日产5000吨熟料生产线工艺设计毕业论文.doc
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日产5000吨熟料生产线工艺设计毕业论文
目 录
前言 I
第1章工艺设计的指导思想与原则 2
1.1指导思想 2
1.2设计原则 2
第2章配料计算 5
2.1原始数据 5
2.2配料计算 5
2.2.1确定熟料的率值 5
2.2.2熟料热耗的确定 6
2.2.3计算煤灰的参入量 6
2.2.4用EXCEL计算干生料的配合比 6
2.2.5将干料配比折算成湿料配比 10
第3章物料平衡 11
3.1烧成车间生产能力和工厂能力的计算 11
3.1.1窑型和规格的选取 11
3.1.2窑的台时产量标定 12
3.2原、燃材料消耗定额的计算 12
3.2.1生料的消耗定额 12
3.2.2确定水泥的配比 13
3.2.3干石膏的消耗定额 14
3.2.4干混合材的消耗定额 15
3.2.5干煤的消耗定额 15
3.2.6设计水泥的产量 15
第4章主机平衡 18
4.1石灰石破碎机的选型 19
4.2生料磨选型 19
4.3煤磨 19
4.4水泥磨系统 21
4.5包装机 21
4.6主机平衡表 21
第5章储库平衡 23
5.1原燃料预均化堆场 23
5.2生料库 23
5.3铁粉储库 23
5.4石膏储库 23
5.5混合材储库 24
5.6熟料的储库 24
5.7水泥储库 25
5.8砂岩库 25
5.9调配库 25
5.10物料储存方式及储量储期表 25
第6章工艺流程简述 27
6.1生产工艺流程及特点 27
6.1.1各工艺流程描述 27
第7章烧成窑尾工艺计算 30
7.1选用五级预热器的原因 30
7.1.1预热器的功能 30
7.1.2各级旋风筒的分离效率 31
7.2分解炉的选型 31
7.3理论消耗料耗 33
7.3.1生料料耗 33
7.3.2预热器飞灰量 34
7.3.3收尘器收入灰量 34
7.3.4出收尘器的飞灰量 34
7.3.5实际料耗 34
7.3.6预热器喂料量 34
7.4生料提升设备的选择 34
7.5预热器及分解炉工艺计算 35
7.5.1气体量计算 35
7.5.2三次风管抽风量 35
7.5.3炉内废气量 36
7.5.4预热器废气量 36
7.6分解炉规格的计算确定 38
7.6.1分解炉的规格计算 39
7.6.2入炉专用风管直径 39
7.6.3炉缩口直径 39
7.6.4分解炉的高度 40
7.7预热器规格的确定 40
7.7.1管尺寸计算 41
7.7.2废气排风管直径的确定 41
7.7.3C5规格的确定 41
7.7.4C4规格的确定 42
7.7.5C3规格的确定 42
7.7.6C2规格的确定 43
7.7.7C1规格的确定 43
第8章生产质量控制网 45
结论 48
谢辞 49
参考文献 50
附录 52
外文资料翻译 53
前 言
毕业设计是学生在学校期间最后一个教学环节，它是在教师的指导下，由学生综合运用学过的专业基础理论和实践生产知识，查阅工具书和各种技术资料，通过计算、绘图、编写说明书等形式，完成工厂的局部设计，培养学生解决实际工程技术问题能力的教学环节，也是从事技术工作前的一次技术演习，与先前教学过程相比，具有较强的综合性、实践性和探索性，是学生在校学习的最高阶段。
通过毕业设计，不仅要使学过的知识得以巩固，提高，而且要进一步培养、检查我们的独立思考、独立设计及解决实际技术问题的能力，使自己的学识和工程实践能力有一个长足的提高，最终完成水泥专业技术人员在校的训练。
本次设计的题目是“日产5000吨熟料生产线工艺设计（重点车间：
窑尾）”,预分解窑是在悬浮预热器窑的基础上发展起来的，是水泥工业继悬浮预热窑后的一次重大革新。
预分解窑系统由预热器、分解炉、回转窑和篦式冷却机等几部分组成，分解炉处于预热器与窑尾之间，是系统进行分解反应的区域，入窑生料的分解率可达90%以上，从而大大减轻了窑的负荷。
预分解窑与其他窑型相比有其独特的优点[9]：
（1）预分解窑生产的熟料单位热耗低，单机生产能力大，并可利用窑尾余热烘干物料，虽电耗略高，但其综合能耗很低。
（2）由于原料预均化和生料均化技术的发展，使熟料质量得到了保证，并由于采用新技术措施，并不断改进燃烧系统，增强了新型干法生产对原料的适应性。
（3）由于收尘设备及技术发展，使干法厂在环境污染方面有了很大的改善。
（4）与产量相同的湿法窑相比,预分解窑的工艺流程简捷、紧凑、设备质量轻、占地面积小、基建投资省等优点。
鉴于以上原因,我这次毕业设计的题目是日产5000吨熟料的预分解窑，以达到熟悉整个工艺流程和整个生产过程，做到学以致用[24]。
第1章工艺设计与原则
1.1水泥工厂设计的特点
任何工艺都有其特点，这些特点必然会贯穿在大厂的设计之中。
水泥工业及水泥工厂设计的特点可概括如下：
1.水泥厂需要用大量的矿物原料（如石灰石）等，因此水泥厂大都自行开采矿山，并靠近矿源建厂。
2.产品（水泥）、燃料（煤）等物料运输量大，且价格底，因此要求要有良好的运输条件
3.水泥工业能耗和电耗较大，因此，在水泥厂设计中要注意确保能源供应，并充分重视节约能源的问题。
4.水泥厂采用的主机多属重型设备，重量大，建构筑物荷重也大。
因此，一般要求在工程地质条件好的场地建厂。
5.水泥厂设备种类多，布置复杂。
因此，工艺布置应同土建设计紧密结合
6.水泥厂用水量大，且水无卫生要求。
因此，一般水泥厂多建在远离城市的地方，且自备水源。
7.水泥厂存在粉尘和噪音两大污染。
因此，设计时必须加强收尘措施，尽量搞好厂区绿化。
8.从发展来看，水泥工业的发展逐渐趋向大型化和自动化。
因此在设计时，应尽量采用新技术，新方案并要重点考虑节约能源。
9.从水泥厂的整体设计来说，工艺设计是主体，它的主要任务是确定工艺流程，进行工艺设备的选型和工艺布置。
但工厂设计是由各专业共同完成的一个整体工作。
因此，工业设计与其它专业的设计有着密切的联系，特别是工艺布置和其土建的关系更密切。
生产设备的布置直接影响到建筑物的结构形式和尺寸。
因此，工艺人员只有与其他人员相互配合，共同研究，才能产生较好的方案。
1.1.1设计原则
1．以生产可靠为前提，采用经实践证明可靠地生产工艺和装备，以保证顺利达标和达产。
同时尽可能采用先进的生产工艺和技术方案，以降低生产成本，取得较好的经济效益。
2．在进行国内外类似规模生产线技术装备调研的基础上，充分吸取海螺集团、华新集团、冀东集团等项目的经验，确保实现“低投资、低成本、高可靠性、高收益”的目标。
3．重视节能，以降低产品成本。
4．在满足生产要求的前提下，通过设备露天化设置，优化建筑结构设计等措施，降低土建工程造价。
5．采用先进、可靠地DCS集散型计算机控制系统，并力求采用网络技术及现场总线技术，已达到高效、节能、稳定生产和优化控制的目的，并最大程度的减少操作岗位定员，以降低成本。
6．贯彻执行国家和地区对环保、劳动安全、工业卫生、计量、消防等方面的有关现行规定和标准。
1.1.2厂址选择
在进行厂址选择时，必须考虑下列各项因素：
1.原燃料资源。
附近有较丰富的石灰石、粘土等资源。
2.交通运输便利。
此地距常付线彭江路口800米，毗邻焦枝铁路，周边有西南环绕城高速、二广高速通过，距离洛阳新区7公里，离伊川北站高速口5公里，交通便利，地理位置优越。
3.电源。
附近有伊川电厂，电源充足。
。
4.水源。
此地距离伊河近，有丰富的水源
5.建设场地。
厂址选在河南省洛阳市伊川县彭婆镇,此地预原料丰富，电源、水源充足，适合建厂条件。
6.环境保护。
当地资源丰富，为了经济的发展，当地政府非常欢迎企业入驻此地，环保部门对于所选厂址持支持意见，并要求企业的一些废气排放、噪音等作出保证，符合标准
考虑到以上因素，厂址选在河南省洛阳市伊川县彭婆镇,此地距常付线彭江路口800米，毗邻焦枝铁路，周边有西南环绕城高速、二广高速通过，距离洛阳新区7公里，离伊川北站高速口5公里，交通便利，地理位置优越。
而且附近具有丰富的石灰石等原料资源，便于发展生产。
第2章配料计算
2.1毕业设计原始资料
原、燃、材料化学成分如表2-1：
表2-1原、燃、材料化学成分（%）
项目
Loss
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
SO3
Na20
K2O
Cl-
合计计
天然水分
石灰石
42.59
1.73
0.5888
0.45
51.47
2.25
0.0888
0.04
0.30
0.02
1.0
黏土
4.9333
66.31
15.59
6.06
1.03
1.38
0.01
0.63
2.42
0.005
10
铁矿石
1.30
45.62
1.28
47.86
3.16
1.86
0.07
0.17
0.09
0.006
4
粉煤灰
1.76
51.90
32.04
2.51
5.25
1.12
0.04
0.96
0.01
石膏
16.4000
1.0222
0.23
0.1111
37.7777
1.8584
40.95
3
煤灰
52.70
29.99
5.45
4.62
0.90
1.51
0.41
1.07
矿渣
35.42
10.74
6.50
42.51
5.29
15
煤的工业分析如表2-2。
表2-2煤的工业分析
工业分析（%）
发热量Qnet.ad
（KJ/Kg）
Mad
FCad
Aad
Vad
Mar
1.08
58.41
11.28
29.29
4
25527
其它：
1.年平均气温:
15℃
2.当地气压:
99999pa
3.地下水位:
-10m
4.水泥品种：
P.O42.550%P.S42.550%
5.主导风向：
西南
2.1.1原燃材料分析：
石灰质原料：
氧化钙含量不低于45%~48%，不含或少含黏土杂质，为了不影响水泥的安定性氧化镁含量不大于3.0%，碱含量小于1.0%
黏土质原料：
硅率2.5到3.5之间，铝率为1.5到3.0，碱含量小于4.0%氧化镁含量小于3.0%
铁质校正原料：
氧化铁含量大于30%
回转窑用的烟煤：
要求干燥基灰分小于28%挥发分为18～30%低热值大于20943KJ/Kg熟料。
对于预分解窑，其生料和燃料中的有害成分：
碱（K2O+Na2O）含量≤1.0%；氯（Cl-）含量≤0.015%；硫、碱物质的量比SO3/K2O+（1/2）NaO≤1.0
本设计为四组分配料：
石灰石粘土粉煤灰铁矿石
石灰石原料：
氧化钙含量为51.47％
黏土质原料：
硅率为3.06，铝率为2.57，碱含量为3.05，氧化镁含量为1.38
铁质校正原料：
氧化铁含量为32.04％
回转窑用的烟煤：
要求干燥基灰分为11.28%，挥发分为,29.29%，低热值为25167.5KJ/Kg熟料。
由上可知：
本原料满足成分要求，原料合格，可以进行生产。
2.2配料计算
2.2.1熟料率值
为了获得较高的熟料强度，良好的物料易烧性以及控制生产，选择适宜的熟料三率值是非常必要的。
KH值决定了C3S/C2S的比例关系，SM值确定了（C3S+C2S）/（C3A+C4A）的比例关系。
据此KH值高（或SM值高时），IM值应适当低一点，以便使生成的液相粘度降低，有利于C3S的形成,这就是所谓的“两高一中”，即较高的硅酸率SM,较高的铝氧率和适中的饱和比。
但是由于原料资源的限制,有许多水泥厂很难满足“两高一中”。
所以现代新型干法水泥生产一般采用“三高”。
水泥熟料率值大致为：
KH=0.88～0.91，SM=2.4～2.7，IM=1.4～1.6。
例如:
重庆海螺：
KH=0.91SM=2.50IM=1.50
达州海螺：
KH=0.91SM=2.50IM=1.50
故根据生产实践和设计工艺条件确定熟料的率值：
KH=0.90±0.02SM=2.55±0.1IM=1.6±0.1。
2.2.3熟料热耗的确定
随着新型干法水泥煅烧技术的不断提高，熟料的热耗不断降低，单位熟料热耗依国内新型干法厂现状。
例如：
安徽铜陵海螺水泥有限公司熟料烧成热耗≤2970KJ/kg熟料；
中联南阳3000t/d熟料熟料烧成热耗≤3010KJ/kg熟料。
所以，本设计熟料热耗取2960KJ/kg熟料。
2.2.4计算煤灰掺入量
Aad=Aar（100-Mad）÷（100-Mar）
式中：
Aad—空气干燥基灰分
Aar—收到基灰分
Mar—收到基水分
已知：
Aad=11.28Mar=4Mad=1.08
得：
Aar=11.10%
Qnet.ar=（Qnet.ad+25Mad）（100-Mar）÷（100-Mad）-25Mar
式中：
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。
已知：
Qnet.ad=25527Mad=1.08Mar=4
得：
Qnet.ar=25167.5KJ/Kg
最后得出煤灰掺入量：
GA==2960×11.10%×100%÷25167.5=1.31%
式中：
Qar—煤的收到基低位发热值
Q—熟料的热耗
Aar—煤收到基灰分
S—煤灰沉降率一般取100%
2.2.5用EXCEL计算干生料的配合比
为了获得较高的熟料强度，良好的物料易烧性以及易于控制生产，选择适宜的三率值是非常必要的。
由于其牵涉到非线性方程的求解，用手工计算需反复试凑，难以达到结果最优，而各种简化计算方法不容易掌握，采用办公软件EXCEL做配料计算，可直接通过表格计算求解，几秒钟就可算得最优解，操作简便，结果准确[11]。
（1）在Excel表中输入数据
在Excel表中输入上述数据,本设计为四组份配料，因此可以控制三个率值：
KH、SM、IM。
（2）假设原料配比
在Excel表中填入假设的各原料配比，可以将初始配比设为石灰石80、黏土15、铁矿石4,最后粉煤灰一项应填上“＝100-（鼠标点）石灰石配比的单元格-黏土配比的单元格-铁矿石配比的单元格”，再敲回车键，这样才能保证配比之和为100。
（3）计算生料成分
在Excel表中适当的位置计算根据假设的原料配比而得到的生料成分。
生料化学成分=各原料化学成分与其配比的乘积之和。
方法是：
在生料化学成分对应的Loss单元格中输入“=sumproduct（B5:
B8,$I5:
$I8）/100”回车。
其中B5:
B8为各原料Loss含量所在的单元格，$I5:
$I8为各原料配比所在的单元格。
生料的其他化学成分可以通过对生料Loss单元格的拖拉来获得。
方法是点击生料Loss单元格,将鼠标移到该单元格的右下角，将光标变为黑十字时，按下鼠标左键，向右拖拉至生料成分对应的SO3单元格H9,松开鼠标左键即可。
（4）计算灼烧基生料成分
水泥生料在煅烧后，原料中的Loss就没有了，因此为了计算熟料成分，就必须计算生料去除Loss后的化学成分，即灼烧基生料成分。
生料灼烧基成分=原生料成分/（1-Loss/100）。
方法是：
在Excel表中相应灼烧生料SiO2的单元格中C10输入“=C9/（1-$B9/100）”回车。
其中C9为原生料SiO2的单元格位置，B9为原生料Loss的单元格位置。
灼烧生料的其他化学成分也可通过对SiO2单元格的拖拉来获得。
（5）计算煤灰掺入量
组成熟料的一小部分是燃料燃烧后产生的煤灰。
煤灰掺入量计算公式是：
煤灰掺入量（煤灰占熟料的百分比）=烧成热耗÷煤热值×煤灰分。
于是在对应的煤灰比例中（本例为I11）输入“=A15/A17×A19”回车。
其中A15为烧成热耗所在单元格，A17为煤热值所在单元格，A19为煤灰分所在单元格。
熟料的另一部分为灼烧生料，其比例为100-煤灰比例。
于是在对应的灼烧生料比例中I10输入“=100-I11”回车，得到灼烧生料在熟料中的比例。
其中I11为煤灰比例所在单元格。
（6）计算熟料成分和率值
有了灼烧生料、煤灰的化学成分和比例就可以方便地算出熟料成分。
方法是：
在Excel表中相应熟料SiO2的单元格中C12输入“=sumproduct（C10:
C11,$I10:
$I11）/100”回车。
其中C10:
C11为灼烧生料、煤灰的SiO2单元格位置，$I11:
$I12为它们的比例单元格位置。
得到熟料的SiO2值，再通过对SiO2单元格的拖拉可以获得熟料其他化学成分。
在Excel表中适当的位置计算熟料的率值，计算KH时输入“=（F12-1.65×D12-0.35×E12）/2.8/C12”回车，计算SM时输入“=C12/（D12+E12）”回车，计算IM时输入“=D12/E12”回车。
（7）求解原料配比
点击菜单“工具”，选择“规划求解”弹出窗口，清空“设置目标单元格（E）”,在“可变单元格（B）”中选择Excel表中石灰石、砂岩、铁粉比例单元格，即为$I$5:
$I$7。
按“添加（A）”加约束条件KH，在“单元格引用位置”选择熟料实际KH值单元格$C$21,中间约束符选“=”，约束值选Excel表中熟料目标KH单元格$A$21。
再按“添加（A）”加另一约束条件SM，于“单元格引用位置”选实际SM单元格$C$23，中间约束符选“=”，约束值选熟料目标SM单元格$A$23。
再按“添加（A）”加又一约束条件IM，于“单元格引用位置”选实际IM单元格$C$25，中间约束符选“=”，约束值选熟料目标IM单元格$A$25。
按“确定”返回，再按“求解”就会得到最后的求解结果。
点击“确定”保存规划求解结果。
还可在Excel表中的适当位置输入其他参数（如：
白生料理论料耗、生料配煤量、干湿基换算、生料CaCO3滴定值）的计算公式，就可得到相应的参数。
配料计算表如表2-3:
表2-3配料计算表
A
B
C
D
E
F
G
H
I
1
2
原料化学成分（%）
3
4
项目
LOSS
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
SO3
比例
5
石灰石
34.50
1.40
0.47
0.36
41.69
1.823
0.0648
81
6
黏土
0.84
11.27
2.65
1.03
0.175
0.235
0.0017
17
7
铁矿石
0.021
0.73
0.0205
0.766
0.0506
0.030
0.00112
1.6
8
粉煤灰
0.007
0.207
0.128
0.01
0.021
0.0045
0.4
9
生料
35.37
13.607
3.2685
2.176
41.9366
2.0925
0．06762
100
10
灼烧生料
20.77
4.99
3.31
64.04
3.1952
0.1036
98.69
11
煤灰
0.69
0.39
0.07
0.06
0.0118
0.0198
1.31
12
熟料
21.46
5.38
3.38
64.1
3.207
0.1234
100
13
14
烧成热耗（KJ/Kg熟料）
15
2960
16
煤发热量（KJ）
17
25167.5
18
煤灰分
19
11.28
20
熟料目标KH
熟料实际KH
21
0.900
0.899
22
熟料目标SM
熟料实际SM
23
2.50
2.45
24
熟料目标IM
熟料实际IM
25
1.60
1.54
由上表可知：
石灰石81.0%粘土为10%铁矿石4%粉煤灰0.4%
2.2.6将干料配比折算成湿料配比
原料操作水分：
石灰石81.0%粘土为17%铁矿石1.6%粉煤灰0.4%
则湿原料质量配比是：
石灰石=81÷（100－1）%=81.82%
粘土=17÷（100－10）%=18.89%
铁矿石=1.6÷（100－4）%=1.67%
粉煤灰=0.4÷（100－0）%=0.4%
合计：
102.78
将上述质量比换算为百分比：
湿石灰石%=81.82÷102.78=79.61%
湿粘土%=18.89÷102.78=18.38%
湿铁粉%=1.67÷102.78=1.6%
粉煤灰%=0.4÷102.78=0.39%
其中：
SO3=0.08×81%+0.01×17%+0.07×1.6%=0.06762
Na2O+K2O=（0.04+0.30）×81%+（0.63+2.42）×17%+（0.17+0.09）×
1.6%+（0.04+0.96）×0.4%=1.09066
Cl-=0.02×81%+0.005×17%+0.006×1.6%+0.01×0.4%=0.016186
SO3=0.06762÷102.78=0.0658%
Na2O+K2O=1.09366÷102.78=1.000%
Cl-=0.017186÷102.78=0.0147%
所用原料中，其生料和燃料中的有害成分：
碱（K2O+Na2O）含量≤1.0%；氯（Cl-）含量≤0.015%；硫、碱物质的量比SO3/K2O+（1/2）NaO≤1.0。
在本次设计中，原材料中的有害成分符合要求的保准。
2.3水泥种类设计
设计两种水泥：
42.5普通硅酸盐水泥（50%），42.5矿渣水泥（50%）。
GB175——2007对P.O42.5、P.S42.5水泥的要求如表3-3所示。
表3-3水泥国标对以上两种水泥的质量要求[10]：
项目
SO3
细度
强度（3d、28d）
混合材掺加量
P.O42.5
≤3.5
比表面积不小于300m2/kg
17MPa、42.5MPa
5%—20%
P.S42.5
≤4.0
80μm方孔筛筛余不大于10%或45μm方孔筛筛余不大于30%
15MPa、42.5MPa
20%—70%
设定P.O42.5：
石膏7kg混合材（矿渣）：
14kg；P.S42.5石膏：
7kg混合材（矿渣）：
32kg
校核三氧化硫含量不得超过3.5%，
以100㎏普通硅酸盐水泥为基准，按国家标准规定，普通硅酸盐水泥中的三氧化硫含量不得超过3.5%，假设100㎏普通硅酸盐水泥掺入的石膏为X，则X×34.5%≤100×3.5%，由此可得X10.14㎏，即100㎏普通硅酸盐水泥中掺加
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