日产5000吨水泥熟料厂生料粉磨系统工艺设计.docx
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日产5000吨水泥熟料厂生料粉磨系统工艺设计
摘要.................................................................................................................ⅠABSTRACT............................................................................................II
前言
本设计的课题是：
日产5000吨水泥熟料水泥厂生料粉磨系统工艺设计。
本设计的目的在于培养自己综合运用所学的基础理论、专业知识和基本技能，提高分析、解决实际问题能力；提高查阅文献和收集资料的能力，计算机技术和外语应用能力；使自己系统而又熟练地掌握水泥厂工艺流程，具有进行水泥厂主要车间初步设计计算、编写设计说明书等工作能力；进而培养创新精神和实践能力，为今后的实际工作打基础并通过本设计对大学所学知识进行系统应用。
本设计的主要内容是：
5000t/d熟料的水泥厂配料设计、物料平衡计算、设备选型计算和主机生产能力平衡计算、生料磨系统工艺设计说明书的编制、工艺流程图及生料磨系统工艺布置图设计。
本设计以性能可靠、技术先进、经济实用、节能降耗为原则,在确保设备运行稳妥可靠,确保产品质量和环保水平的前提下,优先选用引进技术、国内制造的高效节能设备,尽量采用国产化设备,并优化技术方案,降低工程造价,以获得最大的经济效益。
结合本设计特点,对于部分关键的设备,采用引进国外技术、国内分交的方式,以确保生产线的安全、稳定运行,尽快实现达标、达产。
生产线所有设备的选型和主要的技术方案,立足于先进可靠,工艺流程和布置尽可能地简化,遵循“最简单的流程就是最好的”原则。
近年来随着我国装备制造业技术水平和生产能力的不断提高，水泥生产线的规模大型化已渐成趋势。
从国内外诸多水泥厂建设过程的经历来看，主机选型特别是生料磨的选型合理与否是影响项目投资、工程进度和投产后经济效益的重要因素。
下面介绍下国内外生料磨发展现状：
水泥工业的粉磨作业在过去的20～30年间经历了重大的技术进步。
在生料粉磨方面，立式辊磨已经几乎完全取代了球（管）磨机，享有绝对广泛的主导地位；近年来在发达国家中的市场占有率已达70％以上，与之共存的（其余的20％多）则是辊压机的终粉磨或半终粉磨系统。
如果说，10年以前是水泥工业各种粉磨装备百花盛开、争奇斗艳的时代，例如辊压机、筒辊磨、立式辊磨等，都是意欲从根本上改革球磨机粉磨效率太低的弊端而研发的新型粉磨设备，那么经过近10年的工业实践与技术竞争的考验，立式辊磨终于脱颖而出，技压群芳，几乎形成了一统天下的局面。
因此本文只对立磨的国内外现状进行阐述：
自二十年代德国研制出第一台立式磨以来，它就以其独特的粉磨原理克服了球磨机粉磨机理的诸多缺陷。
由于立式磨采用料床粉磨原理粉磨物料，具有粉磨效率高、电耗低（比球磨机节电20～30%）、烘干能力大、允许入磨物料粒度大、粉磨工艺流程简单、占地面积小、土建费用低、噪音低、磨损小、寿命长、操作容易等优点，吸引着世界各国许多粉体工程研究人员和设备制造厂商。
经过近一个世纪的发展，立式磨技术已经十分成熟。
特别是六十年代以来，随着窑外分解技术的诞生并向大型化发展，立式磨在国外水泥工业中得到了广泛应用，其技术水平得到了进一步的提高和完善。
国内外十多家公司相继研制了各种类型的立式磨，均取得了成功。
德国LOESCHE公司研制了LM立式磨、Pfeiffer公司研制了MPS立式磨、KruppPolysius公司研制了RM立式磨、丹麦F.L.Smith公司研制了Atox立式磨；日本宇部公司生产引进德国LOESCHE公司技术，生产UB-LM立式磨；德国LOESCHE公司目前正在制造LM69.40立式磨，主机装机容量为7000Kw，产量可达1200吨/时，将用于印度与日产10000吨熟料的水泥生产线配套粉磨水泥原料，是世界上最大的立式磨。
目前国内可供选用的几种国产大型立式磨及其主要特点1.HRM型立式磨HRM型立式磨是合肥水泥研究设计院研制的能广泛用于建材、冶金、电力、化工、非矿等行业粉磨各种非金属物料的高效节能的烘干兼粉磨设备，首台HRM1250立式磨于1989年用于安徽省蒙城县水泥厂，1993年通过了部级技术鉴定，1996年获建材行业科技进步二等奖。
HRM型立式磨的磨盘为盘形、磨辊为轮胎形，组成合理的研磨区域，粉磨效率高、电耗低。
磨辊可以翻出机外检修，辊套可以翻面使用，能延长使用寿命，有防止磨辊辊套与磨盘衬板直接接触的限位装置，能避免磨机运行时因断料引起的剧烈振动。
磨辊轴承采用稀油循环强制润滑、在机外自然密封，轴承能得到良好的润滑和冷却，大大提高了轴承的使用寿命。
磨辊横轴采用滚动轴承支撑，可免维护。
加压油缸设计为快速拆分结构，维护、检修十分方便。
2008年10月，中国最大的立式磨——HRM4800立式磨在浙江虎山集团5000吨/日水泥熟料生产线上投入运行，该设备研磨区域中径为Ø4800，研磨区域外径为Ø5600，磨盘外径为Ø6100。
在粉磨原料易磨性Bond指数为15.2kWh/t的难磨物料情况下，产量仍然达到了450t/h，系统粉磨电耗为13.5kWh/t。
主要技术经济指标达到了国际同类产品先进水平。
HRM4800立式磨是按照与日产5000~7000吨水泥熟料生产线配套粉磨原料而设计的，只需配备不同的减速机与电机，就能满足不同水泥生产线的需要，是目前我国最大的立式磨。
2.TRM型立式磨与LGM型立式磨TRM型立式磨和LGM型立式磨的结构与LM型立式磨相同，磨盘为平盘、磨辊为锥台型，磨辊能翻出机外检修，分离器也为动—静态分离器。
主要特点与德国LOESCHE磨相同。
TRM型立式磨是天津水泥工业设计研究院研制的立式磨，其特点是磨盘转速较快，因而与其他型式的立式磨相比，在规格相同条件下，产量较高，而在同样能力的条件下，规格较小，设备重量较轻，能适应于风扫式和部分物料外循环系统。
与日产5000吨水泥熟料生产线配套粉磨原料的TRM53.40立式磨于2008年9月投入运行，达到了设计的各项技术经济指标。
3.MLS（MPS）型立式磨MPS型立式磨是沈阳重型机器厂引进德国非凡公司于一九八五年十二月从西德PFEIFFER公司引进技术生产的立式磨。
合同规定转让八种规格产品的全部设计、制造和检验技术，以及试验选型用MPS磨机全套试验室设备，以满足700t/d、1000t/d、2000t/d水泥厂需要。
由于合同已经到期，沈阳重型机器厂将该立式磨产品改为MLS型立式磨，并开发设计了MLS3626、MLS3626加强型以及MLS4531原料立式磨，分别与2500t/d、3000t/d和5000t/d水泥熟料生产线配套粉磨原料。
该型立式磨的研磨区域为环槽型、磨辊为轮胎型、辊套为分瓣型结构，每台磨有3个磨辊，由液压缸通过压力框架对3个磨辊加压。
本设计的指导思想和设计路线：
鉴于对国内可供选用的几种国产大型立式磨的情况了解和案例分析，以性能可靠、技术先进、经济实用、节能降耗为原则,在确保设备运行稳妥可靠,确保产品质量和环保水平的前提下本设计对5000t/d水泥生料磨提出初步选型方案：
1）HRM4800立式磨：
该设备研磨区域中径为Ø4800，研磨区域外径为Ø5600，磨盘外径为Ø6100。
在粉磨原料易磨性Bond指数为15.2kWh/t的难磨物料情况下，产量仍然达到了450t/h，系统粉磨电耗为13.5kWh/t。
主要技术经济指标达到了国际同类产品先进水平。
HRM4800立式磨是按照与日产5000~7000吨水泥熟料生产线配套粉磨原料而设计的，只需配备不同的减速机与电机，就能满足不同水泥生产线的需要，是目前我国最大的立式磨。
2）TRM53.40立式磨：
TRM型立式磨和LGM型立式磨的结构与LM型立式磨相同，磨盘为平盘、磨辊为锥台型，磨辊能翻出机外检修，分离器也为动—静态分离器。
主要特点与德国LOESCHE磨相同。
TRM型立式磨是天津水泥工业设计研究院研制的立式磨，其特点是磨盘转速较快，因而与其他型式的立式磨相比，在规格相同条件下，产量较高，而在同样能力的条件下，规格较小，设备重量较轻，能适应于风扫式和部分物料外循环系统。
3）MLS4531立式辊磨：
此型号的磨机被原国家经贸委列为国家重点新产品，该机采用了国产新技术、新结构，增强了设备运行的可靠性；增加了磨辊测温装置，起到监测磨辊内轴承温度的变化、保护磨辊轴承的作用；分离器传动采用变频电机驱动，主动、静态分离器代替了动态分离器，提高了设备的选粉能力和选粉效率；进料口及喷口环处衬板采用了特殊耐磨材质，延长了磨机的使用寿命，提高了运转率。
经鉴定委员会专家评审一致认为：
MLS4531立式辊磨机结构设计合理、配置先进，粉磨效率高、烘干能力强、粉磨电耗低，允许入磨粒度大、流程简单、电气控制系统先进，自动化水平高，噪音低、环保节能效果好，设备运行可靠、维修费用低，满足了新型干法水泥生产大型化的要求，填补了我国大型立式辊磨机的空白，其主要性能指标达到了当代国际同类产品先进水平，性能价格比优于国外产品，可以替代进口。
通过对三种方案的比较，为了适应新型干法水泥生产线的工艺特点，充分利用窑尾预热分解系统的废气余热，节约能源，以及设计题目的要求，从投入成本.运行成本.设备运行可靠性.易操作性几方面考虑，本设计选择MLS4531立式辊磨，该型号辊磨的性能参数为：
生产能力:
400t/h,入磨粒度:
<110mm,出磨细度:
0.08mm筛余10%～12%,入磨水分:
≤12%,出磨水分:
≤0.5%，当入磨粒度≤100mm,入磨水分≤6%,出磨水分≤0.5%,磨盘转速：
21.6r/min,成品细度为80μm筛筛余10%～12%时,生产能力为400t/h,年利用率68.64%。
第一章总论
1.1设计任务及其依据，论述所生产产品的意义和价值
1.1.1设计任务：
日产5000吨水泥熟料水泥厂生料粉磨系统工艺设计
1.1.2设计目的：
毕业设计的目的在于培养学生综合运用所学的基础理论、专业知识和基本技能，提高分析、解决实际问题能力；提高查阅文献和收集资料的能力，计算机技术和外语应用能力；使学生系统而又熟练地掌握水泥厂工艺流程，具有进行水泥厂主要车间初步设计计算、编写设计说明书等工作能力；进而培养学生创新精神和实践能力，为今后的实际工作打基础。
1.1.3设计内容：
1）5000、10000t/d熟料的水泥厂配料设计、物料平衡计算；
2）5000、10000t/d熟料的水泥厂设备选型计算和主机生产能力平衡计算；
3）5000、10000t/d熟料的水泥厂生料磨系统工艺设计说明书的编制；
4）5000、10000t/d熟料的水泥厂工艺流程图及生料磨系统工艺布置图设计。
1.1.4生产产品的种类及意义和价值
1.1.4.1生产产品的种类及定义
普通硅酸盐水泥简称普通水泥。
凡由硅酸盐水泥熟料、6%-15%的混合材料及适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为普通硅酸盐水泥，简称普通水泥。
国家标准对普通硅酸盐水泥的技术要求有：
（1）细度筛孔尺寸为80µm的方孔筛的筛余不得超过10%，否则为不合格。
（2）凝结时间处凝时间不得早于45分钟，终凝时间不得迟于10小时。
（3）标号根据抗压和抗折强度，将硅酸盐水泥划分为325、425、525、625四个标号。
普通硅酸盐水泥由于混合材料掺量较少，其性质与硅酸盐水泥基本相同，略有差异，主要表现为：
（1）早期强度略低
（2）耐腐蚀性稍好
（3）水化热略低
（4）抗冻性和抗渗性好
（5）抗炭化性略差
（6）耐磨性略差
1.1.4.2产品的意义及发展投资价值
（1）产品意义与价值
水泥是建筑工业三大基本材料之一。
使用广，用量大，素有“建筑工业的粮食”之称。
其单位质量的能耗只有钢材的1/5～1/6，合金的1/25，比红砖还底35%。
根据预测，下一个世纪的主要建筑材料，还将是水泥和混凝土，水泥的生产和研究仍然极为重要。
水泥粉磨和搅拌后，表面的熟料矿物立即与水发生水化反应，放出热量，形成一定的水化产物。
由于各种水化的溶解度很小，就在水泥颗粒周围析出。
随着水化作用的进行，析出的水化产物不断增多，以致互相结合。
这个过程的进行，使水泥浆体稠化而凝结。
随后变硬，并能将其搅拌在一起的混合材或矿渣、石等胶粒胶结成整体，逐渐产生强度。
因此，水泥成水泥混凝土的强度是随龄期延长而逐渐增长的。
早期增长快，但是，只要维持适当的温度和湿度，其强度在几个月、几年后还会进一步有所增长。
另一方面，也可能在几十年后尚有未水化的部分残留，仍具有继续进行水化作用的潜在能力。
作为胶凝材料，除水硬外，水泥还有许多优点：
水泥浆有很好的可塑性，与石拌合后仍能使混合物具有和易性，可浇注成各种形状尺寸的构件，以满足设计的不同要求；适应性强，还可以用于海上、地下、深水或者严寒、干热的地区，以及耐侵蚀、防辐射核电站等特殊要求的工程；硬化后可以获得较高的强度，并且改变水泥的组成，可以适当调节其性能，满足一些工程的不同的需要；尚可与纤维或者聚合物等多种有机、无机材料匹配，制成各种水泥基复合材料，有效发挥材料的潜力；与普通的钢铁相比，水泥制品不会生锈，也没有木材这类材料易于腐朽的特点，更不会有塑性年久老化的问题，耐久性好，维修工作量小等等。
因此水泥不但大量用于工业和民用建筑，还广泛应用于交通、城市建设、农林、水利及海港等工程，制成各种形式的混凝土，钢筋混凝土的构件和构件物。
而水泥管、水泥船等各种特殊功能的建筑物、构筑物的出现有了可能。
此外，如宇宙工业、核工业以及其他新型工业的建设也需要各种无机非金属材料。
其中最为基本的是以水泥为主的新型复合材料。
因此，水泥工业的发展对保证国家建设计划顺利进行，人民生活水平提高具有十分重要的意义，而且，其他领域的新技术也必须渗透到水泥工业中来，传统的水泥工业势必随着科学技术的发展而带来新的工艺变革和品种演变。
应用领域必将有新的开拓，从而使其在国民经济中起到重要的作用。
（2）需求地域结构分析
（3）供需平衡分析
（4）市场竞争分析（波特五力模型）
第二章配料及物料平衡计算
2.1基本条件：
1）采用窑外分解窑生产熟料；
2）物料参数见表1-1～1-3；
3）要求熟料三个率值：
KH=0.89±0.01、SM=2.50±0.10、IM=1.60±0.10；
4）单位熟料热耗：
3055kJ/kg；
5）生产损失：
生料按1%计算，其它按3%计算。
表2－1原燃料化学成分（%）
名称
烧失量
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
其它
Σ
石灰石
41.63
2.54
1.11
0.64
52.18
0.95
0.95
100.00
砂岩
2.53
77.71
12.16
4.09
0.35
0.43
2.73
100.00
铁粉
3.89
10.96
4.90
68.66
4.27
1.53
5.79
100.00
煤灰
51.98
33.37
3.02
4.76
0.71
6.36
100.00
表2－2进厂原燃料水分及粒度
物料名称
石灰石
砂岩
铁粉
原煤
水分（%）
1
7
14
8
粒度（mm）
≤600
≤40
≤10
≤100
表2－3煤的工业分析
挥发分
固定碳
灰分
热值
29.77%
41.82%
25.82%
25460kJ/kg
2.2假设原料配比
石灰石:
砂岩:
铁粉=0.835:
0.1485:
0.0165
2.3计算白生料化学成分
表2-4白生料化学成分
名称
烧失量
二氧化硅
三氧化二铝
三氧化二铁
氧化钙
氧化镁
其他
合计
石灰石
34.76
2.12
0.93
0.53
43.57
0.79
0.79
83.5
砂岩
0.38
11.54
1.81
0.61
0.05
0.06
0.41
14.85
铁粉
0.06
0.18
0.08
1.13
0.07
0.03
0.10
1.65
白生料
35.20
13.84
2.81
2.27
43.69
0.88
1.29
100
2.4计算灼烧基生料化学成分
灼烧基成分=A/（100-L）=A/（100-35.20）
表2-5灼烧基生料化学成分
名称
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
其它
合计
成分
21.36
4.34
3.51
67.43
1.36
2.00
100
2.5计算熟料标准煤耗
单位熟料热耗:
3055kj/kg
标准煤耗=熟料热耗/煤热值=3055/25460=0.119992Kg煤/Kg熟料
2.6计算煤灰掺入量
GA=P*A*S/100=0.119992*25.82%*100/100=3.098193%
（其中A:
煤收到基灰分含量（%）；S：
煤灰沉落于熟料中的百分率（%），一般取100）
2.7计算熟料化学成分（%）
表2-6熟料化学成分
成分
二氧化硅
三氧化二铝
三氧化二铁
氧化钙
氧化镁
其他
总共
灼烧生料
0.969018
20.699126
4.207302
3.401573
65.338984
1.319502
1.935371
97.87731325
煤灰
0.02122687
0.921670586
0.615366888
0.177244343
0.129908429
0.0352366
0.243259901
2.122686748
熟料
1
21.54760632
5.349681229
4.984944248
64.3782044
1.51585414
2.223709666
100
2.8计算率值
KH=（CaO-1.65Al2O3-0.35Fe2O3）/2.8SiO2=0.890（0.89±0.01）
SM=SiO2/（Al2O3+Fe2O3）=2.55（2.50±0.10）
IM=Al2O3/Fe2O3=1.50（1.60±0.10）
经验算满足设计要求，可取
2.9计算熟料料耗
1.理论料耗
HL=（100-GA）/（100-生料烧失量）=1.4954Kg生料/Kg熟料
2.实际料耗
HS=HL/（1-生产损失）=1.5105Kg生料/Kg熟料
2.10计算实物煤耗
P`=P/（1-煤生产损失）=0.1237Kg煤/Kg熟料
2.11计算干基实际消耗定额
干石灰石=1.5105×0.835/（1-1%）=1.2740Kg干石灰石/Kg熟料
干砂岩=0.22266Kg干砂岩/Kg熟料
干铁粉=0.0252Kg干铁粉/Kg熟料
2.12计算湿基实际消耗定额
湿石灰石=1.2740/（1-1%）=1.286869Kg湿石灰石/Kg熟料
湿砂岩=0.22266/（1-7%）=0.243656Kg湿砂岩/Kg熟料
湿铁粉=0.0252/（1-14%）=0.029302Kg湿铁粉/Kg熟料
湿原煤=0.1257/（1-8%）=0.134457Kg湿原煤/Kg熟料
2.13计算湿物料配合比
湿物料总量=湿石灰石+湿砂岩+湿铁粉=1.559827
表2-7湿物料配合比
物料名称
湿石灰石
湿粘土
湿铁粉
配比%
82.50075
15.62071
1.87854
2.14编制物料平衡表
表2-8物料平衡表
物料名称
湿物料配合比（%）
天然水分（%）
消耗定额（kg/t）
物料平衡量（t）
干燥
含天然水分的
干燥的
含天然水分的
每小时
每天
每年
每小时
每天
每年
石灰石
82.50075
1
1274.0
1286.869
265.41667
6370
268.09771
6434.345
1994646.95
砂岩
15.62071
7
226.6
243.656
47.20833
1133
351230
50.76167
1218.28
377666.8
铁粉
1.87854
14
25.2
29.302
5.25
126
39060
6.10458
146.51
45418.1
煤灰
/
8
123.7
134.457
25.77083
618.5
191735
28.01188
672.285
208408.35
熟料
208
5000
备注：
每天按24小时计算，每年310天。
石灰石破碎为两班制，其余为三班制。
单位熟料热耗：
3055kJ/kg，生产损失：
生料按1%计算，其它按3%计算。
标准煤耗为0.119992Kg煤/Kg熟料，煤的热值为25460kJ/kg。
第三章总平面布置和工艺流程
工厂总平面设计的任务，是根据厂区地形，进出厂物料运输方向和运输方式，工程地址，电源进线方向等，全面衡量，合理布置全厂所有建筑物，构筑物，铁路，道路以及地下和地上工程管线的平面和竖向的相互位置，使之适合于工艺流程，并与场地地形及绿化，美化相适应，保证劳动者有良好的劳动条件，从而使工厂组成一个有机的生产整体，以使工厂能发挥其最大的生产效能。
现代化的水泥企业，从生产所需原料的机械化开采起，经过一系列的运输和加工，到水泥的包装或散装输出为止，系一级其复杂而科学的生产过程，故其总平面图设计必须处理许多复杂的技术问题。
而总平面设计的合理与否，对工厂的建设，生产以及将来的发展都有直接而深远的影响。
因此，工厂的主管部门和设计等建筑单位都必须十分重视平面布置的设计。
3.1水泥总平面设计的步骤
在两阶段设计中，工厂总平面图设计亦按初步设计及施工图设计两阶段进行。
每个设计阶段又分为资料图和成品图两个步骤进行工作。
现将各阶段工作分别叙述如下：
3.1.1初步设计
（1）工厂总平面轮廓图（资料图）
根据与有关专业人员商定的各项建筑物设想的外形轮廓尺寸，并结合所选厂址的厂区地形，主导风向，铁路专用线及公路布置，电源等具体条件，绘出生产车间总平面轮廓资料图。
在布置过程中应考虑厂内外道路及预留各种管线位置。
（2）工厂总平面图（初步设计成品图）
在调整、补充、完善工厂总平面轮廓图的基础上，绘制工厂总平面布置图。
3.2工艺设计的基本原则
3.2.1工艺设计的基本原则
①根据计划任务书规定的产品品种、质量、规模进行设计。
②主要设备的能力应与工厂规模相适应。
③选择技术先进、经济合理的工艺流程和设备。
④全面解决工厂生产，厂外运输和各种物料的储备关系。
⑤注意考虑工厂建成后生产挖潜的可能和留有工厂发展的余地。
⑥合理考虑机械化、自动化装备水平。
⑦重视消音除尘，满足环保要求。
⑧方便施工、安装，方便生产、维修。
3.3工艺流程简介
3.3.1水泥生产原燃料及配料
生产硅酸盐水泥的主要原料为石灰原料和粘土质原料，有时还要根据燃料品质和水泥
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