最新日产5000吨水泥生产线设计.docx

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最新日产5000吨水泥生产线设计

日产5000吨水泥生产线设计

5000t/d水泥熟料生产线烧成车间工艺设计

摘要

本设计详细地论述了日产5000吨水泥熟料新型干法水泥厂整个生产工艺流程，生产P·O42.5、P·C42.5两种品种水泥。

根据产品要求进行熟料矿物组成设计和配料计算；完成了物料平衡、主机平衡及储库这三大平衡计算，由物料平衡确定主机选型以及由储库平衡来确定堆场、堆棚和圆库的规格。

根据设计要求进行重点车间工艺计算和主要设备选型，合理安排车间工艺布置。

同时编写说明书。

工艺布置应做到生产流程顺畅、紧凑、简捷。

力求缩短物料的运输距离，并充分考虑设备安装、操作、检修、和通行的方便，以及其它专业对工艺布置的要求。

关键词：

水泥，配料计算，平衡，选型

THEDESIGNOFCEMENTFACTORYTHATITSDAILYCLINKERPRODUCTIONIS5000TON

ABSTRACT

Thisdesignisdiscussedindetailthenissan5000tonsofcementclinkerNSPcementplantinthewholeproductionprocess,productionP·O42.5,P·C42.5twovarietiesofcement.Designincludeclinkermineralcompositiondesignandingredientscalculation;Balanceprocesscalculation;Theproductionprocessinstructions;Factorylayout.Determinedbymaterialbalancebynndergroundselectionandhosttodeterminethedepot,balanceoftentsandcircularlibraryspecifications.Accordingtothedesignrequirementsforkeyworkshopprocesscalculationandmajorequipmentselection,reasonablearrangementofworkshopprocessarrangement.Whilewritinginstruction.Processarrangementshouldbeaccomplishedproductionflowsmoothly,compact,simple.Strivetoshortenthedistance,andthetransportmaterialsfullconsiderationofequipmentinstallation,operation,maintenance,andtrafficconvenience,andotherspecializedtoprocessarrangementdemands.

KEYWORDS：

Cement,balance,selection,decompositionfurnace

目　录

前　言

水泥是建筑工业三大基本材料之一，可广泛用于民用、工业、农业、水利、交通和军事等工程。

他是国民经济建设中不可缺少的建筑材料。

新型干法水泥生产技术的出现，彻底改变了水泥生产技术的格局和发展进程，它采用现代化新型水泥生产工艺和装备，逐步取代了立窑生产技术、湿法窑生产技术、干法中孔窑生产技术以及半干法生产技术，从而把水泥工业生产推向一个新的阶段。

经过多年的发展，我国水泥工业发展取得了很大成绩，产量已多年位居世界第一，保障了国民经济发展的需要。

但是当前，我国水泥工业结构性矛盾仍十分突出，主要表现是经营粗放，生产集中和劳动生产率均比较低，资源和能源消耗高，环境污染比较严重，特别是立窑、湿法窑、干法中空窑等落后技术装备还占相当比重，可持续发展面临严峻挑战。

按照科学发展观和走新型工业化道路的要求，为大力推进水泥工业结构调整和产业升级，引导水泥工业持续、稳定、健康地发展，实现水泥工业现代化，制定一系列水泥工业产业政策目标。

我国近年来已明确优先发展新型干法窑，除个别特殊情况可选用湿法窑外，新建大中型厂多采用悬浮预热器窑及预分解窑，而小型厂则可采用立筒预热器窑及机械化立窑，不允许再建造没有余热利用装置的中空干法窑。

现有的湿法长窑及其它类型的老式干法窑，在条件具备时亦将陆续改造为新型干法窑。

本设计为5000t/d熟料水泥厂设计，烧成系统采用预分解窑。

预分解水泥熟料煅烧技术是一项极为重要的进展。

其特点是在预热器和窑之间增设分解炉，在分解炉中加入占总用量50～60%的燃料，使燃料燃烧的过程与生料的预热和分解过程，在悬浮状态或沸腾状态下迅速地进行。

入窑的生料分解率可达90%左右，因此窑的热负荷大为减轻，而产量却成倍增长。

由于窑的单位容积产量高，窑衬寿命长，在单机产量相同的情况下，窑的体型较小，占地面积减少，制造、运输和安装较易，基建投资较低，且可制造单机产量高达8000～10000t/d的大型窑。

本设计分解炉选用TDF型。

根据国内燃料的燃烧特性在DD分解炉基础上开发的TDF分解炉，符合国内生产实际情况，在国内具有广泛的应用。

第1章全厂工艺流程

1.1工艺流程

1.1.1生料制备

新型干法水泥使用的生料主要有：

石灰石、砂岩、铁粉、粉煤灰等原料。

1.石灰石制备及输送

石灰石在矿山车间破碎后，经皮带机运输至厂内的石灰石预均化堆场，再经皮带机转运，送入石灰石调配库。

2.石灰石预均化堆场

石灰石由皮带机送至预均化堆场中心，由悬臂堆料皮带机进行连续人字型堆料，由刮板取料机横切取料。

预均化后的石灰石从堆场中心漏斗卸出，由皮带机输送至石灰石调配库库顶。

3.物料联合储库及输送

砂岩和硫酸渣粉分别由装载机从物料联合储库运至卸料坑，经皮带机和两路阀，分别送入砂岩和硫酸渣粉配料库中。

4.原料配料库及输送

原料配料库由石灰石，砂岩，铁粉和粉煤灰库组成。

粉煤灰为干粉煤灰，由汽车运输进厂后，气力输送入库，库下由调速螺运机按设定配比卸出，经冲击式流量计计量控制，由螺旋泵输送至生料磨房内膨胀仓，经气固分离后入选粉机。

石灰石，砂岩，硫酸渣分别由库下电子皮带称按设定配比卸出，经皮带机送至生料磨。

5.生料粉磨

配合原料经磨头锁风阀进入立磨进行烘干和粉磨，烘干热源来自窑尾高温风机出来的部分废气和热风炉。

出磨物料经斜槽送入提升机，再经斜槽与粉煤灰一起入选粉机选粉，出磨气体经过粗粉分离器，粗粉回到出磨物料提升机中，气体进入旋风收尘器收尘，再由磨系统排风机送入窑磨废气处理系统；收下的粉尘与选粉机选下的细粉一起，经斜槽送入高效胶带式提升机，由提升机送入生料均化库。

6.窑磨废气处理系统

从生料磨排出的废气与经过增湿塔降温调质处理的另一部分窑尾废气再汇风箱汇合，一同进入收尘器收尘，最后经烟囱排入大气，收下的粉尘经链运机入提升机送入生料均化库。

7.生料均化库及窑喂料

生料由提升机送至均化库顶后，由生料分配器呈放射状多点下料入库。

生料经流量控制阀和斜槽，从衡压仓卸出，经高效提升机入窑尾预热器顶部喂料小仓，经计量入窑。

1.1.2熟料烧成

生料经五级双系列旋风预热器和分解炉预热，预分解后，入窑CaCO3分解率将大于90%。

出预热器气体经窑尾高温风机排出，一部分进入增湿塔；一部分进入生料磨作为烘干热源；另一部分进入煤磨作为烘干热源。

1.窑中

生料在预分解系统内预分解后，进入回转窑内煅烧成熟料，

2.窑头熟料冷却及输送

熟料从回转窑落入篦冷机，由篦板下鼓入的冷空气极速冷却，出篦冷机的熟料温度为环境温度+65OC，由链斗输送机送入熟料库。

冷却机高温空气一部分作为窑用二次空气；另一部分经沉降室，有三次风管送到分解炉作为燃烧空气；剩余低温废气经电收尘器收尘后，排入大气。

电收尘器收下的粉尘经拉链输运机送到熟料链斗机上。

3.熟料储存

熟料由链斗输送机送入熟料库中，熟料库设散装下料口，供熟料散装使用。

1.1.3煤磨

原煤由铁路或公路运输进厂，进入堆棚存放，并由装载机运至堆料机上，进行预均化，再经取料机和皮带输送机送入煤破碎车间破碎。

1.煤粉制备

原煤从原煤仓给煤喂料机喂入立式磨进行烘干兼粉磨，烘干用热风来自窑尾预热器废气。

出磨煤粉随气流进入旋风收尘器和袋收尘器，收尘净化后的气体排入大气；收下的煤粉由螺旋输送机送到煤粉仓，仓下由高压空气卸出，经煤粉计量装置计量控制，分别泵送至窑头和窑尾分解炉。

2.石膏破碎及输送

石膏由装载机从堆场运到卸料坑，经板式喂料机喂入破碎机中破碎，再经斗式提升机，送入石膏配料库中。

1.2工艺的流程图

本设计是根据本人对当地的资源、等实际条件和要求进行设计的。

在设计中充分考虑了该地区的地形、地势、气候、风向等自然条件和地区的实际情况，生产工艺流程图见表1-1所示。

图1-1生产工艺流程图

在设计中，从原料的开采一直到水泥成品出厂的每一个生产环节中，都采用了最优化的技术，确保水泥生产的质优、高效、节能低耗、环保。

如在生料的粉磨过程中采用了最先进的立磨；在水泥的粉磨过程中采用了辊压机和闭路管磨组成的粉磨系统；该系统与球磨机相比，具有系统装机容量低，设备重量轻；粉磨电耗仅为后者的70%一80%,单产设备重量为后者60%。

根据业主实际情况，确保资源、资金的最优化合理配置。

此设计课题为5000t/d水泥熟料生产线的设计。

第2章原始配料

2.1原、燃料化学成分

表2-1配料用原料汇总表（包括水泥配料）

项目

Loss

SiO2

AL2O3

Fe2O3

CaO

MgO

SO3

合计

天然水分

石灰石

42.63

1.77

0.15

0.22

54.12

0.70

0.08

1.0

黄土

9.51

58.87

11.49

4.37

9.11

2.82

0.08

硫酸渣

27.83

3.75

60.96

1.80

2.62

2.24

粉煤灰

4.46

48.06

30.80

5.55

4.41

1080

0.37

石膏

16.40

1.02

0.23

0.11

37.77

1.85

40.95

煤粉

49.47

26.49

7.43

7.26

2.44

2.2煤的工业分析

表2-2煤的工业分析（%）

Mad

Cad

Aad

Vad

Qnet.ad（kJ/kg）

1.48

53.41

18.67

26.44

27082

2.3其它

1、年平均气温15℃2、当地气压99999Pa

3、地下水位-10m

第3章配料计算

3.1配料方案的选择

因为硅酸盐水泥熟料是由两种或两种以上的氧化物化合而成，因此，在水泥生产中控制各氧化物之间的比值（即率值），比单独控制各氧化物的含量，更能反映出对熟料矿物组成和性能的影响。

故常用表示各氧化物之间相对含量的率值来作为生产控制的指标。

为了获得较高的熟料强度，良好的生料易烧性以及易于控制生产，选择适当的熟料三率值是非常必要的。

3.1.1熟料率值的确定

众所周知，C3S是熟料的主要矿物，在水泥水化过程中水化速度最快，对熟料的3d、28d强度起着关键性的作用，而实际生产中熟料的C3S含量由熟料的KH来决定的。

当熟料中的KH值在0.86~0.92之间时，R3、R28值均较高；当KH≥0.91时，虽然R3较高，但R28已呈下降趋势，此时，熟料烧成已经较困难，f-CaO不易控制，对强度有较大影响。

因此，KH取0.86~0.90为熟料最佳控制范围，可以保证熟料的3天和28天强度[2]。

若熟料SM过高，则由于高温液相量显著减少，熟料煅烧困难，C3S不易形成；SM过低，则熟料因硅酸盐矿物少而熟料强度低，且由于液相量过多，易出现结大块、结炉瘤、结圈等，影响窑的操作。

SM一般控制在2.3~2.7范围内。

若IM过高，熟料中C3A含量多，液相粘度大，物料难烧，水泥凝结快。

IM过低，虽然液相粘度小，液相中质点易于扩散对C3S形成有利，但烧结范围窄，窑内易结大块，不利窑的操作。

IM一般控制在1.5~1.7范围内。

通过物料平衡可计算得到各种原料、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，物料平衡计算是主机平衡与储库平衡计算的基础和依据。

表3-1国内主要水泥生产公司熟料率值及液相量

厂名

0.87

0.90

0.88

0.89

0.87

0.90

0.89

0.87

2.49

2.46

2.58

2.32

2.36

2.42

2.58

2.52

2.37

1.61

1.69

1.45

1.62

1.44

1.63

1.35

1.64

1.35

24.07

23.87

23.43

25.40

25.41

24.38

22.35

24.68

24.70

两高一中方案即高SM、高IM、中KH、低液相量配料方案，其值控制为:

KH=0.88±0.02、SM=2.5±0.1、IM=1.6±0.1、L=20%~25%。

从我国冀东等公司的预分解窑生产实践看，两高一中方案是适当的。

本次设计为一台预分解窑，根据生产实践和设计要求选择两高一中方案即高SM、高IM、中KH、低液相量配料方案，其值控制为:

KH=0.88±0.02、SM=2.5±0.1、IM=1.6±0.1、L=20%~25%。

3.1.2熟料热耗的确定

表3-2国内和国外部分预分解窑的单位熟料热耗（kJ/kg）

国内

冀东NSF

宁国MFC

柳州SLC

江西RSP

淮海NFC

新疆RSP

熟料

热耗

3385

3323

3439

3573

3650

3862

国外

日本东谷厂N-MFC

丹麦FLS

SLC

日本小野田RSP

比利时CCB

ProPol-AS

奥地利

PASEC

墨西哥Fuller-N-SF

熟料

热耗

2994

3191

3078

2948

2897

2910

在近年新建的水泥厂中，一般都是预分解窑，使原来在窑内以堆积态进行的物料预热及生料中碳酸盐分解过程移到回转窑外进行，使窑的热负荷大为减轻，窑的寿命延长，而窑产量却成倍增长，熟料的单位热耗大大降低。

影响熟料热耗的因素很多，即使是同一种生产方法，不同的企业，甚至同一企业同一设备的不同时期，熟料的热耗都可能不一样。

单位熟料热耗依国内外预分解窑生产现状，热耗取3000kJ/kg熟料。

3.2配料计算

配料计算的基本原则：

（1）烧出的熟料应具有较高的强度和良好的物理化学性能；

（2）配制的生料易于粉磨和烧成；

（3）生产过程中易于控制、管理，便于生产操作，能结合工厂生产条件、经济，合理地使用矿山资源。

本次设计选用Excel法。

3.2.1计算煤灰掺入量

Aad=Aar（100-Mad）÷（100-Mar）=17.8%

Aad=18.67Mar=6Mad=1.48

Qnet.ar=（Qnet.ad+25Mad）（100-Mar）÷（100-Mad）-25Mar=22592.64

Qnet.ar-收到基低位发热值Qnet.ad-空气干燥基低位发热值

Mad-空气干燥基水分

=（3000×26.13%×100%）÷22592.64=3.45%

式中:

GA—熟料中煤灰掺入量（%）；

q—单位熟料热耗（kJ/kg熟料）；

Qnet.ad—煤的空气干燥基热值（kJ/kg煤）；

Aad—煤的空气干燥基灰分含量（%）；

S—煤灰沉落率（%），一般S=100%。

3.2.2根据熟料设计率值，计算要求的熟料化学成分

根据原料成分总和计算，一般Σ≈97%左右，计算要求熟料的化学成分：

设：

Σ=97.5%，则：

=3.45%

=5.52%

=22.42%

=66.11%

3.2.3干生料的配合比

表3-3物料计算表

原料化学成分（%）

项目

LOSS

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaO

MgO

SO3

比例

石灰石

32.83

1.36

0.11

0.17

41.68

0.54

77.01

黄土

1.74

10.76

2.10

0.80

1.66

0.52

18.27

硫酸渣

0.51

0.07

1.12

0.03

0.05

1.84

粉煤灰

0.13

1.38

0.89

0.16

0.13

0.05

2.87

生料

34.70

14.01

3.17

2.25

43.50

1.15

100

灼烧生料

21.46

4.85

3.44

66.62

1.77

97.97

煤灰

1.01

0.54

0.15

0.05

2.03

熟料

22.47

5.39

3.59

66.77

1.82

100

烧成热耗（KJ/Kg熟料）

2950

煤发热量（KJ）

27082

煤灰分

18.67

熟料目标KH

熟料实际KH

0.90

0.900

熟料目标SM

熟料实际SM

2.5

2.500

熟料目标IM

熟料实际IM

1.5

1.500

3.2.4核算熟料化学成分与率值

所得结果与要求值十分接近，可按此配料进行生产。

考虑到生产波动，熟料率值可定为：

KH=0.90、SM=2.5、IM=1.5。

按上述计算结果，干燥原料配合比为:

石灰石77.01%，硫酸渣1.84%，黄土18.27%。

计算熟料矿物组成：

C3S=3.8×（3KH—2）SiO2=3.8×（3×0.90—2）×21.91=58.28（%）

C2S=8.6×（1—KH）SiO2=8.6×（1—0.90）×21.91=18.84（%）

C3A=2.65×（Al2O3—0.64Fe2O3）=2.65×（5.19—0.64×3.55）=7.73（%）

C4AF=3.04×Fe2O3=3.04×3.55=10.79（%）

C3S+C2S=58.28+18.84=77.12（%）

C3A+C4AF=7.73+10.79=18.52（%）

液相量：

1338℃L=6.1Fe2O3=6.1×3.55=21.66（%）

1450℃L=3Al2O3+2.25Fe2O3+MgO+R2O

=3×5.19+2.25×3.55=23.56（%）

综上所述，熟料中C3S和C2S的理论含量约占77%，C3A和C4AF的理论含量约占19%；预分解窑液相量20%~25%范围。

3.2.5计算湿原料的配合比

原料水分：

石灰石1.0%、黄土10%、硫酸渣4%。

则湿原料的质量配合比：

湿石灰石=77.01/（100-1.6）=77.79

湿黄土=18.27/（100-10）=20.30

湿硫酸这=1.84/（100-4）=1.92

合计：

100.01

将质量比换算为百分比：

湿石灰石=77.79/100.01=77.8%

湿黄土=20.30/100.01=20.3%

湿硫酸渣=1.92/100.01=1.9%

第4章物料平衡和储库平衡

4.1回转窑规格的确定

确定回转窑规格的大体步骤如下：

先根据设计产量用经验公式初步计算，将初步计算结果与目前生产中同类型窑比较并作出适当调整，再用窑内风速等有关指标来核实。

表4-1国内部分5000t/d预分解窑实际选用窑的规格

厂名

烟台东源

铜陵海螺

华新

豫鹤同力

黄河同力

冀东

规模（t/d）

5000

回转窑（m）

Φ4.8

Φ5.0

Φ4.8

根据国内部分5000t/d预分解窑实际选用窑规格的实际情况，各主要水泥厂所采用是比较成熟的三支撑Φ4.8

74m回转窑，本次设计要求为5000t/d熟料的生产线，参照目前国内已经成熟的技术，采用1台三支撑Φ4.8

74m回转窑。

4.2窑的台时产量标定

表4-2国内部分5000t/d预分解窑的生产能力

厂名

华新

冀东

池州海螺

铜陵海螺

豫鹤同力

黄河同力

设计产量（t/d）

5000

窑设计产量（t/h）

208.3

窑实际产量（t/h）

220

224

218.8

229

215

＞208.3

目前在标定窑的产量时，设计部门一般提出两个产量指标，其一为保证产量，此产量系指窑投产后，在规定的时间内，在满足规定的热耗与熟料质量的条件下所应生产的熟料量；又同时提出另一比保证产量约高10%~13%供配套设计用的产量指标，此产量供全厂进行配套设计用，以保证窑的增产需要。

根据国内部分5000t/d预分解窑的实际产量，标定窑的台时产量Qh.1为228.7t/d。

4.3计算烧成系统的生产能力

熟料小时产量:

Qh=nQh.1=1×228.7=228.7t/h

熟料日产量:

Qd=24Qh=24×228.7=5488.8（t/d）

熟料周产量:

Qw=168Qh=168×228.7=38421.6（t/w）

4.4原、燃、材料消耗定额的计算

4.4.1生料消耗定额

由表3-3可知：

干生料烧失量：

36.14%

煤灰的掺入量：

3.45%

则：

=1.50t/t熟料

式中：

KT—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（%）。

P生—生料的生产损失取（％），一般取0.5%。

各种干原料消耗定额

K原=K生x

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（%）。

石灰石消耗定额：

K1=K

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