日产5000吨水泥水泥厂的总体设计及生料粉磨系统设计.docx
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日产5000吨水泥水泥厂的总体设计及生料粉磨系统设计
综合设计任务书
第一章总论
1.综合设计项目：
日产5000t/d的新型干法水泥厂的总体设计及
生料制备车间工艺设计
2.生产品种：
PO:
425PC:
325
3.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80um的方孔筛的筛余不得超过10%，否则为不合格。
（2）凝结时间初凝时间不得早于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、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
1.1.3产品的意义和价值
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，比红砖还低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。
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。
第二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。
2.1水泥厂总平面设计的步骤
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：
2.1.1初步设计
（1）工厂总平面轮廓图
工艺专业人员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
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，作为初步设计主要附图之一，由总图专业人员完成。
2.2工艺设计的基本原则和程序
2.2.1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。
2.2.2工艺设计的程序
初步设计
施工设计
2.3工艺流程简介
水泥生产过程可概括为生料制备、熟料煅烧、水泥粉磨。
生产方法依生料制备方法不同分为干法和湿法。
湿法生产产量低、熟料热好高、耗水量大，逐渐被干法生产取代。
干法生产主要包括干法回转窑生产、悬浮预热窑生产、预分解窑生产，其熟料的煅烧大致分为预热、分解及烧成三个过程。
其中窑外分解技术是将水泥煅烧过程中的不同阶段分别在旋风预热器、分解炉和回转窑内进行，把烧成用煤的50~60%放在窑外分解炉内，是燃料燃烧过程与生料吸热同时在悬浮状态下极其迅速的进行，时入窑物料的分解率达到90%以上，使生料入窑前基本完成硅酸盐的分解。
预热分解窑生产工艺，煅烧系统的热工布局更加合理、窑生产效率高、产品质量好、能源消耗低、窑内衬体寿命长，环境保护诸多方面具有更加优越的性能。
本工程水泥生产工艺采用先进的预分解窑干法生产工艺，其工艺流程简述如下：
2.3.1生料制备
Ø原料破碎、输送及均化
石灰石破碎车间设在矿区，采用一段破碎。
自卸汽车将石灰石倒入板式喂料机，再喂入单段锤式破碎机破碎，破碎后，由长带式输送机送到厂区的圆形石灰石均化库，由悬臂堆料皮带机人字形堆料，由桥式刮板取料机取料将预均化后的石灰石由带式输送机送至石灰石调备库。
砂岩由汽车运进厂先入砂岩堆场储存，由铲车卸入破碎机破碎，选用一台单段锤式破碎机，经破碎后的砂岩由带式输送机送入砂岩库。
铁粉矿由汽车运进厂先入铁粉堆棚储存，由铲车卸入下料仓后经带式输送机送入铁粉库。
各物料的配料在各自的调备库内进行，配料采用多种元素荧光分析仪和微机组成的生料质量控制系统、自动调节的定量给料机。
四种原料由各自的定量给料机计量后，由带式输送机送入生料磨。
所有物料破碎与转运点设有除尘器，确保粉尘达标排放。
Ø生料粉磨与废气处理
生料粉磨采用带外循环的立式磨系统，利用窑尾排出的高温废气作为烘干热源。
生料由锁风阀进入磨内，经磨辊碾磨后的物料在风环处被高速气流带起，经分离器分离后，粗物料落回磨内继续被碾压，细粉随气流出磨，经电收尘收集，收下的成品经空气输送斜槽、斗式提升机送入生料均化库。
出电收尘的废气经循环风机后，一部分废气作为循环风重新回磨；剩下的含尘废气进入磨废气处理系统，经净化后排入大气。
当生料磨停磨而烧成系统运转时，窑尾废气经增湿塔作调质处理后，直接进入窑尾收尘器净化处理，增湿塔喷水量根据增湿塔出口废气温度自动控制，使废气温度处进窑尾袋收尘器的最佳范围内，废气经净化后排入大气。
由袋收尘器收下的粉尘，经链运机、空气输送斜槽，由提升机送入生料库。
增湿塔下的窑灰直接与出库生料搭配，喂入预热器系统。
Ø生料均化及生料入窑
生料均化库内分八个卸料区，生料按一定顺序分别由各自的卸料区卸出进入均化小库，由库内重力切割和均化小库的搅拌实现均化，均化后的生料由斗式提升机、空气输送斜槽送入生料缓冲仓，经计量器计量后由空气输送斜槽送入气力提升泵再送至窑尾预热器的进口。
第三章生料车间设计
生料粉磨是水泥生产的重要工序，其主要功能在于为熟料煅烧提供性能优良的粉末状生料。
对粉磨生料要求：
一是要达到规定的颗粒大小（可以细度，比面积等表示）；二是不同成分的化学原料颗粒混合均匀；三是粉磨效率高，耗能少，工艺简单，易于大型化，形成规模化生产能力。
由于生料粉磨设备，土建等建设投资高，消耗量大（一般占水泥电耗的1/4以上）。
因此采用高新技术，优化生料粉磨工艺，对水泥工业现代化建设起到重大的作用和意义。
本设计为日产12000吨水泥熟料新型干法水泥生产线生料磨系统设计。
根据相关文献及产量要求对水泥的配料方案、物料平衡和生料车间系统设备的选型设计与计算，并据此对生料粉磨车间的主要粉磨设备及相关的附属设备的型号进行选择。
本次设计本着“优质、环保、节能”的原则，对生料粉磨工艺方案与粉磨车间设备进行仔细斟酌与取舍，并对设计车间主视图及剖面图进行了绘制。
3.1配料及物料平衡计算
3.1.1基本条件
Ø基本条件及原燃料的化学成分
（1）采用窑外分解窑生产熟料；
（2）水泥品种：
P.O42.5级；
（3）物料参数见表3-1～3-3；
（4）要求熟料三个率值：
KH=0.90、SM=2.66、IM=1.36；
（5）单位熟料热耗：
3020kJ/kg；
（6）来自芜湖海螺的数据，不计生产损失。
一、原燃材料化学成分（%）：
成分
原料
L
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
SO3
其它
Σ
水份
石灰石
42.34
1.69
0.44
0.33
54.61
0.32
1.0
粘土
6.67
67.18
14.74
6.59
0.77
0.56
2.0
铁粉
4.53
27.24
13.52
48.06
6.08
1.08
6.0
煤灰
40.52
21.77
24.30
6.73
1.15
石膏
42.46
3.0
矿渣
37.61
7.34
0.56
44.40
5.82
20.0
原煤水份：
4.0%
二、煤的工业分析（%）：
项目
War
Var
Aar
Car
Qnet，ar（kcal/kg）
1.80
19.50
25.57
53.10
6290
表3-2进厂原燃料水分及粒度
物料名称
石灰石
砂岩
铁粉
矿渣
石膏
原煤
水分（%）
1
8
15
18
2
3
粒度（mm）
≤600
≤40
≤10
≤10
≤20
≤100
3.1.2生料配合比计算
Ø计算标准煤耗P及煤灰掺入量GA
P=单位质量熟料热耗/单位质量煤热值
=3045kj/kg/25360kj/kg
=0.1479（kg煤/kg熟料）（2-1）
GA=P.A.S/100
=0.1479X0.2089X100/100=3.0890%（2-2）
A-煤的灰分;S-煤灰掺入量，新型干法生产线取100。
Ø计算配合比
取石灰石87.1%，砂岩6.6%，铁粉15%，粘土2.1%
表3-4熟料化学成分（%）
名称
配合比
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
灼烧生料
96.9104
20.64
4.06
3.51
65.28
0.69
煤灰
3.0896
1.1.586
15860
0.8824
0.1189
0.026
熟料
100
22.2460
4.9424
3.5695
65.3989
0.716
三率值：
KH=（Cc-1.65Ac-0.35Fc）/2.8Sc（2-3）
=0.90
SM=Ac/（Fc+Ac）（2-4）
=2.66
IM=Ac/Fc（2-5）
=1.38
3.1.3.理论料耗
生料理论料耗Hl=（100-Ga）/（100-生料烧失量）=1.4796kg生料/kg熟料
生料实际消耗Hs=Hl=1.4796
实际煤耗Pˊ=P）=0.1479煤/kg熟料
3.1.6.计算是物料配合比
湿石灰石+湿砂岩+湿铁粉+湿粘土=1.5189
湿石灰石：
湿砂岩：
湿铁粉：
湿粘土=85.7:
7.00:
4.8：
2.5
3.1.7.物料平衡表
表3-5物料平衡表
名称
配比
水分
生产损失
消耗定额
物料量
干基t/t
湿基t/t
干基
湿基
小时
日
年
小时
日
年
石灰石
85.7%
1%
0
1.2887
1.3017
644.35
15464.4
4948608
650.85
156204
4998528
砂岩
7.0%
8%
0
0.0977
0.1062
48.85
1172.4
37568
53.10
1274.4
407808
铁粉
4.8%
15%
0
0.0621
0.0731
31.05
745.2
238464
36.55
141.8
280704
粘土
2.5%
18%
0
0.0311
0.0379
15.55
373.2
119424
18.95
454.8
145536
生料
1.4796
1.5189
739.8
17755.2
5681664
熟料
500
12000
3840000
煤
3%
0
0.1479
0.1525
73.95
1774.8
567936
76.25
1830
585600
续表3-5
第四章主机设备选型计算
4.1石灰石破碎系统
4.1.1破碎设备
表4-1石灰石破碎机选型表
序号
项目
单位
计算公式及依据
计算结果
方案Ⅰ
方案Ⅱ
1
需破碎物料
物料
参照《物料平衡表》
石灰石，水分1%
时产量Gh
t/h
650.85
日产量Gd
t/d
156204
年产量Gy
t/y
4998528
2
破碎粒度
开采粒度D
mm
参照设计任务书表2
≤600
磨机喂入粒度
mm
≤70
破碎粒度d
mm
≤25
3
破碎比
i=D/d
24
4
确定工艺方案
锤式破碎机
双转子反击式破碎机
5
破碎系统要求
产量
t/h
《手册》（4-4）
G=gG0/dntk
1469.3
烧成车间年产熟料量G0
t/y
参照《物料平衡表》
3840000
每吨熟料的石灰石耗量g
t/t
1.3017
破碎系统全年工作日d
d
290
每天工作班数n
班
两班
每班工作小时数t
h
6.5小时
供料不均衡系数k
同上，0.8～1
0.9
序号
项目
单位
计算公式及依据
计算结果
方案Ⅰ
方案Ⅱ
6
选择破碎
机
规格型号
分别参考中国破碎机网和《手册》表4-16
PCF2724
2PF-2732
生产能力
t/h
600~800
1400~1600
转子（直径D×长度L）
mm
2750×2450
1000×1200×1500
最大入料粒度
mm
≤600
≤1400
出料粒度
mm
≤25
≤25
转子转速n
r/min
500
7
确定破碎机台数Ｎ，班数Ｍ
综合考虑生产能力和系统要求产量
N=2
M=2
N=1
M=2
9
综合分析、比较
双转子反击式破碎机结构简单，制造维修方便，工作时无显著不平衡震动，无需笨重的基础。
它比锤式破碎机更多的利用冲击和反冲击作用进行选择性破碎，料块自击粉碎强烈，因此粉磨效率高，生产能力大，电耗低，磨损少，产品粒度均匀且多呈立方块状。
所以，采用方案II
续表4-1
表4-2双转子反击式破碎机的技术性能参数
型号规格
最大进料（mm）
转子直径
（mm）
转子长度（mm）
出料粒度（mm）
生产能力（t/h）
电机功率（kw）
设备重量（kg）（不包括电机）
2PF-2732
1500
2750
3250
70
1400~1600
1250
86000
表4-4CK-490立式磨技术性能参数
磨机型号
CK-490
入磨物料粒度
mm
≤70
入磨物料综合水分
%
5%
产量
t/h
500
产品细度（R0.08）
%
80µm筛筛余≤15%
产品水分
%
≤0.5
出磨风量
m3/h
860000
出磨风温
℃
110
磨盘中径
mm
5000
磨盘最大外径
mm
5690
磨辊直径
mm
2400
磨辊宽度
mm
1000
磨辊数量
4
磨盘转速
r/min
25.24
主减速机型号
KMP710
主电机型号
YRKK800-6
主电机功率
kW
3800
分离器电机功率
kW
346
液压系统压力（正常使用）
bar
180bar
4.3收尘系统
4.3.1旋风收尘器
由于粉磨选用辊式磨，磨的出口风量比较大，一般选用旋风收尘器。
目前现有参考文献有限，本设计方案根据CLT/A型收尘器原理进行比较放大。
由磨机排风量，计算出筒径大小，从而确定旋风筒的型号。
表4-5旋风收尘器选型计算
序号
项目
单
位
计算公式及依据
计算结果
1
进入旋风收尘器的气体性质
磨机通风量Qm
m3/h
表4-4
860000
磨机出口处气温T1
℃
110
进入旋风筒气温T2
℃
85
进入收尘器气流量QJ
m3/h
840000
实际进入收尘器气流量Q
m3/h
210000
2
选
择
收
尘
器
型号、规格、名称
组合式旋风收尘器XLT/A4
旋风收尘器直径D0
mm
D0=（QV/2826vp）0.5
5000.02653
除尘器处理风量QV
m3/h
210000
筒体截面平均速度vp
m/s
一般vp=2.5~4.0m/s
3
3
选择旋风收尘器直径D
mm
5600
4
需用旋风筒个数N
个
4
风速
m/s
16.13
处理风量
m3/h
900000
过滤风压
Pa
995
收尘效率
%
90
循环风机型号
SL5-2*48№28.5F
风量
m3/h
900000
废气温度
80
4输送设备
4带式输送机（由配料站入磨）
带式输送机具有输送量大、运输距离长、动力消耗低，运转费用低等优点，在现代化大型水泥生产企业中应用广泛。
这里主要用于将石灰石、砂岩和铁粉的混合物料输送给生料磨。
表4-9带式输送机选型计算
序号
项目
单位
型号
1
1
需输送物料
石灰石
t/h
650.85
砂岩
t/h
53.1
铁粉
t/h
36.55
总输送量
t/h
740.4
实际需输送量Q
t/h
740.4
堆积密度ρs
t/m3
1.6
2
选择输送机
DTⅡ型
3
托辊形式
缓冲托辊
4
计算带宽B
mm
1014
断面系数K
0.80
带速v
m/s
1.6
倾角系数C1
0.85
速度系数C2
0.95
序号
项目
单位
计算结果
5
核算带宽
符合要求
6
选择标准带宽B
mm
1200
续表4-9
表4-10带式输送机的技术性能参数
规格型号
最大输送能力（m3/h）
输送带的宽度B（mm）
托辊形式
带速（m/s）
DTⅡ型
951
1200
缓冲托辊
1.6
4.4.2螺旋输送机
螺旋输送机是一种无牵引构件的连续输送机械，它的优点是：
结构简单，在机槽外部除了传动装置以外不再有传动部件；体积小，密封良好；维护、管理、操作简单；便于多点装卸料。
这里主要用于增湿塔底部输送生料至拉链机入库。
表4-11螺旋输送机选型计算
序号
项目
单位
计算公式及依据
计算结果
1
需输送物料
物料量Q
t/h
Q=47D2ntpcΨ
63.5
输送距离
m
7.8
2
选择螺旋输送机
参照《新型干法水泥厂工艺设计手册》
LS500
3
螺旋直径
mm
参照产品目录
500
4
转速
r/min
50
5
螺距
mm
400
6
输送能力
t/h
80
续表4-11
表4-12螺旋输送机的技术性能参数
螺旋输送机型号
螺旋直径（mm）
螺距（mm）
转速（r/min）
输送能力（m3/h）
LS500型B1000
500
400
50
80
4.4.3斗式提升机
斗提机在水泥厂中被广泛应用于垂直输送块状、粒状及小块状的物料，具有布置紧凑，提升高度高，密封性好等优点。
这里是将空气斜槽卸出的物料输送给螺旋机。
表4-13斗式提升机设备选型计算
项目
单位
依据
参数
斗式提升机型号
NE300
提升能力
t/h
320
斗速
m/min
30
主轴转速
r/min
1.2
l
127.5
料斗
容积
100
斗宽
mm
斗距
mm
500
运行部件重量
Kg/m
188
物料最大块度
10mm
允许所占百分比
%
170
25mm
%
135
50mm
%
100
75mm
%
85
100mm
%
70
4.4.4空气输送斜槽
空气输送斜槽是流态化输送的一种特殊形式，斜槽槽体由透气层分为上下两层，风机产生的压缩空气经软管进入槽体下层，后经过透气层上的微孔使上层中由卸料口落入的物料充气成流态化，由于斜槽具有一定的倾斜度和物料自身的重力作用，使得物料像流体一样从高处像低处流动，然后从卸料口出料。
本设计中所用空气输送斜槽主要用于输送来自旋风收尘器的生料至入库斗式提升机的拉链机。
表4-14空气斜槽设备选型计算
序号
项目
单位
计算公式及依据
计算结果
1
需输送物料
物料量Q
t/h
参照磨机产量
500
堆积密度ρs
t/m3
粉状物料
1.1
输送
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