课程设计配料计算

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1、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。 本次设计的内容是年产78万吨P硅酸盐水泥粉磨系统。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.粉磨车间工艺流程4. 设备选型5.水泥粉磨车间图纸设计在水泥粉磨环节，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、水泥

2、磨引言 课程设计是学生完成所有理论课和实验实习课程后的一个教学环节，它是在教师指导下，由学生综合运用所学过的基础知识和实践生产知识，查找工具书和各种技术资料达到计算、绘图、编写说明书等来解决实际生产技术问题的教学环节。也是从事技术工作的一次演习，与先前的教学过程相比，具有较强的综合性、实践性和探索性。 通过课程设计不仅使学过的知识得以巩固、提高，而且进一步培养我们独立思考、设计及解决实际技术问题的能力，使自己的学识和工程实践能力有一个很大的进步，最终完成在校的学习任务。 本设计为顺应水泥发展趋势，提高我专业学生的综合素质和适应能力，主要设计水泥熟料的粉磨车间的工艺布置、主要设备选型、计算生料配

3、比、物料平衡等。1配料计算1.1设计内容 设计课题名称：年产78万tP硅酸盐水泥粉磨车间工艺设计。1.2原始数据1.2.1原始材料数据表11原材料数据项目烧失量SiO2AL2O3Fe2O3CaOMgO总和石灰石40.774.301.621.3951.140.5099.72砂岩4.7469.8210.444.954.281.0895.31铁质2.7221.757.8664.062.020.1598.56粉煤灰1.8352.9228.866.124.401.0695.19烟煤煤灰0.0049.9328.608.75.051.8194.09（1） 石膏,外购；SO3：40%；W 少量 ；块度300m

4、m（2） 石灰石（混合材）：含水量1%（3） 燃料：烟煤；易磨系数1.36 ,块度80mm1.2.2煤工业分析表12煤工业分析名称水分（Mar）挥发分（Var）灰分（Aar）固定碳（Car）热值（Qar）烟煤1.3227.4922.0349.1623731.9无烟煤1.434.8414.4179.3225873.71.3 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

5、高产低消耗和设备长期安全运转的目的。 表13采用不同时硅酸盐水泥熟料三个率值的参考范围窑型KHSM（n）IM（p）预分解窑湿法长窑干法回转窑立波尔窑立窑（无矿化剂）立窑（掺复合矿化剂）0.860.900.880.910.860.890.850.880.850.020.920.962.22.61.52.52.02.351.92.32.00.11.62.11.31.81.01.81.01.61.01.81.30.11.11.5表1-4国内外新型干法窑熟料率值窑型KHSM（n）IM（p）国外新型干法国内新型干法0.8950.932.732.541.611.54综上所述参照同类型水泥厂并结合该厂原料的

6、情况。本设计建议 KH=0.90.01 SM=2.50.1 IM=1.40.1 本次设计三种率值分别设:KH : 0.9 SM : 2.5 IM : 1.41.4单位熟料热耗表1-5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窑型熟料热耗kJ/kg 预分解窑湿法长窑干法长窑立波尔窑立窑(无矿化剂）立窑(掺复合矿化剂）悬浮预热窑 29203750583366675850752040005850420054303750500033003600 根据表1-3的数据，参照同类型水泥厂并接该厂原料的情况。本设计设定熟料烧成热耗：3000kJ/kg。1.5 计算煤灰掺入量 根据以上已知数据,由公式：

7、GA =q.Aar.S/Qnet,ar 得: 最后得出煤灰掺入量：GA = q AarS/Qnet,ar =300022.0310023731.9100 =2.78% 其Qar煤的收到基低位发热值 q熟料的单位热耗 Aar煤收到基灰分 S煤灰沉降率一般取100%。1.6 用EXCEL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格计算求解，几秒钟就可算得最优解，操作简便，结果准确。 表16用E

8、XCEL计算干生料配合比烧失量SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgO其它总和比例石灰石40.774.31.621.3951.140.50.28100.0084.58砂岩4.7469.8210.444.954.821.33.93100.0014.69铁质2.7221.757.8664.062.021.080.51100.000.73生料35.214.0522732.961212.37045543.9770160.6217540.817864100灼烧生料21.685415064.5697281813.65807727767.865166380.9594884441.262124661100煤灰

9、0.0049.9328.68.75.051.815.91100.0097.2151408熟料22.471986985.2389374163.79848772666.115852440.9831739931.391561445100.002.78熟料热耗（kJ/kg）3000煤热值（kJ/kg）23731.90煤灰分/%22.03熟料率值目标计算KH0.90.8922558790.007744121SM2.52.486547510.01345249IM1.41.3792166230.0207833771.7 将干料配比折算成湿料配比 原料操作水分：石灰石1.0% 砂岩为2.0% 铁质15% 干原

10、料配比为：石灰石84.58% 砂岩14.69% 铁质0.73%则湿原料质量配比是：湿石灰石=84.58（100-1）%=85.4%湿砂岩=14.69（100-2）%=14.99%湿铁质=0.73（100-15）%=0.86%合计：101.25将上述质量比换算为百分比：湿石灰石%=85.4101.25=84.3%湿砂岩%=14.99101.25=14.8%湿铁质%=0.86101.25=0.85%2 物料平衡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

11、计算是主机平衡与储库平衡计算的基础和依据。2.1烧成车间生产能力和工厂能力的计算 窑规格定位为460m窑型,产量为 2500t/d 实际熟料小时产量: 由公式:Ql = 0.37743 D2.5185L0.51861 = 0.3774342.5185600.51861 = 103.6t/h 孰料日产量:Qd = 24Qh =24103.6=2486.4 t/d 经计算标定的窑熟料日产量达不到2500 t/d的要求,但现在回转窑的的实际实际生产能力以提高,可达到2500t/d2800t/d,故可取2500t/d。 故根据计算可得：标定窑台时生产量为：104.2t/h2.1.2 窑的台数和年利用率

12、 窑的台数选择为:一台,即n= 1 窑的年利用率为:= 0.86(窑的年利用率范围为0.85)2.1.3 烧成车间生产能力和工厂生产能力的计算 (1)烧成系统生产能力 、熟料小时产量：Qh = n Ql = 104.2t/h 、孰料日产量：Qd = 24Qh =24108.3 =2500 t/d 、熟料年产量：Qy=8760 Qh = 87600.86104.2=785001 工厂生产能力的计算 、水泥小时产量：Gh =（100-p）Qh/(100-d-e) =(100-1)104.2（100-5-5） =114.62t/h、水泥日产量：Gd = 24Gh =24114.62=2750.88t

13、/d、水泥年产量：Gy =8760Gh=87600.86114.62=863501.23t/y2.2 原、燃材料消耗定额的计算2.2.1 生料消耗定额 由表3-6可知： 干料烧失量：35.20% 煤灰掺入量：2.78% 则：Kt=(100-S)/(100-I)*100/(100-p) =(100-2.78)(100-34.84)100(100-1) =1.52t/t熟料 式中：Kt干生料消耗定额Kg/Kg熟料 S煤灰掺入量% I干生料的烧失量%, P生产损失，一般取1%3%,在这里取1% 故得干生料消耗定额为： 石灰石消耗定额：K干石灰石=KtX干石灰石 =84.58%1.52 =1.29（t

14、/t熟料） 砂岩消耗定额：K干砂岩=KtX干砂岩 =14.69%1.52 =0.22（t/t熟料） 铁质消耗定额：K干铁质=KtX干铁质 =0.73%1.52 =0.011（t/t熟料） 含自然水分时湿料消耗定额为： 石灰石消耗定额：K湿石灰石=K干石灰石100（100-1） =1.30 （t/t熟料） 砂岩消耗定额：K湿砂岩=K干砂岩100（100-2） =0.22（t/t熟料） 铁质消耗定额：K湿铁质=K干铁质100（100-15） =0.012（t/t熟料)2.2.2 干石膏消耗定额 以100普通硅酸盐水泥为基准,按国家标准规定,普通硅酸盐水泥中的三氧化硫含量不得超过3.5%,假设100

15、普通硅酸盐水泥掺入的石膏为x,则x32.5%1003.5%。由此可得x10.77即100普通硅酸盐水泥中掺加的石膏量最多不得超过10.7。 对于粉煤灰硅酸盐水泥中的石膏参量(以SO3计)一般为 2.0% 3.0%，而对于这次设计的以粉煤灰为主要混合材的复合水泥而言石膏参（以SO3计）取为：2.0%。则：石膏用量 =2.0%40%=5%则P硅酸盐水泥石膏消耗定额： Kd1 = 100d(100-d-e)(1-P) =1005（100-5-5）（100-1） =0.056（Kg/Kg熟料） 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

16、泥中石膏的生产损失(%)取1%。2.2.3 混合材消耗定额 （1） 混合材的掺量 混合材料的加入量根据其具有的活性大小而定。按中国标准规定:普通水泥中如掺加活性混合材料（如粒化高炉矿渣、火山灰、粉煤灰等）,其掺加量按重量计不得超过15%,允许用不超过 5%的窑灰（用回转窑生产硅酸盐类水泥熟料时,随气流从窑尾排出的灰尘,经收尘设备收集所得的干燥粉末）或不超过10%的非活性混合材料代替；掺加非活性混合材料不得超过10%。普通水泥分为275、325、425、525、625和 725六个标号,广泛用于制做各种砂浆和混凝土。（2） P型硅酸盐水泥混合材可添加石灰石或粒化高炉矿渣，混合材掺量5%。本次设计

17、混合材取石灰石为混合材，掺量为：5%。含水：0.5%（3） 混合材消耗定额 干混合材消耗定额 Ke = 100e（100-d-e）/（100-P） =1005（10055）（1001） = 0.056（t/t熟料） 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(%) P水泥中混合材的生产损失(%)取1%; 湿混合材消耗定额 =（0.056100）（100-0.5）= 0.056t/t熟料2.2.4烧成用煤的消耗定额 由公式：Kf = 100q/Q(100-Pf) = 1003000 23731.9（100-1） =0.128t/t熟料 式中：

18、Kf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1% 2.2.5 物料平衡表 物料名称水分（%）生产损失（%）消耗定额干料湿料干料湿料hdyhdy石灰石111.291.30134.432261012651135.532511020489砂岩210.220.2222.955017270022.9550172700铁质1510.0110.0121.1928.589461.25309420生料1.2811.501.52156.337511177750158.438011193201石膏10.0560.565.

19、84140.0439605.84140.043960混合材0.510.0560.565.84140.0439605.84140.043960熟料111104.22500785001104.22500785001水泥11.1121.112115.92781872956115.92781872956烧成用煤1.3210.130.1313.532510205013.5325102050表2-1物料平衡表3 工艺流程选择设备选型3.1工艺流程选择 水泥粉磨流程主要有两种型式开路流程和闭路流程。开路粉磨流程不设选粉机主要特点：流程简单，投资少，操作维护简便，但物料易产生过粉碎现象，粉磨效率低，产量低。闭

20、路粉磨流程设有选粉机，主要特点：可消除过粉碎现象，提高产量，但流程较复杂，设备多，投资大，操作维护管理相对复杂。近年来，水泥粉磨已趋于闭路流程，特别是大型磨机更是这样，在闭路流程中，又趋向于球磨机、辊压机及高效选粉机不同组合的粉磨流程。对于设计的日产熟料2500t的小型生产线，水泥粉磨流程可以选择设有高效选粉机与辊压机的闭路水泥粉磨流程，其流程图如下图示：表31 3.2主机选型水泥磨的选型确定粉磨车间的工作制度（1） 水泥粉磨车间采用三班制，每班8小时，每年工作300天。（2） 根据车间运作班制和主机运转小时，确定主机年利用率： =k1k2k3/8760=38300/8760=0.82 K1每

21、年工作日 K2每日工作班数 K3每班工作时数（3） 主机要求小时产量GH=GY/8760=872956/(87600.82)=121.53t/h (4)设备的选型选用4.213m的水泥磨，该型号磨机技术性能见表：表52粉末设备技术性能磨机规格4.213m研磨体装载量（t）209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（Kv）3150主减速机型号 速比JS140C或MFY320设备重量（t）2553.3选粉设备选型 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。 采用高效选粉机可使磨机系

22、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-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-S

23、EPA选粉机的主要优点： （1） 提高选粉效率，可达74%，使磨机产量增加大约2224%、节能约820%。 （2）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。 （3）借助变速驱动装置，易于调节产品细度 (4)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=1000G/60CX 其中 ，N：按选粉浓度计算的O-SEPA选粉机规格，m3 /min G:水泥磨标定产量，t/h CX: O-SEPA选粉浓度，在0.750.85Kg/m3 ，取 CX =0.75Kg/m3 N1 =

24、 1000135/（600.75） =3000m3/min N2=1000G(1+L)/60CX 其中,N2按喂料浓度计算的O-SEPA选粉机规格，m3 /min L:O-SEPA选粉机的循环符合 CX：最大喂料浓度，CX=2.5Kg/m3 N2 = 1000135(1+200%)602.5 =2700m3/min选用N3000 O-SEPA选粉机其规格性能如表53所示表53选粉机规格性能型号N3000风量 m3/h18000电机功率KW160处理能力t/h540主轴转速 r/min70135比表面积 m2/Kg300350水泥产量 t/h1101903.4辊压机的选型辊压机属于料床粉磨，其挤

25、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、满料。（1） 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： Gh=（1+L）G =(1+150%)135=337.5t/h Gh ：要求辊压机小时处理量 G : 标定水泥产量 L :辊压机的循环负荷

26、（2）辊压机的确定选用HFCG140180辊压机表54辊压机的规格性能型号HFCG140180辊子直径 mm1400辊子宽度 mm800处理能力 t/h280380入机粒度 mm80入料温度 120功率 KW25603.5除尘系统（1） 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 （2）除尘系统的计算，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 V1=50115/0.4=125288Nm3/h考虑到抽

27、风管漏风系数为1.1，则进入袋收尘的风量 V2=1.1V1 (273+80)/273=178203m3/h袋收尘风量 V3=1.1(V1+V1+V2+V3)=142616Nm3/h考虑到管道散热，气体进入袋收尘下降70度，则风量 V4=142616(70+273）/273=179184m3/h（3）选粉机进入袋除尘的含尘浓度 C1=0.833Kg/m3 C2=C1 273/（273+80）=0.81Kg/m3（4） 斗式提升机、辊压机入袋式含尘度 C3=（25+25+50）(273+70)/273=0.126Kg/m3所以进入袋收尘气体量 C总=0.81+0.126=0.936Kg/m3据上情

28、况，选用袋收尘如下表表55袋收尘规格性能型号FMQD28211处理风量m3/h247600总过滤面积m23427滤袋个数（个）2856含尘浓度g/m313003.6斗式提升机 （1） 磨尾斗提型号：NSE70033650mm输送量：700m3/h提升高度：75m （2）磨头斗提型号：NES70033650输送量：700m3/h提升高度：75m3.7输送设备（1） 袋收尘器下方输送成品处空气输送斜槽 型号: XZ400输送能力: 250t/h 槽体宽度：400 mm槽体节长：2000 mm 需要风压：45.5 kPa 。（2） 选粉机粗粉回磨头处空气输送斜槽 型号: XZ500 槽体宽度：500

29、mm 输送能力: 400 t/h槽体节长：2000 mm 需要风压：45.5 kPa 需要风量：1.52 m3/min。（3） 斗式提升机下的带式输送机 型号: N200 EP200型 输送能力: 200t/h 槽体宽度：1000mm 带速小于或等于2.5m/s 物料粒度小于50mm。3.8设备明细表代号设备名称技术特征单位数量01水泥磨 规格: 4.213m 产量：150t/h 入料粒径：20mm 研磨体转载量：209t 转速：15.6 r/min 主电动机功率：3150KW 主减速机型号: JS140-C 设备重量：255t台2表56设备明细表02袋收尘器下方 输送成品处空气输送斜槽 型号

30、: XZ400 输送力：250t/h 槽体宽度：400 mm槽体节长：2000 mm 需要风压：45.5kPa 需要风量：1.52 m3/min台103选粉机粗粉回 磨头处空气输送斜槽型号: XZ500 槽体宽度：500mm 输送能力: 400 t/h 槽体节长：2000 mm 需要风压：45.5kPa 需要风量：1.52 m3/min台104O-SEPA高效选粉机 型号规格：N-3000 转子转速：70-135r/min 选粉空气量：18000m3/h 处理能力：540t/h 产量：110190t/h 比表面积：300350 m2/Kg 台105袋式收尘器型号：FMQD28211 处理风量：

31、247600 m3/h 总过滤面积：3427 m2 滤袋数:2856个 进口气体含尘浓度：1300（g/m2标） 出口气体含尘浓度：0.1（g/m2） 台106磨头斗提机型号：NSE70033650mm 输送量：700m3/h 提升高度：75m台107带式输送机型号:N200 EP200型 输送能力: 200t/h 槽体宽度：1000mm 带速小于或等于2.5m/s 物料粒度小于50mm台108辊压机型号:HFCG140-80 棍子直径：1400mm 棍子宽度：800mm 处理能力t/h: 280380入机粒度 :80mm入料温度 :120功率:2 - 560 kW台109磨尾斗提机型号：NS

32、E70033650mm 输送量：700m3/h 提升高度：75m台1总结 课程设计是学生完成理论课和实验实习课程后的一个教学环节，在王金香指导下，由学生综合运用所学过的基础知识和实践生产知识，查找工具书和各种技术资料达到计算、绘图、编写说明书等来解决实际生产技术问题的教学环节。与教学过程相比，具有较强的综合性、实践性和探索性。通过这次课程设计不仅使我学过的知识得以巩固、提高，而且进一步培养了我独立思考、设计及解决实际技术问题的能力，使自己的学识和工程实践能力有一个很大的进步，总的来说这次课程设计让我受益匪浅。 参考文献1李坚利、周惠群，水泥生产工艺2郑林义，无机非金属材料工厂设计概论，合肥工业大学出版社，2009.123肖争鸣，李坚利，水泥工艺技术，化学工业出版社，2006.44金容容，水泥厂工艺设计概论，武汉理工大学出版社，1993.35胡道和，水泥工业热工设备，武汉理工大学出版社，2009.76熊会思，熊然，新型干法水泥厂设备选型使用手册，中国建材工业出版社,2007.17张庆今，硅酸盐工业机械及设备，华南理工大学出版社，1992.8 （注：可编辑下载，若有不当之处，请指正，谢谢!）