日产5000吨水泥熟料水泥厂生料粉磨工艺设计.doc

日产5000吨水泥熟料水泥厂生料粉磨工艺设计.doc

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日产5000吨水泥熟料水泥厂生料粉磨工艺设计

摘要

本次设计的任务是日产5000吨水泥熟料水泥厂生料粉磨系统工艺设计。

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。

目前国内采用的生料磨系统主要有球磨烘干兼粉磨，立磨和辊压机终粉磨这三种系统。

粉磨效率低，能耗大是球磨机系统的缺点。

辊压机系统在粒度级配，操作维修等方面有缺陷。

而立磨在粉磨和烘干能力，能耗及喂料粒度等方面性能都很优越。

所以立式磨属当代水泥工业原料粉磨系统的首选。

基于物料平衡计算和设备选型计算，此次设计选择了产量为400t/h的MLS4531立磨。

关键字：

工艺设计生料粉磨系统立磨系统物料平衡设备选型

ABSTRACT

Thedesignofthetaskistoproduce5,000tonsofcementclinkeroncementrawmaterialgrindingsystemprocessdesign.AsChina'sequipmentmanufacturingindustryinrecentyears,technologicallevelandproductioncapacitycontinuestoimprove,largescalecementproductionlinetechnologyhasbecomethetrend.Theprocessofbuildingalotofcementfromforeignexperiencepointofview,thehostselectioninparticulartheselectionofrawmillisreasonableornotistheimpactofprojectinvestment,projectprogressandputintooperationanimportantfactorineconomic.Atpresent,rawmillsystemusedinthemaindryingandgrindingballmill,verticalmillandrollerpressfinishgrindingthesethreesystems.Grindingefficiencyislow,energyconsumptionistheballmillsystemshortcomings.Rollerpresssystemintheparticlesize,operationandmaintenanceandsoflawed.Standingmillingrindinganddryingcapacity,energyconsumptionandfeedparticlesize,etc.areallexcellentperformance.Soaremoderncementverticalmillgrindingsystemofchoiceforindustrialrawmaterials.Basedonmaterialbalancecalculationsandequipmentsizing,thedesignoptionsoftheoutputof400t/hofMLS4531verticalmill.

Keyword：

ProcessDesignRawmaterialgrindingsystemRollermillsystem

MaterialbalanceEquipmentSelection

绪论

本次设计的目的在于培养我们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；使我们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。

本次的设计是设计日产5000吨水泥生料磨系统，在降低电耗、提高产品质量的指导思想下进行设计，因此采用闭路系统进行粉磨。

难点在于粉磨机的选择方面，到底是用立磨还是球磨机，磨机的选型如何能在达到生产能力的要求下还能尽量减少对电能的消耗。

本设计的课题是：

日产5000吨水泥熟料水泥厂新型干法生产线生料磨系统工艺设计。

通过本设计对大学所学知识进行系统应用。

培养学生综合运用所学的基本理论、基本知识和基本技能分析解决实际问题的能力，帮助学生建立正确的设计思想和严谨的科学作风，进一步提高外语水平、写作水平和使用计算机的能力。

通过毕业设计使学生受到专业技术人才所必须的综合训练和独立工作能力的培养。

本次设计的设计主要内容是水泥生产的工艺流程,水泥厂区及车间布置和生料磨主要设备的计算选型等。

因此有必要对生料磨的设备及其发展进行了解。

当前我国水泥工业发展中存在的突出问题是:

新上项目区域集中的现象严重,产能较大,但市场需求不足,导致恶性竞争严重;相对落后的水泥生产工艺（如立窑）,生产的水泥产量占据较大的比例;小水泥生产企业的资源浪费现象严重,污染较大,石灰石利用率较低。

国内几种国产大型立式磨分别为1：

HRM型立式磨：

HRM型立式磨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，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；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。

TRM型立式磨是天津水泥工业设计研究院研制的立式磨。

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；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。

国产立式磨存在问题及其解决方案：

通过几台与5000t/d水泥熟料生产线配套的大型立式磨配国产减速机的使用情况证明：

国产立式磨及减速机设计、制造技术基本成熟，能够满足5000t/d水泥熟料生产线的需要，供货周期较短、价格较低。

进口立式磨供货周期长、价格昂贵（比国产减速机贵50%以上），且国内以前进口的立式磨减速机在使用3~5年后也先后出现故障，维修周期长、更换配件费用高且难以及时到货，使整条生产线停产数月的情况也时有发生；所以建议国内生产线优先选用国产立式磨及减速机。

本设计的指导思想和设计路线：

我国水泥工业立式磨的选用率也在不断提高之中。

因此我国应加紧自主创新大型生料磨（5000t/d线）的研制、改进与完善，确保其可靠性，提高国产大型立磨的市场竞争力。

此次设计为日产5000吨水泥熟料水泥厂新型干法生产线生料磨系统工艺设计，经过慎重考虑，生料磨系统首选确定为国产立式磨，相应的几种国产大型立式磨分别为HRM型立式磨、TRM型立式磨与LGM型立式磨、MLS（MPS）型立式磨；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。

HRM4800立式磨每只磨辊采用双油缸加压，减小了油缸直径，增加了油缸的可靠性。

分离器为动—静态高效分离器，选粉效率高、阻力小。

到目前为止HRM型立式磨已经生产600多台套，而且正以100台套/年的速度高速增长。

不仅能够用于粉磨水泥原料，而且能够用于磨煤、矿渣、非矿等各种非金属物料，共有水泥原料磨、煤磨、矿渣/水泥磨和非矿超细磨四个系列、三十多种规格的产品，广泛用于建材、化工、电力、冶金、非矿等行业，并出口到巴基斯坦、土耳其、埃及、印度、越南、阿尔及尼亚、阿联酋等国家；HRM4800立式磨研磨区域中径为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。

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；TRM型立式磨和LGM型立式磨主要特点与德国LOESCHE磨相同，其磨盘为平盘、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。

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；MLS（MPS）型立式磨MPS型立式磨研磨区域为环槽型、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，而其中MLS4531立式辊磨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。

而国外水泥以向生态方向发展。

国外水泥发展动态主要由以下特点：

1.提高水泥工业与生态环境的相容性2.降低热耗和电耗3.扩大利废功能4.按需要生产水泥。

法国瑞士等国对水泥厂长期全面监测表明，按照各国的排放标准，水泥厂可以与其周围环境完全相容，其周围地区的各项生态环境指标与没有水泥厂地区没有不同，实现了零污染。

国外采用新工艺和新设备，提高粉磨系统的粉磨效率和烧成系统的热效率，并用预热发点技术发电。

争取窑尾和冷却机废气预热的发电量与水泥的综合耗电量持平，实现水泥厂对电能的零消耗。

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。

根据物料的性质不同，目前使用较多的粉磨系统主要有3种：

1．球磨机

球磨机主体是一个回转的筒体，两端装有带空心轴的端盖，空心轴由主轴承支撑，整个磨机借传动装置以16.5~27r/min的转速（大磨转速低、小磨转速高）运转，并伴随着冲击声，把约20mm左右的块状物料磨成细粉。

筒体内被隔仓板分割成了若干个仓，不同的仓里装入适量的、用于粉磨（冲击、研磨）物料用的不同规格和种类的钢球、钢段或钢棒等作为研磨体（烘干仓和卸料仓不装研磨体），筒体内壁还装有衬板，以保护筒体免受钢球的直接撞击和钢球及物料对它的滑动摩擦，同时又能改善钢球的运动状态、提高粉磨效率。

我们把距进料端（也是磨头）近的那一仓叫粗磨仓，所装研磨体（干法磨为钢球，湿法磨为钢棒）的平均尺寸（3~4种不同球径的尺寸配合在一起）大一些，这主要是刚喂入的物料是从前一道工序——破碎、预均化后送来的配合原料，这其中占有绝大多数的块状石灰石20mm左右的粒度，尺寸也不算小，在粗磨仓里首先要受到冲击和研磨的共同作用而粉碎，成为小颗粒状物料和粉状物料（粗粉），通过隔仓板的篦孔进入下一仓（细磨仓）继续研磨。

第二仓或第三仓、四仓研磨体（钢球或钢段）的平均尺寸就逐渐减小了，对小颗粒物料和粗粉主要是研磨，从磨端（磨尾）或磨中（中卸）卸出。

球磨机是目前应用最为广泛的一种粉磨设备，对粉磨物料的适应性较强，能连续生产，粉碎比较大（300~1000），既可干法粉磨又可湿法粉磨，还可烘干兼粉磨同时进行。

生料粉磨中通常所说的风扫磨、烘干磨和管磨或中长磨、短磨以及尾卸、中卸磨等，只是分类的方法不同。

其主要分类如下表示。

球磨机粉磨物料的主要工作部分发生在水平低速回转的筒体上，当筒体被传动装置带动回转时，研磨体由于惯性离心力的作用，贴附在磨机筒体内壁的衬板面上与之一起回转，被带到一定高度后，借重力作用自由落下，此时研磨体将筒体内物料击碎，同时研磨体在回转的磨机内除有上升、下落的循环运动外，还会产生滑动和滚动，致使研磨体、衬板和被磨物料之间发生研磨作用使物料磨细。

物料在受到冲击破碎和研磨磨碎的同时，借进料端和出料端的物料本身料面高度差，使物料由进料端向出料端缓缓流动，完成粉磨作业。

很显然，磨机在正常运转时，研磨体的运动状态对物料的研磨作用有很大的影响。

不能被磨机带到较高处的，象抛射体一样落下的研磨体因其具有较高动能，所以对物料有较强的冲击破碎能力；不能被磨机带到高处的，就和物料一起滑下，对物料具有较强的研磨能力。

2．立式磨

立式磨在有的书本里也称立式辊磨（简称立磨）、环辊磨或辊式磨（简称辊磨或碾磨）及以制造厂命名的磨机，它与球磨机的工作内容和目的一样，但构造和工作方法却差别很大。

球磨机是“躺着”工作，而立式磨是“站着”工作，所以我们称它为立磨。

这是继球磨机之后的一种新型的粉磨设备，它具有产量高、粉率效率高和烘干能力强等优点，近几年发展很快，特别成为新型干法水泥生产线对原料粉磨的首选设备，且也正逐渐应用于水泥粉磨工艺系统之中。

与传统的球磨机相比，立式磨得粉碎比大，粉磨效率高，节能可达30%以上尤其对入料水分高达15%~25%的原料粉磨，其简化工艺流程，降低生产成本的特点更为突出。

因此，自1970年前后，各国用于生料粉磨的立式磨迅速增多。

立式磨的主要部件是碾辊、磨盘、加压装置及选粉机构、底座、机壳、传动装置及润滑系统组成。

被磨物料从腰部喂入，堆积在回转的磨盘的中间，转速较高的磨盘（比相同直径的球磨机快约80%）产生的离心力使其移向磨盘周边，进入磨辊和磨盘间的辊道内，磨辊在液压系统控制机构的作用下，向辊道内的物料施加压力，物料经碾压后向磨盘边缘移动，从挡料圈溢出。

与此同时来自风环由下而上的热气流对含有一定水分的物料边粉磨边烘干（水泥粉磨不再烘干），将磨碎后的粉状物料带至磨机顶部的选粉机构进行分选，粗粉由于颗粒重量较重，又落入磨盘与新喂入的物料一起再粉磨，合格的细粉随气流带出机外进入旋风筒气固分离。

立式磨粉磨系统中是靠风机产生的负压把粉磨后的物料（细粉）抽走的，因此风速（风压、风量）必须达到一定（很大）才能产生足够的抽力。

对于生料粉磨来将，这较高的风速能加快热气流对湿物料的传热速率，使小颗粒瞬间得到干燥，大颗粒表面被烘干，再返回重新粉磨的路程中又得到进一步干燥，也有部分粗颗粒则以较低的速度进入分级区，可能被转子叶片撞击甩开而跌落至磨盘上，形成循环粉磨。

3．辊压机与打散机

辊压机是20世纪80年代以来发展起来的一种新型节能增产粉磨设备，使用于石灰石、砂岩、页岩、水泥熟料、石膏、粒化高炉矿渣等脆性物料的粉碎，最初滚压机是安装在管磨之前作预粉磨设备，经过不断的发展，辊压机系统又出现了终粉磨和混合粉磨系统。

与球磨机相比较，辊压机的噪音底、粉磨效率高、钢材消耗低，质量轻，占地面积小，安装容易。

不过由于辊压机辊子作用力大，还存在辊面材料脱落及过度磨损，轴承容易损坏，对工艺操作过程要求严格等。

与辊压机配套的是打散机，将压成的料饼打碎后入磨继续粉磨。

本次设计有两种设计方案：

1.采用闭路系统，使用立磨对生料进行粉磨。

2.采用闭路系统，使用球磨机对物料进行粉磨。

立磨具有产量高、粉率效率高和烘干能力强等优点，近几年发展很快，特别成为新型干法水泥生产线对原料粉磨的首选设备，且也正逐渐应用于水泥粉磨工艺系统之中。

在当代水泥工业原料粉磨装备的选择中，球磨系统已明显减少，现在仅剩的一个使用范围就是水泥粉磨了，即使在这个范围内球磨的选用已缩减到50%（国际）和70%（国内），下降的趋势仍在继续。

特别对于生料粉磨后对细度的要求不是太高，而且与传统的球磨机相比，立式磨得粉碎比大，粉磨效率高，节能可达30%以上尤其对入料水分高达15%~25%的原料粉磨，其简化工艺流程，降低生产成本的特点更为突出。

综合考量各方面的因素，立式磨属当代水泥工业原料粉磨系统的首选，国际上多年的实践足以佐证。

我国水泥工业立式磨的选用率也在不断提高之中。

我国应加紧自主创新大型生料磨（5000t/d线）的研制、改进与完善，确保其可靠性，提高国产大型立磨的市场竞争力。

本设计初步选型方案定位为MLS4531立式磨。

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%。

本次设计所要完成的任务包括一下几个方面：

一．配料设计和物料平衡计算并填写物料平衡表和物料贮存库明细表；

二．回转窑及冷却机选型计算，确定设备型号规格和主要技术参数，并填写主机设备生产能力平衡表；

三．绘制全厂工艺流程图和烧成系统工艺流程图，全厂平面布置图各1张；

四．一套能反映主机设备安装位置和各设备连接关系的工艺布置图样7～10张；其中由指导教师指定的手工图2～5张，其余用计算机绘图。

五．编制设计计算说明书。

六．与本专业有关科技文献一篇（英译汉）。

目录

摘要 I

ABSTRACT II

绪论 III

目录 X

第一章总论 1

1.1设计的任务及其意义和价值 1

1.1.1设计任务：

1

1.1.2水泥的种类及意义和价值 1

1.2水泥工业及水泥工厂设计特点 2

1.3设计原则 3

·第二章配料及物料平衡计算 6

2.1基本条件：

6

2.2假设原料配比 6

2.3计算白生料化学成分 6

2.4计算灼烧基生料化学成分 7

2.5计算熟料标准煤耗 7

2.6计算煤灰掺入量 7

2.7计算熟料化学成分（%） 7

2.8计算率值 8

2.9计算熟料料耗 8

2.9.1.理论料耗 8

2.9.2.实际料耗 8

2.10计算实物煤耗 8

2.11计算干基实际消耗定额 8

2.12计算湿基实际消耗定额 8

2.13计算湿物料配合比 9

2.14根据以上内容编制物料平衡表如下：

10

第三章工艺流程简述 11

3.1原料工段 11

3.2烧成工段 12

第四章重点车间设计 13

4.1生料粉磨的意义 13

4.2粉磨的基本原理 14

4.3干法生料粉磨 14

4.3.1干法生料粉磨主要有以下几种形式 14

4.3.2常见的生料烘干兼粉磨流程有以下几种：

14

第五章石灰石破碎系统 16

5.1石灰石破碎设备 16

5.2生料磨系统 18

5.3收尘系统 19

5.3.1旋风收尘器 19

5.3.2电收尘器 20

5.3.3增湿塔 22

5.4输送设备 23

5.4.1带式输送机（由配料站入磨） 23

5.4.2螺旋输送机（输送增湿塔窑灰） 24

5.4.3斗式提升机（磨侧小型斗式提升机） 24

5.4.4空气输送斜槽 25

5.4.5链式输送机（输送电收尘器物料） 26

5.5主机能力平衡表 27

结束语 28

致谢 29

参考文献 30

XI

第一章总论

1.1设计的任务及其意义和价值

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水泥的种类及意义和价值

（1）水泥的定义及分类

细磨成粉状，加水拌合成塑性浆体，能胶结沙、石等适当材料并能在空气和水中硬化的水硬性凝胶材料，通称为水泥。

水泥按其用途及性能分为三类：

通用水泥、专用水泥、特性水泥。

按其标明的主要技术特性分为：

快硬性、水化热、抗硫酸盐腐蚀性、膨胀性、耐高温性。

国家标准GB175-2007规定，按混合材料的品种和掺量将通用硅酸盐水泥分为六大品种：

硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥。

（2）水泥的意义和价值

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