日产4000吨水泥熟料预分解窑熟料粉磨系统的初步设计

佳木斯大学本科毕业设计（论文） （设计） 论文目 4000t/d水泥熟料预分解窑熟料粉磨系统的初步设计 学 院 材料科学与工程 年 级 2009级 专 业 无机非金属材料工程 学生姓名 唐涛 学 号 0907004212 指导教师 鞠成讲师 毕业论文（设计） 论文题目 4000t/d水泥熟料预分解窑熟料粉磨系统的初步设计 学 院 材料科学与工程 年 级 2009级 专 业 无机非金属材料工程 学生姓名 学 号 指导教师 摘 要 水泥粉磨是水泥成品制备的重要过程，它直接影响水泥质量的好坏，因此水泥粉磨车间的设计在整个的水泥厂的设计中是很重要的一个环节。本论文就4000 t/d（日产4000吨）吨硅酸盐水泥工厂水泥粉磨车间进行设计，根据相关文献以及对产量要求对水泥的配料方案、三大平衡（物料平衡、主机平衡、储库平衡）和水泥粉磨车间系统设备的选型进行设计与计算，并据此对水泥粉磨车间的主要粉磨设备以及其相关的附属设备（选粉机、收尘器等）的型号进行了选择。本次设计秉着力求使产品达到“优质、环保、节能”的原则，对生产工艺技术方案以及粉磨车间设备进行了仔细的斟酌与取舍，并做出了生产总体布置平面图和水泥粉磨系统工艺布置图。 关键词：水泥，工厂设计，4000t/d Abstract     Cement plant design is a very important aspect. This thesis on 4000 t / d (Nissan 4000 tons) tons of Portland cement factory cement grinding plant design, according to the relevant literature as well as production req Cement grinding is finished cement important preparation process, which directly affects the quality of cement is good or bad, so the design of cement grinding plant in the whole of the uirements for cement batching scheme, the three balance (material balance, the host balancing reservoir balance) and cement grinding plant equipment selection system design and calculation, and accordingly cement grinding plant on the main grinding equipment and its associated ancillary equipment (separator, dust collector, etc.) models were selection. This design holds strive to make products to achieve "quality, environmental protection, energy conservation," the principle of the production technology programs and grinding workshop equipment were carefully consider the trade-offs, and make the overall layout of the production plan and cement grinding system process layout. Keywords: cement, plant design, 4000t/d; 目 录 I摘 要 IIAbstract III目 录 1第1章 绪 论 11.1 引言 11.2 国内外现状 31.3 目前世界水泥行业的先进技术和发展 41.4 生产需求状况 51.5 设计特点 10第2章 原料与燃料 102.1 原料的质量要求 102.1.1 水泥原料（普通硅酸盐水泥） 112.1.2 混合材及石膏 122.2 燃料的质量要求 122.2.1 煤 132.2.2 熟料热耗的选择 14第3章 配料计算与物料平衡 143.1 配料计算 143.1.1 原料选择 143.1.2 率值及率值确定 153.1.3 水泥配料方案 193.2 物料平衡计算 193.2.1 烧成车间生产能力和工厂生产能力的计算 213.2.2 原、燃料消耗定额 243.2.3 烧成系统和工厂的生产能力 243.2.4 全厂物料平衡表 26第4章 主机平衡计算及选型 264.1 车间工作制度的确定 264.2 主机选型 264.2.1 破碎机的选型 274.2.2 生料磨的选型 274.2.3 窑系统 284.2.4 煤磨的选型 294.2.5 水泥磨的选型 304.2.6 包装机的选型 304.3 主机平衡表 32第5章 储库计算 325.1 确定各种物料储存期 325.2 堆场计算 335.2.1 石灰石预均化堆场 345.2.2 原煤预均化堆场 355.2.3 联合预均化堆场 385.3 储库计算 385.3.1 生料配料站 425.3.2 熟料库 435.3.3 水泥配料站 475.3.4 水泥库 475.4 储库一览表 49第6章 水泥制成车间设计计算 496.1 水泥制成车间介绍 496.1.1 水泥粉磨的功能和意义 496.1.2 现代水泥粉磨技术发展的特点 516.1.3 水泥粉磨流程发展情况 526.1.4 辊压机粉磨系统的发展 526.1.5 辊压机水泥粉磨工艺方案 546.1.6 本设计工艺流程 556.2 制成车间选型计算 556.2.1 球磨机的设计计算 616.2.2 水泥球磨机的热平衡计算 646.3 辊压机系统选型计算 646.3.1 辊压机选型计算 656.3.2 V型选粉机、旋风筒选型及其他设备选型 676.4 其他附属设备的选型计算 676.4.1 O-SEPA选粉机 686.4.2 收尘器 686.4.3 喂料计量设备 696.4.4 配料装置设计 706.4.5 输送设备 73第7章 水泥制成车间工艺布置 74第8章 全厂平面工艺布置 748.1 全厂总平面设计的基本原则 758.2 全厂工艺平面布置说明 77结 论 78致 谢 79参考文献 绪 论 引言 新型干法水泥生产自问世以来倍受世界各国的关注，特别是 上世纪80 年代以来得到了突飞猛进的发展，国际水泥工业以预分解技术为核心，将现代科学技术和工业化生产的最新成果广泛应用于水泥生产的全过程，形成了一套具有现代高科技为特征和符合优质、高效、节能、环保以及大型化、自动化的现代生产方法。新型干法水泥技术代表了现阶段最高的水泥烧成技术，可以提高窑单位容积产量，提高窑砖衬寿命和运转率 ，且自动化水平高、生产规模大，可以选用低质燃料或低价废物燃料，节省燃料，降低热耗和电耗，减小设备和基建投资费用、 CO 和 NO x 生成量少和事故率低，操作稳定。发展新型干法水泥技术是环境保护和资源综合利用的必然结果。同时，新型干法水泥技术涵盖了许多丰富的理论和科研成果，指导着水泥工业设计、研发、生产等工作的不断完善、优化和提升。近年来，我国新型干法水泥生产技术也得到了飞速发展。尤其是进入21世纪，大批4000，5000t/d熟料新型干法水泥生产线的建成、投产，标志着我国新型干法水泥生产技术已经成熟。 国内外现状 目前，以悬浮预热和窑外分解为核心的新型干法水泥生产技术已经成为当今水泥工业发展的主导技术和最先进的工艺。目前，日本、德国、法国等发达国家新型干法技术已占 95% 以上，其他的发达国家也达到 80% 以上，而我国的新型干法技术只占到 55% ，其余的全是立窑和其他落后的生产方法，因此发展我国的新型干法水泥技术任重道远。在我国，新型干法水泥起步于上世纪70年代，至今已有30多年，但发展步伐较小，速度缓慢。进入新世纪以来，随着我国国民经济的飞速发展，我国新型干法水泥生产的发展进入了快车道。通过技术引进、科研开发等一系列措施，生产线的技术装备水平和规模得到长足发展。装备上从完全进口到现在日产4000t、5000t以下生产线的完全国产化达到95%及日产8000t、10000t生产线的基本国产化，表明我国建材机械工业发展已经进入了发展的新阶段。一批自行设计建设的3000 t/d、4000 t/d、5000t/d及10000 t/d熟料生产线已投入运行，建设投资和生产耗能大大降低。截止2007年上半年，新型干法的比重已达到53%。随着我国新型干法水泥设备与工艺的日臻完善、大型水泥装备国产化的解决和国家节能检排政策的实施，新型干法水泥技术将占据主导地位。 伴随着20世纪70年代初期日本石川公司（IHI）预分解窑的诞生，新型干法水泥技术向水泥生产全过程发展。同时，随着与分解技术日趋成熟，各种类型的旋风预热器与各种不同的预分解方法相结合，发展成为许多类型的预分解技术 。到90年代中期，通过不断的技术改进，预分解窑旋风筒—换热管道—分解炉—回转窑—篦冷机以及挤压粉磨，和同它们配套的耐热、耐磨、耐火、隔热材料，自动化空盒子，环保技术等的全面发展和提高，新型干法水泥生产的各项技术经济指标得到进一步优化。 社会和经济的发展,使得国家的各种基础设施的建设蓬勃展开,人们对工程质量的要求越来越高,相应地对混凝土质量以及水泥的性能提出了越来越高的要求。熟料质量的好坏决定水泥质量的高低。高品质熟料的生产条件是提高煅烧温度,增快冷却速度,即实现高温煅烧和快速冷却。立窑工艺难以满足高温煅烧和快速冷却的要求；湿法转窑不能避免回转窑的煅烧矛盾,难以满足高温煅烧的要求；新型干法回转窑工艺是实现高温煅烧和快速冷却的重要方法。新型干法转窑工艺的特点是采用了窑外分解技术，使生料入窑生料的碳酸钙表观分解率,从原来的悬浮预热器的40%～50%提高到85%～95%,由于这一特点,使得窑内传热已不是主要矛盾,这样可适当延长烧成带长度,也可提高窑内的煅烧温度,使熟料质量大大提高 。 伴随着新型干法水泥熟料生产工艺技术水平的发展,我国水泥工业窑尾节能技术水平有了长足的进步,高温余热已在水泥生产过程中被回收利用,水泥熟料热耗已由过去的 4600～6700kJ/kg下降至2900～3300kJ/kg。继国内低参数、多级进气汽轮机的开发成功,国产装备的纯中、低温余热电站也进入了成熟阶段,采用中、低品位余热动力转换机械的纯中、低温余热发电技术具有更显著的节能效果。到 2010年，我国新型干法水泥采用预热发电的生产线窑达到干法水泥生产线的 40%。在水泥厂利用废物的工作也在逐步展开，新型干法窑是处理和利用废物最好的焚烧设备，这项工作尚处于起步阶段，以后将进一步推广。 我国的新型干法生产工艺技术和装备的研制开发一直紧跟世界发展动向，并结合本国国情做了一系列卓有成效的工作，取得可喜成果。使我国水泥生产装备大型化、现代化，赶上国际先进水平。现阶段，我国的预分解系统的设备研发越来越成熟，实践证明，由天津、南京、成都以及合肥设计院自行开发设计的各类分解炉和高效低压损旋风筒等设备，如TWD、TDF、TSD、TFD、NC、CDC等品牌已得到国内很多新建水泥厂的青睐，并且发展越来越快。 目前世界水泥行业的先进技术和发展 预热器系统采用多少级最为合理是随着人们的认识角度和技术发展的进程而不断变化的。目前，国际上主要几家大的水泥公司德国伯利休斯（德国蒂森克虏伯ThyseenKrupp）公司，丹麦史密斯公司，德国洪堡公司等正在研发六级预热器，主要在印度等一些能源较短缺的国家采用。从上世纪 90 年代至今，印度已经投产的水泥厂中有数十条生产线采用六级预热器。中国山东的大宇泗水8000t/d 水泥熟料生产线也采用伯利休斯公司的六级预热器系统。 采用六级预热器系统后，由于废气温度下降到280℃左右，生料磨不开时，采用管道喷水降温至200℃以下入袋收尘器是完全有可能的；当生料磨开时，管道喷水降至所需温度入磨。这样系统可以省去增湿塔以及辅助设备，废气处理系统变得相对简单和经济，显然是既节能又省钱的方案。 很明显，用旋风预热器对流换热直接降低废气温度来节能的效率是大大高于通过一个复杂的发电系统来节能的效率的，由于节能和经济等原因，国际上采用六级预热器技术的工厂也越来越多，尤其是能源较短缺的一些国家和缺水的国家。国外几大水泥公司都有六级预热器的技术并都有较多工程的业绩，可以认为这项技术是先进的和有发展前景的。六级预热器能够进一步降低水泥烧成热耗， 节约104.5~125.4kJ/kg熟料热耗，同时可以降低窑尾管道喷水难度并节约喷水量三分之一左右， 对节能节水是很有利的。六级预热器作为一种选择， 适合于原料水分不是很高的工厂，尤其对能源和水资源较短缺的国家是一种较好的选择，开发应用前景良好。 生产需求状况 改革开放以来，我国水泥工业取得了较快发展，已连续22年位居世界产量首位，占世界总产量的比重达48%左右。不过，我国水泥工业仍存在着整体发展粗放，工艺水平落后，资源、能源消耗高，污染严重，产业集中度低等问题。我国水泥产业现在发展重点是鼓励发展新型干法水泥，重点支持在有资源的地区建设日产四千吨及以上规模新型干法水泥项目。我国现有水泥企业5000多家，平均规模为25万吨。企业平均规模普遍偏小，与世界平均规模90万吨相差甚远。水泥企业在我国分布广泛，除西藏外，全国各省、区、市均有大中型水泥厂。生产企业数量偏多，产业集中度低。 在价格上，今年以来原燃材料价格上涨，造成水泥厂成本较高，是国内水泥价格上涨的重要因素。进入9月份，在全球经济衰退的影响下，煤炭库存量持续增加，价格开始回落，煤炭行业骤然“降温”。煤炭价格上涨可以推动水泥价格的上涨，煤价下跌很可能会引致水泥价格的跟跌走势。目前中国水泥价格与国内其他建筑材料的比价不合理、与国际水泥市场的比价差距太大、与生产水泥的原、燃材料价格上涨的幅度不适应等等方面都说明水泥价格体系不合理。我国政府将严格控制不具发展条件的企业盲目扩张，防止不顾环境影响的低水平重复建设新建水泥项目。 随着国家节能、减排的措施的实施，一批高耗能的立窑厂陆续被停产关闭，2008年底前，各地要淘汰各种规格的干法中空窑、湿法窑等落后工艺技术装备，进一步消减机立窑生产能力，有条件的地区要淘汰全部机立窑。地方各级人民政府要依法关停并转年产规模小于20万吨和环保或水泥质量不达标的企业。新型干法得到快速发展，近几年，新型干法的比重逐年递增，截止2007年6月底，全国新型干法生产线已达748条，熟料总产能为55612万吨，水泥总产能为72296万吨, 比重约占水泥总产量的53%（2006年年末为50%）。到2010年，新型干法水泥比重达到70%以上。日产4000吨以上大型新型干法水泥生产线，技术经济指标达到吨水泥综合电耗小于95kw·h，熟料热耗小于740千卡/千克。到2020年，企业数量由目前5000家减少到2000家，生产规模3000万吨以上的达到10家，500万吨以上的达到40家。基本实现水泥工业现代化， 技术经济指标和环保达到同期国际先进水平。 设计特点 本设计是 4 000t/d 水泥预分解窑水泥熟料粉磨系统的初步设计，参考国内同等规模新型干法水泥厂水泥制成车间工艺设计，采用国内较成熟的先进经验和先进技术和设备，最大限度的降低能耗、降低基建投资，又最大限度的提高产、质量，做到环保，技术经济指标先进、合理。在生料的破碎方面，采用目前普遍采用的一级单段锤式破碎系统；在生料粉磨方面，采用烘干兼粉的磨立磨系统；窑尾收尘采用增湿塔加收尘效率高的袋收尘系统；窑尾分解系统预热器采用4-2-2-1系列，分解炉采用系统阻力较小的NSF分解炉，回转窑采用Φ4.7×74m规格；熟料冷却熟料冷却机采用成都建材设计院的LBTF4000型第三代空气梁往复推动篦冷机，设有三段篦床，每段篦床均由液压驱动装置传动；在水泥粉磨方面，采用辊压机、球磨、V选、高效选粉的联合粉磨系统。工艺流程的选择进行了方案比较，以达到技术先进、经济合理。 本设计中石灰石设置圆形预均化堆场，总堆料量28926.92t，储存期为5d。其规模 Ø 120 m在国内规模算是较大的。 石灰石矿山全矿化学成分稳定，品质优良，均匀性好。全矿 CaCO 3 标准偏差仅有2个台段超过 3.0% ，最大为 3.09% ，平均为 2.04% ，厂区设 3个Ø15×31m 圆库储存石灰石用于生料配料，单个有效储量7203.66t，石灰石库总共有效储量21610.99t ，实际储存时间为4.11d，能满足生产的正常进行。 同时对原煤设置圆形预均化堆场，原煤成分的波动对烧成工艺、热工制度的稳定性及熟料质量等影响极大，外购煤的质量难以完全预先控制，同时多点供应原煤的可能性是存在的，并且考虑将来使用低品位原煤的需要，故设置原煤预均化设施。原煤圆形预均化堆场直径105m ，堆场有效储量9272.51 t 。原煤预均化堆场外设置一个煤堆棚 ， 直接在铁路旁边，煤可以由火车直接卸料到煤堆棚内，这样可以节约基建投资，也有效地利用土地资源。 石灰石破碎系统主机采用DLP20.22B型单段锤式破碎机，该破碎机其特点为破碎比大,可将大块原矿石一次性破碎到符合入磨标准的粒度,与传统的两段破碎系统相比,可节省一次性投资.另外该破碎机的操作简单,维修方便。 生料配料采用 4 组分（石灰石、页岩、砂岩、 硫酸渣 ）配料，页岩配料仓下设板喂机和震动电机，以顺利排出粘湿物料。 生料粉磨采用MLS4028立磨系统， 此磨在国内几家新建干法水泥生产线运行正常，其台时产量为：310t/h。产品细度为R80≤12%，粉磨电耗6~11.5kWh/t生料，入磨物料粒度95%＜80mm，原料综合水分＜8.0%，出磨生料水分≤0.5%，入磨粒度允许2%＞100mm，主电机功率3100 kW。为了减小磨机风环风速，降低磨内压降，节约粉磨电耗，设有物料外循环系统。设计采用的生料磨为集烘干兼粉磨、选粉于一体的辊式磨，磨机烘干热源来自于窑尾出来的废气。 生料均化库采用IBAU型均化库，选用ф22.5 ×60 m均化库，其有效储存量为17000t，储期 2 .76 d该库集生料储存、均化和喂料于一体，具有均化效果好、电耗低、系统简单、操作管理方便等优点。 生料入窑计量采用变频调速的定量给料机，型号DEM2060+S1右装，计量范围35~350t/h，计量精度≤±0.5%。 熟料烧成采用带NSF分解炉的双系列四级旋风预热器，NSF分解炉对燃煤的适应性；旋风预热器结构优化，系统阻力低，节能效果显著。 PYROJET多通道燃烧器和成都建材设计院的LBTF4000型第三代空气梁往复推动篦冷机系统。日产熟料正常生产能力 4 000t ，目标生产能力 4210 t/d ，熟料热耗 30 93 kJ/kg 。窑尾预热器采用 4 - 2 - 2 - 1 组合。预热器规格： C 1 为4-Φ4048mm ， C 2 为 2 -Ø 6000 mm ，C 3 为 2 -Ø 6400 mm ， C 4 为 1 -Ø 8200 mm。NSF分解炉：主炉直径 Ø 8200mm ，有效高度11600mm。窑与分解炉用煤比例为40%和60%。回转窑规格为：Ø 4.7m× 74 m ，斜度 4.0% ，主传转速0.399~3.99r/min 。窑磨废气处理采用低压长袋脉冲袋收尘器，确保了废气达标排放。 在预热器出口至高温风机管道上设有增湿塔喷水系统，根据收尘器入口温度可自动控制喷水量。 本次设计选择3个熟料库，其中1#，2#库储存合格的熟料，3#库（设计储量为2000t）为次熟料库。1#，2#熟料库的规格为ф24×30m，2个合格熟料库有效储量32545.85t，实际储存期8.14d；3#熟料库的规格为ф12×21m，有效储量3017.24t，实际储存期0.75d。 煤粉制备系统设计放弃传统的风扫管磨+粗粉分离器+旋风除尘器+电除尘器的方案，参考都江堰拉法基水泥厂，煤粉制备系统设计中煤磨采用北京电力设备总厂的ZGM80G中速辊式磨，其生产能力为25t/h。入磨粒度≤50㎜，入磨水份≤8%，产品细度R80≤10%，出磨水份≤1%，生产能力25~29t/h，主机功率220 kW，磨盘工作直径1600mm，磨盘转速28.7r/min。煤磨系统采用煤磨+脉冲喷吹袋式收尘器的方案，原煤经全密闭计量给煤机喂入辊式磨烘干粉磨，热源取自窑头篦式冷却机余风。该方案较前者节省了投资设备，减少了建筑占地面积，并且操作简单稳定，充分利用了余热。此设备搭配方案在都江堰拉法基水泥厂从投产效果看，振动极小，运转平稳可靠。煤磨车间设有煤粉仓 2 个， 1 个为分解炉供煤，1个为回转窑供煤。窑头和分解炉喂煤采用菲斯特秤计量系统。 水泥粉磨采用2套带O-Sepa N-2500选粉机的闭路球磨机粉磨系统，简单实用、运转率高，调节水泥细度方便，能同时生产不同品种水泥。磨机选用了Φ3.8×12m球磨机，2仓位，生产能力110~120t/h，入磨物料细度＜2mm，95%产品通过产品细度320~340m2/kg，磨机转速16.6r/min，研磨体装载量170t（正常163t），台时产量可达120t/h，主电机型号YRKK900-8,功率2500 kW，转速740r/min。其传动采用了中心传动系统，具有传递功率大、投资省、占地面积小等优点。出磨水泥细度比表面积达350m2/kg。 辊压机选用两台G140-110型辊压机，轧辊直径:1400mm,轧辊宽度1100mm;通过量:485~550t/h；喂料粒度95%≤45mm，Max≤75mm；产品粒度平均:＜2mm占 65%；＜0.09mm占 20%；功率:800kW,转速1485r/min。 V型选粉机选用两台VX2000型选粉机，选粉风量:120000~200000m3/h;能力:96~160t/h。 高效选粉机两台，O-Sepa选粉机一、二、三次风全为环境冷空气，大大改进水泥质量、提高粉磨系统产量。,最大喂料量450t/h，水泥产量90~150t/h，比表面积320~360 m2/kg，选粉空气量2500 m3/min，转子转速115~190r/min，其电动机型号YPT315S-4,功率110 kW。 采用8座Ø15×36m水泥库，每库有效容积为V=4720m3，有效储量为6844t，储存期12.21d，水泥库底可直接发运散装水泥。采用3条RM-8型八咀回转包装机包装水泥，台时产量为100t/h,完全能满足生产的要求，并设有电子校正称、破包机及破包清理等装置，具有称量精度高（袋误差为±0.1kg）、密封性能好、扬尘小、自动化程度高及操作简便等优点。 全厂的中央地带修建生产控制楼，生产楼内设置中央控制室，采用施耐德的 Quantum 和 Momentum PLC 控制系统控制，同时生产楼内设置车间办公室。中央化验室则和中央控制室平行布置 ，负责全厂原、燃材料、半成品和成品的物理检验、化学及质量控制。 设半露天布置总降压站 1 座，分别向厂区和矿山供电。 设置给水处理系统满足生产生活需要。生活、消防给水管网和生产给水管网皆设计为环状管网。设置污水处理场对生活污水、生产废水进行处理。办公楼、生产楼采用中央空调机组调节空气流量和温度；电气室、变电所、总降压站等处采用柜式空调机调节空气流量和温度。 设计全厂除窑头收尘器为电收尘外其余的收尘器均为袋收尘器。最大限度地保护当地的自然环境，对环境的污染降到最小。 设计是工厂建设的灵魂，工艺设计是工厂设计的主要环节，是决定全局的关键。工艺设计的主要任务是确定生产方法、选择生产工艺流程；确定生产设备的类型、规格、数量，选取各项工艺参数及定额指标。本次设计根据现代新型干法的发展趋势，结合国内同类型的新型干法水泥生产线的设计， 采用了目前比较先进的生产工艺和技术装备，进行技术经济综合分析，切合实际，经济合理，选择最合适的熟料烧成车间工艺布置流程。设计力求做到“清洁生产”，并且节约能源、提高生产效率、产品质量和劳动生产率，使水泥生产向集约化、高质量的现代化工业方向发展。 原料与燃料 原料的质量要求 水泥原料（普通硅酸盐水泥） 原料的成分和性能直接影响配料、粉磨、煅烧和熟料的质量，最终也影响水泥的质量。生产硅酸盐水泥的主要原料是石灰质原料（主要提供氧化钙）和粘土质原料（主要提供氧化硅和氧化铝，也提供部分氧化铁）。我国粘土原料及煤炭灰分中一般含氧化铝较高，而含氧化铁不足，因此需要加入铁质校正原料。当粘土中氧化硅或氧化铝含量偏低时，可加入硅质或铝质校正原料。水泥的原料应满足以下工艺要求： 化学成分必须满足配料的要求，以能制得成分合适的熟料，否则会使配料困难，甚至无法配料。 有害杂质的含量应尽量少，以利于工艺操作和水泥的质量。 应有良好的工艺性能，如易磨性、易烧性、热稳定性、易混合性等。 1、石灰质原料 凡以碳酸钙为主要成分的原料都叫石灰质原料，主要有石灰岩、泥灰岩、白垩、贝壳等。是水泥生产中用量最大的一种原料，一般生产1吨熟料约需1.3吨左右的石灰质干原料。 在本此设计中所使用的石灰石化学分析结果如下： 表 2-1 石灰石化学成分（%） 石灰石 loss SiO2 Fe2O3 Al2O3 CaO MgO K2O Na2O ∑ 40.48 4.85 0.43 1.38 51.01 1.01 0.23 0.28 99.67 本设计采用的石灰石各项指标都达到了一级品（CaO>48%, MgO＜2.5%，R2O＜1.0%）的要求，该石灰石属于生产水泥的优质原料。据了解，该矿山储量丰富，初步勘测其储存量能服务4000t/d熟料生产线30年以上，矿石成分稳定性好，距建厂位置有1.5公里，交通方便。 2.辅助校正原料 传统的水泥生产的辅助原料主要是粘土质原料，校正原料是铁粉和砂岩。粘土质原料是含碱和碱土的铝硅酸盐，主要化学成分是SiO2，其次Al2O3，还有Fe2O3，一般生产1吨熟料用0.3~0.4吨粘土质原料。天然的粘土质原料有黄土、粘土、页岩、泥岩及河泥等，其中黄土和粘土使用最广。但粘土资源越来越紧缺，如果用来生产水泥则会提高水泥成本同时还造成较大的浪费，因此本设计不使用粘土，采用页岩和砂岩来代替，铁粉选用硫酸渣。 本设计采用的校正原料化学成分分析如下： 表 2-2 硫酸渣化学成分（%） 硫酸渣 （铁粉） loss SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 ∑ 3.85 13.11 2.28 62.57 6.18 5.13 4.91 98.03 表 2-3 砂岩化学成分（%） 砂岩 loss SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 ∑ 4.84 74.08 15.64 2.67 0.59 0.79 0.01 98.62 页岩 loss SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 ∑ 10.41 57.84 11.96 4.45 7.81 2.21 — 94.68 表 2-4 页岩化学成分（%） 混合材及石膏 1）混合材 本设计的混合材主要火力发电厂排出的粉煤灰，同时搭配少量的石灰石和5·12地震后的建筑垃圾（如红砖），通过对本设计所采用的石灰石原料的化学成分分析得知，此石灰石也是优质的混合材原料，加入少量的石灰石作为混合材，不仅使得水泥强度提高而提高了水泥质量，而且还减小了粉煤灰的消耗量，节约了水泥生产成本，同时，用红砖做水泥粉磨的混合材，消耗了大量的地震遗留下的建筑垃圾，减少了环境污染，为灾区重建工作扫清部分了障碍。 表 2-5 建筑垃圾（红砖）化学成分（%） 红砖 Loss SiO2 Fe2O3 Al2O3 CaO MgO ∑ — 71.35 5.91 20.53 1.03 0.57 99.39 2）石膏 本此设计所使用的石膏其化学成分分析如下： 表 2-6 石膏化学成分（%） 石膏 loss SiO2 Fe2O3 Al2O3 CaO MgO K2O Na2O SO3 IR ∑ 10.12 15.65 0.97 4.85 26.12 1.02 0.88 0.50 38.74 0.98 99.83 燃料的质量要求 煤 煤炭是水泥工业生产中使用最为广泛的一种燃料，我国水泥工业主要使用煤做为燃料。燃料品质既影响煅烧过程又影响熟料质量，发热量高的优质燃料，其火焰温度高，熟料KH值可高些，若燃料质量差，灰分含量多，热值过低，会降低与分解窑的生产效率，同时容易造成燃料燃烧不完全，预热分解系统粘结堵塞，降低熟料质量。低品位煤除了火焰温度低外，还会因煤灰的沉落不均匀，对熟料质量影响极大。 对回转窑来说，采用的煤的发热量高，挥发分低，则因挥发分低，火焰黑火头长，燃烧部分短，热力集中，熟料易结大块，游离氧化钙增加，耐火砖寿命缩短。 本次设计所使用的煤是烟煤，其元素分析和工业分析结果如下： 表 2-7 煤的元素分析（%） C ar H ar O ar N ar S ar A ar M ar 合计 65.28 4.52 6.57 1.25 0.37 19.81 2.20 100.00 表2-8 煤的工业分析 　— Mar Var Aar Qnet,ar Qnet,ad 原煤（烟煤） 2.20% 19.81% 24.19% 23207 kJ/kg 24977 kJ/kg 熟料热耗的选择 我国的预分解窑的熟料烧成热耗一般为3100—3300kJ/kg熟料，但现有技术已经使得水泥熟料烧成热耗有所下降，通过现实调查，本设计选取单位熟料烧成热耗为3093kJ/kg熟料。 配料计算与物料平衡 配料计算 原料选择 表 3-1 原料化学成分（%） 成分名称 Loss SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 ∑ 石灰石 40.48 4.85 1.38 0.43 51.01 1.01 — 99.16 页岩 10.41 57.84 11.96 4.45 7.81 2.21 — 94.68 砂岩 4.84 74.08 15.64 2.67 0.59 0.79 0.01 98.62 硫酸渣 3.85 13.11 2.28 62.57 6.18 5.13 4.91 98.03 煤灰 — 56.91 21.23 12.07 3.48 1.67 1.10 96.46 表 3-2 煤的工业分析 — Mar Var Aar Qnet,ar Qnet,ad 原煤（烟煤） 2.20% 19.81% 24.19% 23207 kJ/kg 24977 kJ/kg 单位熟料热耗为：q=3093kJ/kg。 率值及率值确定 1）硅率SM 硅酸率SM的大小表示熟料在煅烧过程中生成硅酸盐矿物和溶剂矿物的相对含量。SM值过高，溶剂矿物减少，烧成温度需要相对提高，热耗高，且不利于C3S的形成。SM值过低,则熟料因硅酸盐矿物少而强度低，并且由于液相量过多易出现大块、结圈等，影响要的操作，通常硅酸盐水泥的硅率在1.7—2.8之间。 2）铝率IM 铝率表示熟料中氧化铝与氧化铁的质量百分比，也表示熟料中C3A与C4AF的比例关系，因而也关系到熟料的凝结快慢。同时还关系到熟料液相黏度，从而影响到熟料的煅烧难易，铝率高，熟料中C3A多，液相黏度大，物料难烧，水泥凝结快。但铝率过低，虽然液相黏度小，液相中质点容易扩散C3S形成有利，但烧结范围窄，窑内易结大块，不利于窑的操作。铝率一般是在0.9—1.9之间取得。 3）石灰饱和系数KH KH表示的是熟料中氧化钙被氧化硅饱和成硅酸三钙的程度。KH实际上表示了熟料中C3S与C2S百分含量的比例，KH越大，则硅酸盐矿物中的C3S的比例越高，熟料质量越好，故提高KH有利于提高水泥质量，但KH过高，熟料煅烧困难，保温时间长，否则会出现游离CaO，同时窑的产量低，热耗高，窑衬工作条件恶化。工厂中KH值一般在0.82—0.94之间取得。 预分解窑生料预热好，分解率高，另外由于单位产量窑体的散热损失少以及耗热最大的碳酸盐分解带已移到窑外，因此窑内的气流温度高，为了有利于挂窑皮和防止结皮、堵塞、结大块，目前趋于低液相量的配料方案。 熟料率值的确定， 首先要满足产品方案的要求，并在生产中逐步摸索适合本厂设备和资源条件的指标。若原料易烧性较好， 烧成熟料游离钙＜１％， 即可提高率值， 以取得高强度熟料， 从而增加混合材掺加量；若生产硅酸盐水泥， 买方又不需要高标号， 即可在满足产品质量要求的前提下， 适当降低率值， 以减少煤耗，这就是经济率值。 参考国内外大型预分解窑熟料率值的配料方案，结合本设计的原料品质， 本次设计的初始率值目标值定为：KH=0.91 SM=2.55 IM=1.64 水泥配料方案 1）计算熟料中煤灰掺入量GA GA = （B：煤灰沉落率，带电收尘器的窑为：100%） = =3.22 2）假设原料配比，计算配料数据及生料成分 设干燥基原料配比为： 表 3-3 假设干燥基原料配比 石灰石 砂岩 硫酸渣 页岩 84.00% 7.00% 2.00% 7.00% 计算各原料带入白生料中的成分量： 原料配比×该原料化学成分中各氧化物含量，如：石灰石带入白生料中的SiO2的百分含量为：SiO2=84.00%×6.85%=5.75% 用此法计算所有原料带入白生料中各氧化物百分含量列于表3-4： 表 3-4 化学成分（%） 原料名称 配比 Loss SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 ∑ 石灰石 84.00 34.00 4.07 1.16 0.36 42.85 0.85 —　 83.29 砂岩 7.00 0.34 5.19 1.09 0.19 0.04 0.06 — 6.90 页岩 7.00 0.73 4.05 0.84 0.31 0.55 0.15 — 6.63 硫酸渣 2.00 0.08 0.26 0.05 1.25 0.12 0.10 0.10 1.96 白生料 100 35.15 13.57 3.14 2.11 43.56 1.16 0.10 98.79 灼烧基生料 — — 20.93 4.84 3.26 67.17 1.79 0.15 98.13 灼烧基生料= ×白生料中各氧化物含量 = ×白生料中各氧化物含量 3）计算熟料成分 熟料中各氧化物含量=灼烧基生料中各氧化物含量×（100-煤灰掺入量GA）+煤灰中各氧化物含量×GA 表 3-5 熟料的计算成分（%） 项 目 配合比 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 ∑ 灼烧基×（100-GA）% 96.78 20.25 4.68 3.15 65.00 1.73 0.15 94.97 煤灰成分×GA% 3.22 1.83 0.68 0.39 0.11 0.05 0.04 3.10 熟料成分 100 22.08 5.36 3.54 65.11 1.78 0.19 98.07 4）熟料率值及其矿物组成计算 （IM≥0.64） KH= =0.8900 SM= =2.4807 IM= =1.5143 根据计算结果，KH、IM、SM都略低于配料目标值，所以重新调整原料原料配比。 5） 重新假设调节原料配比，计算配料数据及灼烧基生料成分，设干燥基原料配比如下： 表 3-6 重新调整原料配比（%） 石灰石 砂岩 硫酸渣 页岩 84.60 7.10 6.60 1.70 计算所有原料带入白生料中各氧化物百分含量列于下表： 表 3-7 化学成分（%） 原料名称 配比 Loss SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 ∑ 石灰石 84.60 34.25 4.10 1.17 0.36 43.15 0.85 — 83.89 砂岩 7.10 0.34 5.26 1.11 0.19 0.04 0.06 —　 7.00 页岩 6.60 0.69 3.82 0.79 0.29 0.52 0.15 — 6.25 硫酸渣 1.70 0.07 0.22 0.04 1.06 0.11 0.09 0.08 1.67 白生料 100.00 35.34 13.40 3.11 1.91 43.82 1.14 0.08 98.81 灼烧基生料 — — 20.73 4.80 2.96 67.77 1.77 0.13 98.15 表 3-8 熟料的计算成分（%） 项 目 配合比 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 ∑ 灼烧基×（100-GA）% 96.78 20.06 4.65 2.86 65.58 1.71 0.13 94.99 煤灰成分×GA% 3.22 1.83 0.68 0.39 0.11 0.05 0.04 3.10 熟料成分 100 21.89 5.33 3.25 65.69 1.76 0.17 98.09 6） 计算熟料率值及矿物组成 （P≧0.64） KH= =0.9097 SM= =2.5517 IM= =1.6397 C3S=3.8（3KH-2）×S =3.8×（3×0.9097-2）×21.89%=60.65% C2S=8.61（1-KH）×S=8.61×（1-0.9097）×21.89%=17.02% C3A=2.65（IM-0.64）×F =2.65×（1.6397-0.64）×3.25%=8.61% C4AF=3.04F=3.04×3.25%=9.88% 重新调整生料配比后，熟料率值和矿物组成均符合设计要求，而且MgO和SO3也在控制范围内。所得的结果KH、SM、IM已十分接近要求值。考虑生产波动，熟料率值的控制指标可定为：KH=0.91±0.02，SM=2.5±0.1，IM=1.6±0.1。所以原料配比确定为： 表 3-9 确定原料配比（%） 石灰石 砂岩 硫酸渣 页岩 84.60 7.10 6.60 1.70 7）将干燥基原料配比换算为湿原料配比，计算生料湿原料质量配合比： 表 3-10 原料操作水分（%）： 名称 石灰石 砂岩 页岩 硫酸渣 石膏 建筑垃圾 粉煤灰 水分（M） 0.90 2.90 4.10 4.30 0.90 0.30 10.00 湿原料=干原料× 表 3-11 计算结果 湿原料 石灰石 砂岩 页岩 硫酸渣 ∑ 份数 0.8537 0.0731 0.0688 0.0178 1.0134 换算成百分比 84.24% 7.21% 6.79% 1.76% 100% 8）白生料的理论消耗量： 白生料理论消耗量= =1.4968 kg/kg =149.68（kg白生料/100kg熟料） 9） 熟料煤耗： P1= = =0.13328= 13.328（kg煤/100kg熟料） 物料平衡计算 烧成车间生产能力和工厂生产能力的计算 1）窑的台数 理论熟料产量Qd,1=4000t/d，理论小时产量Qh ,1= =166.67t/h 标定熟料产量Qd =4210t/d，小时产量Qh= =175.42t/h n= = =0.95＜1 故n取1。 式中：n ——窑的台数；（台） Qd——要求的熟料日产量（t/d）；按照窑的日产量，窑的标定产量设定为4210 t/d； 2）计算烧成系统的生产能力 熟料小时产量： Qh =nQh，1=1×166.67=166.67 （t/h） 熟料日产量： Qd=24Qh=24×166.67=4000（t/d） 熟料周产量： Qw=168Qh=168×166.67=28000（t/w） 式中：Qh —— 窑的台时产量 （t/h） Qd —— 窑的日产量 （t/d） Qw —— 窑的周产量 （t/w） 3）水泥产量计算 工厂的生产能力由烧成车间的生产能力求得。当设计任务书是两种或者两种以上，但所用熟料相同时，可先分别求出每种水泥的产量，然后计算水泥产量的总和。本次设计任务书的水泥品种只有P.O52.5一种，根据GB175-2007等相关规定，普通硅酸盐水泥中石膏掺量以SO3（质量分数）计≤3.5%，水泥熟料和石膏总量≥80%且＜90%（质量分数），混合材参量＞5%且≤20%（质量分数）。由于只生产P.O52.5一种标号水泥，故确定该标号水泥和物质配比（干燥基）如下： 表 3-12 水泥混合材干原料配比（%） 熟料 石膏 粉煤灰 建筑垃圾 石灰石 SO3 89.17 5.28 2.66 0.89 2.00 2.0±0.1 水泥小时产量： = ×166.67=181.30（t/h） 式中： ——水泥小时产量（t/h）； ——干生料生产损失，%，取3%（见《水泥厂工艺设计概论》P40）； ——水泥中石膏的掺入量（﹪）；取5.28﹪； ——水泥中混合材的掺入量（﹪）；取5.55%。 水泥日产量 =24 ×181.30= 4351.24（t/d） 水泥周产量 =168 ×181.30 =30458.67（t/w） 原、燃料消耗定额 1）原料消耗定额 ①考虑煤灰掺入时，1t熟料的干生料理论消耗量： KT = = =1.50 （t/t 熟料） 式中：KT ——干生料理论消耗定额，t/t 熟料； S ——煤灰掺入量，%； I ——干生料的烧失量，%。 ②考虑煤灰掺入时，1t熟料的干生料消耗定额： K生 = =1.54（t/t 熟料） 式中：K生——干生料消耗的定额，t/t 熟料； P生——干生料生产损失。%，取3%（见《水泥厂工艺设计概论》P40） ③各种干原料的消耗定额： K原 = K生χ K原 — 某种干原料的消耗定额（t/t 熟料） K生 — 干生料消耗定额（t/t 熟料） χ — 干生料中该原料的配比（%） K石灰石= K生 χ =1.54×84.60%=1.303 （t/t 熟料） K砂岩= K生χ =1.54×7.10%=0.109 （t/t 熟料） K页岩= K生 χ =1.54×6.60%=0.102（t/t 熟料） K硫酸渣= K生χ =1.54×1.70%=0.026（t/t 熟料） 结果见下表： 表 3-13 干原料的消耗定额 — 石灰石 砂岩 页岩 硫酸渣 （t/t熟料） 1.54 χi（%） 84.60% 7.10% 6.60% 1.70% （t/t熟料） 1.303 0.109 0.102 0.026 式中 ——干原料的消耗定额（t/t熟料） ——干生料消耗定额（t/t熟料） χi ——物料干燥基配比 2）干石膏消耗定额： 本设计石膏掺入量：d = = ×100%=5.28% 确定P .O 52.5水泥混合材掺入量为e=5.55%，生产损失均为Pd=3%，则： Kd= 表 3-14 — P.O 52.5 d （%） 5.28 e （%） 5.55 Pd（%） 3.00 （kg/kg熟料） 6.10×10-2 3）干混合材消耗定额： Ke= 表 3-15 — P.O 52.5 d （%） 5.28 e （%） 5.55 Pe（%） 3.00 （kg/kg熟料） 6.42×10-2 4）烧成用干煤消耗定额： Kf1= = =0.1374 kg/kg熟料 5）上述各种干物料消耗定额换算为天然水分的湿物料消耗定额： K湿= 式中：K干、K湿——分别表示湿物料、干物料消耗定额，kg/kg 熟料； ——该物料的天然水分，%。 用此公式计算见下表： 表 3-16 原料消耗定额表 — 石灰石 砂岩 页岩 硫酸渣 石膏 水泥用石灰石 粉煤灰 建筑垃圾 w0（%） 0.90 2.90 4.10 4.30 0.90 0.90 10.00 0.30 K干（kg/kg 熟料） 1.303 0.109 0.102 0.026 0.0610 0.0231 0.0308 0.0103 K湿（kg/kg 熟料） 1.315 0.113 0.106 0.027 0.0616 0.0233 0.0342 0.0103 烧成系统和工厂的生产能力 1）烧成系统的生产能力： 熟料小时产量：Qh= = =166.67（t/h） 熟料日产量：Qd=4000（t/d） 熟料周产量：Qw=28000（t/w） 2）工厂生产能力： 水泥小时产量： = ×166.67=181.30（t/h） 水泥日产量：Gd=24 Gh=24×166.67=4351.24（t/d） 水泥周产量：Gw=168 Gh=168×166.67=30458.67（t/w） 全厂物料平衡表 表 3-17 水泥配料表 水泥品种 混合材 石膏 熟料 石灰石 粉煤灰 建筑垃圾 P.O52.5 2.00% 2.66% 0.89% 5.28% 89.17% 按上法计算全厂物料需要量见下表： 表 3-18 全厂物料平衡表 原料名称 水分含量（%） 生产损失（%） 消耗定额（t/t熟料） 物料平衡表（t） 备注 干料 含天然水分料 干料 湿料 小时 日 周 小时 日 周 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 石灰石 0.90 — 1.303 1.315 217.17 5212.10 36484.73 219.14 5259.44 36816.07 — 页岩 4.10 — 0.102 0.106 17. 00 408.01 2856.06 17.73 425.45 2978.16 · 砂岩 2.90 — 0.109 0.114 18.17 436.01 3052.06 18.94 454.65 3182.54 — 硫酸渣 4.30 — 0.026 0.027 4.33 104.00 728.01 4.53 108.68 760.73 — 生料 — 3.00 1.54 — 256.67 6160.12 43120.86 — — — — 石膏 0.90 3.00 0.0610 0.0616 10.17 244.00 1708.03 10.27 246.40 1724.83 — 粉煤灰 10.00 3.00 0.0308 0.0342 5.13 123.20 862.42 5.70 136.80 957.62 — 石灰石（混合材） 0.90 3.00 0.0231 0.0233 3.85 92.40 646.81 3.88 93.20 652.41 建筑垃圾（红砖） 0.30 3.00 0.0103 0.0103 1.72 41.18 288.27 1.72 41.31 289.14 — 熟料 — — — — 166.67 4000 28000 — — — — 水泥（P.O52.5） — 3.00 — — 186.91 4485.90 31401.32 — — — — 烧成用煤 2.20 3.00 0.1374 0.1405 22.90 549.61 3847.28 23.42 561.97 3933.82 — 注：1、窑熟料产量：4000t/d；熟料热耗3093kJ/kg。 2、燃煤量按无烟煤与烟煤搭配使用，搭配比例为：无烟煤：烟煤=50%：50%；窑头煤：窑 尾煤=40%：60%。 3、水泥品种为P.O52.5；袋装水泥：散装水泥=70%：30%。 主机平衡计算及选型 车间工作制度的确定 表 4-1 车间工作制度表 主机每周运转小时数及班制表： 主机名称 每日运转时间（h/d） 每周运转时间（h/周） 生产周制（d/周） 生产班制 石灰石破碎机 12 72 6 每日两班,每班6小时 生料磨 24 164 7 每日三班,每班8小时， 每周定检4小时 窑 24 168 7 每日三班,每班8小时 煤磨 24 168 7 每日三班,每班8小时 水泥磨 22 154 7 每日三班,每班8小时， 每天2小时避用电高峰 包装机 14 84 6 每日两班,每班7小时 主机选型 破碎机的选型 本设计采用单段锤式破碎系统： 石灰石破碎机要求小时产量：GH = = = 511.33（t/h） 由此，选择型号为：DLP20.22B型单段锤式破碎机一台，台时产量为：600~800 t/h，正常600t/h。转子尺寸（mm×mm）Φ2018×2227，进料口尺寸（mm×mm）2095×2380，入料粒度（mm×mm×mm）1000×1000×1500，产品粒度（mm）90%≤25，电机功率800kW，设备重量（不含电机）130t。同时配备重型板式喂料机，2300×10000mm，喂料能力700~900t/h，其主电机功率55kW。选择该石灰石破碎机能满足工厂生产要求.该破碎机其特点为破碎比大,可将大块原矿石一次性破碎到符合入磨标准的粒度,与传统的两段破碎系统相比,可节省一次性投资.另外该破碎机的操作简单,维修方便。 石灰石破碎机实际运转小时数为：H0= ×H= ×72=61.36（h） 生料磨的选型 生料磨要求小时产量：GH= = =262.93（t/h） 本设计采用立磨系统。与传统的的球磨相比，立式磨粉碎比大，粉碎效率高，节能可达30%，对入磨原料的适应性强，设备噪音小，工艺紧凑，占地面积和建设投资分别比球磨粉磨系统减少50%和70%。所以选取产量为310t/h的MLS4028立磨，产品细度为R80≤12%，粉磨电耗6~11.5kWh/t生料，碾磨压力1800kN，垂直静载荷和垂直动载荷分别为8000和25000kN，密封压力8kPa，密封电机功率22kW。入磨物料粒度95%＜80mm，原料综合水分＜8.0%，出磨生料水分≤0.5%，入磨粒度允许2%＞100mm，主电机功率3100 kW。为了减小磨机风环风速，降低磨内压降，节约粉磨电耗，设有物料外循环系统。设计采用的生料磨为集烘干兼粉磨、选粉于一体的辊式磨，磨机烘干热源来自于窑尾出来的废气。 生料磨实际运转小时数为：H0= ×H= ×164=139.10（h）＜164（h） 实际运转小时数小于要求工作小时数，能保证水泥厂的正常运转。 窑系统 由于日产4000t熟料生产线是最近几年才在国内快速发展起来的较为主流的生产线，对于回转窑的型号规格参照冀东水泥、宁国水泥的生产情况，本设计选取回转窑的规格为：Φ4.7×74m，有效内径4.3m；采用三挡支承，斜度4％，主电机功率395 kW，直流调速。 本设计所采用的回转窑要求台时产量：GH = = *7=166.67（t/h） 实际产量为4210t/d熟料，故回转窑的实际台时产量为: GH,1 = = =175.42（t/h） 窑尾采用四级4-2-2-1系列预热器系统，参考冀东水泥，其规格为：C1级4-Φ4048，C2级2-Φ6000，C3级2-Φ6400，C4级1-Φ8200，生产能力4000t/d，目标生产能力4210t/d。 分解炉选用阻力较小的NSF分解炉（参考冀东水泥），其有效容积较大，有利于煤粉充分燃烧与气料热交换，提高了分解炉的分解效率。其规格为Φ8.2×11.6m，斜度 4.0% ，主传转速0.399~3.99r/min。 熟料冷却机采用成都建材设计院的LBTF4000型第三代空气梁往复推动篦冷机，设有三段篦床，每段篦床均由液压驱动装置传动。产量4000t/d，篦床名义面积101m2，篦床有效面积98 m2，入料温度1400℃，出料温度65+环境温度（℃），篦板冲程130mm，篦板冲程数6~20s/min，传动段数3段，传动电机功率65+65+65=195kW。 煤磨的选型 本次设计采用立磨系统，煤磨要求小时产量： GH = = =23.42（t/h） 煤粉制备系统设计放弃传统的风扫管磨+粗粉分离器+旋风除尘器+电除尘器的方案，参考都江堰拉法基水泥厂，煤粉制备系统设计中煤磨采用北京电力设备总厂的ZGM80G中速辊式磨，其生产能力为25t/h。入磨粒度≤50㎜，入磨水份≤8%，产品细度R80≤10%，出磨水份≤1%，生产能力25~29t/h，主机功率220 kW，磨盘工作直径1600mm，磨盘转速28.7r/min。煤磨系统采用煤磨+脉冲喷吹袋式收尘器的方案，原煤经全密闭计量给煤机喂入辊式磨烘干粉磨，热源取自窑头篦式冷却机余风。该方案较前者节省了投资设备，减少了建筑占地面积，并且操作简单稳定，充分利用了余热。此设备搭配方案在都江堰拉法基水泥厂从投产效果看，振动极小，运转平稳可靠。 煤磨实际运转小时数为：H0= ×H = ×168=157.38（h）＜168（h） 水泥磨的选型 本次设计参照德阳利森水泥厂水泥制成车间工艺原理，采用联合粉磨工艺粉磨熟料，熟料经水泥配料站后经辊压机初步粉磨，由V型选粉机选出的熟料颗粒再送至水泥磨细磨，部分细颗粒经旋风收尘器收尘后入磨细磨，V选后的粗颗粒回称重稳流仓至辊压机再次粉磨，以保证生产的连续性和稳定性。 本次设计采用带辊压机预粉磨的联合粉磨系统，水泥磨要求小时产量： GH == =193.84（t/h） 水泥粉磨采用2套带O-Sepa N-2500选粉机的闭路球磨机粉磨系统，简单实用、运转率高，调节水泥细度方便，能同时生产不同品种水泥。磨机选用了Φ3.8×12m球磨机，2仓位，生产能力110~120t/h，入磨物料细度＜2mm，95%产品通过产品细度320~340m2/kg，磨机转速16.6r/min，研磨体装载量170t（正常163t），台时产量可达120t/h，主电机型号YRKK900-8,功率2500 kW，转速740r/min。主减速器采用JS130-C，传递功率2500kW，输入转速745r/min。输出转速16.8r/min，膜片联轴器采用JL130-C，出磨水泥细度比表面积达350m2/kg。其传动采用了中心传动系统，具有传递功率大、投资省、占地面积小等优点。 辊压机选用两台G140-110型辊压机，轧辊直径:1400mm,轧辊宽度1100mm;通过量:485~550t/h；喂料粒度95%≤45mm，Max≤75mm；产品粒度平均:＜2mm占 65%；＜0.09mm占 20%；功率：2×800kW，转速1485r/min3。 V型选粉机选用两台VX2000型选粉机，选粉风量:120000~200000mh;能力:96~160t/h。 高效选粉机两台，O-Sepa选粉机一、二、三次风全为环境冷空气，大大改进水泥质量、提高粉磨系统产量。,最大喂料量450t/h，水泥产量90~150t/h，比表面积320~360 m2/kg，选粉空气量2500 m3/min，转子转速115~190r/min，减速机型号B2SV-5,速比7.1，其电动机型号YPT315S-4,功率110 kW。 由此，选择型号规格为：Φ3.8×12m球磨机2台，台时产量：110（t/h）；选取O-Sepa N-2500高效选粉机2台；选取VX2000型选粉机2台。 水泥磨实际运转小时数为：H0= ×H = ×154=135.69（h）＜154（h） 实际运转小时数小于要求工作小时数，能保证水泥厂正常运转。 包装机的选型 设计有70%的水泥需要袋装，则袋装水泥要求的小时产量为： GH = =31401.32×70%/84=261.68（t/h） 本次设计采用回转式包装机，采用3条RM-8型八咀回转包装机包装水泥，台时产量为100t/h,完全能满足生产的要求，并设有电子校正称、破包机及破包清理等装置，具有称量精度高（袋误差为±0.1kg）、密封性能好、扬尘小、自动化程度高及操作简便等优点。 包装机实际运转小时数为：H0= ×H = ×84=73.27（h）＜84（h） 主机平衡表 表 4-2 主机平衡表 主机名称 主机型号 周平衡量（t/h） 主机产量（t/台.h） 主机台数（台） 要求主机小时产量（t/h） 主机生产能力（t/h） 主机每周运时间（h/w） 主机每周实际运转时间（h/w） 单断锤式破碎机 　DLP20.22B 36816.07 600 1 511.33 600 72 61.36 生料磨 MLS4028 43120.86 310 1 262.93 310 164 139.10 回转窑 Φ4.7×74m　 28000 175.42 1 166.67 175.42 168 164.64 煤磨 ZGM80G 3933.82 25 1 23.42 25 168 157.38 水泥磨 2×G140-110+2×VX2000+2×Φ3.8×12m+2×O-Sepa N-2500高效选粉机　 31401.32 110 2 193.84 110 154 135.69 回转式包装机 RM-8型八咀回转包装机 21980.92 100 3 261.68 300 84 73.27 储库计算 水泥厂是连续生产的工厂，为了避免由于外部运输来料的不均衡，上、下工序设备之间生产能力的不平衡，或是由于前后段生产工序的工作班制度不同，以及其他原因造成物料供应的中断或物料滞留堆积而堵塞，保证工厂生产的连续进行和水泥的均衡出厂，以及为了满足生产过程中质量控制和产品检验的需要，水泥厂必须设置各种原料、燃料、半成品和成品的储存设施（包括各种堆场，堆棚、储库、料仓以及成品库等）。各种储库的容量应满足不同物料存储期的要求，储存量一般以储存期来确定和表示。 确定各种物料储存期 物料的储存期是工艺设计中的一个重要的参数，合理确定这个参数，具有较大的技术经济意义。物料的储存期不应该定得过短，否则对生产不利，甚至影响整个生产;但也不应该过长，以免增加基建投资和生产成本。因此要综合考虑各种条件和因素，合理的确定各种物料的储存期。下表是本设计所设定的各物料的储存期。 本设计确定各物料的储存期如下：（《新型干法水泥厂工艺计算手册》P312） 表 5-1 各原料堆场及堆棚的储存期 物料 名称 石灰石 页岩 砂岩 硫酸渣 煤 生料 建筑垃圾 熟料 石膏 粉煤灰 石灰石混合材 水泥 储存期（d） 5 10 14 20 15 2.5 20 8 20 5 10 10 堆场计算 各物料的密度和休止角如下表所示(参照《水泥厂工艺设计概论》P289 附录（一）常用物料的密度和休止角)： 表 5-2 常用物料密度和休止角 物 料名 称 碎石灰石 干页岩 干砂岩 硫酸渣 块煤 煤粉 粉煤灰 生料粉 熟 料 （回转窑） 石膏 建筑 垃圾 （红砖） 普通 水泥 （库内） 物料容重γ（t/m3） 1.45 2.0 2.65 1.5 0.9 0.5 1.9 1.3 1.45 1.3 1.4 1.45 休止角α(度) 30 25 36 35 27 0 32 35 33 45 40 30 石灰石预均化堆场 目前大型水泥厂的石灰石预均化可采用长形或圆形2种形式的堆场，其主要特点粗略比较如下： 表5-3 石灰石预均化堆场特点的粗略比较 比较项目 圆形堆场 长形堆场 堆取料方式 连续堆、取料 一堆一取 均化效果 较好 好 堆料机 悬臂，环线连续布料 悬臂，直线连续布料 取料机 桥式，端面取料，中心卸料 桥式，端面取料 卸料方式 地坑卸料 地面卸料 总投资 100% 126% 有无扩建条件 无 有 长形堆场占地面积较大，且建设投资较高，其均化效果较好，设备操作比较复杂，可以根据需要和场地条件予以扩建；圆形堆场占地面积比矩形少30%~40%，总投资比矩形少30%~40%，均化效果比矩形稍差，但通过采用新的工作系统，均化效果已大为提高，设备操作方便，有利于自动控制。根据工程的具体情况，本设计采用圆形预均化堆场设置。 1）总堆料量：Q总= K·Q·d =1.1×5259.44×5=28926.92（t） 式中： Q总——堆场内总堆料量，t； K——堆场系数，K=1.0~1.2，取K=1.1； Q——物料的日用量，t/d； d——物料的储存期，d。 2）堆场的尺寸确定 取堆场的料堆的长宽比为C= =4.5 料堆的堆量为：Q总=γ·V=γB2tanα(0.25 -0.1191B)=0.84B3 则解得B=32.53（m）， =146.40 （m） 料堆的高为H= = =9.39 （m） 料堆中心半径为由 =1.2πr，得r=38.83（m） 轨道半径R=r+0.5B=38.83+0.5×32.53=55.10（m） 式中 V——料堆的容积,m3； B、 、H——分别表示料堆的宽、中心弧长、高，m； r、R——分别表示料堆中心半径和堆场轨道半径。 考虑在轨道外面留有4m的过道，同时参考国内现阶段同类大型圆形预均化堆场规格，因此本设计确定石灰石预均化堆场的规格为：ф120 m。 原煤预均化堆场 同样，原煤预均化堆场也采用圆形预均化堆场设置。 1) 总堆料量：Q总=K·Q·d=1.1×561.97×15=9272.51（t） 式中 ： Q总——总堆料量，t K——堆料系数，K=1.0~1.2，取K=1.1 d——物料的储存期，d。 2）堆场的尺寸确定 同样取堆场的料堆的长宽比为C= =4.5 料堆的堆量为：Q总=γ·V=γB2tgα(0.25L-0.1191B)=0.46B3 则解得B=27.19 m, = 122.36（m） 料堆的高为H= = =6.93（m） 料堆中心半径为由 =1.2πr,得r=32.46（m） 轨道半径R=r+0.5B=32.46+0.5×27.19=46.06 （m） 考虑在轨道外面留有4m的过道，因此确定原煤预均化堆场的规格为：ф105m 联合预均化堆场 本设计参照德阳利森水泥厂，采用1#和2#共计2个联合预均化堆场，1#联合预均化堆场堆积硫酸渣、砂岩和页岩，用于生料配料；2#联合预均化堆场堆积石膏、建筑垃圾（红砖）和石灰石掺合材，用于水泥粉磨。 1）1#预均化堆场计算 根据以上计算，初步确定各料堆的宽度为30m。 a）页岩堆场 料堆的堆量：Q总= K·Q·d=1.1×425.45×10=4679.95（t） 堆场的高为： H= = =6.99（m） 由Q总=γ·V= = =209.70L，得： L页岩=22.32（m） b）砂岩堆场 料堆的堆量：Q总= K·Q·d=1.1×454.65×14=7001.61（t） 堆场的高为： H= = =10.90（m） 由Q总=γ·V= = =433.28L，得： L砂岩=16.16（m） c）铁粉堆场 料堆的堆量：Q总= K·Q·d=1.1×108.68×30=5196.51（t） 堆场的高为： H= = =10.50（m） 由Q总=γ·V= = =236.25L，得： L铁粉=22.00（m） 1#联合预均化堆场的长度等于各个堆场之和加上10m的富裕长度： L总1#= L页岩+L砂岩+L硫酸渣+10 =22.32+16.16+22.00+10=70.48（m），取为72m； 再考虑取料机的轨道和过道宽度，可确定堆场的宽度为40m，因此，1#联合储库的规格为： 40×72 m。 2）2#预均化堆场计算 根据以上计算，初步确定各料堆的宽度为25m。 石膏堆场 石膏堆场储期确定为20d。 料堆的堆量：Q总= K·Q·d=1.1×246.40×20=5420.80（t） 堆场的高为： H= = =12.50（m） 由Q总=γ·V= = =203.13L，得： L石膏=26.69（m） b）建筑垃圾（红砖）堆场 确定红砖储存期为20d。 料堆的堆量：Q总= K·Q·d=1.1×41.31×20=908.82（t） 堆场的高为： H= = =10.49（m） 由Q总=γ·V= = =183.58L，得： L红砖=4.95（m） c）石灰石混合材堆场 确定石灰石混合材储存期为10d。 料堆的堆量：Q总= K·Q·d=1.1×93.20×10=1025.20（t） 堆场的高为： H= = =7.22（m） 由Q总=γ·V= = =130.86L，得： L石灰石=7.83（m） 则2#联合预均化堆场的长度等于各个堆场之和加上10m的富裕长度： L总2#= L石灰石+L石膏+ L红砖+10=7.83+26.69+4.95+10=49.47（m），取50.00m再考虑取料机的轨道和过道宽度，可确定堆场的宽度为35m，因此，2#联合储库的规格为： 35×50m. 其结果见下表： 表 5-4堆场规格 —　 石灰石堆场 (圆形) 原煤堆场 (圆形) 联合储存库 1#联合预均化堆场 2#联合预均化堆场 页岩 砂岩 铁粉 石膏 石灰石混合材 建筑垃圾 堆量（t） 28926.92 9272.51 4679.95 7001.61 5196.51 5420.80 1025.20 908.82 高 （m） 9.39 6.93 6.99 10.90 10.51 12.50 10.49 7.22 半径/宽（m） 55.10 46.06 30.00 30.00 30.00 25.00 25.00 25.00 长 （m） — — 22.32 16.16 22.00 26.69 4.95 7.83 过道宽度（m） 4 4 5 5 5 5 5 5 规格 ф120m Ф105m 40×72m. 35×50m 储库计算 石灰石库、页岩库、砂岩库、铁粉库、石膏库、粉煤灰库和红砖库设置用来储存进行配料，同时还起均化作用，在满足工艺生产顺畅的情况下结合基建综合加以考虑。 生料配料站 1）石灰石库（圆库） 石灰石采用圆库储存设计，圆库储存的优点由：库容积的有效利用率高，占地面积少；劳动条件好，扬尘较易处理；各车间布置灵活；可以进行远程控制及应用范围广等。 V=V1+V2= tanα + H1，Vγ≥Q 式中：V1 、V2——分别为圆库锥体和圆柱体部分体积m ； γ——该物料的堆积密度，t/m3； α——该物料的休止角，度； Q——该物料的储存量，t； D、H1——分别为圆库有效内径和直筒部分有效高度，m。 参照国内大多数水泥厂的圆库数据，由于水泥厂中石灰石的用量最大，因此本设计采用3个石灰石库，以满足水泥生产的连续性，取有效内径D取15m，储存期为4d；石灰石休止角α=30 ，物料容重γ=1.45t/m （见表4-2） V= tan30+ EMBED Equation.DSMT4 H1 3 Vγ=3 ( tan30+ EMBED Equation.DSMT4 H1)×1.45≥5259.44×4 H1≥25.94（m）， 锥体部分的高度为： H2=D· =15× =4.33（m） H= H1+ H2=25.94+4.33=30.27（m），取H=31.00m。 有效储量=3 ( tan30+ EMBED Equation.DSMT4 26.67)×1.45=21610.99（t） 实际储存期=21610.99/5259.44=4.11（d） 由此，确定石灰石库的规格为：Ø15×31m。 2）页岩库（圆库） 考虑页岩、砂岩、铁粉相比石灰石用量少得多，以及施工时的基建因素，因此参照德阳利森水泥，本设计决定取页岩、砂岩、铁粉圆库均为一个，其有效直径D都取为7m。 V=V1+V2= tanα + H1，Vγ≥Q 式中：V1 、V2——分别为圆库圆柱体和锥体部分体积m ； γ——该物料的堆积密度，t/m3； α——该物料的休止角，度； Q——该物料的储存量，t； D、H1——分别为圆库有效内径和直筒部分有效高度，m。 页岩的储存期为2d，休止角α=25 ，物料容重γ=2.0t/m (见表4-2)。 V= tan25+ H1 Vγ=( tan25+ H1)×2.0≥425.45×2 H1≥10.51（m） 锥体部分的高度为： H2=D· =7× =1.63（m） H= H1+ H2=10.51+1.63=12.14（m），取H=13.00m。 有效储量=( tan25+ ×11.37)×2.0=917.01（t） 实际储存期=917.01/425.45=2.16（d） 由此，确定页岩库的规格为：Ø7×13m。 3）砂岩库（圆库） V=V1+V2= tanα + H1，Vγ≥Q 式中：V1 、V2——分别为圆库圆柱体和锥体部分体积m ； γ——该物料的堆积密度，t/m3； α——该物料的休止角，度； Q——该物料的储存量，t； D、H1——分别为圆库有效内径和直筒部分有效高度，m。 砂岩的储存期为2d，休止角α=36 ，物料容重γ=2.65t/m (见表4-2)。 V= tan36+ H1 Vγ=( tan36+ H1)×2.65≥454.64×2 H1≥8.09（m） 锥体部分的高度为： H2=D· =7× =2.54（m） H= H1+ H2=8.09+2.54=10.63（m），取H=11.00m。 有效储量=( tan36+ ×8.46)×2.65=994.23（t） 实际储存期=994.23/454.64=2.19（d） 由此，确定砂岩库的规格为：Ø7×11m。 4）铁粉库（圆库） V=V1+V2= tanα + H1，Vγ≥Q 式中：V1 、V2——分别为圆库圆柱体和锥体部分体积m ； γ——该物料的堆积密度，t/m3； α——该物料的休止角，度； Q——该物料的储存量，t； D、H1——分别为圆库有效内径和直筒部分有效高度，m。 页岩的储存期为6.5d，休止角α=35 ，物料容重γ=1.5t/m (见表4-2)。 V= tan35+ H1 Vγ=( tan35+ H1)×1.5≥108.68×6.5 H1≥11.69（m）， 锥体部分的高度为： H2=D· =7× =2.45（m） H= H1+ H2=11.69+2.45=14.14（m），取H=15.00m。 有效储量=( tan35+ ×12.55)×1.5=771.63（t） 实际储存期=771.63/108.68=7.10（d） 由此，确定铁粉库的规格为：Ø7×15m。 5.3.2 生料均化库（IBAU库） 生料均化库的几种主要类型及特点比较： 表 5-4 生料均化库的几种主要类型及特点比较 项目 IBAU库 Polysius MF库 F.L.Ssmidth CF库 均化用空气压力 60~80 60~80 50~80 均化用空气量 7~10 7~10 7~12 均化电耗 0.36~0.72 0.54左右 0.72~1.08 均化效果 7~10 7~10 10~16 基建投资 较高 较低 较高 操作要求 很简单 很简单 简单 均化库结构或特点 土建结构较复杂，电耗很低，操作很简单 管理方便，电耗很低 均化效果很好，控制系统较复杂，基建费较高 生料入窑计量采用变频调速的定量给料机，型号DEM2060+S1右装，计量范围35~350t/h，计量精度≤±0.5%。 实际储存期：d=G单库/Qd=17000/6160.12=2.76（d） 熟料库 孰料库的熟料存放时间定为8天。 熟料储存量：Q总=Q·d=4000×8=32000（t） 本次设计选择3个熟料库，其中1#，2#库储存合格的熟料，3#库（设计储量为2000t）为次熟料库。 由 V= V +V = tanα+ H 可计算得熟料库的容积。取1#，2#熟料库的有效直径D=24m，3#库D取12m。 1）1#，2#库： V= tan33+ H V·γ=( EMBED Equation.DSMT4 tan33+ H1 )×1.45≥ 解得：H1=21.79（m）， 锥体部分的高度为： H2=D· =24× =7.79（m） H= H1+ H2=21.79+7.79=29.58（m），取H=30m。 因此，取1#，2#熟料库的规格为ф24×30m。 有效储量=2×( tan33+ ×22.21)×1.45=32545.85（t） 实际储存期=32545.85/4000=8.14（d） 2）3#库： V= EMBED Equation.DSMT4 tan33+ H Vγ=( EMBED Equation.DSMT4 tan33+ H )×1.45≥2000 解得：H =16.39（m）, 锥体部分的高度为： H2=D· =12× =3.90（m） H= H1+ H2=16.39+3.90=20.29（m），取H=21m。 因此，取3#熟料库的规格为ф12×21m。 有效储量=( tan33+ ×17.10)×1.45=3017.24（t） 实际储存期=3017.24/4000=0.75（d） 式中：V ── 圆库圆锥体部分体积m ； V ── 圆库圆柱体部分体积m ； n——合格熟料库的个数； D——库直径D，1#，2#库直径D取25m，3#库D取12m； H ——圆库有效高度，m。 熟料库总的储存期为8.14+0.75=8.89（d） 水泥配料站 1）石灰石库(圆库) 确定石灰石储存期为6d。 V=V +V2= tanα + H1，Vγ≥Q 式中：V1 、V2——分别为圆库锥体部分和圆柱体体积m ； γ——该物料的堆积密度，t/m3； α——该物料的休止角，度； Q——该物料的储存量，t； D、H1——分别为圆库有效内径和直筒部分有效高度，m。 石灰石库有效内径D取6.5m，储存期为6d；α=30 ，γ=1.45t/m (见表4-2)。 V= tan30+ H1 Vγ=( tan30+ H1)×1.45≥93.20×6 H1≥11.00（m） 锥体部分的高度为： H2=D· =6.5× =1.88（m） H= H1+ H2=11.00+1.88=12.88（m），取H=14.00m。 有效储量=( tan30+ ×12.12)×1.45=613.25（t） 实际储存期=613.25/93.20=6.58（d） 由此，确定石灰石库的规格为：Ø6.5×14m。 2）石膏库（圆库） 确定石膏储存期为2d。 V=V +V2= tanα + H1，Vγ≥Q 式中：V1 、V2——分别为圆库锥体部分和圆柱体体积m ； γ——该物料的堆积密度，t/m3； α——该物料的休止角，度； Q——该物料的储存量，t； D、H1——分别为圆库有效内径和直筒部分有效高度，m。 石膏库有效内径D取6.5m，储存期为2d；α=45 ，γ=1.3t/m (见表4-2)。 V= tan45+ H1 Vγ=( tan45+ H1)×1.3≥246.40×2 H1≥10.34（m） 锥体部分的高度为： H2=D· =6.5× =3.25（m） H= H1+ H2=10.34+3.25=13.59（m），取H=14.00m。 有效储量=( tan45+ ×10.75)×1.3=510.47（t） 实际储存期=510.47/246.40=2.07（d） 由此，确定石膏库的规格为：Ø6.5×14m。 3）建筑垃圾（红砖）库（圆库） 确定红砖储存期为12d。 V=V +V2= tanα + H1，Vγ≥Q 式中：V1 、V2——分别为圆库锥体部分和圆柱体体积m ； γ——该物料的堆积密度，t/m3； α——该物料的休止角，度； Q——该物料的储存量，t； D、H1——分别为圆库有效内径和直筒部分有效高度，m。 建筑垃圾（红砖）库有效内径D取6.5m，储存期为12d；α=40 ，γ=1.4t/m (见表4-2)。 V= tan40+ H1 Vγ=( tan40+ H1)×1.4≥41.31×12 H1≥9.76（m） 锥体部分的高度为： H2=D· =6.5× =2.73（m） H= H1+ H2=9.76+2.73=12.49（m），取H=14.00m。 有效储量=( tan40+ ×11.27)×1.4=565.79（t） 实际储存期=565.79/41.31=13.70（d） 由此，确定建筑垃圾（红砖）库的规格为：Ø6.5×14m。 4）粉煤灰库（圆库） 确定粉煤灰储存期为5d。 V=V +V2= tanα + H1，Vγ≥Q 式中：V1 、V2——分别为圆库锥体部分和圆柱体体积m ； γ——该物料的堆积密度，t/m3； α——该物料的休止角，度； Q——该物料的储存量，t； D、H1——分别为圆库有效内径和直筒部分有效高度，m。 粉煤灰库有效内径D取6.5m，储存期为5d；α=32 ，γ=1.9t/m (见表4-2)。 V= tan32+ H1 Vγ=( tan32+ H1)×1.9≥136.80×5 H1≥10.17（m） 锥体部分的高度为： H2=D· =6.5× =2.03（m） H= H1+ H2=10.17+2.03=12.20（m），取H=14.00m。 有效储量=( tan32+ ×11.97)×1.9=797.36（t） 实际储存期=797.36/136.80=5.83（d） 由此，确定粉煤灰库的规格为：Ø6.5×14m。 水泥库 水泥设计储存期为10d。 要求总储量为Q总=Q·d=4485.90×10=44859.00（t） 采用8个库，则每个库储量为5607.38t，选平底型水泥库，直径为15m时，库壁高度H=36m，有效容积为V=4720m3，（《新型干法水泥厂工艺设计手册》P316 ） 单个水泥库储量为Q=V×γ=4720×1.45=6844t＞5607.38t 实际储存期为：4720×1.45×8÷4485.90=12.21d； 则确定水泥库的规格为：Ø15×36m。 储库一览表 表 5-5 储库一览表 名称 储库名称 型式、规格 数量 需要储量（t） 有效储量t 设计 储存期（d） 实际 储存期（d） 单个 总共 生料 配料站 石灰石库 Ø15×31m 3 21037.76 7203.66 21610.99 4 4.11 页岩库 Ø7×13m 1 850.90 917.01 917.01 2 2.16 砂岩库 Ø7×11m 1 909.28 994.23 994.23 2 2.19 铁粉库 Ø7×15m 1 706.42 771.63 771.63 6.5 7.10 生料 均化库 生料均化库（IBAU库） Ø22.5×60m 1 15400.30 17000 17000 2.5 2.76 熟料库 熟料库 Ø24×30m 2 32000 16272.93 32545.85 8 8.89 次熟料库 Ø12×21m 1 2000 2000 水泥 配料站 石膏库 Ø6.5×14m 1 495.80 510.47 510.47 2 2.07 石灰石库 Ø6.5×14m 1 559.20 613.25 613.25 6 6.58 建筑垃圾 （红砖）库 Ø6.5×14m 1 495.72 565.79 565.79 12 13.70 粉煤灰库 Ø6.5×14m 1 684.00 797.36 797.36 5 5.83 水泥库 水泥库 Ø15×36m 8 44859.00 6844.00 54752.00 10 12.21 水泥制成车间设计计算 水泥制成车间介绍 水泥粉磨的功能和意义 水泥粉磨是水泥制造的最后工序，也耗电最多的工序。其主要功能在于将水泥熟料以及外加剂、混合材等粉磨到适宜的粒度，形成一定的颗粒级配，增大其水化面积，加速水化速度，满足水泥浆体凝结、硬化要求。 近年来，随着新型干法水泥生产技术的不断发展和日益完善，熟料生产热耗大幅度降低，但是水泥生产综合电耗却长期居高不下。20世纪80年代，人们重点关注粉磨技术的改进和突破。关注利用挤压粉磨技术代替冲击粉磨技术的研究，以提高粉磨功的利用率，降低水泥生产综合电耗。因此，水泥粉磨技术创新，对于提高水泥产品质、节能、降低水泥制造成本，使新型干法水泥生产更具有经济竞争力，具有重要的意义。 现代水泥粉磨技术发展的特点 现代粉磨技术发展经历了两个阶段：第一个阶段是20世纪50年代至70年代钢球磨机大型化及其匹配设备的优化改进和提高阶段；第二个阶段是20世纪70年代至今的挤压粉磨技术的发展完善和大型化阶段。水泥粉磨的发展特点是： （1） 在钢球磨系统大型化的同时，创新研发挤压粉磨技术和装备 20世纪80年代以来，随着预分解窑大型化，钢球磨系统也向大型化方向发展。用于水泥粉磨的钢球磨机直径已达5m以上，电机功率7000kW以上，台时产量达300t以上。新设计的巨型磨机直径已达6m以上，传动功率达12000kW以上。采用大型磨机不但可以提高粉磨效率、降低衬板和研磨体消耗，减少占地面积，并且可以简化工艺流程，减少辅助设施，也有利于降低产品成本。长期以来，虽然圈流式钢球磨机作为水泥粉磨设备的基本型式，但是由于开流磨机具有工艺流程简单、操作方便和易于进行自动控制等优点，许多小型磨机仍然在采用。丹麦史密斯公司在小钢段磨的基础上，把两级磨合并在一个磨机上，开发了康必丹磨，既能用于开流，也能用于圈流。同时前苏联、美国、德国等国家还研发了喷射磨、离心磨、爆炸磨、振动磨、行星式球磨等新型磨机。 辊式磨的发展主要是20世纪90年代以来磨机结构和材质上的改进，并研发成功液力压紧磨辊代替弹簧压紧磨辊。辊压机亦称挤压机、双辊磨，于1985年研制成功于水泥工业，并逐渐大型化。20世纪90年代以来，这两种挤压粉磨系统不但在生料、矿渣终粉磨系统得到广泛应用，并且由它们单独或同短型钢球磨、高效选粉机组成的预粉磨、混合粉磨、联合粉磨、半终粉磨以及终粉磨系统亦得到比较广泛的应用，从而水泥生产综合点好由120kW·h/t降到90kW·h/t左右。 （2） 采用高效选粉机 为了适应磨机大型化的要求，闭路流程的选粉设备也得到了较大的发展。选粉效率达到74%的日本小野田重工业公司的旋风筒式O-SEPA、丹麦史密斯公司的SEPAX和美国斯特蒂文特公司的SD等高效选粉机相继出现。机械旋转式选粉机，目前其最大直径已经达到11m，选粉能力达到300t/h以上。为了与大型磨机相匹配，各种新型高效选粉机在水泥粉磨作业中也得到了日益广泛的应用，同时亦可了利用它对水泥进行冷却，其选分能力已达500t/h。目前，选粉机发展的主要趋势是进一步提高分级效率，提高单机物料处理量，结构简单化，机体小型化，可进行遥控操作等。 （3） 采用新型衬板，改善磨机部件和研磨体材质 目前水泥磨常采用的衬板有压条凸棱衬板、大凸波形衬板、曲面环向阶梯衬板、锥面分级衬板、螺旋凸棱形分级衬板、角螺旋分级衬板、圆角方形衬板、环沟衬板、橡胶衬板、无螺旋衬板。在改善易磨件及研磨体材质方面，则日益广泛地应用各种合金材料，提高耐磨性能，降低磨消耗，提高部件及研磨体使用寿命。 （4） 添加助磨剂，提高粉磨效率 助磨剂能够消除水泥粉磨时的结块和消除物料粘糊研磨体及衬板的弊端，改善粉磨作用，有效地提高粉磨效率。 （5） 降低水泥温度，提高粉磨效率，改善水泥品质 使用钢球磨机粉磨物料时，会使得大部分能量变成热量传递给物料，使得粉磨物料的温度上升到100℃以上。这样，不但会使二水石膏脱水，失去缓凝作用，而且温度过高还会使物料黏结，黏糊研磨介质，从而降低粉磨效率。因此为了降低水泥粉磨时的温度，提高粉磨效率，改善水泥品质，除已广泛采用的磨体淋水，加强磨内通风外，还通常采用了向磨内喷水。 （6） 实现操作的自动化 目前，水泥粉磨已广泛采用电子定量喂料秤、自动化仪表以及电子计算机控制生产，实现操作自动化，以进一步稳定磨机生产，提高生产效率。磨内作业主要利用电耳、提升机负荷、选粉机回料量及利用辊式磨内压差等进行磨机的负荷控制，对石膏的掺加量等亦可用X-荧光分析仪、计算机进行配料控制。 （7） 采取其他技术 如降低入磨物料粒度，保证水泥成品的合理颗粒级配及根据产品标准选择适当的比表面积，改善配料，选择合理的熟料矿物组成，降低入磨物料水分等。 （8） 开发粉状输送新型设备 在广泛推广应用挤压粉磨的同时，在粉状物料输送方面，研发机械输送粉状的超高超重提升机、密封皮带机、新型空气斜槽等装备，替代气力输送粉体物料旧模式，力求水泥生产的综合电耗进一步降低。 水泥粉磨流程发展情况 水泥粉磨流程的几种形式 （1）开路流程：管磨、康必丹磨。 开流钢球磨是水泥生产中最普通的粉磨系统，由于水泥成品是通过多仓管磨机粉磨一次完成，所以它具有工艺流程简单、附属设备少、建设投资省、操作管理方便和容易实现自动控制等优点。但是，在生产高细度水泥，比表面积高于3000~3800cm2／g时，物料细粉容易凝聚，影响粉磨功效，因此，在此情况下人们往往要选用闭路粉磨系统。 一般开流粉磨系统的发展，一是重视采用高硬度的小直径钢球；二是在细磨仓安装分组衬板；三是为了与小型研磨体相匹配，尽量减少入磨物料粒度。同时，丹麦史密斯公司认为分级衬板只对直径在50mm以上的钢球起作用，而对小研磨体只能采用挡球圈，所以该公司生产的多仓磨的二仓内均装有挡球圈，以起到扬料及防止物料倒流作用，使物料在磨内停留时间趋于一致。 （2） 闭路流程：一级管路闭磨、二级球磨闭路、中卸一级闭路、康必丹磨一级。 闭路钢球磨系统是由管磨机、提升机、选粉机和风机等主要设备所组成，在粉磨过程中，粗粒物料几次通过密机，它具有减少水泥过粉碎，避免发生颗粒凝聚和粘仓、钻研磨体等优点，有利于生产高纫度水泥，改变生产水泥的品种，提高粉磨效率。 近年来，水泥粉磨已趋向于闭路流程，特别是大型磨机更是这样。在闭路流程中，又趋向于球磨机、辊压机及高效选粉机不同组合的粉磨流程。 辊压机粉磨系统的发展 辊压机（Roller press）亦称双辊磨、挤压磨、挤压机。他是1984年德国卡路斯大学机械工艺学院逊纳尔德教授等人首次进行模型试验及半工业试验取得成功。1985年在海德堡水泥公司雷门水泥厂安装一台ф1.8×0.5m辊压机同一台ф2.9×13m球磨机组成圈流系统进行试验，取得水泥产量增加25%、电耗降低25%、产品质量及生产运转正常的显著效果，随即引起国际水泥工业界的重视。多年来，德国伯力鸠斯、洪堡等公司一直从事辊压机设备改进及粉磨系统优化工作。 中国于20世纪80年代中后期曾先后引进辊压机用于生料制备及水泥粉磨作业，1990年国产HFC1000/300投入生产，1998年中国引进了德国洪堡KHD公司辊压机制造技术。目前，国产HFC1000/300、1200/360辊压机在中小型水泥企业已得到广泛运用，采用KHD引进技术的TRP140/100辊压机也已在2000t/d，新型干法水泥粉磨作业得到推广应用。 辊压机水泥粉磨工艺方案 由于辊压机粉磨可以大幅度降低水泥粉磨电耗，在国内外已达到了广泛的应用。其应用方案一般采用辊压机预粉磨、混合粉磨、联合粉磨、半终粉磨及终粉磨五种工艺流程。 1）几种辊压机水泥粉磨工艺方案介绍 （1） 预粉磨系统系统 （2） 混合式粉磨系统 （3） 联合粉磨系统 （4） 半终粉系统 （5） 终粉磨系统 2）几种辊压机水泥粉磨工艺方案的比较 预粉磨流程就是利用辊压机的这一设备特性，在辊压机出料口设置一个切割溜子，将压辊两端受压不足的物料切割出来，返回辊压机再次辊压，而将中部受压较好的物料喂人后续磨机。这种采用边料循环方式的粉磨流程可以取得系统能力增加近一半、主机电耗降低14％的良好效果，虽然与联合粉磨和半终粉磨流程相比还存在一定差距，但相对于传统的球磨机一级闭路粉磨工艺来说，有辊压机参与粉磨工作的预粉磨流程在节能增产方面已取得了重大飞跃性突破。 3）水泥制成车间的工艺流程选择 根据前面的论述，联合预粉磨系统与其他工艺方案除了在增产、节能等方面具有一定优势外，还具有以下优点： （1） 分选的细粉作为中间产品喂入球磨机，磨机主要起粉磨作用，因为入磨机的物料粒度小而均匀，这非常有利于球的级配，杜绝了其他粉磨流程料饼中含有部分未被压碎的粗颗粒，难于合理配球的问题； （2） 中间成品的细度随最终成品的要求可以变更，成品比表面积高，则中间半成品的比表面积相对也得高，要求辊压机的循环负荷大，承担的粉磨工作量大，节能也多； （3） 辊压机循环的粗料全部返回再压，从而提高了辊压机的循环量，减少了粉磨效率较低的球磨机的循环负荷。 因此，本设计选择联合粉磨系统作为水泥制成车间的粉磨系统。 本设计工艺流程 本设计中，熟料储库有效储量16272.93+16272.93+2000=34545.86t，出库熟料经库底卸料装置（棒闸，定量给料机），1#熟料库和次熟料库由皮带运输机送至水泥粉磨系统，2#熟料库由皮带运输机输送到水泥粉磨系统。水泥粉磨为两套相同的系统。 堆棚的石膏、红砖、石灰石由装载机经板喂机送入反击式破碎机，破碎后的石膏、红砖、石灰石由皮带运输机分别送至水泥磨各对应的配料仓中。 粉煤灰由汽车散装车运进厂由气力输送至水泥磨粉煤灰库。 配料站根据水泥品种设定相应的物料配比，经皮带喂料称配好的各种物料混合料由皮带运输机输送至水泥粉磨系统。 水泥粉磨采用辊压机、V型选粉机、O-Sepa选粉机的闭路球磨机粉磨系统，运转率高，调节水泥细度方便。磨机选用Φ3.8×12m双滑履球磨机，中心传动具有传递功率大、投资省、占地面积小等优点。水泥磨由一个粗磨仓和一个细磨仓组成。粗磨仓中装有直径较大的钢球，可以对按比例配好的混合料进行粉碎和粗粉磨。粗磨后的物料，通过隔舱板进入细磨仓，进行细粉磨。粉磨完的物料通过磨尾的出料装置排出磨外。然后经过空气输送斜槽，斗式提升机和空气运输斜槽进入O-Sepa选粉机。 喂入O-Sepa选粉机的物料，通过旋转撒料器和固定的冲击板作用，在分散状态下被抛向导向叶片和转子间的选粉区。物料在此受旋转涡旋气流挟带下，不同粒径的颗粒在离心力和旋转气流向心力的作用下，沿选粉区的高度从上到下连续不断的被转子的涡流叶片分选，合格的细粉通过涡流叶片，被气流从上部的出风管带走。粗颗粒继续向下流动，当经灰斗处时，受到三次风的再一次分选，进一步除去混在粗粉中的细粉。三次风全部由环境风所组成。最后选下的粗粉经灰斗出料口排出，排出的粗粉经帘式锁风阀、空气输送斜槽返回磨头，再次粉磨。 含有水泥成品的气体出O-Sepa选粉机后，进入气箱式脉冲袋收尘器。通过反吹作用清灰，收集下的物料即为水泥成品，干净气体排入大气。 袋收尘收下的水泥成品由空气输送斜槽，斗式提升机输送至水泥库。 制成车间选型计算 球磨机的设计计算 由主机平衡计算选择规格为Φ3.8×12m的磨机。 1）粉磨仓的设计 下表为管磨机的长度建议式 表6-1 管磨机各仓长度建议的经验式 仓别 一仓 二仓 三仓 管磨机 二仓 开路 30%~35% 70%~65% — 闭路 30%~40% 70%~60% 三仓 开路 25%~30% 20%~25% 45%~55% 闭路 25%~30% 25%~30% 45%~50% 因此，本次设计参照该建议式，设计粗磨仓，细磨仓的长度为3：7，考虑到磨机衬板厚度、隔仓板及磨头保护板厚度，取磨机的有效内径和有效长度分别为3.7m，10.5m，即两仓的有效长度分别为3.15m，7.35m。 2）磨机的有效容积 式中 ——磨机（粉磨仓）的有效容积，m3； ——磨机（粉磨仓）的有效长度，m； ——磨机（粉磨仓）的有效内径，m。 表6-2 磨机有效容积 — 磨机 一仓 二仓 （m3） 112.84 33.85 78.99 3）磨机转速 参照《水泥生产工艺计算手册》，使研磨体获得最大粉磨功的转速为： n= = =16.6 r/min 式中n——使研磨体获得最大粉磨功（外层球具有最大降落高度时）的转速； ——磨机（粉磨仓）的有效内径，m。 4）磨机的填充率、配球和装球量 （1）填充率 参考《水泥生产工艺计算手册》表5-10、5-11及《中国水泥》2006.2《球磨机研磨体参数的合理选择》，取粗磨仓、细磨仓的填充率Φ1、Φ2分别为30%、33%，则，球磨机的平均填充率Φ为： Φ=30%×0.3+33%×0.7=32.1% （2）研磨体装载量 = % =163.0 t 式中Gw——研磨体装载量，t Dφ——磨机有效内径，m L——磨机的有效长度，m r——研磨体的容重，t/m3,本次设计选择钢球作为研磨体，其容重为4.5 t/m3， 由此可得一仓、二仓的装载量分别为45.7t、117.3t。 （3）配球 根据设计条件确定一仓钢球级配为“纺锤形”，二仓钢球级配为“棒槌形”。 计算过程： 假设入磨的最大物料粒径为8mm，进入二仓的最大颗粒直径为3mm，则钢球的最大球径为： 式中： D—最大球的直径，mm d—磨机喂料的最大粒度，mm 一仓 D= =56.0 mm 二仓 mm A、一仓 ①、一仓钢球级配模式为“纺锤形”； ②、钢球级配的要求：装载量为45.7t，取其平均球径为48mm， 钢球规格为60mm、50mm、40mm； ③、 按等差数列设规格为60mm、50mm、40mm、的钢球的配比分别为 X、X+ Y、Y； ④、根据③中所设各种规格钢球的配比及所要求的平均球径列方程组： 60X+50（X+Y）+40Y=48 X+（X+Y）+Y=100% ⑤、解方程组得 X=15．00％ ，Y：35.00％ 故得各种规格钢球的配比为： 60mm：15％ ，50mm ：50％、40mm：35％； ⑥、根据装载量要求及⑤中所得配比，计算出各种规格钢球的实际装填量为： 60mm：6.9t，50mm：22.8t，40mm：16.0t； B、二仓 二仓钢球级配采用“棒槌形”。 取平均球径为28mm，采用钢球规格为40mm、20mm、30mm的钢求配球。同样采用上述方法，计算结果为： 各种规格钢球的配比为： 40mm：20％，20mm ：50％、30mm：30％； 故钢球的实际装填量为： 40mm：23.5t，20mm：58.7t，30mm：35.1t； 5）磨机的功率 =0.184×112.84×3.7×16.6×0.321×（6.16-5.75×0.321）=1766（kW） 式中 ——磨机粉磨物料所需功率，kW； ——磨机有效容积，m3； ——磨机有效直径，m； n——磨机转速，r/min； ——研磨体填充率，%。 6）磨机选用电动机的功率 N=k =1.28×1766=2260 （kW） 式中N——磨机电动机功率； k——校正系数，取k取1.28。 7）磨机产量的计算 = = 111.6（t/h） 式中G——磨机的产量，t/h； q——磨机的单位功率产量，kg/kW.h，取q=40kg/kW.h； η——流程系数，参照《水泥生产工艺计算手册》P119，取η=1.5。 8）磨内通风 磨机内部的通风至关重要，对磨机的产量和质量以及降低能耗都有明显影响。通风的作用一是及时将磨内细粉排出，以免影响粉磨效率；二是降低磨内温度，避免石膏脱水和尾仓糊球堵篦。生产实践表明：加强磨机通风能够提高磨机产量、降低电耗，磨内风速一般≥0.5m/s，但不能片面加大风速，这样不仅不能达到增产的目的，反而会使产品细度变粗，同时也给收尘带来困难。 = =22985 m3/h 式中QF——磨机需要的通风量，m3/h； ω——磨内风速，m/s，取ω=0.7 m/s； K——系统漏风系数，在选择风机时，需考虑漏风影响，一般K取1.2~1.3，本设计中，取K=1.25。 9）磨内喷水 磨内喷水是项强化粉磨技术，磨机在粉磨过程中产生热量，使物料温度上升，特别是水泥磨，当温度﹥140℃，二水石膏明显脱水，使水泥出现假凝。工艺上除要求提高冷却机效率降低入磨熟料温度外，采用通风冷却、筒体淋水或磨内喷水措施。磨内喷水量由球磨机热平衡计算求得。 10）磨机的主要部件选择 （1）衬板 衬板用来保护筒体，免受粉磨介质和物料的直接冲击和摩擦，同时也可以利用不同形式的衬板来调整各仓内粉磨介质的运动状态。磨机头仓内物料粒度较大，要求粉磨介质以冲击粉磨为主，应呈抛物状运动；以后的细磨仓仓内的物料粒度较小，要求介质也应增强磨剥作用，加强倾泻状态运动。在磨机直径和转速相同的情况下，利用不同形状表面的衬板，使与粉磨介质产生不同的摩擦系数，来改变介质的运动状态，以适应物料粉磨过程的要求，提高粉磨效率，在粗磨仓中应装设能增加提升摩擦角的衬板，在细磨仓中则应增加介质的磨剥能力，增加介质的循环次数，使介质呈倾泻状态运动。 因此，本次设计在参照都江堰拉法基及其他相关文献的基础上，一仓选择波形衬板，二仓选择槽型衬板。 （2）隔仓板 隔仓板的作用是用来分隔粉磨介质，阻止各仓间介质的轴向移动，组织过大颗粒窜入下一仓中，使物料得到合理的粉磨，隔仓板的篦孔决定了磨内物料的填充程度，同时也控制料流速度，从而控制物料在磨内的粉磨时间。 因此，本次设计的隔仓板采用提升式双层隔仓板，隔仓板的篦板采用采用物料容易通过，且通过量较多的篦孔以同心圆排列的形式。 11）主轴承 主轴承是磨机的支撑部件，除承受本身的重量作用外，还承受研磨体和物料的质量以及抛落物料时所产生的冲击载荷。磨机是通过空心轴支撑在主轴承上的，主轴承的轴瓦较大，由于磨机回转时各力合力近似垂直向下，它是在重载下低速工作的，因此要装有轴瓦。主轴承有固定式和活动式两种，在磨机的进料端采用活动式轴承，出料端采用固定式轴承。 12）传动装置 管磨机是重载、低恒速的机械，常见的传动形式主要有边缘传动和中心传动两种。 边缘传动有三种形式：采用高速电动机的边缘单传动、采用低速电动机的边缘单传动和边缘双传动。中心传动亦有单传动和双传动。边缘传动与中心传动比较：边缘传动磨机的大齿轮直径较大，制造困难，占地大，但齿轮精度要求较低。中心传动较边缘传动装置总质量较小，结构紧凑，占地小，但制造精度要求较高，对材质和热处理的要求也高；中心传动的机械效率一般为0.92～0.94，边缘传动的机械效率一般为0.86～0.90，对于大型磨机，由于机械效率的差异，电耗相差很大。边缘传动较中心传动的零部件分散，供油点和检查点多，操作及维修不便，磨损快，寿命短。 因此，本次设计采用中心单传动。 13）进料装置 进料装置的作用是将物料顺利地送入磨内。通常采用的有三种：溜管进料装置、螺旋进料装置和勺轮进料装置。溜管进料和勺轮进料的的喂料量较小，适用于短磨机，因此，本次设计采用喂料量较小的溜管进料装置。 水泥球磨机的热平衡计算 原始资料： 出辊压机半成品的温度为40 ℃，出磨水泥温度105 ℃，入磨气体温度为20 ℃出磨气体温度95 ℃。 以0℃、1h为基准，平衡范围：磨机进出口。 物质比热容 表6-3 物质比热容（kJ/kg.℃） 石膏 石灰石 粉煤灰 红砖 水泥熟料 0.72 0.92 0.75 0.80 0.76 热量收入 入磨干物料带入热 = + + + =99.51×40×0.76+5.89×40×0.72+3.66×40×0.92+1.62×40×0.80 =3381264（kJ/h） 式中Gi——各入磨物料量，t/h ti——各入磨物料的温度，℃ Ci——各入磨物料的比热，kJ/kg.℃ 物料水分带入热 = =383217（ kJ/h） 式中 ——水泥产量，t/h ——入磨物料平均温度，℃ ——水的比热，4.185 kJ/kg.℃ 、 ——分别为入磨、出磨物料平衡水分，分别取2.5%、0.5% 入磨空气带入热 =22985×1.3×20=597610 kJ/h 式中 ——入磨空气量，Nm3/h ——环境空气平均比热，1.3 kJ/kg.℃ ——环境空气温度，20℃ 粉磨过程产生热 =3599×0.85×1766=5402459（ kJ/h） 式中 ——研磨中能量转换为热量系数，管磨机k=0.85; ——磨机需用功率，kW。 热支出 水蒸发热耗 = = EMBED Equation.DSMT4 =2397W+5679（kJ/h） 式中 ——冷却水温度，20℃； ——出磨气体温度，95℃； W——冷却水量，kg/h。 ——物料小时水分蒸发量，kg/h,可按 = 2、排出气体带走热 EMBED Equation.DSMT4 = EMBED Equation.DSMT4 =2838999+153W（kJ/h） 式中 ——出磨气体在 温度下的比热，1.3 kJ/kg.℃。 3、出磨物料带走热 =111.6×105×0.9 =10546（ kJ/h） 式中 ——出磨物料温度，℃； ——出磨物料比热，kJ/kg.℃。 4、筒体散热损失 = =385706 （kJ/h） 式中D0，L——分别为水泥磨有效内径和有效长度，m。 粉尘带走热 =0.1×22985×0.9×95 =196522（ kJ/h） 式中 ——出磨粉尘比热，kJ/kg.℃ ——出磨气体带出粉尘量，kg/h,取m=0.1QF 由热量平衡： Q收=Q支 33812+383217+597610+5402459 =2397W+5679+2838999+153W+10546+385706+196522 解得W=2.49（t/h） 即每小时磨内喷水量为2.49t。 辊压机系统选型计算 辊压机选型计算 参照国内华新水泥、冀东水泥等厂，初步选择辊压机的型号为G140-110，其主要性能参数如下表。 表6-4 CLF140-65辊压机性能参数 型号 能力（通过量） 压辊公称直径 压辊公称宽度 装机功率 G140-110 485~550t/h 1400mm 1100mm 2 × 800kW 1、单机生产能力 =3600×1.1×0.01×1.46×2.4=138.8（t/h） 式中 ——辊压机生产能力，t/h； B——辊子宽度，m； e——辊子工作间隙，参照《硅酸盐工业机械及设备》取辊子宽度为e=10mm； ——辊子的圆周速度，m/s； ——产品容重，取2.4t/m3。 2、 磨辊转速 = =19.9 r/min 式中 n——辊压机磨辊转速，r/min； v——磨辊表面线速度，参照《水泥生产工艺计算手册》P142取 =1.46m/s； D——磨辊直径，m。 3、处理能力 = =539.8 t/h 式中 ——辊压机的处理能力，t/h； ——辊压机的循环负荷，对联合预粉磨系统取 =2.5； K——通过量波动系数，取K=0.9。 通过计算，所选择的辊压机能够满足设计要求。 V型选粉机、旋风筒选型及其他设备选型 V型选粉机是KHD公司开发的适用于辊压机配套使用的一种理想设备，正因其选粉机中没有任何活动部件，因此大大降低了料饼对选粉机的磨损，V型选粉机可以有效的松散料饼，特别适合于辊压机联合粉磨系统的料饼粗选粉。因此，该种选粉机在国内外的辊压机粉磨系统中广泛的采用。 V型选粉机出来的粗粉进入辊压机前需要对其进行称量，因此在辊压机前应设一称重仓，以帮助调节入压机的物料量，同时在辊压机出现饱磨等意外情况时，该仓还具有一个暂时储备物料的作用，为了设计及实际安装方便，称重稳流仓的规格不宜过大，本设计中称重稳流仓设计如下： 确定称重稳流仓有效直径D为4m，储量35t。 V=V +V2= tanα + H1，Vγ≥Q 式中：V1 、V2——分别为稳流仓锥体部分和圆柱体体积m ； γ——该混合料的堆积密度，t/m3； α——该混合料的休止角，度； Q——该混合料的储存量，t； D、H1——分别为圆库有效内径和直筒部分有效高度，m。 混合料的休止角α=33 ，γ=1.45t/m 。 V= tan33+ H1 Vγ=( tan33+ H1)×1.45≥35 H1≥1.49（m） 锥体部分的高度为： H2=D· =4× =1.30（m） H= H1+ H2=1.49+1.30=2.79（m），取H=3.00m。 有效储量=( tan33+ ×1.70)×1.45=38.86（t） 由此，确定称重稳流仓的规格为：Ø4×3m。混合料有效储存量为38.86t。 其他附属设备的选型计算 O-SEPA选粉机 O-Sepa高效式选粉机的主要优点： （1）提高选粉效率，可达74%，使磨机产量增加大约22～24%、节能约8～20%。 （2）成品粒径分布3～44um的细料所占百分比较高，水泥颗粒组成合理，有利提高水泥强度。 （3）借助变速驱动装置，易于调节产品细度。 （4）体积小、质量轻，只需传统式选粉机1/2或1/6空间。减少基建投资。 因此，参照国内多数厂家，本次设计的球磨机圈流系统选粉机选择O-Sepa高效式选粉机。 参照《新型干法水泥厂工艺设计手册》选择型号为O-Sepa N-2500高效选粉机2台。 N-2500选粉机主要性能如下： 表6-5 N-2500选粉机性能指标 转子速度（r/min） 电机功率（kW） 通风量（m3/min） 最大喂料能力（t/h） 成品能力（t/h） 质量 （kg） 115~190 110 2500 450 90-150 29850 循环负荷与选粉效率： 各种闭路粉磨系统的循环负荷率可参考表6-6数值： 表6-6 不同选粉设备参考循环负荷率 不同选粉设备 离心式选粉机 旋风式选粉机 高效式选粉机 循环负荷L（%） 200～300 150～200 100～200 因此，参考表6-6，本次设计选择选粉机的循环负荷为200%。由于本设计采用两套相同的G140-110+VX2000+Φ3.8×12m+O-Sepa N-2500高效选粉机组合系统，单台磨机最大小时产量为138.8吨，选粉机所需要的处理量为： =416.4t/h 因此所选的选粉机能够满足设计要求。 收尘器 由于出O-Sepa选粉机的含尘气体全部通过袋式收尘器，所以袋收尘的处理风量只考虑出O-Sepa选粉机的含尘气体的气体总量。 通过收尘器的总风量为： =1.05×2500×60=157500m3/h 式中 ——为通过O-Sepa选粉机的风量，m3/h； ——考虑系统漏风，取k=1.05。 由于出O-Sepa选粉机的含尘浓度小于1000g/m3,因此可选择收尘器的规格FDP128-2×9型气箱脉冲袋式收尘器，其主要性能如下： 表6-7 FDP128-2×9型气箱脉冲袋式收尘器主要性能 型号 FDP128-2×9 处理风量 179400 m3/h 总过滤面积 2868 m2 滤袋总数 2304条 进口气体含尘浓度 ≤1000g/m3 出口气体含尘浓度 ≤30mg/Nm3 袋除尘器进口温度 ≤120℃ 设备阻力 ≤1700Pa 清灰压缩空气消耗量 6 m3/min 清灰气源阻力 0.4~0.7MPa 设备承受负压 ≤8000Pa 因此，本次设计选择FDP128-2×9型气箱脉冲袋式收尘器，其规格性能能够满足设计要求。 喂料计量设备 喂料设备是存仓系统中不可分割的组成部分，是短距离内输送物料的机械，喂料设备具有的重要性能就是它将仓内的物料卸出并连续地喂入到下一设备中去，另外，当喂料机停止工作时起存仓封锁的作用。因此，喂料设备是连续生产工艺中不可缺少的设备之一。 配料装置设计 （1） 磨头配料 为工艺布置方便，本次设计将除粉煤灰仓外的其它混合材的配料仓设计为相同高度，其储存期列于表6-8。 表6-8 水泥配料站各物料储存期 — 石膏 石灰石 粉煤灰 建筑垃圾（红砖） 储存期(d) 2.07 6.58 5.83 13.70 （2） 粉煤灰仓 由于粉煤灰的容重较小，并且容易飞扬，因此本次设计中粉煤灰储存库里的粉煤灰直接用泵送入到粉磨车间的粉煤灰仓中。可以说粉煤灰仓在此也主要是一个喂料仓的作用，因此在此参照水泥配料站各储库的设计，设计粉煤灰库如下： 粉煤灰库（圆库） 确定粉煤灰储存期为5d。 V=V +V2= tanα + H1，Vγ≥Q 式中：V1 、V2——分别为圆库锥体部分和圆柱体体积m ； γ——该物料的堆积密度，t/m3； α——该物料的休止角，度； Q——该物料的储存量，t； D、H1——分别为圆库有效内径和直筒部分有效高度，m。 粉煤灰库有效内径D取6.5m，储存期为5d；α=32 ，γ=1.9t/m (见表4-2)。 V= tan32+ H1 Vγ=( tan32+ H1)×1.9≥136.80×5 H1≥10.17（m） 锥体部分的高度为： H2=D· =6.5× =2.03（m） H= H1+ H2=10.17+2.03=12.20（m），取H=14.00m。 有效储量=( tan32+ ×11.97)×1.9=797.36（t） 实际储存期=797.36/136.80=5.83（d） 由此，确定粉煤灰库的规格为：Ø6.5×14m。粉煤灰有效储存量为797.36吨。实际储存期为5.83天。 输送设备 （1） 提升机 对于辊压机循环系统，由于水泥的最大台时生产能力为138.8t，而选取其循环负荷为250%，因此，辊压机的理论处理能力为： = =539.8 t/h 式中 ——辊压机的处理能力，t/h； ——辊压机的循环负荷，对联合预粉磨系统取 =2.5； K——通过量波动系数，取K=0.9。 而由前计算，辊压机的处理能力能够达到550t/h，由此也可以说明辊压机的生产能力完全能够满足整个生产需求，并且还有部分的生产富余，能够满足本次设计的要求。 球磨和辊压机出磨循环提升机的提升能力应与O-Sepa和辊压机的处理能力相适应。O-Sepa和辊压机要求的实际处理能力分别为：416.4t/h、539.8t/h,因此，出磨提升机选择NE300型板链斗式提升机，辊压机出磨循环提升机选择NE400型板链斗式提升机。 表6-9 提升机性能参数 型号 提升量 m3/h 斗速 m/min 主轴 转速 r/min 物料 粒度 mm 料  斗 运行部 件重量 (kg) 容积升 斗距 斗宽 NE300 320（合464t/h） 31 11.2 <90mm 127.5L 500mm 500mm 188 NE400 440（合638t/h） 31 8.6 <120mm 330.2L 700mm 700mm 274 表6-10 NE300型板链式提升机驱动装置及最大提升高度 适宜 物料 输送量（m3/h） 链速度（m/min） 主轴转速（r/min） 功率（kW） 相应动力可提升最大高度（m） 减速机 形式 物料容重（t/m3） 硬齿面减速机及电机 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 粉状小颗 粒状 320 31 11.2 75 — 48.2 43.7 39.7 36.2 31.7 28.2 25.2 ZSY315-31.5 Y280S-4-75 表6-11 NE400型板链式提升机驱动装置及最大提升高度 适宜 物料 输送量（m3/h） 链速度（m/min） 主轴转速（r/min） 功率（kW） 相应动力可提升最大高度（m） 减速机 形式 物料容重（t/m3） 硬齿面减速机及电机 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 粉状 小颗 粒状 440 31 8.6 110 — — — 39.7 36.3 33.7 30.6 27.3 ZSY355-31.5 Y315S-4-110 设计中要提升的水泥容重取1.45t/m3,提升产量达638t/h，而提升高度36.3也能够满足要求，因此所选提升机符合设计要求。 （2） 其他输送设备 1）空气输送斜槽，XZ315， a=8°，输送能力140 T/h，宽度 ：315mm； 2）空气输送斜槽，XZ500 ，a=8°，输送能力470 T/h，宽度 ：500mm； 3）空气输送斜槽，XZ400 ，a=10°，输送能力380 T/h，宽度 ：400mm； 4）带式输送机，配料站皮带运输机选用TDⅡ65501，槽型；入V型选粉机皮带运输机选用DTⅡ（A）型，其规格如表6-12。 表6-12 型号 带宽（mm） 带速（m/s） 输送量（t/h） 头轮直径 外装式电动 滚筒型号 电动机 型号 功率（kW） TDⅡ65501 650 1.6 150 500mm WD-ⅡG-150-160-65 Y160L-4 15 TD(A) 1000 1.6 600 630mm WD-Ⅱ-75-160-10063 Y132M-4 7.5 水泥制成车间工艺布置 水泥制成车间的工艺流程和设备的选择是根据水泥工艺设计的基本原则，并综合考虑建厂各种因素进行的。 本次设计的水泥制成车间工艺布置设计参考国内外相关的联合预粉磨系统的工厂车间设计方案及图纸，根据有关的设计规范和规定以及基础资料进行设计。设计最大限度地满足工艺生产、设备维修的要求，考虑与总体设计相配合，力求做到与其他车间的连接方便、布置紧凑、运输距离短。 制成车间的工艺布置基本根据联合预粉磨的布置方案进行的，然而也在部分工艺进行了改进，如粉煤灰仓直接布置在水泥磨磨头，不通过辊压机而直接入球磨，以降低辊压机系统的负担；在辊压机上方增设稳流衡重仓，以保证生产的连续性和稳定性；不设配料站不另外设水泥熟料仓，而是直接在1#、2#熟料库和3#次熟料库库底设板喂机和电子皮带秤，对水泥粉磨中的水泥熟料进行计量和喂料，减少了设备投资，优化了水泥粉磨的生产工艺；由于水泥制成车间靠近工厂的机修车间，因此在磨头仓下部的底层设为机修车间的材料库，充分利用了空间，从而可以减少基建投资、降低能耗，获得最大经济效益；选粉机的进风除来自球磨的热风外，其余全是冷空气，在选粉的同时又对水泥进行了进一步的冷却，降低了水泥的温度等措施。 总之，本次水泥制成车间工艺布置最大限度地利用空间，减少基建投资、降低能耗，获得最大经济效益，符合现代水泥生产的工艺设计要求。 全厂平面工艺布置 工厂总平面设计的任务，是根据厂区的地形、进出厂物料运输方向和运输方式、工厂地质、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、道路以及地上进而地下工程管线的平面和竖向的相互位置，使之适合工艺过程。 全厂总平面设计的基本原则 影响水泥厂总平面设计的因素很多，例如：城市和工业区的规划，厂区的面积、地形、气候、水文和工程地质；运输方式和要求；动力来源；给排水条件；产品种类；工厂规模和工艺流程；工厂远景发展；建筑要求和施工条件；防火、卫生及环保要求等。因此，在进行总平面设计之前，必须充分收集和了解这些资料，以便处理好各方面的关系，使工厂的各个方面形成一个尽可能完善的满足生产要求的有机整体。 水泥厂总平面设计的基本原则可概括如下： 1．要充分满足工艺生产要求，水泥生产是连续的，要按照连续加工和运输过程。建筑物与构筑物之间的相对位置及其系统和各种设备的布置，因该按照过程，保证有合理的生产作业线，工艺流程顺畅。使原料、燃料、半成品、成品的运输连续、没有往返较差而短距离的径直前进，从而可节省运输费用，降低生产成本。 2．进行适当的功能分区，一般按照下列条件将厂区划分为几个部分： 1）将工艺过程类似或用途一致的系统加以合并； 2）按系统的运输方式和工程管线的特点分区，使运输线路、工程线路的长度最短； 3）按卫生与防火条件要求，将系统合并或分区； 4）按系统构筑物对工程地质或水文的要求，进行分区。 3．辅助车间和生产服务性设施应尽量配置在靠近其服务的主要生产系统的位置。 4．应尽可能缩小工厂的占地面积，并尽可能地利用建筑物和构筑物的上部空间。建筑物、构筑物之间的相对位置和距离应满足防火、卫生要求。 5．布置工厂的建筑物、构筑物时必须考虑地形起伏和工程地质及水文地质条件，以便保证以最少的建筑费达到较好的建筑质量。 6．应根据工厂的发展计划考虑工厂今后发展的可能性，以便能以最少的投资，达到扩大再生产的目的，并合理安排建设程序、工艺流程和总平面设计。 7．必须满足防火等要求，建筑物应按采光和主导风向予以适当的布置，使工厂大部分主要车间和设备能避免煤烟的灰尘，能最大限度的利用天然采光、通风，并能将建筑物周围的雨水通畅排出。 8．工厂与铁路干线、公路、动力、工程和地区内其它各种设施的连接，应当合理。工厂与居住地区的连接应当方面。 9．工厂的总平面图，力求整齐美观。应具有合理的建筑艺术，必须预先考虑到厂区的整齐及其美化，使每个建筑物及工厂整体都赋有建筑艺术的表现力。 10．充分考虑风向的影响，扬尘较大的车间及露天堆场应布置在厂区最小频率风向的上风侧，中央控制室、化验室、厂前区和住宅区应布置在最小频率风向的下风侧。 全厂工艺平面布置说明 从总体布置图来讲，本设计力求大方简洁、设备合理布置，从原料进厂到成品出厂流程顺畅，尽最大限度降低基建投资。 石灰石由皮带机直接从矿山运送至厂区，并设专门的石灰石预均化堆场。页岩、砂岩、铁粉、煤、石膏、建筑垃圾、粉煤灰等都由汽车直接从矿山或供货厂家和附近城镇运至厂区，沿物料运输大道存放在相应的堆场；成品可以由火车运或者汽车输出厂。 本设计有如下几个特点： 1、全厂除窑头收尘为电收尘外其余所有收尘器都采用袋收尘器，最大限度地保护当地的自然环境，对环境的染降到最小。 2、全厂的绿化率较高，接近30%，较为符合现代新型干法水泥厂“花园式工厂”的设计理念。 3、厂区不设专门的生活区，将职工生活区建市里，只在厂区设午间休息楼和职工食堂，一方面方便职工的生活，另一方面也是为职工的健康着想。 4、全厂物料输送都采用封闭式输送，在每个扬尘点都有收尘器收尘，最大限度地降低粉尘的污染。 在确定全厂总平面设计方案后，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等具体条件，绘制工厂总平面布置图（比例1：1000），图面内容主要包括：建筑物和堆场的平面位置、名称、铁路和道路的平面布置和名称等；图上标注工厂总平面设计的主要技术指标和风向玫瑰图。 结 论 本毕业设计自3月1号开始，按照学院及指导老师安排的进度一步步进行。在参考文献的基础上，理论联系实际，了解我国现阶段先进的水泥生产工艺，参考国内外一些先进的水泥厂家，对水泥生产主要设备和水泥制成车间的工艺和设备进行了合理的选型、布置，也深入了解了影响水泥制成车间各部位主要设备正常运转的因素。通过计算，自行设计出一套技术先进，经济合理、可行的水泥粉磨系统 。在设计过程中，就所选技术方案及工艺参数进行了论证、比较及说明。在设计过程中，经常与指导老师联系，解决在设计中遇到的一些实际问题，实在不能解决的，就及时问老师，与老师一起探讨，同时翻阅大量的相关文献资料，使设计的参数真实可靠 。在计算完相关的数据后，开始绘制图纸，绘制了全厂总平面布置图，水泥制成车间平面布置及相关的剖面图。最后详细、规范的书写了设计说明书，并将设计图纸清晰、正确打印出来 。 通过完成本次毕业设计使我熟悉了水泥厂工艺设计的基本内容和方法，通过使用AutoCAD绘图，进一步熟悉了AutoCAD绘图软件，对以后工作有很大的帮助；通过查阅各种资料，提高了自己获取信息以及动手能力，综合分析问题及解决问题的能力。 致 谢 首先我要向鞠成老师表示最诚挚的感谢。在他严格的要求、富有启发性的指导下，我顺利地完成4000t/d水泥熟料水泥熟料制成车间的工艺设计。鞠成老师严谨的治学态度、平易近人的处事方式和对工作的执着精神给我留下了深刻的印象。虽然她工作一直很忙，但还是给予了我悉心的关怀和精心的指导，使我在毕业设计过程开阔了视野，能够刻苦钻研，时刻不敢放松自己，这些都为我顺利完成毕业设计打下了良好的基础。同时她还对我的毕业设计给出了许多建设性的意见，为我提供了许多参考资。在此，我再次对鞠成老师表示忠心的感谢。 我感谢我的父母，是父亲和母亲的辛勤养育和深刻教诲造就了我。 我感谢佳木斯大学，是她对我含辛茹苦的培育，才有今天的我。 此外，我还要感谢在设计过程中给予我帮助的同学们，在他们的帮助下，我才能集思广益，顺利的完成我的毕业设计任务。 最后，我感谢在大学四年中老师们的辛勤培养，感谢所有给予我关怀的老师和同学，是你们让我成长，让我得到历练，谢谢你们！ 参考文献 [1] 金容容主编.水泥厂工艺设计概论[M].武汉：武汉理工大学出版社，1993：21-214. 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