日产4000吨水泥熟料预分解窑熟料粉磨系统的初步设计

1、佳木斯大学本科毕业设计（论文）论文题目 佳木斯大学作者姓名毕业论文（设计）论文题目4000t/d水泥熟料预分解窑熟料粉磨系统的初步设计学 院材料科学与工程年 级2009级专 业无机非金属材料工程学生姓名唐涛学 号0907004212指导教师鞠成讲师佳木斯大学毕业论文（设计）论文题目4000t/d水泥熟料预分解窑熟料粉磨系统的初步设计学 院材料科学与工程年 级2009级专 业无机非金属材料工程学生姓名学 号指导教师佳木斯大学III摘 要 水泥粉磨是水泥成品制备的重要工艺过程，它直接影响水泥质量的好坏，因此水泥粉磨车间的设计在整个的水泥厂的设计中是很重要的一个环节。本论文就4000 t/d（日产4

2、000吨）吨硅酸盐水泥工厂水泥粉磨车间进行设计，根据相关文献以及对产量要求对水泥的配料方案、三大平衡（物料平衡、主机平衡、储库平衡）和水泥粉磨车间系统设备的选型进行设计与计算，并据此对水泥粉磨车间的主要粉磨设备以及其相关的附属设备（选粉机、收尘器等）的型号进行了选择。本次设计秉着力求使产品达到“优质、环保、节能”的原则，对生产工艺技术方案以及粉磨车间设备进行了仔细的斟酌与取舍，并做出了生产总体布置平面图和水泥粉磨系统工艺布置图。关键词：水泥，工厂设计，4000t/dAbstract   Cement plant design is a very important

3、 aspect. This thesis on 4000 t / d (Nissan 4000 tons) tons of Portland cement factory cement grinding plant design, according to the relevant literature as well as production req Cement grinding is finished cement important preparation process, which directly affects the quality of cement is good or

4、 bad, so the design of cement grinding plant in the whole of the uirements for cement batching scheme, the three balance (material balance, the host balancing reservoir balance) and cement grinding plant equipment selection system design and calculation, and accordingly cement grinding plant on the

5、main grinding equipment and its associated ancillary equipment (separator, dust collector, etc.) models were selection. This design holds strive to make products to achieve "quality, environmental protection, energy conservation," the principle of the production technology programs and gri

6、nding workshop equipment were carefully consider the trade-offs, and make the overall layout of the production plan and cement grinding system process layout.Keywords: cement, plant design, 4000t/d;目 录 摘 要IAbstractII目 录III第1章 绪 论11.1 引言11.2 国内外现状11.3 目前世界水泥行业的先进技术和发展31.4 生产需求状况41.5 设计特点5第2章 原料与燃料102

7、.1 原料的质量要求102.1.1 水泥原料（普通硅酸盐水泥）102.1.2 混合材及石膏112.2 燃料的质量要求122.2.1 煤122.2.2 熟料热耗的选择13第3章 配料计算与物料平衡143.1 配料计算143.1.1 原料选择143.1.2 率值及率值确定143.1.3 水泥配料方案153.2 物料平衡计算193.2.1 烧成车间生产能力和工厂生产能力的计算193.2.2 原、燃料消耗定额213.2.3 烧成系统和工厂的生产能力243.2.4 全厂物料平衡表24第4章 主机平衡计算及选型264.1 车间工作制度的确定264.2 主机选型264.2.1 破碎机的选型264.2.2 生

8、料磨的选型274.2.3 窑系统274.2.4 煤磨的选型284.2.5 水泥磨的选型294.2.6 包装机的选型304.3 主机平衡表30第5章 储库计算325.1 确定各种物料储存期325.2 堆场计算325.2.1 石灰石预均化堆场335.2.2 原煤预均化堆场345.2.3 联合预均化堆场355.3 储库计算385.3.1 生料配料站385.3.2 熟料库425.3.3 水泥配料站435.3.4 水泥库475.4 储库一览表47第6章 水泥制成车间设计计算496.1 水泥制成车间介绍496.1.1 水泥粉磨的功能和意义496.1.2 现代水泥粉磨技术发展的特点496.1.3 水泥粉磨流

9、程发展情况516.1.4 辊压机粉磨系统的发展526.1.5 辊压机水泥粉磨工艺方案526.1.6 本设计工艺流程546.2 制成车间选型计算556.2.1 球磨机的设计计算556.2.2 水泥球磨机的热平衡计算616.3 辊压机系统选型计算646.3.1 辊压机选型计算646.3.2 V型选粉机、旋风筒选型及其他设备选型656.4 其他附属设备的选型计算676.4.1 O-SEPA选粉机676.4.2 收尘器686.4.3 喂料计量设备686.4.4 配料装置设计696.4.5 输送设备70第7章 水泥制成车间工艺布置73第8章 全厂平面工艺布置748.1 全厂总平面设计的基本原则748.2

10、 全厂工艺平面布置说明75结 论77致 谢78参考文献79IV第1章 绪 论1.1 引言 新型干法水泥生产自问世以来倍受世界各国的关注，特别是 上世纪80 年代以来得到了突飞猛进的发展，国际水泥工业以预分解技术为核心，将现代科学技术和工业化生产的最新成果广泛应用于水泥生产的全过程，形成了一套具有现代高科技为特征和符合优质、高效、节能、环保以及大型化、自动化的现代生产方法。新型干法水泥技术代表了现阶段最高的水泥烧成技术，可以提高窑单位容积产量，提高窑砖衬寿命和运转率 ，且自动化水平高、生产规模大，可以选用低质燃料或低价废物燃料，节省燃料，降低热耗和电耗，减小设备和基建投资费用、 CO 和 NO

11、x 生成量少和事故率低，操作稳定。发展新型干法水泥技术是环境保护和资源综合利用的必然结果。同时，新型干法水泥技术涵盖了许多丰富的理论和科研成果，指导着水泥工业设计、研发、生产等工作的不断完善、优化和提升。近年来，我国新型干法水泥生产技术也得到了飞速发展。尤其是进入21世纪，大批4000，5000t/d熟料新型干法水泥生产线的建成、投产，标志着我国新型干法水泥生产技术已经成熟。 1.2 国内外现状目前，以悬浮预热和窑外分解为核心的新型干法水泥生产技术已经成为当今水泥工业发展的主导技术和最先进的工艺。目前，日本、德国、法国等发达国家新型干法技术已占 95% 以上，其他的发达国家也达到 80% 以上

12、，而我国的新型干法技术只占到 55% ，其余的全是立窑和其他落后的生产方法，因此发展我国的新型干法水泥技术任重道远。在我国，新型干法水泥起步于上世纪70年代，至今已有30多年，但发展步伐较小，速度缓慢。进入新世纪以来，随着我国国民经济的飞速发展，我国新型干法水泥生产的发展进入了快车道。通过技术引进、科研开发等一系列措施，生产线的技术装备水平和规模得到长足发展。装备上从完全进口到现在日产4000t、5000t以下生产线的完全国产化达到95%及日产8000t、10000t生产线的基本国产化，表明我国建材机械工业发展已经进入了发展的新阶段。一批自行设计建设的3000 t/d、4000 t/d、500

13、0t/d及10000 t/d熟料生产线已投入运行，建设投资和生产耗能大大降低。截止2007年上半年，新型干法的比重已达到53%。随着我国新型干法水泥设备与工艺的日臻完善、大型水泥装备国产化的解决和国家节能检排政策的实施，新型干法水泥技术将占据主导地位。伴随着20世纪70年代初期日本石川公司（IHI）预分解窑的诞生，新型干法水泥技术向水泥生产全过程发展。同时，随着与分解技术日趋成熟，各种类型的旋风预热器与各种不同的预分解方法相结合，发展成为许多类型的预分解技术 。到90年代中期，通过不断的技术改进，预分解窑旋风筒换热管道分解炉回转窑篦冷机以及挤压粉磨，和同它们配套的耐热、耐磨、耐火、隔热材料，自

14、动化空盒子，环保技术等的全面发展和提高，新型干法水泥生产的各项技术经济指标得到进一步优化。社会和经济的发展,使得国家的各种基础设施的建设蓬勃展开,人们对工程质量的要求越来越高,相应地对混凝土质量以及水泥的性能提出了越来越高的要求。熟料质量的好坏决定水泥质量的高低。高品质熟料的生产条件是提高煅烧温度,增快冷却速度,即实现高温煅烧和快速冷却。立窑工艺难以满足高温煅烧和快速冷却的要求；湿法转窑不能避免回转窑的煅烧矛盾,难以满足高温煅烧的要求；新型干法回转窑工艺是实现高温煅烧和快速冷却的重要方法。新型干法转窑工艺的特点是采用了窑外分解技术，使生料入窑生料的碳酸钙表观分解率,从原来的悬浮预热器的40%5

15、0%提高到85%95%,由于这一特点,使得窑内传热已不是主要矛盾,这样可适当延长烧成带长度,也可提高窑内的煅烧温度,使熟料质量大大提高 。伴随着新型干法水泥熟料生产工艺技术水平的发展,我国水泥工业窑尾节能技术水平有了长足的进步,高温余热已在水泥生产过程中被回收利用,水泥熟料热耗已由过去的 46006700kJ/kg下降至29003300kJ/kg。继国内低参数、多级进气汽轮机的开发成功,国产装备的纯中、低温余热电站也进入了成熟阶段,采用中、低品位余热动力转换机械的纯中、低温余热发电技术具有更显著的节能效果。到 2010年，我国新型干法水泥采用预热发电的生产线窑达到干法水泥生产线的 40%。在水

16、泥厂利用废物的工作也在逐步展开，新型干法窑是处理和利用废物最好的焚烧设备，这项工作尚处于起步阶段，以后将进一步推广。我国的新型干法生产工艺技术和装备的研制开发一直紧跟世界发展动向，并结合本国国情做了一系列卓有成效的工作，取得可喜成果。使我国水泥生产装备大型化、现代化，赶上国际先进水平。现阶段，我国的预分解系统的设备研发越来越成熟，实践证明，由天津、南京、成都以及合肥设计院自行开发设计的各类分解炉和高效低压损旋风筒等设备，如TWD、TDF、TSD、TFD、NC、CDC等品牌已得到国内很多新建水泥厂的青睐，并且发展越来越快。1.3 目前世界水泥行业的先进技术和发展预热器系统采用多少级最为合理是随着

17、人们的认识角度和技术发展的进程而不断变化的。目前，国际上主要几家大的水泥公司德国伯利休斯（德国蒂森克虏伯ThyseenKrupp）公司，丹麦史密斯公司，德国洪堡公司等正在研发六级预热器，主要在印度等一些能源较短缺的国家采用。从上世纪 90 年代至今，印度已经投产的水泥厂中有数十条生产线采用六级预热器。中国山东的大宇泗水8000t/d 水泥熟料生产线也采用伯利休斯公司的六级预热器系统。采用六级预热器系统后，由于废气温度下降到280左右，生料磨不开时，采用管道喷水降温至200以下入袋收尘器是完全有可能的；当生料磨开时，管道喷水降至所需温度入磨。这样系统可以省去增湿塔以及辅助设备，废气处理系统变得相

18、对简单和经济，显然是既节能又省钱的方案。很明显，用旋风预热器对流换热直接降低废气温度来节能的效率是大大高于通过一个复杂的发电系统来节能的效率的，由于节能和经济等原因，国际上采用六级预热器技术的工厂也越来越多，尤其是能源较短缺的一些国家和缺水的国家。国外几大水泥公司都有六级预热器的技术并都有较多工程的业绩，可以认为这项技术是先进的和有发展前景的。六级预热器能够进一步降低水泥烧成热耗， 节约104.5125.4kJ/kg熟料热耗，同时可以降低窑尾管道喷水难度并节约喷水量三分之一左右， 对节能节水是很有利的。六级预热器作为一种选择， 适合于原料水分不是很高的工厂，尤其对能源和水资源较短缺的国家是一种

19、较好的选择，开发应用前景良好。1.4 生产需求状况改革开放以来，我国水泥工业取得了较快发展，已连续22年位居世界产量首位，占世界总产量的比重达48%左右。不过，我国水泥工业仍存在着整体发展粗放，工艺水平落后，资源、能源消耗高，污染严重，产业集中度低等问题。我国水泥产业现在发展重点是鼓励发展新型干法水泥，重点支持在有资源的地区建设日产四千吨及以上规模新型干法水泥项目。我国现有水泥企业5000多家，平均规模为25万吨。企业平均规模普遍偏小，与世界平均规模90万吨相差甚远。水泥企业在我国分布广泛，除西藏外，全国各省、区、市均有大中型水泥厂。生产企业数量偏多，产业集中度低。在价格上，今年以来原燃材料价

20、格上涨，造成水泥厂成本较高，是国内水泥价格上涨的重要因素。进入9月份，在全球经济衰退的影响下，煤炭库存量持续增加，价格开始回落，煤炭行业骤然“降温”。煤炭价格上涨可以推动水泥价格的上涨，煤价下跌很可能会引致水泥价格的跟跌走势。目前中国水泥价格与国内其他建筑材料的比价不合理、与国际水泥市场的比价差距太大、与生产水泥的原、燃材料价格上涨的幅度不适应等等方面都说明水泥价格体系不合理。我国政府将严格控制不具发展条件的企业盲目扩张，防止不顾环境影响的低水平重复建设新建水泥项目。随着国家节能、减排的措施的实施，一批高耗能的立窑厂陆续被停产关闭，2008年底前，各地要淘汰各种规格的干法中空窑、湿法窑等落后工

21、艺技术装备，进一步消减机立窑生产能力，有条件的地区要淘汰全部机立窑。地方各级人民政府要依法关停并转年产规模小于20万吨和环保或水泥质量不达标的企业。新型干法得到快速发展，近几年，新型干法的比重逐年递增，截止2007年6月底，全国新型干法生产线已达748条，熟料总产能为55612万吨，水泥总产能为72296万吨, 比重约占水泥总产量的53%（2006年年末为50%）。到2010年，新型干法水泥比重达到70%以上。日产4000吨以上大型新型干法水泥生产线，技术经济指标达到吨水泥综合电耗小于95kw·h，熟料热耗小于740千卡/千克。到2020年，企业数量由目前5000家减少到2000家，

22、生产规模3000万吨以上的达到10家，500万吨以上的达到40家。基本实现水泥工业现代化， 技术经济指标和环保达到同期国际先进水平。1.5 设计特点 本设计是 4 000t/d 水泥预分解窑水泥熟料粉磨系统的初步设计，参考国内同等规模新型干法水泥厂水泥制成车间工艺设计，采用国内较成熟的先进经验和先进技术和设备，最大限度的降低能耗、降低基建投资，又最大限度的提高产、质量，做到环保，技术经济指标先进、合理。在生料的破碎方面，采用目前普遍采用的一级单段锤式破碎系统；在生料粉磨方面，采用烘干兼粉的磨立磨系统；窑尾收尘采用增湿塔加收尘效率高的袋收尘系统；窑尾分解系统预热器采用4-2-2-1系列，分解炉采

23、用系统阻力较小的NSF分解炉，回转窑采用4.7×74m规格；熟料冷却熟料冷却机采用成都建材设计院的LBTF4000型第三代空气梁往复推动篦冷机，设有三段篦床，每段篦床均由液压驱动装置传动；在水泥粉磨方面，采用辊压机、球磨、V选、高效选粉的联合粉磨系统。工艺流程的选择进行了方案比较，以达到技术先进、经济合理。本设计中石灰石设置圆形预均化堆场，总堆料量28926.92t，储存期为5d。其规模 Ø 120 m在国内规模算是较大的。 石灰石矿山全矿化学成分稳定，品质优良，均匀性好。全矿 CaCO 3 标准偏差仅有2个台段超过 3.0% ，最大为 3.09% ，平均为 2.04% ，

24、厂区设 3个Ø15×31m 圆库储存石灰石用于生料配料，单个有效储量7203.66t，石灰石库总共有效储量21610.99t ，实际储存时间为4.11d，能满足生产的正常进行。 同时对原煤设置圆形预均化堆场，原煤成分的波动对烧成工艺、热工制度的稳定性及熟料质量等影响极大，外购煤的质量难以完全预先控制，同时多点供应原煤的可能性是存在的，并且考虑将来使用低品位原煤的需要，故设置原煤预均化设施。原煤圆形预均化堆场直径105m ，堆场有效储量9272.51 t 。原煤预均化堆场外设置一个煤堆棚 ， 直接在铁路旁边，煤可以由火车直接卸料到煤堆棚内，这样可以节约基建投资，也有效地利用土

25、地资源。石灰石破碎系统主机采用DLP20.22B型单段锤式破碎机，该破碎机其特点为破碎比大,可将大块原矿石一次性破碎到符合入磨标准的粒度,与传统的两段破碎系统相比,可节省一次性投资.另外该破碎机的操作简单,维修方便。生料配料采用 4 组分（石灰石、页岩、砂岩、 硫酸渣 ）配料，页岩配料仓下设板喂机和震动电机，以顺利排出粘湿物料。 生料粉磨采用MLS4028立磨系统， 此磨在国内几家新建干法水泥生产线运行正常，其台时产量为：310t/h。产品细度为R8012%，粉磨电耗611.5kWh/t生料，入磨物料粒度95%80mm，原料综合水分8.0%，出磨生料水分0.5%，入磨粒度允许2%100mm，主

26、电机功率3100 kW。为了减小磨机风环风速，降低磨内压降，节约粉磨电耗，设有物料外循环系统。设计采用的生料磨为集烘干兼粉磨、选粉于一体的辊式磨，磨机烘干热源来自于窑尾出来的废气。 生料均化库采用IBAU型均化库，选用22.5 ×60 m均化库，其有效储存量为17000t，储期 2 .76 d该库集生料储存、均化和喂料于一体，具有均化效果好、电耗低、系统简单、操作管理方便等优点。生料入窑计量采用变频调速的定量给料机，型号DEM2060+S1右装，计量范围35350t/h，计量精度±0.5%。熟料烧成采用带NSF分解炉的双系列四级旋风预热器，NSF分解炉对燃煤的适应性；旋风预

27、热器结构优化，系统阻力低，节能效果显著。 PYROJET多通道燃烧器和成都建材设计院的LBTF4000型第三代空气梁往复推动篦冷机系统。日产熟料正常生产能力 4 000t ，目标生产能力 4210 t/d ，熟料热耗 30 93 kJ/kg 。窑尾预热器采用 4 - 2 - 2 - 1 组合。预热器规格： C 1 为4-4048mm ， C 2 为 2 -Ø 6000 mm ，C 3 为 2 -Ø 6400 mm ， C 4 为 1 -Ø 8200 mm。NSF分解炉：主炉直径 Ø 8200mm ，有效高度11600mm。窑与分解炉用煤比例为40%和60

28、%。回转窑规格为：Ø 4.7m× 74 m ，斜度 4.0% ，主传转速0.3993.99r/min 。窑磨废气处理采用低压长袋脉冲袋收尘器，确保了废气达标排放。 在预热器出口至高温风机管道上设有增湿塔喷水系统，根据收尘器入口温度可自动控制喷水量。 本次设计选择3个熟料库，其中1#，2#库储存合格的熟料，3#库（设计储量为2000t）为次熟料库。1#，2#熟料库的规格为24×30m，2个合格熟料库有效储量32545.85t，实际储存期8.14d；3#熟料库的规格为12×21m，有效储量3017.24t，实际储存期0.75d。 煤粉制备系统设计放弃传统的风

29、扫管磨+粗粉分离器+旋风除尘器+电除尘器的方案，参考都江堰拉法基水泥厂，煤粉制备系统设计中煤磨采用北京电力设备总厂的ZGM80G中速辊式磨，其生产能力为25t/h。入磨粒度50，入磨水份8%，产品细度R8010%，出磨水份1%，生产能力2529t/h，主机功率220 kW，磨盘工作直径1600mm，磨盘转速28.7r/min。煤磨系统采用煤磨+脉冲喷吹袋式收尘器的方案，原煤经全密闭计量给煤机喂入辊式磨烘干粉磨，热源取自窑头篦式冷却机余风。该方案较前者节省了投资设备，减少了建筑占地面积，并且操作简单稳定，充分利用了余热。此设备搭配方案在都江堰拉法基水泥厂从投产效果看，振动极小，运转平稳可靠。煤磨

30、车间设有煤粉仓 2 个， 1 个为分解炉供煤，1个为回转窑供煤。窑头和分解炉喂煤采用菲斯特秤计量系统。水泥粉磨采用2套带O-Sepa N-2500选粉机的闭路球磨机粉磨系统，简单实用、运转率高，调节水泥细度方便，能同时生产不同品种水泥。磨机选用了3.8×12m球磨机，2仓位，生产能力110120t/h，入磨物料细度2mm，95%产品通过产品细度320340m2/kg，磨机转速16.6r/min，研磨体装载量170t（正常163t），台时产量可达120t/h，主电机型号YRKK900-8,功率2500 kW，转速740r/min。其传动采用了中心传动系统，具有传递功率大、投资省、占地面

31、积小等优点。出磨水泥细度比表面积达350m2/kg。辊压机选用两台G140-110型辊压机，轧辊直径:1400mm,轧辊宽度1100mm;通过量:485550t/h；喂料粒度95%45mm，Max75mm；产品粒度平均:2mm占 65%；0.09mm占 20%；功率:800kW,转速1485r/min。V型选粉机选用两台VX2000型选粉机，选粉风量:120000200000m3/h;能力:96160t/h。高效选粉机两台，O-Sepa选粉机一、二、三次风全为环境冷空气，大大改进水泥质量、提高粉磨系统产量。,最大喂料量450t/h，水泥产量90150t/h，比表面积320360 m2/kg，选

32、粉空气量2500 m3/min，转子转速115190r/min，其电动机型号YPT315S-4,功率110 kW。采用8座Ø15×36m水泥库，每库有效容积为V=4720m3，有效储量为6844t，储存期12.21d，水泥库底可直接发运散装水泥。采用3条RM-8型八咀回转包装机包装水泥，台时产量为100t/h,完全能满足生产的要求，并设有电子校正称、破包机及破包清理等装置，具有称量精度高（袋误差为±0.1kg）、密封性能好、扬尘小、自动化程度高及操作简便等优点。 全厂的中央地带修建生产控制楼，生产楼内设置中央控制室，采用施耐德的 Quantum 和 Momentu

33、m PLC 控制系统控制，同时生产楼内设置车间办公室。中央化验室则和中央控制室平行布置 ，负责全厂原、燃材料、半成品和成品的物理检验、化学分析及质量控制。 设半露天布置总降压站 1 座，分别向厂区和矿山供电。 设置给水处理系统满足生产生活需要。生活、消防给水管网和生产给水管网皆设计为环状管网。设置污水处理场对生活污水、生产废水进行处理。办公楼、生产楼采用中央空调机组调节空气流量和温度；电气室、变电所、总降压站等处采用柜式空调机调节空气流量和温度。 设计全厂除窑头收尘器为电收尘外其余的收尘器均为袋收尘器。最大限度地保护当地的自然环境，对环境的污染降到最小。 设计是工厂建设的灵魂，工艺设计是工厂设

34、计的主要环节，是决定全局的关键。工艺设计的主要任务是确定生产方法、选择生产工艺流程；确定生产设备的类型、规格、数量，选取各项工艺参数及定额指标。本次设计根据现代新型干法的发展趋势，结合国内同类型的新型干法水泥生产线的设计， 采用了目前比较先进的生产工艺和技术装备，进行技术经济综合分析，切合实际，经济合理，选择最合适的熟料烧成车间工艺布置流程。设计力求做到“清洁生产”，并且节约能源、提高生产效率、产品质量和劳动生产率，使水泥生产向集约化、高质量的现代化工业方向发展。 第2章 原料与燃料2.1 原料的质量要求 2.1.1 水泥原料（普通硅酸盐水泥）原料的成分和性能直接影响配料、粉磨、煅烧和熟料的质

35、量，最终也影响水泥的质量。生产硅酸盐水泥的主要原料是石灰质原料（主要提供氧化钙）和粘土质原料（主要提供氧化硅和氧化铝，也提供部分氧化铁）。我国粘土原料及煤炭灰分中一般含氧化铝较高，而含氧化铁不足，因此需要加入铁质校正原料。当粘土中氧化硅或氧化铝含量偏低时，可加入硅质或铝质校正原料。水泥的原料应满足以下工艺要求：化学成分必须满足配料的要求，以能制得成分合适的熟料，否则会使配料困难，甚至无法配料。有害杂质的含量应尽量少，以利于工艺操作和水泥的质量。应有良好的工艺性能，如易磨性、易烧性、热稳定性、易混合性等。1、石灰质原料凡以碳酸钙为主要成分的原料都叫石灰质原料，主要有石灰岩、泥灰岩、白垩、贝壳等。

36、是水泥生产中用量最大的一种原料，一般生产1吨熟料约需1.3吨左右的石灰质干原料。在本此设计中所使用的石灰石化学分析结果如下：表 2-1 石灰石化学成分（%）石灰石lossSiO2Fe2O3Al2O3CaOMgOK2ONa2O40.484.850.431.3851.011.010.230.2899.67本设计采用的石灰石各项指标都达到了一级品（CaO>48%, MgO2.5%，R2O1.0%）的要求，该石灰石属于生产水泥的优质原料。据了解，该矿山储量丰富，初步勘测其储存量能服务4000t/d熟料生产线30年以上，矿石成分稳定性好，距建厂位置有1.5公里，交通方便。2.辅助校正原料传统的水泥

37、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。天然的粘土质原料有黄土、粘土、页岩、泥岩及河泥等，其中黄土和粘土使用最广。但粘土资源越来越紧缺，如果用来生产水泥则会提高水泥成本同时还造成较大的浪费，因此本设计不使用粘土，采用页岩和砂岩来代替，铁粉选用硫酸渣。本设计采用的校正原料化学成分分析如下：表 2-2 硫酸渣化学成分（%）硫酸渣（铁粉）lossSiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO33.8513.112.2862.576.185.134.9198

38、.03表 2-3 砂岩化学成分（%）砂岩lossSiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO34.8474.0815.642.670.590.790.0198.62页岩lossSiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO310.4157.8411.964.457.812.2194.68表 2-4 页岩化学成分（%）2.1.2 混合材及石膏1）混合材本设计的混合材主要火力发电厂排出的粉煤灰，同时搭配少量的石灰石和5·12地震后的建筑垃圾（如红砖），通过对本设计所采用的石灰石原料的化学成分分析得知，此石灰石也是优质的混合材原料，加入少量的石灰石作为混合材，不仅使得水泥强度提高而提高了水泥

39、质量，而且还减小了粉煤灰的消耗量，节约了水泥生产成本，同时，用红砖做水泥粉磨的混合材，消耗了大量的地震遗留下的建筑垃圾，减少了环境污染，为灾区重建工作扫清部分了障碍。表 2-5 建筑垃圾（红砖）化学成分（%）红砖LossSiO2Fe2O3Al2O3CaOMgO71.355.9120.531.030.5799.392）石膏本此设计所使用的石膏其化学成分分析如下：表 2-6 石膏化学成分（%）石膏lossSiO2Fe2O3Al2O3CaOMgOK2ONa2OSO3IR10.1215.650.974.8526.121.020.880.5038.740.9899.832.2 燃料的质量要求2.2.1

40、煤煤炭是水泥工业生产中使用最为广泛的一种燃料，我国水泥工业主要使用煤做为燃料。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，灰分含量多，热值过低，会降低与分解窑的生产效率，同时容易造成燃料燃烧不完全，预热分解系统粘结堵塞，降低熟料质量。低品位煤除了火焰温度低外，还会因煤灰的沉落不均匀，对熟料质量影响极大。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。本次设计所使用的煤是烟煤，其元素分析和工业分析结果如下：表 2-7 煤的元素分析（%）C arH

41、 arO arN arS arA arM ar 合计65.284.526.571.250.3719.812.20100.00表2-8 煤的工业分析MarVarAarQnet,arQnet,ad原煤（烟煤）2.20%19.81%24.19%23207 kJ/kg24977 kJ/kg2.2.2 熟料热耗的选择我国的预分解窑的熟料烧成热耗一般为31003300kJ/kg熟料，但现有技术已经使得水泥熟料烧成热耗有所下降，通过现实调查，本设计选取单位熟料烧成热耗为3093kJ/kg熟料。第3章 配料计算与物料平衡3.1 配料计算3.1.1 原料选择表 3-1 原料化学成分（%）成分名称LossSiO2

42、Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3石灰石40.484.851.380.4351.011.0199.16页岩10.4157.8411.964.457.812.2194.68砂岩4.8474.0815.642.670.590.790.0198.62硫酸渣3.8513.112.2862.576.185.134.9198.03煤灰56.9121.2312.073.481.671.1096.46表 3-2 煤的工业分析MarVarAarQnet,arQnet,ad原煤（烟煤）2.20%19.81%24.19%23207 kJ/kg24977 kJ/kg单位熟料热耗为：q=3093kJ/kg。3.1.

43、2 率值及率值确定1）硅率SM硅酸率SM的大小表示熟料在煅烧过程中生成硅酸盐矿物和溶剂矿物的相对含量。SM值过高，溶剂矿物减少，烧成温度需要相对提高，热耗高，且不利于C3S的形成。SM值过低,则熟料因硅酸盐矿物少而强度低，并且由于液相量过多易出现大块、结圈等，影响要的操作，通常硅酸盐水泥的硅率在1.72.8之间。2）铝率IM铝率表示熟料中氧化铝与氧化铁的质量百分比，也表示熟料中C3A与C4AF的比例关系，因而也关系到熟料的凝结快慢。同时还关系到熟料液相黏度，从而影响到熟料的煅烧难易，铝率高，熟料中C3A多，液相黏度大，物料难烧，水泥凝结快。但铝率过低，虽然液相黏度小，液相中质点容易扩散C3S形

44、成有利，但烧结范围窄，窑内易结大块，不利于窑的操作。铝率一般是在0.91.9之间取得。3）石灰饱和系数KHKH表示的是熟料中氧化钙被氧化硅饱和成硅酸三钙的程度。KH实际上表示了熟料中C3S与C2S百分含量的比例，KH越大，则硅酸盐矿物中的C3S的比例越高，熟料质量越好，故提高KH有利于提高水泥质量，但KH过高，熟料煅烧困难，保温时间长，否则会出现游离CaO，同时窑的产量低，热耗高，窑衬工作条件恶化。工厂中KH值一般在0.820.94之间取得。预分解窑生料预热好，分解率高，另外由于单位产量窑体的散热损失少以及耗热最大的碳酸盐分解带已移到窑外，因此窑内的气流温度高，为了有利于挂窑皮和防止结皮、堵塞

45、、结大块，目前趋于低液相量的配料方案。熟料率值的确定， 首先要满足产品方案的要求，并在生产中逐步摸索适合本厂设备和资源条件的指标。若原料易烧性较好， 烧成熟料游离钙， 即可提高率值， 以取得高强度熟料， 从而增加混合材掺加量；若生产硅酸盐水泥， 买方又不需要高标号， 即可在满足产品质量要求的前提下， 适当降低率值， 以减少煤耗，这就是经济率值。参考国内外大型预分解窑熟料率值的配料方案，结合本设计的原料品质，本次设计的初始率值目标值定为：KH=0.91 SM=2.55 IM=1.643.1.3 水泥配料方案1）计算熟料中煤灰掺入量GA GA = （B：煤灰沉落率，带电收尘器的窑为：100%） =

46、3.222）假设原料配比，计算配料数据及生料成分设干燥基原料配比为：表 3-3 假设干燥基原料配比石灰石砂岩硫酸渣页岩84.00%7.00%2.00%7.00%计算各原料带入白生料中的成分量：原料配比×该原料化学成分中各氧化物含量，如：石灰石带入白生料中的SiO2的百分含量为：SiO2=84.00%×6.85%=5.75%用此法计算所有原料带入白生料中各氧化物百分含量列于表3-4：表 3-4 化学成分（%）原料名称配比LossSiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3石灰石84.0034.004.071.160.3642.850.8583.29砂岩7.000.345.1

47、91.090.190.040.066.90页岩7.000.734.050.840.310.550.156.63硫酸渣2.000.080.260.051.250.120.100.101.96白生料10035.1513.573.142.1143.561.160.1098.79灼烧基生料20.934.843.2667.171.790.1598.13灼烧基生料=×白生料中各氧化物含量 =×白生料中各氧化物含量3）计算熟料成分 熟料中各氧化物含量=灼烧基生料中各氧化物含量×（100-煤灰掺入量GA）+煤灰中各氧化物含量×GA表 3-5 熟料的计算成分（%）项 目配

48、合比SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3灼烧基×（100-GA）%96.7820.254.683.1565.001.730.1594.97煤灰成分×GA%3.221.830.680.390.110.050.043.10熟料成分10022.085.363.5465.111.780.1998.074）熟料率值及其矿物组成计算 （IM0.64）KH=0.8900SM=2.4807IM=1.5143根据计算结果，KH、IM、SM都略低于配料目标值，所以重新调整原料原料配比。5） 重新假设调节原料配比，计算配料数据及灼烧基生料成分，设干燥基原料配比如下：表 3-6 重新调整

49、原料配比（%）石灰石砂岩硫酸渣页岩84.607.106.601.70计算所有原料带入白生料中各氧化物百分含量列于下表：表 3-7 化学成分（%）原料名称配比LossSiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3石灰石84.6034.254.101.170.3643.150.8583.89砂岩7.100.345.261.110.190.040.067.00页岩6.600.693.820.790.290.520.156.25硫酸渣1.700.070.220.041.060.110.090.081.67白生料100.0035.3413.403.111.9143.821.140.0898.81灼烧基生

50、料20.734.802.9667.771.770.1398.15表 3-8 熟料的计算成分（%）项 目配合比SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3灼烧基×（100-GA）%96.7820.064.652.8665.581.710.1394.99煤灰成分×GA%3.221.830.680.390.110.050.043.10熟料成分10021.895.333.2565.691.760.1798.096） 计算熟料率值及矿物组成 （P0.64）KH=0.9097SM=2.5517IM=1.6397C3S=3.8（3KH-2）×S =3.8×（3

51、15;0.9097-2）×21.89%=60.65%C2S=8.61（1-KH）×S=8.61×（1-0.9097）×21.89%=17.02%C3A=2.65（IM-0.64）×F =2.65×（1.6397-0.64）×3.25%=8.61%C4AF=3.04F=3.04×3.25%=9.88%重新调整生料配比后，熟料率值和矿物组成均符合设计要求，而且MgO和SO3也在控制范围内。所得的结果KH、SM、IM已十分接近要求值。考虑生产波动，熟料率值的控制指标可定为：KH=0.91±0.02，SM=2.5

52、±0.1，IM=1.6±0.1。所以原料配比确定为：表 3-9 确定原料配比（%）石灰石砂岩硫酸渣页岩84.607.106.601.70 7）将干燥基原料配比换算为湿原料配比，计算生料湿原料质量配合比：表 3-10 原料操作水分（%）：名称石灰石砂岩页岩硫酸渣石膏建筑垃圾粉煤灰水分（M）0.902.904.104.300.900.3010.00湿原料=干原料×表 3-11 计算结果湿原料石灰石砂岩页岩硫酸渣份数0.85370.07310.06880.01781.0134换算成百分比84.24%7.21%6.79%1.76%100%8）白生料的理论消耗量：白生料理论消耗量=1.4968 kg/kg =149.68（kg白生料/100kg熟料）9） 熟料煤耗：P1=0.13328= 13.328（kg煤/100kg熟料）3.2 物料平衡计算3.2.1 烧成车间生产能力和工厂生产能力的计算1）窑的台数理论熟料产量Qd,1=4000t/d，理论小时产量Qh ,1=166.67t/h标定熟料产量Qd =4210t/d，小时产量Qh=175.42t/hn= =0.951 故n取1。式中：n 窑的台数；（台）Qd要求的熟料日产量（t/d）；按照窑的日产