日产熟料5000t预分解窑水泥厂窑尾工艺设计毕业论文

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1、日产熟料5000t预分解窑水泥厂窑尾工艺设计第一章 文献综述1.1 水泥简介 水泥，粉状水硬性无机胶凝材料。加水搅拌后成浆体，能在空气中硬化或者在水中更好的硬化，并能把砂、石等材料牢固地胶结在一起。cement一词由拉丁文caementum发展而来，是碎石及片石的意思。水泥的历史最早可追溯到古罗马人在建筑中使用的石灰与火山灰的混合物，这种混合物与现代的石灰火山灰水泥很相似。用它胶结碎石制成的混凝土，硬化后不但强度较高，而且还能抵抗淡水或含盐水的侵蚀。长期以来，它作为一种重要的胶凝材料，广泛应用于土木建筑、水利、国防等工程【1】。1.2 预分解窑生产工艺 预分解窑生产工艺指采用窑外分解新工艺生产

2、的水泥。其生产以悬浮预热器和窑外分解技术为核心，采用新型原料、燃料均化和节能粉磨技术及装备，全线采用计算机集散控制，实现水泥生产过程自动化和高效、优质、低耗、环保。新型干法水泥生产技术是20世纪50年代发展起来，到目前为止，日本德国等发达国家，以悬浮预热和预分解为核心的新型干法水泥熟料生产设备率占95%，我国第一套悬浮预热和预分解窑1976年投产。该技术优点：传热迅速，热效率高，单位容积较湿法水泥产量大，热耗低。发展阶段：第一阶段，20世纪50年代70年代初，是悬浮预热技术诞生和发展阶段。第二阶段，20世纪70年代初期，是预分解技术诞生和发展阶段新型干法水泥【2】的主要特点：干法回转窑是18世

3、纪末、19世纪初的窑型，它比立窑生产前进了一大步。由于它所用生料是干粉，含水量1%，比湿法生产减少了用于蒸发水分的大部分热量，而且也比湿法生产短，但干法中空窑无余热利用装置，窑尾温度一般都在700950。有些厂可看到烟囱冒火现象，热能浪费严重，每千克熟料热耗高达17131828kcal，而且灰尘大，污染严重。生料均化差，质量低，产量也不高（均与湿法生产相比），曾一度被湿法生产所取代。20世纪30年代初，出现了立波尔窑，在窑的尾部加装了炉篦子加热机，对含水分为12%14%的生料球进行加热，使余热得到较好利用，窑尾温度从700以上降到100150，热耗大幅度下降，产量和质量都得到很大提高。20世纪

4、50年代又出现了带旋风预热器窑，窑尾余热得到更好的利用。尤其是20世纪70年代初出现的带窑外分解炉的新型窑生产线，将干法生产推向一个新阶段。这种能耗低、产量高、质量好、技术新的窑已成为世界各国水泥生产的发展方向。1.2.1预分解窑 预分解窑是20世纪70年代发展起来的一种煅烧工艺设备。它是在悬浮预热器和回转窑之间，增设一个分解炉或利用窑尾烟室管道，在其中加入3060%的燃料，使燃料的燃烧放热过程与生料的吸热分解过程同时在悬浮态或流化态下极其迅速地进行，使生料在入回转窑之前基本上完成碳酸盐的分解反应，因而窑系统的煅烧效率大幅度提高。这种将碳酸盐分解过程从窑内移到窑外的煅烧技术称窑外分解技术，这种

5、窑外分解系统简称预分解窑【3】。1.2.2 预分解窑煅烧的特点 （1）在一般分解炉中，当分解温度为820900时，入窑物料的分解率可达8595%，需要分解时间平均仅为410s，而在窑内分解时约需30多分钟，效率之高可想而知。（2）由于碳酸钙的分解从窑内移到窑外进行，所以窑的长度可以大大缩短，降低占地面积。（3）由于在分解炉内物料呈悬浮状态，传热面积增大，传热速率提高，从而使熟料单位热耗大大降低。（4）由于减轻了回转窑的热负荷，延长耐火材料的使用寿命，提高窑的运转率，同时提高了窑的容积产量。但由于对物料的适应性较差，容易引起结皮和堵塞，同时系统的动力消耗较大。1.2.3 预分解窑技术的发展 自2

6、0世纪50年代初期德国洪堡公司(KHD)研究成功悬浮预热窑、70年代初期日本石川岛公司（IHI）发明预分解窑以来，水泥工业熟料煅烧激射获得了革命性的突破，并推动了水泥生产全过程的技术创新。50多年来，新型干法水泥生产技术发展已经经历了五大阶段。第一阶段：20世纪50年代初期至70年代初期。伴随着悬浮预热技术的突破并成功应用于生产，新型干法水泥生产诞生，并随着悬浮预热窑的大型化而发展。第二阶段：20世纪70年代初期至中期。伴随着预分解窑的诞生发展，新型干法水泥技术想水泥生产全过程发展。同时，伴随着预分解技术的日趋成熟，各种类型的旋风预热器与各种不同的与预解方法相结合，发展成为许多类型的预分解窑。

7、在本阶段中，悬浮预热窑的发展优势逐渐被预分解窑所代替。但是，必须认识到悬浮预热窑是预分解窑的母体，预分解窑是悬浮预热窑发展的更高阶段。至今各种新型悬浮预热器在预分解窑发展的同时，仍在继续发展完善，发挥着重要作用。第三阶段：20世纪70年代中期至80年代中期。1973年国际石油危机之后，油源短缺，价格上涨，许多预分解窑被迫以媒代油，致使许多原来以石油为燃料研发的分解炉难以适应。通过总结改进，各种第二代、第三代分解炉应运而生，改善和提高了预热分解系统的功效。第四阶段：20世纪80年代中期至90年代中期。伴随着悬浮预热和预分解技术日臻成熟，预分解窑旋风筒换热管道分解炉回转窑篦冷机（简称筒管炉窑机）以

8、及挤压粉磨，和同它们配套的耐热、耐磨、耐火、隔热材料，自动控制，环保技术等全面发展和提高，使新型干法水泥生产的各项技术经济指标得到进一步优化。第五阶段：20世纪90年代中期至今。生产工艺得到进一步优化，环境负荷进一步降低，并且成功研发降解利用各种替代原、燃料及废弃物技术，一新型干法生产为切入点和支柱，水泥工业向水泥生态环境材料型产业转型。1.2.4 预分解窑生产的特征 预分解窑法生产具有均化、节能、环保、自动控制、长期安全运转和科学管理六大保证体系，是当代高新技术在水泥工业的集成，其特征如下：（1）生料制备全过程广泛采用现代化均化技术。使矿山采运原料预均化生料粉末生料均化过程，成为生料均化过程

9、中完整的“均化链”；（2） 用悬浮预热及预分解技术改变了传统回转窑内物料堆积态的预热和分解方法；（3）采用高效多功能挤压粉磨技术和新型机械粉体运输装置。根据日本上潼具贞研究空气输送的动力系数（指单位时间内输送单位重量物料至单位长度所需动力）是提升机的24倍，是皮带输送机的1540倍。因此，采用新型机械输送代替空气输送粉体物料，节能是相当可观的；（4）工艺设备大型化，使水泥工业向集约化方向发展；（5）为“清洁生产和广泛利用废渣、废料、再生燃料和降解有毒有害危险废弃物创造了有利条件；（6）生产控制自动化；（7）广泛采用新型耐热、耐磨、隔热和配套耐火材料；（8）应用IT技术，实现现代化管理等。1.3

10、水泥预分解窑工艺装备技术及发展1.3.1 生料制备水泥生料制备过程中CaO的标准偏差控制值随装备技术的发展而逐步减小。 （1）计算机三维模型系统在矿山设计中大量推广应用，矿山勘探时，取得完整的数据，在设计时，将矿山分成体积较小的CaO、SiO2、MgO、R2O等成分较为均匀的若干有限单元，在生产时搭配使用，在开采时，根据生产所需的成分，对各有限单元内矿石的化学成分通过计算机来进行搭配控制开采，做到所开采的矿石内所需的化学成分的均匀性。（2）连接破碎机和预均化堆场的皮带输送装置输送的石灰石等物料的分析控制方式从离线分析转为在线分析，在测试装置中，使用较为广泛的是XRF分析测试控制装置和近年来出现

11、的不需制备样品，可连续测试并能更快的对物料成分进行调整的中子测试仪。上述测试装置与矿山计算机联网，能在预均化堆场内控制石灰石CaO标准偏差值小于0.5%，加上误差精度小于1%的块状或粉状喂料装置，可以精确控制入磨石灰石和各种校正原料，使原料在入生料磨前达到入人窑生料成分的要求。（3）生料系统采用辊式磨。辊式磨具有电耗低，生产能力和烘干能力大，场地节省的优点。随着设计、制造技术、材质的改进，国内一些预分解窑生产线的辊式磨磨制生料中的石英砂岩的含量从3.3%至10%，金属磨耗量从3g/t至18g/t，磨辊的使用寿命达到8000h以上，而且磨制的生料颗粒级配均匀，大颗粒石英量少。近年来，新出现的4辊

12、辊式磨较原有的2辊辊式磨体积减小15%，产量高，运转率接近窑的运转率，完全满足生料细度和烘干的需求。生料制备过程中，由于矿山开采的石灰石等主要原料的成分的均匀性得以提高，测试装置的分析调整速度快速提高，确保生料入磨前成分均匀，生料库的均化工作量的功能下降，此变化过程对生料质量有利。1.3.2 预分解窑煅烧工艺装备技术预分解窑煅烧工艺装置是由预热器、分解炉系统、回转窑、篦冷机、三次风管和燃烧器等装备组成，上述装置创造了良好的煅烧条件，确保了熟料在较高的率值和较高的C3S含量时所需的煅烧温度，以及快速的升温速率，充分的燃烧状况和快速冷却条件，保证了熟料煅烧质量。（1）预热器和上升管道的形式进一步优

13、化，系统内的单项部件的结构和材质进一步改进，使预热器系统的效率进一步提高，生料在很短的时间内在各级预热器系统内进行热交换，不仅在预热器内反复循环的过程中得到加热，还进一步得到均化。分解炉的结构及工艺尺寸使燃料有足够的时间燃烧，三风道燃烧器进一步提高了分解炉内煅烧温度，上述措施不仅提高了入窑物料的分解率，还可以扩大燃料品种，如低挥发分煤的应用。目前一些性能优良的预热器分解炉系统的人窑物料分解率已达94%，因而窑的L/D趋势在缩短，出现了L/D=1012的短窑。（2）预分解窑转速已提高至34r/min，物料在窑内翻滚次数增加，有利于火焰和烟气对物料进行热交换，相应提高了物料在窑内温度的均匀性，减少

14、物料表面和内部的温差，有利于熟料质量的均匀。由于物料在窑内停留时间短，升温速度快，易生成晶格小于30m的C3S熟料，有利于粉磨和提高水泥强度。（3）空气梁篦冷机技术解决了厚层篦冷机冷风不易均匀透过料层的技术难点，冷风和高温熟料进行激烈的换热，一方面有利于熟料快速冷却；另一方面提高了二次、三次风温度，目前，篦冷机的热效率已提高至74%以上，且运转率大幅度提高。（4）大窑门罩技术的出现，三次风从篦冷机中部转为窑门罩抽取，使入分解炉的三次风温和入窑煅烧的二次风温相等，测试表明上述温度超过920三次风温的提高，有利于分解炉内燃料的燃烧，相应提高了入窑物料分解率。（5）多风道燃烧器的应用，煤粉经旋流风扩

15、散形成快速燃烧，燃烧器的冲量可使不同挥发分的燃料在窑内燃烧，而且使烧成带具有高的燃烧温度且火焰峰值平稳，有利于熟料煅烧和窑皮的维护。预分解窑装置技术的进展，系统热耗已降至3000kJ/kg以内，热耗愈低，燃料使用量就少，供燃烧的二次风量和三次风量相应就少，从篦冷机高温部位抽取的热风温度高，此外多风道燃烧器的一次风量已下降至6%8%，因而预分解窑内的物料一直处在高温下煅烧。总体说来，物料在预热器分解炉内迅速加热后进入人窑内，又在高温下迅速加热煅烧成熟料，由于窑内冷却带短，熟料很快进入篦冷机内快速冷却。上述工况适宜于较高的熟料率值和C3S、C3A含量高的熟料，而且有利于生成C3S晶格小的熟料，再加

16、上合理的冷却制度，对熟料强度和粉磨十分有利。图1-1 预分解窑的生产流程1.3.3 水泥粉磨装备技术（1）球磨机系统水泥磨系统中所配用钢球磨的结构进一步优化，调整和改进钢球磨的隔仓板、阶梯衬板形式，使用分级衬板，优化研磨体级配，以及进料口、润滑系统轴承座结构等，使之规格大型化，磨耗及电耗相应降低。OSepa选粉机(或高效笼式选粉机)、高效袋式除尘器和球磨机组成的水泥粉磨系统，其循环负荷由离心式的200%300%下降到100%200%，磨制水泥时，330m颗粒级配的重量超过65%，因而具备选粉效率高、电耗低、产量高及颗粒级配合理等优点。（2）辊压机+球磨+选粉机系统辊压机的出现是粉磨技术的重大进

17、展，水泥粉磨电耗可降至32kWh/t以下(4000cm2/g)，由于辊压机具有能耗低、效率高的特点，多次循环，重复挤压物料达到增加成品细度的目的，同时，其产品最终经球磨和选粉机系统，因而和球磨系统样可以获得细度合适、颗粒级配合理和颗粒形貌合适的产品。此外，还有辊式磨、球磨机和选粉机组成的系统，其原理接近辊压机系统，均能降低电耗，获得优质的水泥产品【4】。1.4 水泥前景分析随着国家万亿元投资计划的落实以及各地基础建设项目启动，水泥行业被视为有望迎来最早的一缕阳光的行业之一。有专家乐观地预计，2009年全国水泥消费量将达到15.41亿吨，同比增长6.3%，增量为9170万吨。但是，在行业前景看好

18、的前提下，我们必须看到，我国水泥行业尚未真正走出困境，整个行业的无序状态依然存在，需要各方理性。1.4.1 理性看待产量激增由于受国内水泥需求增长趋弱的影响，2009年1月，我国水泥产量增速几乎为零。1月份我国水泥产量为8200万吨，与2008年1月持平。进入2月份之后，情况似乎发生了逆转，据统计数据显示，2月份我国水泥产量同比激增42.5%，1月2月累计产量也增长17.0%。有专家指出，虽然数据显示2月份水泥产量大幅增长，但并不表明目前国内水泥需求回暖。2008年2月我国广大地区都受到雪灾影响，各项工程建设都被迫停工，水泥需求下降，当月我国水泥产量仅为5958.3万吨，环比下降6.2%，而2

19、009年2月我国水泥产量达8290万吨，同比劲增42.5%，但环比却仅增长1.10%。此外，政府4万亿元扩大基础建设投资对水泥企业扩大生产也产生一定积极作用。另外两项数据也从侧面反映了这一现状。一是，2009年1月，我国出口水泥仅97.2万吨，比2008年同期下降59.8%，月度出口量4年来首次降至1100万吨以下，创2005年3月以来水泥月度出口量最低。二是， 2009年1月水泥价格全国各地区无一上涨，环比下降0.5%，即使后来短期内上海、广东等地水泥价格环比略涨，但是今年3月上旬，东南部地区一直笼罩着同比量增价跌的阴影。据网络监测的城市价格显示，3月水泥价格同比下降的8个城市中7个在东部地

20、区，其中广州3月水泥价格同比去年下降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%，另据监测，其他22个城市价格同比却不同程度上涨，尤其是西北地区涨幅远远超过去年。其中，兰州市、西宁市、银川市水泥价格同比涨幅分别为41.38%、77.78%、60.78%。1.4.2 行业发展受阻结构性矛盾纵观水泥行业的发展可以看出，行业的整体发展水平粗放，不符合新型工业化的要求，资源、能源消耗高，污染严重，生态和环境压力大，单产能耗与国际先进水平相比还有不小的差距。有专家指出，目前我国水泥行业的结构性矛盾依然突出。企业规模小、装备落后、布局不合理、恶性竞争激烈等现象仍然较为普

21、遍，劳动生产率均比较低，落后生产能力比重大，产品质量档次低。截至2008年，我国落后装备生产的熟料比例仍占全国熟料生产量的三分之一以上。另外就是集中度问题。2007年数据显示，其他国家水泥行业集中度已经达到了80%，而我国的集中度仅为30%左右。现在的水泥行业，企业数量已经足够多、产量足够大，但大而不强，企业过分分散、恶性竞争不断加剧。要改变这一现状不能仅靠企业自身滚动发展，必须通过联合重组的方式进行。1.4.3 严格控制产业布局2003年以来，在固定资产投资的拉动下，全国水泥工业产能已连续7年年平均增长超过1亿吨，预计今年全国可生产水泥将超过15亿吨，总量已基本满足经济建设的市场需求。因此，

22、控制水泥总量，谨慎适度投资，维护未来行业健康发展已刻不容缓。水泥工业的结构调整已从技术结构调整步入重组联合、提高生产集中度的组织结构调整阶段。仅2008年内我国就建成投产新型干法水泥生产线120条，新增水泥熟料产能1.443亿吨，新型干法水泥占总量比重已接近70%水泥需求大省结构比例已经达到70%以上，西北、西南欠发达地区在建项目今年投产后也将达到70%以上。1.4.4 水泥行业前景看好2008年后，受国际金融危机影响，经济增长放缓，水泥需求能否增长存在较大的不确定性，未来中短期水泥供过于求将成为严重影响公司未来产能投放后的经济效益最为不利的因素。虽然，政府不断出台刺激经济的措施，但未来3年内

23、固定投资下降引起下游需求不足，加之水泥工业投资在20062008年加速，打破供需的弱平衡，将对水泥企业业绩增长构成较大威胁。中国水泥协会统计数据显示，2007年和2008年，水泥行业产能利用率为84.3%和81.4%，但2008年水泥工业投资完成1051.46亿元，同比增长60.7%，2008年全国已开工建设的新水泥熟料生产线初步统计有208条，如投产将新增熟料产能24177万吨，将进一步加剧产能过剩。全国水泥行业整体不景气的情况，给大型水泥企业进行重组整合提供了良好的契机。值得关注的是，由于基础建设和房地产开发落后，当地水泥产能不足，加之国家的基础建设投资将刺激水泥需求，西部地区的水泥企业的

24、长期发展前景尤其值得看好。【5】第二章 设计内容及思路2.1 设计内容根据原始数据，结合当地经济基础以及环境条件，以节能、高效的理念完成日产孰料5000t预分解窑水泥厂窑尾工艺设计。2.2 设计思想（1）贯彻“生产可靠、技术先进、节省投资、提高效益”的设计指导方针。以生产可靠为前提，尽可能采用先进的生产工艺和方案，以降低产品成本，取得较好的经济效益。（2）充分挖掘和利用现有生产设施的潜力，以进一步发挥投资效益。（3）汲取相类似项目的经验和教训，确保实现“低投资、低成本、高可靠性、高效益”的目标。（4） 重视节能，采用节能工艺过程和国家推荐的节能机电设备，以降低厂品成本。（5）贯彻执行国家和地区

25、对环保、劳动安全、工业卫生、计量、消防等方面的有关现行规定和标准。2.3 设计思路根据设计的指导思想，充分考虑资源的利用情况，构思生产技术方案，确定设计依据，并查阅关于水泥方面的期刊、文献，了解水泥的研究现状及其发展、在生产和生活中的应用，为设计做充分资料准备。结合资料和当地经济状况及环境条件，制定详细的生产工艺。完成生产工艺要求中物料平衡计算和配料计算，并根据计算结果完成工艺布置和设备选型。最后，根据设计内容绘制图纸。2.4 设计原始数据（1）煤得工业分析见表2-1表2-1 煤的工业分析WY/%VY/%CY/%AY/%QYDW(kJ/kg)4.7627.2049.4019.5023864（2

26、）物料的水分见表2-2表2-2 物料的水分成分石灰石粘土铁粉石膏煤矿渣1.0013.009.503.004.0022.00（3）原料及煤灰的化学组成见表2-3 表2-3 原料及煤灰的化学组成/%名称LossSiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3R2O石灰石42.062.320.430.1653.780.50-0.65粘土7.6054.3424.617.893.780.600.351.23铁粉0.3533.8810.3949.073.641.88-砂岩3.0683.737.811.851.370.600.051.80矿渣1.0633.7415.131.5137.448.390.150.6

27、2石膏20.892.610.940.3831.310.8942.01-煤灰51.6835.114.595.031.79-设计环境：地点：张家口市周边郊区，远离闹市区，且厂址处于下风口减少对市区的污染；地势：平坦，且稍微有点倾斜度，以利于排水排污；地质：基地耐力在20t/m2左右，适于供水、排水、供暖等管线的铺设；交通：厂区临近国道、省级要道或铁路，即交通运输要方便；水电：厂区设在张家口市周边郊区，专线保证供水供电。第三章 配料计算3.1 配料计算的目的和意义（1）计算从原料进厂至成品出厂各工序所需处理的物料量，作为确定车间生产任务、设备选型、及人员编制的依据。（2）计算各种原料、辅助材料及燃料

28、需要量作为总图设计中确定的运输量、运输设备、及计算各种堆场、料仓面积的依据。 3.2 主要计算参数的确定3.2.1熟料热耗的确定国内外部分厂家熟料热耗见表3-1 表3-1 国内外部分厂家熟料热耗厂家A厂B厂C厂D厂E厂RSP厂DD厂SLC厂熟料热耗/kJ/kg3265.43648.13996.63501.73568.23075.23136.23191.2备注四级四级四级五级五级五级四级四级综合考虑，本设计将熟料烧成热耗确定为： q=3200kJ/kg熟料。3.2.2熟料率值的选择我国目前硅酸盐水泥熟料采用饱和比（KH）、硅酸率（SM）、铝酸率（IM）三个率值控制熟料质量。KH表示熟料中SiO2

29、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；SM表示熟料中硅酸盐矿物与溶剂矿物的比值，SM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；IM表示熟料中溶剂矿物C3A和C4AF的比值，IM高，液相黏度大，难烧IM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。硅酸盐水泥熟料配料率值和矿物组成建议范围见表3-2。表3-2 硅酸盐水泥熟料配料率值和矿物组成窑型KHSMIMC3S%C2S%C3A%C4AF%湿法窑0.88-0.921.9-2.51.0-1.851-5916-245-1111-17干法窑0.86-0.892.

30、0-2.351.0-1.646-6719-286-1111-18立波尔窑0.85-0.881.9-2.31.0-1.844-5322-305-1111-17预分解窑0.87-0.922.2-2.61.3-1.848-6214-287-1010-12机立窑适宜范围0.86-0.932.0-2.51.1-1.5有矿化剂0.92-0.961.6-2.01.1-1.355-6318-2212-166-10预分解窑推荐值0.882.501.60适宜范围0.86-0.902.40-2.801.40-1.90查新型干法水泥工艺设计手册【6】新型干法生产的熟料率值一般控制在：KH=0.890.02；SM=2.

31、40.1；IM=1.60.1。3.2.3 原料、燃料的原始数据（1）原料、燃料化学组成见表3-3。表3-3 原料、燃料化学组成/%名称LossSiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3R2O石灰石42.062.320.430.1653.780.50-0.65粘土7.6054.3424.617.893.780.600.351.23铁粉0.3533.8810.3949.073.641.88-砂岩3.0683.737.811.851.370.600.051.80矿渣1.0633.7415.131.5137.448.390.150.62石膏20.892.610.940.3831.310.8942.

32、01-煤灰51.6835.114.595.031.79-（2）煤的工业分析见表3-4。表3-4 煤的工业分析WY/%VY/%CY/%AY/%QYDW(kJ/kg)4.7627.2049.4019.5023864（3）物料的水分见表3-5。表3-5 物料的水分成分石灰石粘土铁粉石膏煤矿渣1.0013.009.503.004.0022.00依据前面所确定的三个熟料的率值：KH=0.88；SM=2.5；IM=1.6。单位熟料热耗3200kJ/kg，分析计算原料的配合比。3.3 配料计算3.3.1 计算煤灰的掺入量 （3-1）式中： GA 煤灰掺入量，以熟料百分数表示（100%）； Qy煤的应用基低热

33、值（kJ/kg煤）； 煤的应用基灰分含量（%）； q熟料烧成热耗（kJ/kg熟料）；S煤灰沉落率，%（窑外分解窑，有电收尘器的取100）。3.3.2物料平衡计算（1）率值由以上述定为 KH=0.88；SM=2.5 ；IM=1.6。（2）设=97% （3-2）Al2O3= IMFe2O=3.45%1.6=5.52% （3-3）SiO2= SM(Al2O3 +Fe2O3)=2.5（5.52%+3.45%）=22.43% （3-4） CaO=-( SiO2+ Al2O3+ Fe2O3)=97%-（22.43%+5.52%+3.45%）=65.60% （3-5）设计熟料过程中Al2O3、Fe2O3、C

34、aO、SiO2四种氧化物含量的总和，一般在97%左右。（3）煤灰掺入量GA =2.61%。（4）以100kg熟料为基准，用递减式凑法计算如下表3-6。表3-6 递减式凑法计算表/%计算步骤SiO2Al2O3Fe2O3CaO其他要求熟料组成 22.435.523.4365.603.0-2.61kg煤灰1.350.920.120.130.05差21.084.603.3365.572.95-120kg石灰石2.780.520.1964.541.26差18.304.083.141.031.69-12kg黏土 6.522.950.950.450.26差11.781.132.190.591.43-4.5k

35、g铁粉1.520.472.210.160.08差10.260.66-0.250.441.35-12kg砂岩10.050.940.220.160.30差0.21-0.28-0.450.271.05所以：石灰石： 120 kg，黏土：12kg，铁粉：4.5 kg ，砂岩：12kg。干原料质量百分比为：干石灰石=120/（120+12+4.5+12）100%=80.8%干黏土=12/（120+12+4.5+12）100%=8.1%干铁粉=4.5/（120+12+4.5+12）100%=3.0%干砂岩=12/（120+12+4.5+12）100%=8.1%3.3.3计算干燥原料配合比（1）生料的化学成

36、分见表3-7表3-7生料的化学成分/%名称配合比烧失量SiO2Al2O3Fe2O3CaO石灰石80.834.111.880.350.1343.62砂岩8.10.256.780.630.150.11黏土8.10.624.401.990.640.31铁粉3.00.0091.020.311.470.11生料10034.9914.083.282.3944.15灼烧生料21.665.053.6867.91煤灰掺入量GA =2.61%，则灼烧生料配合比为（100-2.61）%=97.39%。（2）熟料的化学成分见表3-8表3-8熟料的化学成分/%名称配合比SiO2Al2O3Fe2O3CaO灼烧生料97.3

37、721.094.913.5866.45煤灰2.611.350.920.120.13熟料10022.445.833.7066.58则熟料的率值计算如下：=0.886 （3-6）=2.35 （3-7）= =1.58 （3-8） （3）湿原料质量配合比原料的水分：石灰石1.00%，黏土13.00%，铁粉9.50%，砂岩 0.00%。则湿原料质量配合比为：湿石灰石=80.8100/（100-1.00）=81.62 Kg湿黏土=8.1100/（100-13.00）=9.31Kg湿铁粉=3.0100/（100-9.50）=3.31Kg湿砂岩=8.1Kg将上述质量转化为百分数（计算结果四舍五入取值）：湿原料

38、的质量和=81.62+9.31+3.31+8.1=102.34Kg湿石灰石=81.62/102.34100%=79.75%湿黏土=9.31/102.34100%=9.10%湿铁粉=3.31/102.34100%=3.23%湿砂岩=8.1/102.34100%=7.91%3.3.4熟料矿物组成及最大液相量的计算（1）最大液相量的计算 140时： P=2.95A+2.2F=2.955.83+2.23.70=25.3 （3-9）1450时： P=3.0A+2.25F= 3.05.83+2.253.70=25.8 （2）矿物组成的计算 （3-10） （3-11） （3-12） （3-13）（3） 熟料

39、液相量的计算液相量L是熟料在不同温度下的液相百分数，液相量高低与烧结温度、组分含量有关，工程上常用1400和1450以下的液相量来考虑配料方案是否合理，以及分析窑的操作情况。本设计中采用技术先进的预分解窑，其热工制度良好、烧结温度一般为1450因此，L= 3.00A+2.25F+R% (3-14)R=80.80.0065+8.10.0123+3.00+8.1 0.0180=0.85 则 L=3.005.83%+2.253.70%+0.85%=26.65% 这个数值在22%30%范围内，故能满足生产的要求。第四章 全厂物料平衡4.1物料平衡计算的目的和意义4.1.1 物料平衡计算的目的(1) 计

40、算从原料进厂至成品出厂各工序所需处理的物料量，作为确定车间生产任务、设备选型、及人员编制的依据。(2) 计算各种原料、辅助材料及燃料需要量作为总图设计中确定的运输量、运输设备、及计算各种堆场、料仓面积的依据。 4.1.2 影响石膏掺入量的因素（1）石膏的种类：各种硫酸盐的溶解度、溶解速度与缓凝作用表4-1，根据表格表4-1 各种硫酸盐的溶解度、溶解速度与缓凝作用石膏种类分子式溶解度（g/L）相对溶解速度相对缓凝作用半水石膏CaSO40.5H2O6快很强烈二水石膏CaSO42H2O2.4慢较强烈可溶性无水石膏CaSO40.0010.5H2O6快很强烈天然无水石膏CaSO42.1最慢弱可以看出石膏

41、的溶解速度越慢，其掺量（以SO3计）应越多。（2）熟料中SO3含量：当熟料中SO3含量较高时，要相应减少石膏掺量。（3）熟料中C3A含量：C3A含量高，石膏掺量应相应增加，反之则减少。（4）水泥细度：相同矿物组成的水泥，若增大细度，其比表面积增大，水化加快，则应适当增加石膏掺量。（5）混合材料的品种和掺量：水泥中掺加不同种类和数量的混合材料时，其石膏掺入量也不一样。如采用矿渣作为混合材料时，可适当增加石膏掺量。（6）水泥中碱含量：水泥中碱含量较高时，其凝结时间加快，应适当增加石膏掺量。4.1.3 影响矿渣掺入量的因素（1）化学组成 与硅酸盐水泥相比，矿渣化学成分中氧化钙含量较低，而氧化硅含量较

42、高。SiO2含量较高时，矿渣熔体的粘度比较大，冷却时，易于形成低碱硅酸钙和高碱玻璃体，使矿渣活性降低。（2）矿物组成与结构矿渣的活性不仅受化学成分影响，还决定于玻璃体的数量和性能，玻璃体含量越高，矿渣活性越高。4.1.4 水泥组成的确定对于型硅酸盐水泥来说，我们主要依据国内几家水泥厂的水泥配比（见表4-2）。表4-2几家型硅酸盐水泥配比/%成分A厂B厂C厂D厂熟料89909190矿渣434412石膏7756作为参考来确定本设计的强度等级为42.5的型硅酸盐水泥的配比为：石灰石4%，石膏4.52%，熟料91.48%。作为参考来确定本设计的强度等级为42.5的矿渣硅酸盐水泥的配比为：矿渣50%，石

43、膏5%，熟料45%。4.2回转窑产量的标定4.2.1回转窑规格的确定依据设计任务书要求的日产5000t/d即台时产量208.33t/h，通过经验公式 G=1.5564Di3.0761 （4-1） 式中： G回转窑的台时产量，t/h； Di回转窑的筒体的衬砖内径，m。则计算出D=4.913m再通过下图4-1、4-2、4-3查得【7】：图4-1 回转窑Mv与Di的关系图 图4-2 回转窑MA与Di的关系图图4-3 回转窑MF与Di的关系图单位容积产量Mv= 单位面积才产量MF=单位截面积产量MA=11.95再由公式计算： （4-2） （4-3） （4-4） 考虑窑砖厚度，则筒体直径为： D=Di+

44、2 （4-5）按经验取值 =0.15m 则D=Di+2=5.11+20.15=5.41m 通过参考上面数据，考虑到窑体数据应取整数，我们将回转窑的筒体尺寸确定为5.482m4.2.2窑的产量标定已知回转窑的筒体尺寸为5.482m，则Di=D-2=5.4-20.15=5.1分别应用公式：G1=1.556Di30762 （4-6）G2=0.15362Vi0.97422 （4-7） G3=0.37743Di2.5185L0.51861 （4-8） G4=0.27250D2.6804L0.48912 （4-9）分别代入已知数据，计算得： G3=G4= 综合考虑以上计算结果，窑的产量标定为224.6t/

45、h4.3物料平衡计算4.3.1 烧成系统生产能力计算（1）回转窑台数计算n= （4-10）窑台数取整数值则为1台式中： n窑的台数； 要求的熟料年产量（t/a）；所选窑的标定台时产量t/(台h)；窑的年利率，以小数表示。不同窑的年利率可参考下列数值：湿法窑 0.90，传统干法窑0.85，机立窑0.80.85，悬浮预热器窑、预分解窑0.85【8】。（2）计算孰料年产量 （4-11）Qh= Qh1+ Qh2=208.33Gh1 /Gh2=2/8=0.25综上所述：Gh1=48.66t/h； Gh2=194.66t/h则Qh1 =22.82 t/h Qh2=185.51 t/h式中：Qh1、Qh2表

46、示水泥厂孰料小时产量（t/h）；Gh1、Gh2表示水泥厂水泥的小时产量（t/h）； d、e石膏、混合材的掺入量。（3）计算烧成系统的生产能力 设生产矿渣硅酸盐水泥的熟料产量为：熟料小时产量： （4-12）熟料的日产量： （4-13） 熟料的年产量： （4-14） 生产型硅酸盐水泥的熟料产量为：熟料小时产量： 熟料的日产量： 熟料的年产量： 式中： 预定的主机年利用率，取 0.85。（4）换算成水泥厂小时水泥产量和日产量分别为： 生产型硅酸盐水泥产量： 水泥小时产量： （4-15）水泥日产量： （4-16） 水泥的年产量： （4-17） 矿渣硅酸盐水泥的产量为： 水泥小时产量： 水泥日产量： 水

47、泥的年产量： 式中：d水泥中石膏的掺入量，为6%； e水泥中混合材（矿渣）的掺入量，为4%； p水泥的生产损失（%）一般为35%，取4%； 预定的主机年利用率，取0.85。 4.3.2 原、燃料消耗定额的计算（1）原料的消耗定额 考虑煤灰掺如时，1t熟料的干生料的理论消耗定额 （4-18）式中：K干 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(%)。 考虑煤灰掺入时，1t熟料的干生料消耗定额 （4-19）湿生料的总水分： （4-20）湿生料的消耗定额 （4-21） 式中：K生干生料消耗定额（t/t熟料）； P生生料的生产损失（%)一般为35%，

48、取4%。 （2）石膏的消耗定额（单位：t/t熟料） 对于强度等级为42.5的矿渣硅酸盐水泥： （4-22） 湿石膏消耗定额 对于强度等级为42.5的型硅酸盐水泥： 湿石膏消耗定额式中：干石膏消耗定额；、表示石膏掺入量，混合材掺入量；石膏含水量； Pd石膏的生产损失%，一般取3%。 （3） 混合材的消耗定额（单位：t/t熟料） 对于强度等级为42.5的矿渣硅酸盐水泥：矿渣： 湿矿渣： 对于强度等级为42.5的型硅酸盐水泥：石灰石： 湿石灰石：式中：矿渣消耗定额；、表示石膏掺入量（6%），混合材掺入量（4%）；We矿渣含水量；Pe矿渣的生产损失%，一般取3%。（4）烧成用干煤消耗定额（单位：t/t

49、熟料） （4-23） （4-24）式中： 烧成用干煤消耗定额（t/t熟料）； 熟料烧成热耗（kJ/kg熟料）；干煤低位热值（kJ/kg熟料）；煤的生产损失%，一般取3%。 （5）烘干用干煤消耗定额 矿渣烘干： （4-25）式中：烘干用煤消耗定额（t/t熟料）；须烘干的湿物料量，用年平衡法时以t/年表示；烧成系统的生产能力；分别表示烘干前，烘干后物料的含水量；蒸发1kg水分的热量（kJ/kg水分），取4520kJ/kg。（6） 含水物料的消耗定额 K原 = K生 x （4-26）各种干原料的消耗定额：K石灰石=K生X石灰石=1.560.808=1.2604t/t熟料K黏土=K生X黏土=1.560

50、.081=0.1264t/t熟料K铁粉=K生X铁粉=1.560.03=0.0468t/t熟料各种湿原料的消耗定额：K湿=K干100/（100-水含量）K湿石灰石=1.2604100/（100-1.0）=1.2731 t/t熟料K湿黏土=0.1264100/（100-13）=0.1453 t/t熟料K湿铁粉=0.0468100/（100-9.5）=0.0517 t/t熟料式中： K原某种干原料的消耗定额（t/t熟料）； P生干生料消耗定额（t/t熟料）； x 干生料中该原料的配合比(%)。全厂物料平衡见表4-3。表4-3全厂物料平衡表物料名称水分(%)生产损失(%)消耗定额(t/t熟料)物料平衡

51、表干料含天然水分料干料湿料时（t/h）日 （t/d）年（wt/y）时（t/h）日（t/d）年（wt/y）石灰石1.0031.26041.2731262.586301.9195.52265.226365.4197.490.0450.0588.348200.356.215910.759258.238.0115粘土13.0030.12640.145326.33631.9919.60730.270726.4922.539铁粉9.5030.04680.05179.7498234.007.259710.771258.508.0198生料2.1541.561.59324.997799.8241.99331.

52、247949.9246.64石膏3.0030.1140.1182.60162.431.93712.695064.6822.00680.05090.05259.442226.627.0319.7393233.747.2519矿渣22.0031.0311.32223.507564.16817.50330.396729.5022.633熟料322.82547.6816.99185.514452.24138.1水泥048.081153.9235.80192.324615.8143.2烧成煤4.0030.1310.13627.291654.9920.32128.332679.9921.097烘干煤4.0

53、030.001560.001620.32507.79990.24190.33758.09980.2513燃煤4.0030.1330.13827.708664.9920.63128.750689.9921.407第五章 主机平衡和主机设备选型5.1石灰石破碎机5.1.1破碎机的简介及发展生产水泥的原料，大部分要经过预先破碎，因为从矿山开采来的石灰石、砂岩、石膏、混合材料以及煤等原、燃料快度均较大，给运输、储存及粉磨带来一定的困难。从窑中煅烧得到的熟料，其中有些块度大的也要经过破碎，物料经过破碎后，其粒度减小，表面积增加，在一定程度上可提供烘干和粉磨的效率。近年来，随着窑、磨等设备单机生产能力大型化以及矿山开采技术发展，破碎流程和破碎设备也相应的有了较大发展，主要反映在以下几点：（1）破碎设备大型化大规模的破碎机，为提高破碎机的生产能力和放宽矿山开采度创造了条件。（2）破碎流程单段比破碎系统的段数，主要与破碎前后最大粒度之比（即破碎比）的大小有关。发展高效能、大破碎比的破碎机为实现单段破碎创造了条