日产10000t粉煤灰水泥水泥烧成车间工艺的初步设计.docx
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日产10000t粉煤灰水泥水泥烧成车间工艺的初步设计
日产10000t粉煤灰水泥水泥烧成车间
工艺初步设计
摘要I
Abstractii
第一章绪论1
1.1引言1
1.2设计简介1
第二章原料与燃料3
2.1原料的质量要求3
2.1.1水泥原料3
2.1.2混合材及石膏4
2.2燃料4
2.2.1煤4
第三章配料计算5
3.1配料计算5
3.1.1率值要求5
3.1.2计算熟料化学成分5
3.1.3计算煤灰掺入量6
3.1.4累加试凑法配料计算7
3.1.5计算干原料的组分7
3.2尝试误差法检验8
3.2.1列表检验计算8
3.2.2计算熟料的化学成分8
3.2.3检验率值9
3.2.4干湿原料配比转换9
第四章工艺平衡计算11
4.1物料平衡计算11
4.1.1选择窑型并标定窑的台时产量11
4.1.2原燃材料消耗定额12
4.1.3全厂物料平衡表14
4.2主机平衡和设备选型15
4.2.1车间工作制度确定15
4.2.2主机选型16
4.2.3主机平衡表18
第五章储库计算19
5.1物料存储设施的有效容积及其容量计算19
5.2储库汇总表24
第六章物料平衡和热量平衡计算25
6.1原始资料25
6.2物料平衡及热量平衡计算26
6.3物料平衡表及热平衡表的编制36
第七章窑外分解系统的设计计算38
7.1原始资料38
7.2相关参数的设定38
7.3单位烟气的计算40
7.4窑尾各部位烟气量的计算40
7.5窑尾各部位烟气量汇总表44
7.6分解炉结构尺寸的计算45
7.7旋风筒设计方案的选择47
7.8旋风筒结构尺寸的计算49
7.9分解炉、旋风筒各结构尺寸汇总表54
第八章窑尾设备的计算及选型57
8.1喷水装置的计算及选型57
8.2窑尾收尘器的选型57
8.3窑尾高温风机及尾排风机的选型58
8.4烟囱的计算选型58
第九章全厂工艺平面布置60
总结62
参考文献63
致谢64
第一章绪论
1.1引言
粉煤灰是指由火力发电厂燃烧粉煤以后从烟气中收集到的微细烟灰，它是一
种密实的玻璃质球状粉体活性矿物微粒，结构致密而且性质稳定，属于火山灰质材料。
由于它的比表面积相较其他火山灰质混合材更大，加之用其配制出的水泥
比其他的火山灰水泥的干缩性小、抗裂性好、和易性好、水化热低、抗腐蚀能力强，抗冻性也好于其它火山灰水泥，节约成本等特点。
长期以来，粉煤灰水泥被广泛用于工业与民用建筑，尤其适用于大体积混凝土、水工建筑、海港工程等项目。
正是因此，粉煤灰混合材水泥的开发及利用，越来越受到众多水泥生产厂家的青睐。
水泥生产的新型干法技术自问世以来就倍受国内外的关注，特别是在80年
代以来得到了突飞猛进的发展，目前在国际水泥工业中以预分解技术为核心，将
现代的科学技术和工业化生产的成果广泛结合应用于水泥生产的全过程，形成了
一套以现代高科技为特征，符合优质，高效，节能，环保以及大型，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先进的水泥烧成技术，可以提高窑单位容积的产量、提高窑砖衬的寿命和运转率，且自动化水平很高、生产规模更大，可以使用低品质燃料或廉价废物燃料，从而达到节约燃料，降低热损和电耗，减小设备、基建的投资费用，进而减少CO和NOx的生成量和降低事故发
生率，且操作稳定。
发展应用新型干法水泥技术是环境友好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及科研成果，指导
着水泥的工业设计、研发、生产等工作的不断完善、优化和进步。
新型干法水泥生产技术已成为当今水泥制造工业发展的主导技术和最先进的生产工艺。
目前，美国、日本、德国等发达国家新型干法技术产量比已占95%以上，其他的发达国家也达到了80%以上，我国自2007年国家推行环保改革以来，新型干法技术产业比已由15%提升至65%，目前发展势头正十分良好。
1.2设计简介
本设计是10000t/d粉煤灰水泥厂水泥新型干法生产线水泥烧成车间的工艺初步设计，采用目前国内外水泥行业相对较为先进的技术和设备，以尽可能的降
低能耗、降低基建投入，又最大限度的提高产量和质量，做到环保，技术经济指
标先进、合理。
根据中华人民共和国国家标准GBT1596—2006规定：
凡是由
硅酸盐水泥熟料混合粉煤灰、适量石膏磨细而制成的水硬性胶凝材料，称为粉煤灰硅酸盐水泥，简称粉煤灰水泥。
水泥中粉煤灰的掺加量按其质量百分比计范围为20~40%。
这主要是由于粉煤灰所固有的特性所决定的。
当前，妨
碍其掺量的主要原因是：
在粉煤灰的掺量增大时，特别是当掺量超过50%
后,水泥试块的早期会强度非常低。
要解决这一问题就必须要最大限度地激发粉煤灰的火山灰活性，尤其是在凝结早期。
采取在常温下使用化学激发剂来进行预处理与掺加助磨剂粉磨工艺相结合的方法，改善粉煤灰的矿物性
能，可以使粉煤灰在硅酸盐类水泥中的掺量提高到50%—70%,且能达到
42.5水泥的强度要求⑴。
粉煤灰水泥的标号划分与火山灰水泥标号划分相
同。
有32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R共六个标号（R代表早强水泥）。
原始条件
一、题目：
日产10000t粉煤灰水泥厂水泥烧成车间工艺初步设计
二、厂址：
自选
三、窑型：
新型干法预分解窑
四、规模：
年产水泥300—350万吨
五、品种：
强度32.5粉煤灰硅酸盐水泥，粉煤灰掺量：
50%
六、基本条件：
中国的预分解窑熟料的烧成热耗一般为3100-3300kJ/kg熟料［2］，本设计取q=3100kJ/kg;各种消耗材料的化学成分。
第二章原料与燃料
2.1原料的质量要求
2.1.1水泥原料
原料的结构成分和性能品质直接影响粉磨、配料、煅烧熟料的质量，最终也直接影响水泥的质量。
故水泥的原料应满足以下工艺要求：
1）各化学成分必须满足配料的要求，以制得成分合适的熟料，否则会使配料
困难，甚至无法配料；
2）有害杂质的含量应尽量可能少，以利于生产工艺操作和提高水泥的质量；
3）原料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
凡是以碳酸钙为主要成分的原料就叫做石灰质原料，这是水泥生产过程中用量最大的原料（一般生产出1吨熟料约消耗1.2~1.3吨石灰质干原料）。
在此次设计中所使用的石灰石化学成分分析结果见表2-1：
表2-1石灰石化学成分（％）石灰石lossSi02AI2O3Fe2O3CaOMgO刀
（块样）39.984.661.280.4052.021.0099.34
2.辅助校正原料
传统的水泥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AI2O3，还有
Fe2O3,一般生产出1吨熟料用0.3~0.4吨粘土质原料。
但是如今粘土资源越来越紧缺，如果用来生产水泥则会增大水泥成本投入同时还造成较大的浪费，所以决定不使用粘土，而改选页岩和砂岩来代替。
铁粉则使用硫酸渣。
其化学成分全分析如下：
表2-2硫酸渣化学成分（％）
硫酸渣
loss
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
SO3
3.80
13.06
2.08
62.07
6.17
5.03
4.97
97.18
表2-3
砂岩化学成分
（%）
砂岩
loss
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
SO3
4.98
76.44
15.24
1.98
0.30
0.42
0.01
99.37
表2-4页岩化学成分（％）
lossSiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3刀
页岩
11.0059.9613.763.285.562.26095.82
2.1.2混合材及石膏
1.混合材
本设计的混合材是粉煤灰和粒化高炉矿渣，同时搭配少量的石灰石（通过对本设计使用的石灰石原料的化学成分分析后评定，此石灰石同时也是优质的混合
材原料，所以加入少量的石灰石作为混合材，不仅可以提高水泥强度从而提高了水泥质量，而且还可以减少粒化高炉矿渣的消耗量，减小成本的投入）。
2.石膏
本此设计所使用的石膏化学成分分析见表2-5:
表2-5石膏化学成分（％）
loss
SiO2
Fe2O3
Al2O3
CaO
MgO
K2O
Na2O
SO3
IR（不
溶物）
石膏
9.12
16.75
0.97
4.85
25.12
1.02
0.88
0.50
39.64
0.95
99.80
石膏含水量为2.60%
2.2燃料
2.2.1煤
我国水泥烧成一般都使用煤做燃料，燃料品质既影响煅烧过程又影响烧成熟料的质量，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，除了火焰温度较低外，还会因煤灰的沉落不均匀，降低熟料的质量。
本次设计用煤其元素分析和工业分析结果见表2-6,2-7:
表2-6燃煤的元素分析（%
Car
Har
Oar
Nar
Sar
Aar
Mar
72.10
6.06
3.56
1.04
0.35
13.91
3.04
表2-7
燃煤的工业分析及热值
Mar
Var
Aar
FCad
Qnet,ad
原煤（无烟煤）
1.03
9.21
23.50
66.26
24368
第三章配料计算
3.1配料计算（累加试凑法［21］）
配料计算的依据是物料的平衡。
任何的化学反应物料平衡定理是：
反应物的总量等于生成物的总量。
随着温度升高，生料煅烧成熟料会经历：
原料干燥蒸发物理水分；矿物分解释放出结晶水；有机物质的分解和挥发；碳酸盐分解释放二氧化碳；液相出现；熟料烧成冷却。
由于有水分、二氧化碳和某些物质逸出，所以，计算时必须采用统一的标准。
表3-1原料与煤灰的化学成分（%）
成分名称
Loss
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
其他
石灰石
39.98
4.66
1.28
0.40
52.02
1.00
页岩
11.00
59.96
13.76
3.28
5.56
2.26
砂岩
4.98
76.44
15.24
1.98
0.30
0.43
硫酸渣
3.80
13.06
2.08
62.07
6.17
10.0
煤灰
-
57.85
19.09
15.26
3.84
2.07
3.1.1率值要求
国家标准要求预分解窑熟料率值[10]:
KH=0.84~0.94SM=2.2~2.7
IM=1.4~1.7
计算时可假设KH=0.90SM=2.5IM=1.5E=97.5%
3.1.2计算熟料化学成分
计算熟料化学成分如下：
Fe2O3=
（2.8KH+1）（IM+1）SM+2.65IM+1.35
=97.5
（2.8x0.91+1）（1.5+1）汇2.5+2.650.5+1.35
=3.54%
Al2O3=IMXFeO3=3.54*5=5.31%
Si02
=SMx（FeO3+Al203）
=2.5（X.54+5.31）
=22.12%
CaO=
刀—（SiO2+Al203+FeO3）
97.5—（3.54+5.31+22.12）
66.53%
3.1.3计算煤灰掺入量
计算以100Kg的熟料为基准:
基准换算：
查表⑹《硅酸岩工业热工基础》P228
代入数据得:
Ga=
qAarS
Qnet,ar100
310023.50100
24368^00
=2.99
3.1.4累加试凑法配料计算
过程表格如下：
表3-2累加试凑配料表
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
其它
备注
要求熟料组成
22.12
5.31
3.54
66.53
2.5
煤灰（2.99）
1.73
0.58
0.46
0.12
0.08
石灰石
5.95
1.68
0.51
63.83
1.48
（66.53-0.12）/0.5202
（127.6）
=127.6
页岩（13.2）
7.91
1.92
0.43
0.74
0.55
（5.31-0.58-1.68-1.3）/0.1376
=13.2
砂岩（8.1）
6.2
0.85
0.57
0.02
0.03
（22.12-1.73-5.95-7.91）/0.764
4=8.1
硫酸渣（2.5）
0.33
0.06
1.55
0.15
0.25
（3.54-0.46-0.51-0.43-0.57）/0.
6207=2.5
石灰石（3.0）
0.14
0.04
0.01
1.56
0.03
1.6/0.5202=3.0
-0.14
0.19
0.01
0.11
0.08
页岩（1.0）
0.60
0.14
0.03
0.05
0.02
0.15/0.1376=1.0
-0.74
0.05
-0.02
0.06
0.06
砂岩（-0.9）
0.69
0.09
0.06
0.003
0.004
误差不大，付口规疋
-0.05
-0.14
0.04
0.06
0.06
3.1.5计算干原料的组分
以上表配合比计算生料和熟料的组分，误差较小，满足生产要求，故干原料质量配合比为：
大理岩130.6kg,页岩14.2kg,砂岩7.2kg,硫酸渣2.5kg,合
计
157.49kg,则
石灰石=（130.6/157.49）1区0%=82.93%;
同理可得其他组分的百分含量，如下：
表3-3干基原料配比
石灰石
页岩
砂岩
硫酸渣
82.93%
9.02%
4.58%
1.59%
3.2尝试误差法检验
321列表检验计算
计算如下：
表3-4配料误差检验表
名称
配合比
烧失量
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
其它
石灰石
82.93
33.71
3.86
1.06
0.33
43.14
0.83
页岩
9.02
1.00
5.41
1.24
0.30
0.50
0.21
砂岩
4.85
0.24
3.72
0.50
0.38
0.01
0.02
硫酸渣
1.59
0.07
0.21
0.03
1.01
0.10
0.16
生料
100
35.47
13.2
2.98
2.02
43.75
1.22
灼烧生料
一
一
20.90
4.72
3.20
69.25
1.93
注：
灼烧基中的生料二」X白生料中各氧化物的含量
100-L白
=100X白生料中各氧化物的含量
100-35.47
3.2.2计算熟料的化学成分
煤灰掺入量Ga=2.99%,则灼烧生料配合比为（100-2.99）%=97.01%按此
计算熟料的化学成分
表3-5熟料化学成分表
名称
配合比
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
其它
灼烧生料
97.01
21.24
4.64
3.00
69.05
2.08
煤灰
2.99
1.73
0.58
0.46
0.12
0.08
熟料
100
22.79
5.22
3.46
69.17
2.16
323检验率值
熟料率值计算如下:
同时计算熟料的矿物组成，结果如下:
C3S=3.8SiO2（3KH-2）=3.8X（3X0.91-2）X22.79%=63.24%
C2S=8.61SiO2（1-KH）=8.61X（1-0.906）X22.79%=18.76%
C3A=2.65（Al2O3-0.64Fe2O3）=2.65X（5.22-0.64X3.46）%=8.04%
CAF=3.04Fe2O3=3.04X3.46%=10.67%
重新调整配比后，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［11］。
如下表：
3-6熟料MgC和SO含量
MgO
SO3
1.657
0.035
0.025
0.028
1.681
0.063
3.2.4干湿原料配比转换
将干燥基原料配比换算为湿原料配比，计算生料系统控制指标:
表3-7设定原料操作水分（%
名称
石灰石
砂岩
页岩
硫酸渣
水分（M
1.00
2.50
4.00
7.00
湿原料干原料x
100
。
100-M
表3-8计算结果
湿原料
石灰石
砂岩
页岩
硫酸渣
份数
0.8293
0.0902
0.0458
0.0159
——
换算白生料百分比
84.52%
9.19%
4.67%
1.62%
100%
白生料的理论消耗量:
白生料理论消耗量廿=翟鬻=1.503盹他=150.33（kg白生料/100kg熟料）
熟料煤耗：
（熟料的空气干燥基煤耗）
Pi=熟料热耗二空0=0.12722=12.722（kg煤/100kg熟料）Qnet,ad24368
第四章工艺平衡计算
4.1物料平衡计算
通过物料平衡计算可以得到各种原料、燃料、材料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输送量、工艺设备选型以及堆场、储库等设施的规模。
因而物料平衡计算是水泥厂设计必不可少的工艺计算内容之一，是主机平衡和储库平衡计算的基础和依据［12］。
4.1.1选择窑型并标定窑的台时产量
1.参照其它同类型产量回转窑窑的规格数据，本次要求设计窑熟料生产能力为166.67t/h,即（4000t/d）,选取回转窑规格为①4.867m,并标定窑的台时产量。
根据⑸《水泥工业热工设备》P109经验数据可得：
4vD<5,衬砖厚度S=0.15
D=4.8m,L=67m,Di=D—2S=482X）.15=4.5m
再根据［5］《水泥工业热工设备》中公式（日本水泥协会推荐公式2—74）计算
窑的台时产量如下：
3.2183.218
G=1.5098D=1.50984.5
-190.97
Qh
n=丄=166.67/190.97=0.87故n取1。
式中：
n—窑的台数；（台）
Qd—要求的熟料日产量（
190.97t/h;
2.计算烧成系统的生产能力熟料小时产量：
熟料日产量：
熟料周产量：
熟料年产量：
Qm
t/d）；按照窑的日产量，窑的标定产量设定为
Qh=nQh,1=1X190.97=190.97（t/h）
Qd=24Qh=190.97X4=4583.2（t/d）
Qw=168Qh=168X190.97=32083（t/w）
Qy=8760nGh=876X233.5=72900（t/y）
式中：
Qh----窑的台时产量（t/h）
Qd----窑的日产量（t/d）
Qw----窑的周产量（t/w）
Qy——窑的年产量（t/y）
3.工厂的生产能力由烧成车间的生产能力求得
4.1.2原燃材料消耗定额
?
.原料消耗定额：
100KT
100-P生
式中：
K生干生料消耗定额，t/t熟料；
P生生料的生产损失，回转窑有电收尘时3〜5%取P生=3%
③各种干原料消耗定额
K原二K生工
式中：
K原某种干原料的消耗定额，t/t熟料；
K生干生料消耗定额，t/t熟料;
X干生料中该原料的配合比，%
K大理岩=1.56为.8293=1.294t/t熟料
K页岩二1.560.0902=0.141t/t熟料
K砂岩=
:
1.560.0458=0.072t/t熟料
K硫酸渣
=1.5650.0159=0.025t/t熟料
.本设计石膏掺入量:
丄_0.2C3A+0.05C4AF-SQ（熟料中）sq（石膏中）
0.28.040.0510.67-0.063100%39.64
=5.24%
生产时去取5%
那么：
Ke100e
（100_d_e）（100_Pd）
100551.42（t/t熟料）
（100_5_55）（100_3）
式中：
Ke干混合材的消耗定额，t/t熟料;
（⑷.干煤消耗定额：
①烧成用煤：
式中：
Kfl烧成用干煤的消耗定额，t/t熟料；
q熟料烧成的热耗，kJ/kg熟料；
Qnet,d一煤干燥基的低位热值，kJ/k干煤;
Pf煤的生产损失，一般取3%。
基准换算公式：
查表《硅酸岩工业热工基础》P228燃料发热量计算表,
②烘干用煤
:
M
W-W
q烘
100
K2=
Q
100-W2
Qet,d
100-P
式中：
Kf2
烘干用干煤的消耗定额，单位：
t/t熟料；
需烘干的湿物料量，以（t/年）表示；
烧成系统的生产能力，t熟料/年；
W1,W2分别表示烘干前后物料的含水量（%）;
指蒸发1kg水分的消耗热量（KJ/kg水分）；可参考烘干机的规格或经验数据。
原料中的页岩和硫酸渣以及煤均需要烘干，且他们的原始水分不一样，
故需分别计算：
设烘干后物料水分含量均为1%o
查烘干机经验数据⑹，《硅酸岩工业热工基础》P370。
需烘干物料为粘土类和矿渣类，所以：
q烘1=5360KJ/Kg水分q烘2=5150KJ/kg水分取平均值，则q烘=5255KJ/Kg水分;
公式中（M湿/Q烧）即K湿，由公式
K湿=K干100
100—W0
式中：
K湿
W0
湿物料的消耗定额，t/t熟料；
该湿物料的天然含水量（%）o
’『100X0.159100X0.020]
Kf2+
I100-15100-15
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