塞和回转窑烧成带的结圈。生产P042.5 PO52.5号硅酸盐水泥熟料。对于新型干法水泥生工艺，水泥熟料率值大致为：KH=0.880.91，SM=2.42.7，IM=1.41.8。故根据生产实践和设计工艺条件确定熟料的率值：KH=0.90 ±0.02 SM=2.55±0.1 IM=1.6±0.1。表2-1国内外预分解窑熟料率值、矿物组成范围生产统计率值范围矿物组成国内国外率值国内设计规范新型干法水泥技术C3S/%546165KH0.870.910.860.900.880.91C2S/%172313SM2.52.

12、72.402.802.402.70C3A/%798IM1.41.81.401.901.401.80C4AF/%91110我国硅酸盐水泥一般采用“两高一中”的配料方案2.2 原始数据 原料及煤灰的化学成分表2-2原料及煤灰的化学成分名称烧失量%SiO2%Al2O3%Fe2O3%CaO%MgO%总和%石灰石39.313.61.390.3652.81.4698.92砂页岩2.7187.83.1312.461.0298.12粉煤灰3.6852.4529.834.514.090.5295.08铁矿石1.6550.556.2234.42.221.9196.65烟煤煤灰048.4831.348.64.091

13、.9494.45.烟煤.无烟煤工业分析表2-3烟煤.无烟煤工业分析名称(%)水分(Mar)挥发分(Var)灰分(Aar)固定碳(Car)热值(Qar/KJ/Kg)烟煤1.1618.0620.3260.4623881.16.原燃材料资源表2-4 原材料数据名称概况石灰石自备矿山，中硬，含水率1%.粘土自备矿山，含水率4%.砂岩自备矿山，含水率2%.铁矿外购，铁矿尾砂，含水率15%.粉煤灰外购，含水率0.5%.矿渣（混合材）外购，碱性矿渣，含水率15%.石膏外购，SO3 40%，含水量极少，块度<300毫米2.3 配料计算 熟料热耗的确定随着新型干法水泥煅烧技术的不断提高，熟料的热耗不断降低

14、，单位熟料热耗依国内新型干法厂现状，熟料热耗取3200KJ/kg熟料。 计算粉煤灰掺入量利用下列公式，带入数据，计算得，s=2.73。式中： S煤灰掺入量，以熟料百分数表示（100%）煤的应用基低热值（kJ/kg煤） 煤的应用基灰分含量（%）q熟料烧成热耗（kJ/kg熟料）R煤灰沉落度（%），当窑后有电收尘且窑灰入窑时取100% 用计算机计算干生料的配合比 为了获得较高的熟料强度，良好的物料易烧性以及易于控制生产，选择适宜的三率值是非常必要的。由于其牵涉到非线性方程的求解，用手工计算需反复试凑，难以达到结果最优，而各种简化计算方法不容易掌握，采用办公软件EXCEL做配料计算，可直接通过表哥计算

15、求解，几秒钟就可算得最优解，操作简便，结果准确，见表2-5：表2-5 干原料及煤灰化学分析名称烧失量SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgO设定比例石灰石32.75 3.00 1.16 0.30 44.00 1.22 0.833 砂页岩0.20 6.51 0.23 0.07 0.18 0.08 0.074 粉煤灰0.17 2.47 1.40 0.21 0.19 0.02 0.047 铁矿石0.08 2.31 0.28 1.57 0.10 0.09 0.046 生料33.20 14.28 3.08 2.15 44.47 1.40 灼烧生料21.38 4.61 3.23 66.58 2.10 依据

16、煤灰掺入量计算公式得到S,进而得到灼烧生料配合比，如表2-6所示。表2-6 熟料化学成分名称配合比%SiO2%Al2O3%Fe2O3%CaO%MgO%灼烧生料97.2720.804.483.1464.762.04煤灰2.731.320.860.230.110.05孰料100.0022.125.343.3764.872.10 依据以上数据，可计算得到KH值，S率，P率，如表2-7所示。表2-7 熟料的率值率值目标率值计算率值偏差KH0.890.890.00S2.552.540.01P1.581.580.00 各原料含水量：石灰石1%，砂岩2%，铁粉15%，粉煤灰0.5%，因此，各湿物料的百分比为

17、：表2-8 湿物料的百分比湿物料名称含水率%湿原料质量配合比%湿原料质量百分比%石灰石184.1782.66砂岩27.577.43粉煤灰0.54.734.64铁矿石155.365.272.4 石膏掺量 概述传统的硅酸盐水泥材料固有的韧性差、水化热高、抗冻、抗渗、抗腐蚀性差等缺点，愈来愈不适应混凝土发展的需要。石膏作为水泥的缓凝剂，用于调节水泥似的凝结时间，也可以增加水泥的强度，特别对矿渣水泥作用更明显。石膏也可作矿化剂用于熟料煅烧，对提高熟料产量和质量有明显的效果。石膏的质量控制，应该进厂一批，取样化验一次。一般情况下，测定石膏中的SO3含量就可以了。根据SO3的含量计算水泥中石膏的掺入量，如

18、磨石膏粒度不应大于30mm，一般应有20天的储存量，使用的石膏和硬石膏的质量应符合国家标准规定的技术要求。GB/T 5483石膏和硬石膏国家标准中规定的技术要求是：（1）附着水：产品附着水不得超过4%（m/m）。（2）块度尺寸：产品的块度不大于400mm。如有特殊要求，由供需双方商定。（3）分级：各类产品按其品位分级，并应符合表2-9的要求。表2-9 各类产品的分级产品名称石膏（G）混合石膏（M）品位%（m/m）级别CaSO4·2H2OCaSO4·2H2O+ CaSO4且（质量比）特级9595一级85二级75三级65四级55确定石膏的含量取SO3=2.8，则需要的石膏= =

19、7，即石膏的掺入量为7%。2.5 混合材的掺量2. 5.1 混合材概述为了增加水泥产量，节约能源，降低成本，改善和调节水泥的某些性能，综合利用工业废渣，减少环境污染，在磨制水泥时，可以掺加数量不超过国家标准规定的混合材料。混合材按其性质可以分为两大类：活性混合材料和非活性混合材料。凡是天然的或人工制成的矿物质材料，磨成细粉，加水后其本身不硬化，但与石灰加水调和胶泥状态，不仅能在空气中硬化，并能继续在水中硬化，这类材料称为活性混合材料或水硬化混合材料。生产通过水泥时，国家标准规定的活性混合材料主要有以下三类：（1）粒化高炉矿渣（GB/T203），粒化高炉矿渣粉（GB/T18046）。（2）粉煤灰

20、（GB/T 1596）。（3）火山灰质混合材（GB/T 2847）。非活性混合材料，又称填充性混合材，其活性指标不符合以上技术标准要求的粉煤灰、火山灰质混合材料和粒化高炉矿渣等及石灰石和砂岩。 混合材的掺量国家标准规定生产矿渣水泥时，矿渣掺量为20%-70%，经反复计算研究决定本车间的矿渣掺量取45%。3. 物料平衡计算通过物料平衡可计算得到各种原料燃烧的需要量以及从原料进厂直至成品出厂，各工序所需处理的物料量，依据这些数据可以进一步确定工厂的物料运输量、工艺设备选型以及堆场储库等设施的规模，因此，物料平衡计算是主机平衡与储库平衡计算的基础和依据。3.1 消耗定额的计算 烧成系统的生产能力计算

21、选定的预分解窑尺寸为4×60m，由工具书水泥热工设备查得D4m，ó=0.15m，得DT=D-2ó=3.7m窑的台时产量Qh.l =0.38DT2.52L0.52 = 86.36t/h考虑到窑产量的提高，假设提高35%，则设计的台时产量为Qh.l =86.36×1.35=116.59t/h。窑的台数n= =0.89（台），取n=1熟料的小时产量：Qh=nQh.l=116.59t/h熟料的日产量：Qh=24Qh=2798.06t/d熟料的年产量：Qh=8760Qh =86.81万t/y工厂的生产能力计算水泥的小时产量Gh= = = 221.64t/h水泥的日

22、产量Gd=24Gh =5319.27t/d水泥的年产量Gy=8760Gh =165.03万t原燃料消耗定额的计算 1t熟料的干生料理论消耗量K干 = = = 1.51t/t熟料 考虑到煤灰的掺入，1t熟料的干生料消耗定额K生 = = = 1.57t/t熟料 各种原料的消耗定额K = KX石灰石 =1.57×84.17%=1.321t/t熟料K原石灰石 = = 1.335t/t熟料K= KX=1.57×7.57%=0.119t/t熟料K原砂岩 = =0.121t/t熟料K =K X = 1.57×4.73%=0.074t/t熟料K= = 0.075t/t熟料K =K

23、X =1.57×5.36%=0.084t/t熟料K= K× X= 1.57×5.36%=0.084t/t熟料K= = 0.099t/t熟料干石膏消耗定额K= = = 0.129t/t熟料干混合材的消耗定额K= = = 0.833t/t熟料 K = = 0.982t/t熟料烧成用干煤消耗定额K= = = 0.136t/t熟料K= = 0.138t/t熟料3.2 物料平衡表表3-1 物料平衡表栏目原 料水分%损失%消耗定额t/t熟料物料平衡表（t）干 料湿 料干料湿料时日年时日年石灰石111.321.335154.013696.3691330693155.648373

24、5.544 1344795.696砂岩210.120.12113.874332.981119873.214.107338.577121887.850粉煤灰0.51.50.0740.0758.628207.063874542.98248.744209.86275550.320铁粉1510.0840.0999.794235.0454484616.358411.542277.01899726.422生料11.511.57176.0514225.2221521079.776 183.0464393.1111581520.032石膏少量10.12915.04360.96264129946.5504-混合

25、材1510.8330.98297.1202330.86728839112.2208114.4912747.793989205.523熟料1116.592798.0686.81万水泥1221.645319.27165.03万烧成用煤1.7110.1360.13815.856380.54976136997.913616.089386.146139012.5894. 粉磨流程的选择水泥粉磨系统分为闭路和开路两种，由于闭路粉磨有利于水泥质量，且技术经济效果较好，因此闭路粉磨的钢球式磨机在水泥粉磨系统中应用比较广泛。同时立式磨也开始用于水泥粉磨，但由于水泥粉磨产品中微细颗粒含量较少影响水泥质量。辊压机、

26、分级器等设备也运用于水泥粉磨系统中，辊压机加球磨机的圈流粉磨效率高、单位电耗低。本次设计水泥粉磨预采用带辊压机预粉碎的闭流粉磨系统。图4-1 闭流粉磨系统5. 设备选型5.1 水泥磨的选型确定粉磨车间的工作制度 水泥粉磨车间采用三班制，每班工作9小时，每年工作300天。 根据车间运作班制和主机运转小时数，确定主机的年利用率： = = 0.925k每年工作日数，k每日工作班数， k 每班主机运转小时数。 主机要求小时产量： G= = =203.665 t/h 设备的选型： 选用4.2×13m的水泥磨，该型号磨机技术性能见表5-1。表5-1 粉末设备的技术性能磨机规格研磨体装载量（t）2

27、09转速（r/min）15.6入磨粒度20生产能力(t/h)150传动方式中心传动主电动机功率（Kw）3150主减速机型号 速比JS140-C或MFY320设备重量(t)2555.2 选粉设备的选型闭路流程的干法生料磨，煤磨和水泥磨的分级设备采用选粉机，它主要有以下几种型式：通过式、离心式和高效选粉机。本厂根据实际情况选用高效选粉机，具有80年代国际先进水平的新型高效选粉机主要有日本小野田工业公司的O-Sepa、丹麦史密斯公司的SEPAX和美国斯特蒂文公司SP测流式选粉机等。采用高效选粉机可使磨机系统产量提高10-30%，本次设计采用O-Sepa选粉机，下面主要介绍O-Sepa选粉机的情况。O

28、-Sepa选粉机使目前广泛采用的选粉形式。该机主体是一个涡壳旋风筒，内设笼形转子，其外圈装一圈导向叶片，被选粉料从顶部喂入落到撒料盘上，靠离心力将物料抛撒。粗粉则受离心力作用而下落到下部选粉室，再经由下部吹入的三次风风选后，细分随风上升，而粗粉则落入锥形斗卸出。分级选粉有三股风：从磨内排出的气体为一次风（含尘），其它粉磨系统排出的气体为二次风（含尘），三次风（净）由下部吹入。一次风、二次风由上壳体两侧进风口引入机内，形成水平旋流分离场，将较细颗粒带入转子内抛出，然后细粉由收尘器收集为成品。O-Sepa选粉机的主要优点： 提高选粉效率，可达74%，使磨机产量增加大约2224%、节能约820%。

29、成品粒径分布344m的细料所占的百分比较高，水泥颗粒组成合理，有利提高水泥强度。 借助变速驱动装置，易于调节产品细度。 体积小，质量轻，只需传统式选粉机的1/2或1/6空间。减少基建投资。根据磨机标定产量135t/h，对O-Sepa选粉机进行选型：N = 其中, N:按选分浓度计算的O-Sepa选粉机的规格,m3/min G：水泥磨标定的产量,t/h Cx:O-Sepa选粉浓度，在0.750.85kg/m3，取Cx=0.75kg/m3 其中，N2：按喂料浓度计算的O-Sepa选粉机的规格,m3/min L：O-Sepa选粉机的循环符合 Ca:最大喂料浓度，Ca=2.5kg/m3 选用N3000

30、 O-Sepa选粉机，其规格性能如表5-2所示，表52 选粉机规格性能型号N-3000风量18000电机功率kw160处理能力t/h540主轴转速(r/min)135-70比表面积()300-350水泥产量t/h110-1905.3 辊压机的选型辊压机属于料床粉磨，其挤压粉磨技术使粉磨技术上的重大变革，因增产、节能效果显著备受水泥界关注，主要由磨辊、主机架、进料装置、传动、液压以及安全保护等装置组成。辊压机是由两个速度相同、辊面平整做相对转动的辊子组成的。物料由辊子上部喂入，随着两个辊子运转物体被钳入，并在高压下挤压成强度低充满裂纹的扁料片，料片大部分由细分组成。辊压机粉磨时要求高压、稳定、满

31、料。 确定辊压机的循环负荷为150%，即出辊压机的粗粉回料量与进水泥磨的细粉量之比为1.5：1。则要求辊压机的小时处理量为： G：要求辊压机的小时处理量 G:标定的水泥磨产量，t/h L:辊压机的循环负荷 辊压机的确定选用HFCG140-80辊压机，见表5-3表53 辊压机规格性能型号HFCG140-80辊子直径（mm）1400棍子宽度（mm)800处理能力t/h280380入机粒度 mm80入料温度 120功率 kW2 - 5605.4 除尘系统 除尘设施为了达到排放标准，且为了设备简单化，同时满足排放高效选粉机的高浓度的含尘气体，本次设计选用一级收尘系统，且选用气箱脉冲袋式收尘器。 除尘系

32、统的计算袋式除尘器的选型 进入袋式除尘器风量进入选粉机的一次风，二次风，三次风的风量比按4：4：2计算，其中磨尾进选粉机的风为一次风，则选粉机的风量考虑到抽风管漏风系数为1.1，则进入收尘器的总风量为考虑到管道散热，气体进入袋式除尘器温度降至70，则进入袋式除尘器风量为V袋=142616×=179184m3/h 选粉机进入袋式除尘器的含尘浓度=0.833 kg/m3 斗式提升机、辊压机处收尘进入袋式除尘器的含尘浓度所以进入袋式除尘器的气体总含尘浓度为：根据以上情况，选用气箱式脉冲袋式收尘器，其规格和性能如表5-4所示表54 袋式收尘器规格、性能型号FMQD282×11处理风量m3/h247600总过滤面积m23427滤袋个数（个）2856含尘浓度g/m31300 实际滤速 袋收尘的过滤阻力式中， ：袋收尘的过滤阻力 ：滤布的阻力系数，羊毛绒布=3.6 ：空气粘度 ：过滤速度，0.15m/s ：粉尘堆积层平均比阻，= C：含尘浓度 C=0.936kg/ t：过滤时间袋收尘每隔6min振打一次，振打时间10s，t=60×6-10=350s，=3.6+0.936&