年产70万吨普通硅酸盐水泥的工艺设计 大学论文.docx
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年产70万吨普通硅酸盐水泥的工艺设计大学论文
目录
1.设计任务书2
1.1设计题目：
2
1.2设计内容：
2
1.3生产的产品与规格：
2
1.4原始资料2
1.5要求完成的主要任务3
2.工艺设计3
2.1原料配比过程3
2.1.1煤灰参入量计算4
2.1.2燃料煤的原始资料4
2.1.3累加试凑法计算原料配合比4
2.2物料平衡计算7
2.2.1烧成车间生产能力和工厂生产能力的计算7
2.3主机平衡计算14
2.3.1年平衡法15
2.4水泥厂工艺设备的选型17
2.4.1回转窑18
2.4.2旋风式预热器19
2.4.3分解炉21
2.4.4除尘机设备的选择23
2.4.5冷却机24
2.4.6破碎机25
2.4.7烘干机26
参考文献29
1.设计任务书
1.1设计题目：
题目：
年产70万吨普通硅酸盐水泥的工艺设计
任务：
KH=0.89SM=2.4IM=1.9熟料热耗q=3350kj/kg
1.2设计内容：
重点设计部分：
水泥配料计算、物料平衡计算、主机平衡计算
1.3生产的产品与规格：
序号
产品名称
年产量（万吨）
1
年产普通硅酸盐水泥
70万
1.4原始资料
（一）预分解窑系统资料
1、原料的原始资料
烧失量
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
SO3
K2O
Na2O
H2O
石灰石
48.13
1.95
0.85
0.45
47.32
0.30
1
粘土
4.25
65.82
15.14
5.92
5.16
0.97
0.62
1.12
0.85
铁粉
1.40
39.27
2.26
48.57
3.46
1.54
3.5
煤灰
58.62
25.38
9.05
3.13
1.58
2.24
2、各种物料损失均按3%计算。
3、熟料标号≮50
4、普通硅酸盐水泥，选择合适的石膏掺入量3%和混合材8%掺入量，水泥生产损失P可取3—5%。
（二）烘干机系统资料
1、煤初水分3%，；粘土初水分6%；矿渣初水分8%。
应用基水分均为0.2%。
2、热源为热风炉产生的热空气或冷却机的回收热空气。
3、燃料煤的原始资料
煤元素分析结果：
[收到基（ar）：
进行煤质分析化验时，煤样所处的状态为收到该批煤所处的状态。
A为灰分；M为水分。
]
成分
Car
Har
Nar
Oar
Sar
Aar
Mar
含量
70.2
5.3
1
7.2
0.3
14.8
1.2
附：
1、水泥厂除检修外生产天数：
330天。
2、水泥厂主机年利用率可参考文献合适选取。
1.5要求完成的主要任务
1.配料计算
2.物料衡算
3.主要设备选型
4.参考文献
2.工艺设计
2.1原料配比过程
2.1.1煤灰参入量计算
查阅参考资料[1]29～32页，选取单位熟料耗热q为3350kJ/kg-熟料。
2.1.2燃料煤的原始资料
煤元素分析结果：
【收到基（ar）：
进行煤质分析化验时，煤样所处的状态为收到该批煤所处的状态。
A为灰分；M为水分。
】
表1煤中元素的百分比
Car
Har
Nar
Oar
Sar
Aar
Mar
70.2
5.3
1.0
7.2
0.3
14.8
1.2
将燃料ar基转换为ad基
换算系数为100/（100-Mar）=1.002
Had=Har×0.988=5.3×1.002=5.311
Nad=Nar×0.988=1.0×1.002=1.002
Oad=Oar×0.988=7.2×1.002=7.214
Sad=Sar×0.988=0.3×1.002=0.3006
Aad=Aar×0.988=14.8×1.002=14.829
Mad=Mar×0.988=1.2×1.002=1.2024
查阅参考资料[2]64页，根据设计任务书中给出的元素分析结果计算的：
Qnet,ad=339Cad+1030Had-109×（Oad-Sad）-25Mad
=339×69.358+1030×5.311-109×（7.214-0.3006）-25×1.2024
=28532.63（kJ/kg）
计算煤灰掺入量GA=qAys/Qy×100=（3350×14.829）/（28532.63×100）=1.741%
煤灰沉落率S取100
2.1.3累加试凑法计算原料配合比
表2原料的原始资料
成分原料
烧失量
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
SO3
K2O
Na2O
H2O
石灰石
48.13
1.95
0.85
0.45
47.32
0.3
1
粘土
4.25
65.82
15.14
5.92
5.16
0.97
0.62
1.12
0.85
铁粉
1.4
39.27
2.26
48.57
3.46
1.54
3.5
煤灰
58.62
25.38
9.05
3.13
1.58
2.24
据参考文献[2]174页，表10.2预设KH=0.89SM=2.4IM=1.9∑=98.5%
Fe2O3=∑/{（2.8KH+1）（IM+1）SM+2.65IM+1.35}
=98.5%/{（2.8×0.89+1）（1.9+1）2.4+2.65×1.9+1.35}=3.21%
Al2O3=IM×Fe2O3=1.9×3.21%=6.10%
SiO2=SM（Al2O3+Fe2O3）=2.4（6.10%+3.21%）=22.34%
CaO=∑-（Al2O3+SiO2+Fe2O3）=98.5%-（6.10%+22.34%+3.21%）=66.85%
考虑物料损失3%计算得原料与煤灰的化学成分，如下表
表３原料与煤灰的化学成分%
烧失量
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
SO3
K2O
H2O
石灰石
49.619
2.001
0.876
0.464
48.784
0.309
1.031
粘土
4.381
67.856
15.608
6.103
5.320
0.999
0.639
1.155
0.876
铁粉
1.443
40.484
2.330
50.072
3.567
1.587
3.605
煤灰
60.433
26.156
9.330
3.227
1.627
23.072
以100Kg熟料为基准，如下表
表４累计试凑过程
计算步骤
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
SO3
K2O
H2O
合计
备注
设计熟料成分
22.34
6.10
3.21
66.85
98.5
煤灰（＋1.741）
1.06
0.46
0.16
0.06
0.03
石灰石（+135.73）
2.76
1.20
0.64
66.91
0.42
1.41
（66.85-0.006）／0.487
=137.15
粘土（+28.24）
18.54
4.26
1.67
1.45
0.27
0.17
0.32
0.24
（22.34-1.06-2.76）／
0.678=27.32
铁粉（+2.31）
0.60
0.03
0.74
0.05
0.02
0.05
（3.21-0.162-0.64-1.67）／0.5=1.48
累计熟料成分
22.96
5.95
3.21
68.47
0.74
0.17
0.32
1.70
103.52
KH=0.89，SM=2.51，
IM=1.85
粘土（-0.2）
0.08
0.24
0.08
0.08
0.016
0.008
0.016
0.016
KH=0.89，SM=2.43
IM=1.88
累计熟料成分
21.23
5.70
3.03
68.48
0.738
0.16
0.30
1.63
101.262
注：
SM=SiO2/（Al2O3+Fe2O3）
IM=Al2O3/Fe2O3
CaO=∑-（Al2O3+SiO2+Fe2O3）
Fe2O3=∑/{（2.8KH+1）（IM+1）SM+2.65IM+1.35}
2.2物料平衡计算
2.2.1烧成车间生产能力和工厂生产能力的计算
1．年平衡法
（1）要求的熟料的年产量：
Qy=
Gy
式中Qy－要求的熟料年产量（t熟料/年）
Gy－工厂规模（t水泥/年）
d－水泥中石膏掺入量（％）
e－水泥中混合材的掺入量（％）
P－水泥的生产损失（％），可取为3～5％
70万吨普通硅酸盐水泥，石膏掺入量为3％，混合材的参入量为8％。
水泥的生产损失取为4％。
70万吨普通硅酸盐水泥熟料量为700000×（1-0.03-0.08）=623000吨
水泥厂每年除去检修的日子生产水泥的天数为330天
日产熟料量为623000/330=1888t/d
Qy=
Gy=（100-3-8）700000/（100-4）=648958（t熟料/年）
（2）窑的台数：
n=
式中n－窑的台数
Qy－要求的熟料年产量（t熟料/年）
Qh,l－所选窑的标定台时产量（t/台•h）
η－窑的年利用率，以小时表示。
不同窑的年利用率可参考下列数值：
湿法窑0.90；传统干法窑0.85；机立窑0.8～0.85；悬浮预热器窑、预分解窑0.85；
7920－全年除去检修日子外窑工作的小时数，全年的工作日为330天。
参
数
项目
方案
生产能力
操作
转速
r/min
停留
时间
min
物料
负荷率％
窑内
物料量t
物料运动功耗
KWh/h
单位熟料
物料耗功KWh/t
计算窑衬厚mm
单位有效容积产量
t/m3·D
计算简式
t/d
t/h
Φ4.0×64m
斜度:
4.0％
L/D=16
2350
97.6
4.2
19.3
6.4
42.4
206.2
1.55
200
4.92
n=
=648958/（7920×0.85×97.9）=0.98
（3）烧成系统的生产能力可按下列各各式计算：
熟料小时产量：
=1×97.9=97.9（t/h）
熟料日产量：
=24×97.9=2349.9（t/d）
熟料年产量：
=7920×0.85×97.9=659062.8（t/y）
（4）工厂的生产能力可按下列各式由烧成车间的生产能力求得：
水泥小时产量：
=（100-4）97.9/（100-3-8）=105.6（t/h）
水泥日产量：
=24×105.6=2534.4（t/d）
水泥年产量：
=7920×0.85×105.6=710899.2（t/y）
2.原、燃材料消耗定额的计算
（1）、材料消耗定额
①考虑煤灰掺入时，1t熟料的干生料理论消耗量
式中K干——干生料理论消耗量（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（%）
单位熟料耗煤量为myr=1.19kg/kg-熟料
S=GA×myr=1.741×1.19×1000/84.03=20.7%（t/t熟料）
I=[49.57×135.73+4.378×（28.24-0.2）+1.442×2.31]/
[1.741+135.73（1-0.0103）+（28.24-0.2）（1-0.00876）+2.31（1-0.03608）]
=41.14%
（t/t熟料）
②考虑煤灰掺入时，1t熟料的干生料理论消耗定额：
（t/t熟料）
③考虑生产损失时，1t熟料的干生料理论消耗定额
（t/t熟料）
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3%～5%
④各种干原料消耗定额
式中K原——某种干原料的消耗定额（t/t熟料）
x——干生料中该原料的配合比
名称
石灰石
粘土
铁粉
煤灰
干生料中该原料的配合比（%）
82.67
15.50
0.77
1.05
干原料的消耗定额
1.17
0.22
0.01
0.015
（2）干石膏消耗定额
（t/t熟料）
式中Kd——干石膏消耗定额（t/t熟料）
d、e——分别表示水泥中石膏、混合材的掺入量（%）。
（3）干混合材消耗定额
（t/t熟料）
式中Ke——干混合材消耗定额（t/t熟料）
（4）烧成用干煤消耗定额
单位熟料耗热q为3350kJ/kg-熟料，煤的Qnet,ad=28532.63（kJ/kg）
式中
——烧成用干煤消耗定额（t/t熟料）
q——熟料烧成热耗（kJ/kg熟料）
QgDW——干煤低位热值（kJ/kg干煤）
Pf——煤的生产损失（%），一般取3%。
（5）烘干用干煤的消耗定额
式中Kf——烘干某种湿物料用干煤消耗定额（t/t熟料）
M湿——需烘干的湿物料量，用年平衡法时以t/a表示。
Q烧——烧成系统生产能力，用年平衡法时以熟料年产量表示。
ω1、ω2——分别表示烘干前、后物料的含水量（%）
q烘——蒸发1kg水分的消耗量（kJ/kg水分），可参考烘干机经验数据，而准确的数据应通过具体烘干机的热工计算求得。
蒸发1千克水的耗煤量q=lI2/HQyDW=2.56×1940/0.85×20700=0.28kg／kg水
1干粘土用干煤的消耗定额
M粘=25.72Q烧／100
=[0.2572×（6-0.2）×0.28×100]/[（100-0.2）×2813.263×（100-4）]
=0.00000155（t/t熟料）
②烘干矿渣用干煤的消耗定额
M矿=0.082×1220107.68=100048.83（t/y）
=0.000000482（t/t熟料）
③烘干煤用干煤的消耗定额
M煤=myr×Q烧
（t/t熟料）
④烘干石膏用干煤的消耗定额
（t/t熟料）
上述各种干物料消耗定额换算为含天然水分的湿物料消耗定额时，可用下式计算：
式中K湿，K干——分别表示湿物料、干物料消耗定额（kJ/kg熟料）
ω1——该湿物料的天然水分（%）。
3.、原料、燃料、材料需要量的计算和物料平衡表的编制
将各种物料消耗定额乘以烧成系统生产能力，可求出各种物料的需要量。
例如，将湿石灰石消耗定额乘以熟料周产量，便得出石灰石每周需要量；乘以熟料年产量，便得出湿石灰石每年需要量。
将计算结果汇总成物料平衡表，其格式见表3-2
表3-2水泥厂物料平衡表
物料名称
天然水分
生产损失
消耗定额
（t/t熟料）
物料平衡
备注
干料
含天然水分料
干料
含天然
水分料
h
d
a
h
d
a
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
石灰石
13.98
54.29
1.17
1.13
114.5
2749.032
907180.56
115.512
2772.528
914934.24
粘土
2.46
11.22
0.23
0.23
21.53
516.912
170580.96
21.538
516.912
170580.96
铁粉
0.82
0.92
0.01
0.02
0.979
23.496
7753.68
0.979
23.496
7753.68
生料
17.27
67.13
1.39
1.40
137.06
3289.44
1085515.2
138.039
3312.636
1093268.9
石膏
0.04
0.0016
0.04
0.04
3.3
79.2
26136
3.3
79.2
26136
混合材
0.00061
0.000024
0.10
0.11
8.8
211.2
69696
9.78
234.72
77457.6
熟料
0.002
0.04
1
1.002
97.9
2349.9
659062.8
98.10
2354.4
776952
水泥
0.043
0.042
1.14
1.152
110
2640
871200
111.18
2668.32
880545.6
烧成用煤
0.00036
0.00048
0.01
0.01
1.667
40.008
13202.64
1.667
40.008
13202.64
烘干用煤
0.000018
0.000024
0.0006
0.0006
0.1
2.4
792
0.1
2.4
792
燃煤合计
0.00038
0.0005
0.011
0.011
1.767
42.408
13992.64
1.767
42.408
73994.64
注：
1、采用年平衡法，可不列第8栏和第12栏；采用周平衡法，可不列第9栏和第13栏。
2、备注中可列出：
生料组分、物料配合比、生熟料消耗定额、烧成热耗和烘干热耗、煤的热值等。
2.3主机平衡计算
2.3.1年平衡法
计算步骤：
根据车间工作制度，选取主机的年利用率，并根据物料年平衡量，求出该主机要求的小时产量。
式中GH——主机要求小时产量（t/h）;
Gy——物料年平衡量（t/年）
η——预定的主机年利用率（以小数表示）
预定的主机年利用率可根据车间工作制度和主机运转时间用下式求出：
或
式中K0——每年工作周数（周/年）
K1——每周工作日数（日/周）
K2——每日工作班数（班/日）
K3——每班主机运转小时数（小时/班）
K——每年工作日数（日/年）
水泥厂主机年利用率可参考文献6第43页表3-4
主机要求生产能力平衡表
主机名称
主机年利用率
以小数表示
年平衡量
（t/年）
要求主机小时产量
（t/h）
石灰石破碎机
0.48
914934.24
240.67
生料磨
0.75
1093268.9
184.05
悬浮预热器
0.85
776952
115.4
回转窑
0.87
776952
112.8
煤磨
0.72
13994.64
2.45
回转烘干机
0.72
871200
152.8
篦式冷却机
0.88
776952
111.48
包装机
0.77
880545.6
144.4
2.4水泥厂工艺设备的选型
2.4.1回转窑
1．回转窑规格的计算
在综合考虑了工厂规模、产品种类、原燃料情况及其它条件，确定了生产方法和窑的类型后，根据所选窑的规格，标定窑的产量，然后根据熟料要求小时产量，确定窑的台数。
标定回转窑产量时，可参考设备说明和用下式计算的结果：
D=（G/Ky）0.303
式中G——回转窑的产量（吨／小时）；G=2136/24=89t/h
D——回转窑的筒体直径（米）
L——回转窑的有效长度（米）；
Ky——经验系数，可参考下列数值：
预分解窑0.94～1取Ky=1
根据参考文献可知日产2136吨的回转窑的L/D可选为15.4，
解得：
D=4.3mL=64m
根据手册可查得下表：
表7回转窑工艺参数
参
数
项目
方案
生产能力
操作
转速
r/min
停留
时间
min
物料
负荷率％
窑内
物料量t
物料运动功耗
KWh/h
单位熟料
物料耗功KWh/t
计算窑衬厚mm
单位有效容积产量
t/m3·D
计算简式
t/d
t/h
φ4.0×60m
斜度：
3.5％
3200
133.34
2.8
31.2
6.9
45.1
▲139.6
1.68
200
3.28
根据文献CKP的预粉磨节能机理可知下
表８NSP窑各带及全窑长径比L/D
窑型
分解带
放热反应带
烧成带
冷却带
L/D
NSP窑
0.5～4
2
8
0.5
11～15
L冷却带=0.5D=4.3×0.5=15m
L烧成带=8D=8×4.3=34.4m
L过渡带=L-L冷却带-L烧成带=60-2.15-34.4=23.55m
回转窑的转速、斜率及功率的计算
D=3.9﹤4m时δ=150mmDi=D-2δ=4.3-2×0.18=3.94m
N0=KDi2.5nL（kw）
K——系数K=0.045～0.048
Di——回转窑的内径（m）.
L——回转窑的有效长度（m）；
n——窑的转速
n=3.9r/min斜度=3.5K=0.047解得：
N0=361.5kw
2.4.2旋风式预热器
旋风式预热器一般采用四级。
但当生料中碱、氯、硫含量超过一定限度后，也有采用一级或二级的；或者增设旁路系统，使部分窑尾废气不经旋风预热器而排出（先经冷却和净化后排入大气）。
1．旋风筒规格的计算
（1）旋风筒直径以直筒部分横截面计算风速和通过旋风筒的风量来确定，可按下式计算
D=[（4×396670/3600）/（3.14×4）]0.5=5.92m
式中D——旋风筒的直径（m）；
Q——通过旋风筒的风量（m3／s）；
ω——旋风筒计算截面风速（m／s）。
目前，国内处旋风筒截面风速大都采用3.5～4.0m/s。
旋风筒进出口风速以及旋风筒进出管道内的风速一般在18～20m／s左右，据此也可以确定进出口面积及管道直径。
（2）旋风筒各部分的尺寸可以根据旋风筒直径来确定，表4-10举例列出旋风筒各部分尺寸与旋风筒直径的关系。
表9旋风筒几何尺寸与旋风筒直径D的比值
旋风筒几何尺寸
比值
方案
Ⅰ级
ⅡⅢⅣⅣ级
d1
d2
b
c
h1
h2
e
0.40
0.15
0.34
0.43
1.92
0.80
0.35
0.40
0.15
0.40
0.40
0.73
0.87
0.086
表10各级旋风筒的参数
级数
参数
一级旋风筒
二级旋风筒
三级旋风筒
四级旋风筒
d1
2.39
2.39
2.39
2.39
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