畢業(yè)設計--日產熟料5000t預分解窯水泥廠窯尾工藝設計

1、<p><b>　　第一章 文獻綜述</b></p><p><b>　　1.1 水泥簡介</b></p><p>　　水泥，粉狀水硬性無機膠凝材料。加水攪拌后成漿體，能在空氣中硬化或者在水中更好的硬化，并能把砂、石等材料牢固地膠結在一起。cement一詞由拉丁文caementum發(fā)展而來，是碎石及片石的意思。水泥的歷史最早可追溯到古羅

2、馬人在建筑中使用的石灰與火山灰的混合物，這種混合物與現代的石灰火山灰水泥很相似。用它膠結碎石制成的混凝土，硬化后不但強度較高，而且還能抵抗淡水或含鹽水的侵蝕。長期以來，它作為一種重要的膠凝材料，廣泛應用于土木建筑、水利、國防等工程【1】。</p><p>　　1.2 預分解窯生產工藝</p><p>　　預分解窯生產工藝指采用窯外分解新工藝生產的水泥。其生產以懸浮預熱器和窯外分解技術為核心

3、，采用新型原料、燃料均化和節(jié)能粉磨技術及裝備，全線采用計算機集散控制，實現水泥生產過程自動化和高效、優(yōu)質、低耗、環(huán)保。新型干法水泥生產技術是20世紀50年代發(fā)展起來，到目前為止，日本德國等發(fā)達國家，以懸浮預熱和預分解為核心的新型干法水泥熟料生產設備率占95%，我國第一套懸浮預熱和預分解窯1976年投產。該技術優(yōu)點：傳熱迅速，熱效率高，單位容積較濕法水泥產量大，熱耗低。發(fā)展階段：第一階段，20世紀50年代～70年代初，是懸浮預熱技術誕生和

4、發(fā)展階段。第二階段，20世紀70年代初期，是預分解技術誕生和發(fā)展階段新型干法水泥【2】的主要特點：干法回轉窯是18世紀末、19世紀初的窯型，它比立窯生產前進了一大步。由于它所用生料是干粉，含水量<1%，比濕法生產減少了用于蒸發(fā)水分的大部分熱量，而且也比濕法生產短，但干法中空窯無余熱利用裝置，窯尾溫度一般都在700～950℃。有些廠可看到煙囪冒火現象，熱能浪費嚴重，每千克熟料熱耗高達1713～1828kcal，而且灰塵大，污染嚴重。

5、生料均化差，質量低，產量也不高（均與濕法</p><p>　　1.2.1預分解窯 </p><p>　　預分解窯是20世紀70年代發(fā)展起來的一種煅燒工藝設備。它是在懸浮預熱器和回轉窯之間，增設一個分解爐或利用窯尾煙室管道，在其中加入30～60%的燃料，使燃料的燃燒放熱過程與生料的吸熱分解過程同時在懸浮態(tài)或流化態(tài)下極其迅速地進行，使生料在入回轉窯之前基本上完成碳酸鹽的分解反應，因而窯系統(tǒng)的

6、煅燒效率大幅度提高。這種將碳酸鹽分解過程從窯內移到窯外的煅燒技術稱窯外分解技術，這種窯外分解系統(tǒng)簡稱預分解窯【3】。</p><p>　　1.2.2 預分解窯煅燒的特點 </p><p>　?。?）在一般分解爐中，當分解溫度為820～900℃時，入窯物料的分解率可達85～95%，需要分解時間平均僅為4～10s，而在窯內分解時約需30多分鐘，效率之高可想而知。</p><

7、p>　?。?）由于碳酸鈣的分解從窯內移到窯外進行，所以窯的長度可以大大縮短，降低占地面積。</p><p>　?。?）由于在分解爐內物料呈懸浮狀態(tài)，傳熱面積增大，傳熱速率提高，從而使熟料單位熱耗大大降低。</p><p>　?。?）由于減輕了回轉窯的熱負荷，延長耐火材料的使用壽命，提高窯的運轉率，同時提高了窯的容積產量。但由于對物料的適應性較差，容易引起結皮和堵塞，同時系統(tǒng)的動力消耗

8、較大。</p><p>　　1.2.3 預分解窯技術的發(fā)展 </p><p>　　自20世紀50年代初期德國洪堡公司(KHD)研究成功懸浮預熱窯、70年代初期日本石川島公司（IHI）發(fā)明預分解窯以來，水泥工業(yè)熟料煅燒激射獲得了革命性的突破，并推動了水泥生產全過程的技術創(chuàng)新。50多年來，新型干法水泥生產技術發(fā)展已經經歷了五大階段。第一階段：20世紀50年代初期至70年代初期。伴隨著懸浮預熱

9、技術的突破并成功應用于生產，新型干法水泥生產誕生，并隨著懸浮預熱窯的大型化而發(fā)展。第二階段：20世紀70年代初期至中期。伴隨著預分解窯的誕生發(fā)展，新型干法水泥技術想水泥生產全過程發(fā)展。同時，伴隨著預分解技術的日趨成熟，各種類型的旋風預熱器與各種不同的與預解方法相結合，發(fā)展成為許多類型的預分解窯。在本階段中，懸浮預熱窯的發(fā)展優(yōu)勢逐漸被預分解窯所代替。但是，必須認識到懸浮預熱窯是預分解窯的母體，預分解窯是懸浮預熱窯發(fā)展的更高階段。至今各種新

10、型懸浮預熱器在預分解窯發(fā)展的同時，仍在繼續(xù)發(fā)展完善，發(fā)揮著重要作用。第三階段：20世紀70年代中期至80年代中期。1973年國際石油危機之后，油源短缺，價格上漲，許多預分解窯被迫以媒代油，致使許多原來以石油為燃料研發(fā)的分解爐難以適應。通過總結改進，各種</p><p>　　1.2.4 預分解窯生產的特征 </p><p>　　預分解窯法生產具有均化、節(jié)能、環(huán)保、自動控制、長期安全運轉和科

11、學管理六大保證體系，是當代高新技術在水泥工業(yè)的集成，其特征如下：</p><p>　?。?）生料制備全過程廣泛采用現代化均化技術。使礦山采運—原料預均化—生料粉末—生料均化過程，成為生料均化過程中完整的“均化鏈”；</p><p>　?。?） 用懸浮預熱及預分解技術改變了傳統(tǒng)回轉窯內物料堆積態(tài)的預熱和分解方法；</p><p>　　（3）采用高效多功能擠壓粉磨技術和

12、新型機械粉體運輸裝置。根據日本上潼具貞研究空氣輸送的動力系數μ（指單位時間內輸送單位重量物料至單位長度所需動力）是提升機的2～4倍，是皮帶輸送機的15～40倍。因此，采用新型機械輸送代替空氣輸送粉體物料，節(jié)能是相當可觀的；</p><p>　?。?）工藝設備大型化，使水泥工業(yè)向集約化方向發(fā)展；</p><p>　?。?）為“清潔生產和廣泛利用廢渣、廢料、再生燃料和降解有毒有害危險廢棄物創(chuàng)造

13、了有利條件；</p><p>　?。?）生產控制自動化；</p><p>　?。?）廣泛采用新型耐熱、耐磨、隔熱和配套耐火材料；</p><p>　?。?）應用IT技術，實現現代化管理等。</p><p>　　1.3水泥預分解窯工藝裝備技術及發(fā)展</p><p>　　1.3.1 生料制備</p><

14、p>　　水泥生料制備過程中CaO的標準偏差控制值隨裝備技術的發(fā)展而逐步減小。</p><p>　　（1）計算機三維模型系統(tǒng)在礦山設計中大量推廣應用，礦山勘探時，取得完整的數據，在設計時，將礦山分成體積較小的CaO、SiO2、MgO、R2O等成分較為均勻的若干有限單元，在生產時搭配使用，在開采時，根據生產所需的成分，對各有限單元內礦石的化學成分通過計算機來進行搭配控制開采，做到所開采的礦石內所需的化學成分的均

15、勻性。</p><p>　?。?）連接破碎機和預均化堆場的皮帶輸送裝置輸送的石灰石等物料的分析控制方式從離線分析轉為在線分析，在測試裝置中，使用較為廣泛的是XRF分析測試控制裝置和近年來出現的不需制備樣品，可連續(xù)測試并能更快的對物料成分進行調整的中子測試儀。上述測試裝置與礦山計算機聯網，能在預均化堆場內控制石灰石CaO標準偏差值小于±0.5%，加上誤差精度小于±1%的塊狀或粉狀喂料裝置，可以精

16、確控制入磨石灰石和各種校正原料，使原料在入生料磨前達到入人窯生料成分的要求。</p><p>　?。?）生料系統(tǒng)采用輥式磨。輥式磨具有電耗低，生產能力和烘干能力大，場地節(jié)省的優(yōu)點。隨著設計、制造技術、材質的改進，國內一些預分解窯生產線的輥式磨磨制生料中的石英砂巖的含量從3.3%至10%，金屬磨耗量從3g/t至18g/t，磨輥的使用壽命達到8000h以上，而且磨制的生料顆粒級配均勻，大顆粒石英量少。近年來，新出現的

17、4輥輥式磨較原有的2輥輥式磨體積減小15%，產量高，運轉率接近窯的運轉率，完全滿足生料細度和烘干的需求。</p><p>　　生料制備過程中，由于礦山開采的石灰石等主要原料的成分的均勻性得以提高，測試裝置的分析調整速度快速提高，確保生料入磨前成分均勻，生料庫的均化工作量的功能下降，此變化過程對生料質量有利。</p><p>　　1.3.2 預分解窯煅燒工藝裝備技術</p>&

18、lt;p>　　預分解窯煅燒工藝裝置是由預熱器、分解爐系統(tǒng)、回轉窯、篦冷機、三次風管和燃燒器等裝備組成，上述裝置創(chuàng)造了良好的煅燒條件，確保了熟料在較高的率值和較高的C3S含量時所需的煅燒溫度，以及快速的升溫速率，充分的燃燒狀況和快速冷卻條件，保證了熟料煅燒質量。</p><p>　?。?）預熱器和上升管道的形式進一步優(yōu)化，系統(tǒng)內的單項部件的結構和材質進一步改進，使預熱器系統(tǒng)的效率進一步提高，生料在很短的時間內

19、在各級預熱器系統(tǒng)內進行熱交換，不僅在預熱器內反復循環(huán)的過程中得到加熱，還進一步得到均化。分解爐的結構及工藝尺寸使燃料有足夠的時間燃燒，三風道燃燒器進一步提高了分解爐內煅燒溫度，上述措施不僅提高了入窯物料的分解率，還可以擴大燃料品種，如低揮發(fā)分煤的應用。目前一些性能優(yōu)良的預熱器分解爐系統(tǒng)的人窯物料分解率已達94%，因而窯的L/D趨勢在縮短，出現了L/D=10～12的短窯。</p><p>　　（2）預分解窯轉速已提

20、高至3～4r/min，物料在窯內翻滾次數增加，有利于火焰和煙氣對物料進行熱交換，相應提高了物料在窯內溫度的均勻性，減少物料表面和內部的溫差，有利于熟料質量的均勻。由于物料在窯內停留時間短，升溫速度快，易生成晶格小于30μm的C3S熟料，有利于粉磨和提高水泥強度。</p><p>　?。?）空氣梁篦冷機技術解決了厚層篦冷機冷風不易均勻透過料層的技術難點，冷風和高溫熟料進行激烈的換熱，一方面有利于熟料快速冷卻；另一方

21、面提高了二次、三次風溫度，目前，篦冷機的熱效率已提高至74%以上，且運轉率大幅度提高。</p><p>　　（4）大窯門罩技術的出現，三次風從篦冷機中部轉為窯門罩抽取，使入分解爐的三次風溫和入窯煅燒的二次風溫相等，測試表明上述溫度超過920℃三次風溫的提高，有利于分解爐內燃料的燃燒，相應提高了入窯物料分解率。</p><p>　　（5）多風道燃燒器的應用，煤粉經旋流風擴散形成快速燃燒，燃燒

22、器的沖量可使不同揮發(fā)分的燃料在窯內燃燒，而且使燒成帶具有高的燃燒溫度且火焰峰值平穩(wěn)，有利于熟料煅燒和窯皮的維護。</p><p>　　預分解窯裝置技術的進展，系統(tǒng)熱耗已降至3000kJ/kg以內，熱耗愈低，燃料使用量就少，供燃燒的二次風量和三次風量相應就少，從篦冷機高溫部位抽取的熱風溫度高，此外多風道燃燒器的一次風量已下降至6%～8%，因而預分解窯內的物料一直處在高溫下煅燒?？傮w說來，物料在預熱器分解爐內迅速加熱

23、后進入人窯內，又在高溫下迅速加熱煅燒成熟料，由于窯內冷卻帶短，熟料很快進入篦冷機內快速冷卻。上述工況適宜于較高的熟料率值和C3S、C3A含量高的熟料，而且有利于生成C3S晶格小的熟料，再加上合理的冷卻制度，對熟料強度和粉磨十分有利。</p><p>　　圖1-1 預分解窯的生產流程</p><p>　　1.3.3 水泥粉磨裝備技術</p><p><b>

24、　?。?）球磨機系統(tǒng)</b></p><p>　　水泥磨系統(tǒng)中所配用鋼球磨的結構進一步優(yōu)化，調整和改進鋼球磨的隔倉板、階梯襯板形式，使用分級襯板，優(yōu)化研磨體級配，以及進料口、潤滑系統(tǒng)軸承座結構等，使之規(guī)格大型化，磨耗及電耗相應降低。O—Sepa選粉機(或高效籠式選粉機)、高效袋式除塵器和球磨機組成的水泥粉磨系統(tǒng)，其循環(huán)負荷由離心式的200%～300%下降到100%～200%，磨制水泥時，3～30μm顆

25、粒級配的重量超過65%，因而具備選粉效率高、電耗低、產量高及顆粒級配合理等優(yōu)點。</p><p>　　（2）輥壓機+球磨+選粉機系統(tǒng)</p><p>　　輥壓機的出現是粉磨技術的重大進展，水泥粉磨電耗可降至32kWh/t以下(4000cm2/g)，由于輥壓機具有能耗低、效率高的特點，多次循環(huán)，重復擠壓物料達到增加成品細度的目的，同時，其產品最終經球磨和選粉機系統(tǒng)，因而和球磨系統(tǒng)—樣可以獲得

26、細度合適、顆粒級配合理和顆粒形貌合適的產品。</p><p>　　此外，還有輥式磨、球磨機和選粉機組成的系統(tǒng)，其原理接近輥壓機系統(tǒng)，均能降低電耗，獲得優(yōu)質的水泥產品【4】。</p><p>　　1.4 水泥前景分析</p><p>　　隨著國家４萬億元投資計劃的落實以及各地基礎建設項目啟動，水泥行業(yè)被視為有望迎來最早的一縷陽光的行業(yè)之一。有專家樂觀地預計，2009年

27、全國水泥消費量將達到15.41億噸，同比增長6.3%，增量為9170萬噸。但是，在行業(yè)前景看好的前提下，我們必須看到，我國水泥行業(yè)尚未真正走出困境，整個行業(yè)的無序狀態(tài)依然存在，需要各方理性。</p><p>　　1.4.1 理性看待產量激增</p><p>　　由于受國內水泥需求增長趨弱的影響，2009年1月，我國水泥產量增速幾乎為零。1月份我國水泥產量為8200萬噸，與2008年1月持平

28、。進入2月份之后，情況似乎發(fā)生了逆轉，據統(tǒng)計數據顯示，2月份我國水泥產量同比激增42.5%，1月～2月累計產量也增長17.0%。</p><p>　　有專家指出，雖然數據顯示2月份水泥產量大幅增長，但并不表明目前國內水泥需求回暖。2008年2月我國廣大地區(qū)都受到雪災影響，各項工程建設都被迫停工，水泥需求下降，當月我國水泥產量僅為5958.3萬噸，環(huán)比下降6.2%，而2009年2月我國水泥產量達8290萬噸，同比勁

29、增42.5%，但環(huán)比卻僅增長1.10%。此外，政府4萬億元擴大基礎建設投資對水泥企業(yè)擴大生產也產生一定積極作用。</p><p>　　另外兩項數據也從側面反映了這一現狀。一是，2009年1月，我國出口水泥僅97.2萬噸，比2008年同期下降59.8%，月度出口量4年來首次降至1100萬噸以下，創(chuàng)2005年3月以來水泥月度出口量最低。二是， 2009年1月水泥價格全國各地區(qū)無一上漲，環(huán)比下降0.5%，即使后來短期內

30、上海、廣東等地水泥價格環(huán)比略漲，但是今年3月上旬，東南部地區(qū)一直籠罩著同比量增價跌的陰影。據網絡監(jiān)測的城市價格顯示，3月水泥價格同比下降的8個城市中7個在東部地區(qū)，其中廣州3月水泥價格同比去年下降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%，另據監(jiān)測，其他22個城市價格同比卻不同程度上漲，尤其是西北地區(qū)漲幅遠遠超過去年。其中，蘭州市、西寧市、銀川市水泥價格同比漲幅分別為41.38%、77.78%、60

31、.78%。</p><p>　　1.4.2 行業(yè)發(fā)展受阻結構性矛盾</p><p>　　縱觀水泥行業(yè)的發(fā)展可以看出，行業(yè)的整體發(fā)展水平粗放，不符合新型工業(yè)化的要求，資源、能源消耗高，污染嚴重，生態(tài)和環(huán)境壓力大，單產能耗與國際先進水平相比還有不小的差距。</p><p>　　有專家指出，目前我國水泥行業(yè)的結構性矛盾依然突出。企業(yè)規(guī)模小、裝備落后、布局不合理、惡性競爭激

32、烈等現象仍然較為普遍，勞動生產率均比較低，落后生產能力比重大，產品質量檔次低。截至2008年，我國落后裝備生產的熟料比例仍占全國熟料生產量的三分之一以上。</p><p>　　另外就是集中度問題。2007年數據顯示，其他國家水泥行業(yè)集中度已經達到了80%，而我國的集中度僅為30%左右。</p><p>　　現在的水泥行業(yè)，企業(yè)數量已經足夠多、產量足夠大，但大而不強，企業(yè)過分分散、惡性競爭不

33、斷加劇。要改變這一現狀不能僅靠企業(yè)自身滾動發(fā)展，必須通過聯合重組的方式進行。</p><p>　　1.4.3 嚴格控制產業(yè)布局</p><p>　　2003年以來，在固定資產投資的拉動下，全國水泥工業(yè)產能已連續(xù)7年年平均增長超過1億噸，預計今年全國可生產水泥將超過15億噸，總量已基本滿足經濟建設的市場需求。因此，控制水泥總量，謹慎適度投資，維護未來行業(yè)健康發(fā)展已刻不容緩。</p>

34、;<p>　　水泥工業(yè)的結構調整已從技術結構調整步入重組聯合、提高生產集中度的組織結構調整階段。僅2008年內我國就建成投產新型干法水泥生產線120條，新增水泥熟料產能1.443億噸，新型干法水泥占總量比重已接近70%．水泥需求大省結構比例已經達到70%以上，西北、西南欠發(fā)達地區(qū)在建項目今年投產后也將達到70%以上。</p><p>　　1.4.4 水泥行業(yè)前景看好</p><p

35、>　　2008年后，受國際金融危機影響，經濟增長放緩，水泥需求能否增長存在較大的不確定性，未來中短期水泥供過于求將成為嚴重影響公司未來產能投放后的經濟效益最為不利的因素。雖然，政府不斷出臺刺激經濟的措施，但未來3年內固定投資下降引起下游需求不足，加之水泥工業(yè)投資在2006～2008年加速，打破供需的弱平衡，將對水泥企業(yè)業(yè)績增長構成較大威脅。</p><p>　　中國水泥協會統(tǒng)計數據顯示，2007年和2008

36、年，水泥行業(yè)產能利用率為84.3%和81.4%，但2008年水泥工業(yè)投資完成1051.46億元，同比增長60.7%，2008年全國已開工建設的新水泥熟料生產線初步統(tǒng)計有208條，如投產將新增熟料產能24177萬噸，將進一步加劇產能過剩。</p><p>　　全國水泥行業(yè)整體不景氣的情況，給大型水泥企業(yè)進行重組整合提供了良好的契機。值得關注的是，由于基礎建設和房地產開發(fā)落后，當地水泥產能不足，加之國家的基礎建設投資

37、將刺激水泥需求，西部地區(qū)的水泥企業(yè)的長期發(fā)展前景尤其值得看好?！?】</p><p>　　第二章 設計內容及思路</p><p><b>　　2.1 設計內容</b></p><p>　　根據原始數據，結合當地經濟基礎以及環(huán)境條件，以節(jié)能、高效的理念完成日產孰料5000t預分解窯水泥廠窯尾工藝設計。</p><p>&l

38、t;b>　　2.2 設計思想</b></p><p>　　（1）貫徹“生產可靠、技術先進、節(jié)省投資、提高效益”的設計指導方針。以生產可靠為前提，盡可能采用先進的生產工藝和方案，以降低產品成本，取得較好的經濟效益。</p><p>　?。?）充分挖掘和利用現有生產設施的潛力，以進一步發(fā)揮投資效益。</p><p>　　（3）汲取相類似項目的經驗和教訓

39、，確保實現“低投資、低成本、高可靠性、高效益”的目標。</p><p>　　（4） 重視節(jié)能，采用節(jié)能工藝過程和國家推薦的節(jié)能機電設備，以降低廠品成本。</p><p>　?。?）貫徹執(zhí)行國家和地區(qū)對環(huán)保、勞動安全、工業(yè)衛(wèi)生、計量、消防等方面的有關現行規(guī)定和標準。</p><p><b>　　2.3 設計思路</b></p>&l

40、t;p>　　根據設計的指導思想，充分考慮資源的利用情況，構思生產技術方案，確定設計依據，并查閱關于水泥方面的期刊、文獻，了解水泥的研究現狀及其發(fā)展、在生產和生活中的應用，為設計做充分資料準備。結合資料和當地經濟狀況及環(huán)境條件，制定詳細的生產工藝。完成生產工藝要求中物料平衡計算和配料計算，并根據計算結果完成工藝布置和設備選型。最后，根據設計內容繪制圖紙。</p><p>　　2.4 設計原始數據</p&

41、gt;<p>　?。?）煤得工業(yè)分析見表2-1</p><p>　　表2-1 煤的工業(yè)分析</p><p>　?。?）物料的水分見表2-2</p><p>　　表2-2 物料的水分</p><p>　　（3）原料及煤灰的化學組成見表2-3</p><p>　　表2-3 原料及煤灰的化學組成/%</p

42、><p><b>　　設計環(huán)境：</b></p><p>　　地點：張家口市周邊郊區(qū)，遠離鬧市區(qū)，且廠址處于下風口減少對市區(qū)的污染；</p><p>　　地勢：平坦，且稍微有點傾斜度，以利于排水排污；</p><p>　　地質：基地耐力在20t/m2左右，適于供水、排水、供暖等管線的鋪設；</p><p&

43、gt;　　交通：廠區(qū)臨近國道、省級要道或鐵路，即交通運輸要方便；</p><p>　　水電：廠區(qū)設在張家口市周邊郊區(qū)，專線保證供水供電。</p><p><b>　　第三章 配料計算</b></p><p>　　3.1 配料計算的目的和意義</p><p>　?。?）計算從原料進廠至成品出廠各工序所需處理的物料量，作為確

44、定車間生產任務、設備選型、及人員編制的依據。</p><p>　?。?）計算各種原料、輔助材料及燃料需要量作為總圖設計中確定的運輸量、運輸設備、及計算各種堆場、料倉面積的依據。 </p><p>　　3.2 主要計算參數的確定</p><p>　　3.2.1熟料熱耗的確定</p><p>　　國內外部分廠家熟料熱耗見表3-1</p>

45、;<p>　　表3-1 國內外部分廠家熟料熱耗</p><p>　　綜合考慮，本設計將熟料燒成熱耗確定為： q=3200kJ/kg熟料。</p><p>　　3.2.2熟料率值的選擇</p><p>　　我國目前硅酸鹽水泥熟料采用飽和比（KH）、硅酸率（SM）、鋁酸率（IM）三個率值控制熟料質量。KH表示熟料中SiO2被CaO飽和成C3S的程度，KH值

46、高，硅酸鹽礦物多，溶劑礦物少，熟料中C3S含量越高，強度越高；SM表示熟料中硅酸鹽礦物與溶劑礦物的比值，SM高，煅燒時液相量減少，出現飛砂料的可能性增大，增加煅燒難度；IM表示熟料中溶劑礦物C3A和C4AF的比值，IM高，液相黏度大，難燒IM低時黏度較小，對形成C3S有利，但燒成范圍窄，不利于窯的操作。硅酸鹽水泥熟料配料率值和礦物組成建議范圍見表3-2。</p><p>　　表3-2 硅酸鹽水泥熟料配料率值和礦物

47、組成</p><p>　　查《新型干法水泥工藝設計手冊》【6】新型干法生產的熟料率值一般控制在：KH=0.89±0.02；SM=2.4±0.1；IM=1.6±0.1。</p><p>　　3.2.3 原料、燃料的原始數據</p><p>　?。?）原料、燃料化學組成見表3-3。</p><p>　　表3-3 原料

48、、燃料化學組成/%</p><p>　?。?）煤的工業(yè)分析見表3-4。</p><p>　　表3-4 煤的工業(yè)分析</p><p>　?。?）物料的水分見表3-5。</p><p>　　表3-5 物料的水分</p><p>　　依據前面所確定的三個熟料的率值：KH=0.88；SM=2.5；IM=1.6。單位熟料熱耗32

49、00kJ/kg，分析計算原料的配合比。</p><p><b>　　3.3 配料計算</b></p><p>　　3.3.1 計算煤灰的摻入量 </p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　式中： GA ——煤灰摻入量，以熟料百分數表示（100%）；</p>

50、<p>　　Qy——煤的應用基低熱值（kJ/kg煤）；</p><p>　　——煤的應用基灰分含量（%）；</p><p>　　q——熟料燒成熱耗（kJ/kg熟料）；</p><p>　　S—煤灰沉落率，%（窯外分解窯，有電收塵器的取100％）。</p><p>　　3.3.2物料平衡計算</p><p>　

51、?。?）率值由以上述定為 KH=0.88；SM=2.5 ；IM=1.6。</p><p><b>　?。?）設∑=97%</b></p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　Al2O3= IM×Fe2O=3.45%×1.6=5.52%

52、 （3-3）</p><p>　　SiO2= SM(Al2O3 +Fe2O3)=2.5×（5.52%+3.45%）=22.43% （3-4） </p><p>　　CaO=∑-( SiO2+ Al2O3+ Fe2O3)=97%-（22.43%+5.52%+3.45%）=65.60% （3-5）<

53、/p><p>　　——設計熟料過程中Al2O3、Fe2O3、CaO、SiO2四種氧化物含量的總和，</p><p><b>　　一般在97%左右。</b></p><p>　?。?）煤灰摻入量GA =2.61%。</p><p>　?。?）以100kg熟料為基準，用遞減式湊法計算如下表3-6。</p><

54、p>　　表3-6 遞減式湊法計算表/%</p><p>　　所以：石灰石： 120 kg，黏土：12kg，鐵粉：4.5 kg ，砂巖：12kg。</p><p>　　干原料質量百分比為：</p><p>　　干石灰石=120/（120+12+4.5+12）×100%=80.8%</p><p>　　干黏土=12/（120+12

55、+4.5+12）×100%=8.1%</p><p>　　干鐵粉=4.5/（120+12+4.5+12）×100%=3.0%</p><p>　　干砂巖=12/（120+12+4.5+12）×100%=8.1%</p><p>　　3.3.3計算干燥原料配合比</p><p>　?。?）生料的化學成分見表3-7&

56、lt;/p><p>　　表3-7生料的化學成分/%</p><p>　　煤灰摻入量GA =2.61%，則灼燒生料配合比為（100-2.61）%=97.39%。</p><p>　?。?）熟料的化學成分見表3-8</p><p>　　表3-8熟料的化學成分/%</p><p>　　則熟料的率值計算如下：</p>

57、<p>　　==0.886 （3-6）</p><p>　　==2.35 （3-7）</p><p>　　= =1.58 （3-8） </p><p>　?。?）濕原料質量配合比<

58、;/p><p>　　原料的水分：石灰石1.00%，黏土13.00%，鐵粉9.50%，砂巖 0.00%。</p><p>　　則濕原料質量配合比為：</p><p>　　濕石灰石=80.8×100/（100-1.00）=81.62 Kg</p><p>　　濕黏土=8.1×100/（100-13.00）=9.31Kg</p

59、><p>　　濕鐵粉=3.0×100/（100-9.50）=3.31Kg</p><p><b>　　濕砂巖=8.1Kg</b></p><p>　　將上述質量轉化為百分數（計算結果四舍五入取值）：</p><p>　　濕原料的質量和=81.62+9.31+3.31+8.1=102.34Kg</p>

60、<p>　　濕石灰石=81.62/102.34×100%=79.75%</p><p>　　濕黏土=9.31/102.34×100%=9.10%</p><p>　　濕鐵粉=3.31/102.34×100%=3.23%</p><p>　　濕砂巖=8.1/102.34×100%=7.91%</p>&l

61、t;p>　　3.3.4熟料礦物組成及最大液相量的計算</p><p>　?。?）最大液相量的計算 </p><p>　　140℃時： P=2.95A+2.2F=2.95×5.83+2.2×3.70=25.3 （3-9）</p><p>　　1450℃時： P=3.0A+2.25F= 3.0×5.83

62、+2.25×3.70=25.8 </p><p>　?。?）礦物組成的計算</p><p><b>　?。?-10）</b></p><p><b>　　（3-11） </b></p><p>　?。?-12）

63、 （3-13）</p><p>　　（3） 熟料液相量的計算</p><p>　　液相量L是熟料在不同溫度下的液相百分數，液相量高低與燒結溫度、組分含量有關，工程上常用1400℃和1450℃以下的液相量來考慮配料方案是否合理，以及分析窯的操作情況。本設計中采用技術先進的預分解窯，其熱工制度良好、燒結溫度一般為1450℃</p><p>　　因此，L=

64、3.00A+2.25F+R% (3-14)</p><p>　　R=80.8×0.0065+8.1×0.0123+3.0×0+8.1 ×0.0180=0.85 </p><p>　　則 L=3.00×5.83%+2.25×3.70%+0.85

65、%=26.65% </p><p>　　這個數值在22%—30%范圍內，故能滿足生產的要求。</p><p>　　第四章 全廠物料平衡</p><p>　　4.1物料平衡計算的目的和意義</p><p>　　4.1.1 物料平衡計算的目的</p&

66、gt;<p>　　(1) 計算從原料進廠至成品出廠各工序所需處理的物料量，作為確定車間生產任務、設備選型、及人員編制的依據。</p><p>　　(2) 計算各種原料、輔助材料及燃料需要量作為總圖設計中確定的運輸量、運輸設備、及計算各種堆場、料倉面積的依據。 </p><p>　　4.1.2 影響石膏摻入量的因素</p><p>　　（1）石膏的種類：

67、各種硫酸鹽的溶解度、溶解速度與緩凝作用表4-1，根據表格</p><p>　　表4-1 各種硫酸鹽的溶解度、溶解速度與緩凝作用</p><p>　　可以看出石膏的溶解速度越慢，其摻量（以SO3計）應越多。</p><p>　?。?）熟料中SO3含量：當熟料中SO3含量較高時，要相應減少石膏摻量。</p><p>　?。?）熟料中C3A含量：C

68、3A含量高，石膏摻量應相應增加，反之則減少。</p><p>　?。?）水泥細度：相同礦物組成的水泥，若增大細度，其比表面積增大，水化加快，則應適當增加石膏摻量。</p><p>　?。?）混合材料的品種和摻量：水泥中摻加不同種類和數量的混合材料時，其石膏摻入量也不一樣。如采用礦渣作為混合材料時，可適當增加石膏摻量。</p><p>　?。?）水泥中堿含量：水泥中堿

69、含量較高時，其凝結時間加快，應適當增加石膏摻量。</p><p>　　4.1.3 影響礦渣摻入量的因素</p><p><b>　?。?）化學組成</b></p><p>　　與硅酸鹽水泥相比，礦渣化學成分中氧化鈣含量較低，而氧化硅含量較高。SiO2含量較高時，礦渣熔體的粘度比較大，冷卻時，易于形成低堿硅酸鈣和高堿玻璃體，使礦渣活性降低。<

70、;/p><p>　?。?）礦物組成與結構</p><p>　　礦渣的活性不僅受化學成分影響，還決定于玻璃體的數量和性能，玻璃體含量越高，礦渣活性越高。</p><p>　　4.1.4 水泥組成的確定</p><p>　　對于Ⅱ型硅酸鹽水泥來說，我們主要依據國內幾家水泥廠的水泥配比（見表4-2）。</p><p>　　表4-

71、2幾家Ⅱ型硅酸鹽水泥配比/%</p><p>　　作為參考來確定本設計的強度等級為42.5的Ⅱ型硅酸鹽水泥的配比為：石灰石4%，石膏4.52%，熟料91.48%。</p><p>　　作為參考來確定本設計的強度等級為42.5的礦渣硅酸鹽水泥的配比為：礦渣50%，石膏5%，熟料45%。</p><p>　　4.2回轉窯產量的標定</p><p>

72、;　　4.2.1回轉窯規(guī)格的確定</p><p>　　依據設計任務書要求的日產5000t/d即臺時產量208.33t/h，通過經驗公式 G=1.5564Di3.0761 （4-1） </p>

73、;<p>　　式中： G—回轉窯的臺時產量，t/h；</p><p>　　Di——回轉窯的筒體的襯磚內徑，m。</p><p>　　則計算出D=4.913m</p><p>　　再通過下圖4-1、4-2、4-3查得【7】：</p><p>　　圖4-1 回轉窯Mv與Di的關系圖 圖4-2 回轉窯MA與D

74、i的關系圖</p><p>　　圖4-3 回轉窯MF與Di的關系圖</p><p>　　單位容積產量Mv= </p><p>　　單位面積才產量MF=</p><p>　　單位截面積產量MA=11.95</p><p><b>　　再由公式計算：</b></p><p>&

75、lt;b>　　（4-2）</b></p><p>　?。?-3） （4-4） </p><p>　　考慮窯磚厚度，則筒體直徑為：</p><p>　　D=Di+2δ

76、 （4-5）</p><p>　　按經驗取值 =0.15m 則D=Di+2δ=5.11+2×0.15=5.41m </p><p>　　通過參考上面數據，考慮到窯體數據應取整數，我們將回轉窯的筒體尺寸確定為</p><p><b>　　5.4×82m</b></p>&l

77、t;p>　　4.2.2窯的產量標定</p><p>　　已知回轉窯的筒體尺寸為5.4×82m，則Di=D-2δ=5.4-2×0.15=5.1</p><p><b>　　分別應用公式：</b></p><p>　　G1=1.556Di30762

78、 （4-6）</p><p>　　G2=0.15362Vi0.97422 （4-7） G3=0.37743Di2.5185L0.51861

79、 （4-8） G4=0.27250D2.6804L0.48912 （4-9）</p><p>　　分別代入已知數據，計算得：</p><p><b

80、>　　G3=</b></p><p><b>　　G4=</b></p><p>　　綜合考慮以上計算結果，窯的產量標定為224.6t/h</p><p><b>　　4.3物料平衡計算</b></p><p>　　4.3.1 燒成系統(tǒng)生產能力計算</p><p

81、>　?。?）回轉窯臺數計算</p><p>　　n= （4-10）窯臺數取整數值則為1臺</p><p>　　式中： n—窯的臺數；</p><p>　　—要求的熟料年產量（t/a）；</p><p>　　—所選窯的標定臺時產量[t/(臺·h)]；</p>&

82、lt;p>　　—窯的年利率，以小數表示。不同窯的年利率可參考下列數值：濕法窯 0.90，傳統(tǒng)干法窯0.85，機立窯0.8～0.85，懸浮預熱器窯、預分解窯0.85【8】。</p><p>　　（2）計算孰料年產量</p><p><b>　?。?-11）</b></p><p>　　Qh= Qh1+ Qh2=208.33</p>

83、;<p>　　Gh1 /Gh2=2/8=0.25</p><p>　　綜上所述：Gh1=48.66t/h； Gh2=194.66t/h</p><p>　　則Qh1 =22.82 t/h Qh2=185.51 t/h</p><p>　　式中：Qh1、Qh2—表示水泥廠孰料小時產量（t/h）；</p><p>　　Gh1

84、、Gh2—表示水泥廠水泥的小時產量（t/h）；</p><p>　　d、e—石膏、混合材的摻入量。</p><p>　?。?）計算燒成系統(tǒng)的生產能力</p><p>　　① 設生產礦渣硅酸鹽水泥的熟料產量為：</p><p>　　熟料小時產量： （4-12）</p>&

85、lt;p>　　熟料的日產量： （4-13）</p><p>　　熟料的年產量： （4-14）</p><p>　　② 生產Ⅱ型硅酸鹽水泥的熟料產量為：</p><p>　　熟料小時產量： </p><p>　　

86、熟料的日產量： </p><p>　　熟料的年產量： </p><p>　　式中： —預定的主機年利用率，取 0.85。</p><p>　?。?）換算成水泥廠小時水泥產量和日產量分別為：</p><p>　　① 生產Ⅱ型硅酸鹽水泥產量：</p><

87、;p>　　水泥小時產量： （4-15）</p><p>　　水泥日產量： （4-16）</p><p>　　水泥的年產量： （4-17） </p><p>　?、?礦渣硅酸鹽水泥的產量為：</p><p>　　水泥小時產量：

88、 </p><p>　　水泥日產量： </p><p>　　水泥的年產量： </p><p>　　式中：d——水泥中石膏的摻入量，為6%；</p><p>　　e——水泥中混合材（礦渣）的摻入量，為4%；</p><p&

89、gt;　　p——水泥的生產損失（%）一般為3~5%，取4%；</p><p>　　——預定的主機年利用率，取0.85。 </p><p>　　4.3.2 原、燃料消耗定額的計算</p><p>　　（1）原料的消耗定額</p><p>　?、?考慮煤灰摻如時，1t熟料的干生料的理論消耗定額</p><p&g

90、t;<b>　?。?-18）</b></p><p>　　式中：K干—— 干生料的理論消耗量（t/t熟料）；</p><p>　　I——干生料的燒失量（%）；</p><p>　　S——煤灰摻入量，以熟料百分數表示(%)。</p><p>　?、?考慮煤灰摻入時，1t熟料的干生料消耗定額</p><p

91、><b>　　（4-19）</b></p><p><b>　　濕生料的總水分：</b></p><p><b>　?。?-20）</b></p><p><b>　　濕生料的消耗定額</b></p><p><b>　?。?-21） &

92、lt;/b></p><p>　　式中：K生——干生料消耗定額（t/t熟料）； </p><p>　　P生——生料的生產損失（%)一般為3~5%，取4%。 </p><p>　?。?）石膏的消耗定額（單位：t/t熟料） </p><p>　　① 對于強度等級為42.5的礦渣硅酸鹽水泥：</p><p&

93、gt;　?。?-22） 濕石膏消耗定額</p><p>　?、?對于強度等級為42.5的Ⅱ型硅酸鹽水泥：</p><p><b>　　濕石膏消耗定額</b></p><p>　　式中：——干石膏消耗定額；</p><p>　　、——表示石膏摻入量，混合材摻入量；</p><p><b>

94、　　——石膏含水量；</b></p><p>　　Pd——石膏的生產損失%，一般取3%。 </p><p>　?。?） 混合材的消耗定額（單位：t/t熟料）</p><p>　?、?對于強度等級為42.5的礦渣硅酸鹽水泥：</p><p><b>　　礦渣： </b></p&g

95、t;<p><b>　　濕礦渣： </b></p><p>　?、?對于強度等級為42.5的Ⅱ型硅酸鹽水泥：</p><p><b>　　石灰石： </b></p><p><b>　　濕石灰石：</b></p><p>　　式中：——礦渣消耗定額；</p&

96、gt;<p>　　、——表示石膏摻入量（6%），混合材摻入量（4%）；</p><p>　　We——礦渣含水量；</p><p>　　Pe——礦渣的生產損失%，一般取3%。</p><p>　?。?）燒成用干煤消耗定額（單位：t/t熟料） </p><p><b>　?。?-

97、23）</b></p><p><b>　?。?-24）</b></p><p>　　式中： ——燒成用干煤消耗定額（t/t熟料）；</p><p>　　——熟料燒成熱耗（kJ/kg熟料）；</p><p>　　——干煤低位熱值（kJ/kg熟料）；</p><p>　　——煤的生產損失

98、%，一般取3%。 </p><p>　　（5）烘干用干煤消耗定額 </p><p><b>　　礦渣烘干：</b></p><p><b>　?。?-25）</b></p><p>　　式中：——烘干用煤消耗定額（t/t熟料）；</p><p>　　——須烘干的濕物

99、料量，用年平衡法時以t/年表示；</p><p>　　——燒成系統(tǒng)的生產能力；</p><p>　　——分別表示烘干前，烘干后物料的含水量；</p><p>　　——蒸發(fā)1kg水分的熱量（kJ/kg水分），取4520kJ/kg。</p><p>　?。?） 含水物料的消耗定額</p><p>　　K原 = K生 x

100、 （4-26）各種干原料的消耗定額：</p><p>　　K石灰石=K生X石灰石=1.56×0.808=1.2604t/t熟料</p><p>　　K黏土=K生X黏土=1.56×0.081=0.1264t/t熟料</p><p>　　K鐵粉=K生X鐵粉=1.56×0.03=0

101、.0468t/t熟料</p><p>　　各種濕原料的消耗定額：</p><p>　　K濕=K干×100/（100-水含量）</p><p>　　K濕石灰石=1.2604×100/（100-1.0）=1.2731 t/t熟料</p><p>　　K濕黏土=0.1264×100/（100-13）=0.1453 t/

102、t熟料</p><p>　　K濕鐵粉=0.0468×100/（100-9.5）=0.0517 t/t熟料</p><p>　　式中： K原—某種干原料的消耗定額（t/t熟料）；</p><p>　　P生—干生料消耗定額（t/t熟料）；</p><p>　　x —干生料中該原料的配合比(%)。</p><p>

103、;　　全廠物料平衡見表4-3。</p><p>　　表4-3全廠物料平衡表</p><p>　　第五章 主機平衡和主機設備選型</p><p><b>　　5.1石灰石破碎機</b></p><p>　　5.1.1破碎機的簡介及發(fā)展</p><p>　　生產水泥的原料，大部分要經過預先破碎，因為從

104、礦山開采來的石灰石、砂巖、石膏、混合材料以及煤等原、燃料快度均較大，給運輸、儲存及粉磨帶來一定的困難。從窯中煅燒得到的熟料，其中有些塊度大的也要經過破碎，物料經過破碎后，其粒度減小，表面積增加，在一定程度上可提供烘干和粉磨的效率。</p><p>　　近年來，隨著窯、磨等設備單機生產能力大型化以及礦山開采技術發(fā)展，破碎流程和破碎設備也相應的有了較大發(fā)展，主要反映在以下幾點：</p><p>

105、;　　（1）破碎設備大型化</p><p>　　大規(guī)模的破碎機，為提高破碎機的生產能力和放寬礦山開采度創(chuàng)造了條件。</p><p>　?。?）破碎流程單段比</p><p>　　破碎系統(tǒng)的段數，主要與破碎前后最大粒度之比（即破碎比）的大小有關。發(fā)展高效能、大破碎比的破碎機為實現單段破碎創(chuàng)造了條件。如果選用一種破碎機就能滿足破碎比及產量的要求時，即可選用單段破碎，以簡

106、化生產流程。</p><p>　?。?）破碎設備移動化</p><p>　　發(fā)展移動式破碎機，如反錘式破碎機，其破碎比可達1:12左右。設備實際緊湊、質量輕，為移動創(chuàng)造了條件。移動式破碎機可隨開采地段改變而移動，可節(jié)省能源和提高生產效率。</p><p>　?。?）破碎設備多功能化</p><p>　　目前破碎設備的發(fā)展，趨于多功能化，如反擊

107、式破碎機可以適應各種性能物料的破碎，既可以破碎堅硬的石灰石，也可以破碎粘、濕物料。又如烘干兼破碎的錘式破碎機，可利用窯尾廢氣余熱在破碎含水分較高的粘濕物料的同時予以烘干。</p><p><b>　　5.1.2生產班制</b></p><p>　　查表5-1得出石灰石破碎機的生產班制：每周工作6日，每日兩班，每班6.5小時，每天運行13小時。 </p>

108、;<p>　　5.1.3主機要求小時產量</p><p>　?。?-1） </p><p>　　式中：Gh—主機要求小時產量（t/h）；</p><p>　　GW—物料周平衡量（t/周）；</p><p>　　H—主機每周運轉小時數。</p><p>　　5.1.4預定年利用率</p&

109、gt;<p>　　（5-2） </p><p>　　式中：k—每年工作日數（日/年）； </p><p>　　k2—每日工作班數（班/日）；</p><p>　　k3—每班主機運轉小時數（小時/班）。</p><p>　　表5-1 水泥廠主機每周運轉小時數&l

110、t;/p><p>　　注：1.每日運轉24小時者，按每日三班，每班8小時計算；每日運轉22小時者，按已扣除每班檢修時間2小時。</p><p>　　2．生產班制一欄中，每班6～7小時是指主機運轉小時數，即已扣除每班檢修1～2小時。</p><p><b>　　5.1.5設備選型</b></p><p>　　選型兩種方案見表5

111、-3</p><p><b>　　表5-3 方案選型</b></p><p>　　由于石灰石破碎機的要求產量Gh=500.2t/h，方案一和方案二的生產能力都滿足生產要求，從生產能力和設備工藝流程的簡化方面考慮，單鍛錘式破碎機產量高，電耗低，結構簡單，維修方便，可以破碎抗壓強度不超過250MPa的各種物料，可以用于水泥廠破碎石灰石、砂巖等。單段錘式破碎機具有入料粒度大

112、（最大1100mm）、破碎比大、排放塊度小（排料中＜25mm可達到占90%以上）、易損件（錘頭、篦條等）使用壽命長，機內設有排鐵裝置，轉子可從外段取出的特點。所以選擇方案一：DPC2022型單段錘式破碎機。</p><p>　　表5-2 水泥廠主機年利用率（以小數表示）</p><p>　　①生產班制一欄未說明的，均按每日三班，每班8小時考慮；每班6～7小時者，已扣除每班檢修時間1～2小時

113、。</p><p>　　②在窯標定臺時產量較高的情況下，煤磨的利用率還可以提高，以免煤磨富余能力太大，造成浪費。 </p><p>　　5.1.6生產能力的標定</p><p>　　根據破碎機的規(guī)格和性能，一般出料粒度小，生產能力低，DPC2022型單段錘式破碎機最大進料和出料都能滿足要求，標定該機的臺時產量時也要考慮到經驗公式的計算結果和實際例子

114、，參考海螺集團湖南臨湘海螺水泥有限公司5000t/d熟料國產化示范生產線，運用錘式破碎機DPC2022，該機型生產能力達到600t/h，故標定該機的臺時產量為600t/h。</p><p>　　5.1.7計算主機的數量</p><p><b>　　（5-3）</b></p><p><b>　　式中：—主機臺數；</b>&

115、lt;/p><p>　　—要求主機小時產量（t/h）；</p><p>　　Ghl—主機標定臺時產量（t/h）。 </p><p><b>　　故選取1臺。</b></p><p>　　5.1.8核算主機的年利用率</p><p>　　（）

116、

117、