日产2500吨普通硅酸盐水泥生产线设计方案.docx
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日产2500吨普通硅酸盐水泥生产线设计方案
日产2500吨普通硅酸盐水泥生产线设计方案
第一章设计理论基础及依据
第一节设计目的
此次课程设计是进入大学以来的第一次设计课程，也是在参加了生产实习后的一次总结。
基于在学习了《无机材料工厂工艺设计概论》，并结合本专业的发展特色而开设的一项重要的实践学习环节。
其目的在于通过课程设计的锻炼，树立正确的设计思想，培养我们认真的科学态度和严谨求实的工作作风。
在设计过程中培养我们学生掌握绘图、计算、研究等科学设计方法，提高工程设计计算、绘图的动手能力，锻炼我们分析解决实际问题的能力。
第二节设计原则与指导思想
一、设计原则
1.根据任务书规定产品品种、质量、规模进行设计；
2.选择技术先进、经济合理的工艺流程和设备；
3.主要设备的能力应与生产规模相适应；
4.全面解决工厂生产、场外运输和各种物料储备的关系；
5.注意考虑工厂建成后生产挖潜的可能性和发展余地；
6.合理考虑机械化、自动化装备水平；
7.充分重视消音除尘，满足环保要求；
8.方便施工、安装、生产和维修。
第三节设计任务
一、本设计的设计任务是：
1.建设项目：
日产2500吨水泥熟料生产线（重点：
水泥包装）；
2.建厂规模：
日产水泥熟料2500吨；
3.产品品种：
普通硅酸盐水泥
4.生产方法：
新型干法回转窑；
5.三废处理要求：
符合《水泥工业污染物排放标准》（GB4915—2004）和《工业企业设计卫生标准》（TJ36—79）的规定；
第四节设计内容和要求
一、总体设计
1、设计的目的和意义：
2、生产工艺方案的比较与选择；
3、产品方案选择；
4、生产工艺流程的选择；
5、平衡计算；
6、设备选型计算和储库平衡计算
二、水泥包装系统设计
1、生产流程的选择；
2、设备及收尘设备的选型；
3、工艺布置。
三、设计深度
1、设计按照初步设计的深度计算；
2、按照设计进行设备选型、绘制图纸。
四、设计要求的起止日期
本课程设计日期为2015年1月5日-1月16日，所有的的设计工作必须如期完成。
五、要求
设计说明书的内容一般应包括：
设计的目的和意义；全厂配料计算和物料平衡计算；本重点车间的设备选型计算和储库平衡计算；工艺方案比较与选择等几个部分。
设计说明书要求：
⑴设计说明书文字要通顺、层次清楚、工艺方案选择合理、选定的参数要有依据、计算正确、各种符号应注有文字说明，必要时列出计算表格；
⑵设计说明书文字一般不少于5000字；
⑶设计说明书格式可参考其他样式编写。
六、生产原料基础资料
1、化学成分（%）：
烧失量（loss）
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
R2O
SO3
W
石灰石
43.70
0.11
0.32
0.13
53.33
2.30
0.50
1.00
粘土
4.50
68.24
14.77
6.91
1.08
0.50
1.0
7.00
铁粉
5.00
24.99
2.88
60.25
2.73
1.09
2.06
5.00
煤灰
53.16
26.10
7.40
4.68
5.80
5.00（原煤）
矿渣
36.70
16.84
0.91
41.24
5.11
12.00
石膏
41.50
2、燃料：
Fc.ar
V.ar
A.ar
M.ar
Qnet.ar
煤的工业分析（%）
43.46
25.03
29.64
1.19
22087
煤的元素分析（%）
Car
Har
Oar
Nar
Sar
56.70
4.10
5.04
1.21
0.72
3、生产损失：
3%。
第二章生料配比计算和物料平衡计算
第一节生料配比计算
经查阅《无机非金属材料工学》如下：
窑型
KH
SM
IM
熟料热耗（kJ/kg）
预分解窑
0.86～0.95
2.2～2.6
1.4～1.8
2920～3750
现代立窑
0.92～0.97
1.6～2.2
1.1～1.5
3150～5000
干法窑
0.86～0.89
2.0～2.4
1.0～1.6
5850～7520
对于分解窑，KH取值为0.86-0.95，SM为2.4-2.8之间，IM为1.4-1.9之间，热耗为2920-3750KJ/Kg，用煤的干燥基低热值大于20900KJ/Kg。
在水泥熟料生产工艺中，KH取值越大，则硅酸盐矿物中的C3S的比例越高，熟料强度越好。
硅率SM除了表示熟料的Si2O与Al2O3和Fe2O3的比例之外，还表示熟料中硅酸盐矿物熔剂矿物的比例关系，相应的反映了熟料的质量和易烧性。
硅率过高则高温液相量显著减少，熟料煅烧困难，C3S不易形成；硅率过低则熟料中硅酸盐矿物减少而强度降低，且液相量过多，易出现结大块、结炉瘤、结圈等，影响操作。
铝率值过大，熟料中C3A多，液相粘度大，物料难烧，不利于C3S的形成，易引起熟料快凝，铝率过低，虽然液相粘度小，液相中质点扩散对C3S形成有利，但C4AF量相对较多，窑内烧结范围窄，窑内易结大块，对煅烧不利，不易掌握煅烧操作。
在熟料中掺加石膏煅烧，石膏中的硫对熟料形成有强化作用：
SO3能降低液相粘度，增加液相数量，有利于C3S的形成，而且在烧成中可形成硫铝酸钙早强矿物，对熟料强度是有利的。
掺和的石膏，以熟料中含SO31.5%~2.5%为好。
掺和石膏等矿物的熟料多采用高饱和率、高铝率和低硅铝率的配料方案。
为保证顺利烧成、熟料质量和矿物组成稳定，本设计选的工艺要求为：
KH=0.90±0.02SM=2.4±0.1IM=1.7±0.1;
熟料热耗q=3350kJ/kg熟料；
1、煤灰参入量计算
因为选用新型干法窑，采用袋式收尘器。
所以可知S=100%。
所以:
熟料中的煤灰掺入量：
Ga=
=
式中：
Ga——熟料中煤灰掺入量，%；
q——单位熟料热耗，kJ/kg熟料；
Qnet,ad——煤的干燥基低位热值，kJ/kg煤；
Qnet.ar——煤的收到基低位热值，kJ/kg煤；
Aar——煤的收到基灰份含量，%；
Aad——煤的干燥基灰份含量，%，可选100%；
Ga=
=（3350kJ/kg×30.00×100%）/（22087kJ/kg×100）
=4.55%
2、根据熟料率值计算熟料化学成分
已知KH=0.9，SM=2.4，IM=1.7，假设97.5%，熟料化学成分计算如下：
3.累加试凑计算（补横页上）
计算步骤
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
R2O
SO3
合计
备注
设计熟料成分
22.04
5.78
3.4
66.28
97.5
煤灰量（+4.57）
2.429
1.193
0.338
0.214
0.265
0
0
石灰石（+123.88）
0.136
0.396
0.161
66.06
2.849
0.619
0
粘土（+28.54）
19.476
4.215
1.972
0.308
0.143
0.285
0
铁粉（+1.54）
0.385
0.044
0.928
0.042
0.017
0
0.0317
累计熟料成分
22.426
5.849
3.399
66.63
3.274
0.905
0.0317
102.5147
KH=0.884，SM=2.42，IM=1.72
粘土（-1）
0.6824
0.148
0.069
0.011
0.005
0.01
0
KH=0.92，SM=2.41，IM=1.71
累计熟料成分
21.743
5.701
3.33
66.61
3.269
0.895
0.0317
铁粉（+0.1）
0.025
0.003
0.06
0.003
0.001
0
0.002
KH=0.91,SM=2.39，IM=1.68，3294.65
累计熟料成分
21.769
5.704
3.39
66.62
3.269
0.895
0.0338
101.6808
对于新型干法水泥生工艺，水泥熟料率值大致为：
KH=0.88～0.91，SM=2.4～2.7，IM=1.4～1.8。
故根据生产实践和设计工艺条件确定熟料的率值：
KH:
0.90、SM：
2.4、IM：
1.7可以达到生产要求。
4、计算熟料料耗
由上表可得，配制100kg熟料所需的干原料（即熟料料耗）如下：
5、计算生料配比
6、湿料配比
已知：
石灰石水分为1.00%、粘土水分为7.00%，铁粉水分含量为5.00%。
将上述质量比换算为百分比：
配比结果
石灰石
粘土
铁粉
干原料配比/%
80.93%
18.09%
1.08%
湿原料配比/%
79.88%
19.01%
1.12%
第二节物料平衡计算
要求设计日产3500吨熟料生产线的石灰石破碎，根据设计要求，各原料生产损失P设为3%；物料平衡计算以周平衡法计算。
1、窑型的选择：
参考一些实际厂选用的窑型和规格如下表：
表1.1一些水泥厂2500t/d左右生产线窑规格
厂名
窑型
生产能力
热耗
淮北相山水泥厂
Φ4×60m
2500t/d
3150kJ/kg
宁国海螺水泥厂
Φ4×60m
2700t/d
＜3200kJ/kg
川沙水泥厂
Φ4×60m
2600t/d
3100kJ/kg
邳州水泥厂
Φ4×60m
2500t/d
3305.6kJ/kg
江西水泥厂
Φ4×60m
2100t/d
3573kJ/kg
根据《新型干法水泥厂工艺设计手册》以及近年来一些厂的生产实际，综合以上计算的数据，选择φ4×60m的预分解窑。
表1.2是选定窑型的情况：
表1.2选定的窑型技术参数表
规格
生产能力（t/d）
筒体内径
筒体长度
筒体斜度
电机转速
电机功率（kw）
支撑数
主转（r/min）
辅转（r/h）
主
辅
φ4×60
2500
3.6
60
3.5%
250~1000
1460
250
15
3档
资料来源：
《新型干法水泥厂工艺设计手册》
2、窑产量标定：
采用由北京建材研究院提出的回转窑产量标定公式
K=0.114~0.119
D——窑的直径
L——窑的长度
因为在本设计中，回转窑技术规格如下：
D=4m，L=60m，K取0.116；
所以，
=
=0.116×32.89964×22.6439=86.42t/h
表1.3一些厂家2500t/d生产线台时产量
厂名
巴州青松
海螺白马山
设计产量（t/d）
2500
2500
标定窑台时（t/h）
100
104.17
根据我国目前水泥生产情况，标定窑台时产量为104.17t/h。
由于经验公式都是建立在当初条件下回归的，与现在的窑产量差距较大。
现在随着工艺技术、设备技术和管理水平的完善，使窑的生产能力进一步提高。
如江西水泥厂使用RSP（Φ4×60）预分解窑的设计产量为83.33t/h，实际产量为87.18t/h。
有些窑的设计能力在2000t/d左右，而实际的生产能力在2500~2800t/d。
3、窑的台数可按下式计算：
n===1.00（1台）
n——窑的台数；
Qd——要求的熟料日产量（t/d）
24——每日小时数。
（2）烧成系统的生产能力
熟料小时产量Qh=nQh.1=1×104.17=104.17（t/h）
熟料日产量Qd=24Qh=24×104.17=2500（t/d）
熟料周产量Qw=168Qh=168×104.17=17500.56（t/w）
水泥小时产量Gh=Qh=×104.17=111.03（t/h）
水泥日产量Gd=111.03×24=2664.83（t/d）
水泥周产量Gw=168Gh=168×111.03=18653.04（t/w）
4、干消耗定额计算：
首先计算生料烧失量:
生料烧失量=石灰石烧失量+粘土烧失量+铁粉烧失量
=80.93%×43.70%+18.09%×4.50%+1.08%×5.00%
=35.36%+0.814%+0.054%
=36.23%
干生料烧失量：
36.23%
煤灰的掺入量：
4.55%
考虑煤灰掺入时，1t熟料的干生料理论消耗量：
K干===1.497t/t熟料
则干生料消耗量：
K生=×=×=1.541t/t熟料
换算成湿生料消耗定额：
（t/t熟料）
式中KT—干生料消耗量，t/t熟料；
—生料的含水量，%；
式中：
K生—干生料消耗定额，t/t熟料。
K干——干生料的理论消耗量，t/t熟料；
S—煤灰掺入量,%；
I—干生料的烧失量,%；
—生产损失,参考下列数值：
回转窑为3%～5%，本设计取3%；
石灰石消耗定额：
K1=Kt×X1=1.541×80.93%=1.247（t/t熟料）
粘土消耗定额：
K2=Kt×X2=1.541×18.09%=0.28（t/t熟料）
粉煤灰消耗定额：
K3=Kt×X3=1.541×4.55%=0.071（t/t熟料）
铁粉消耗定额：
K4=Kt×X4=1.541×1.08%=0.016（t/t熟料）
5、干石膏消耗定额：
Kd=×=4×100/（100-4-5）（100-3）=0.05（t/t熟料）
Pd为生产损失3%，d、e分别表示水泥中石膏，混合材的含量。
对于普通硅酸盐水泥，石膏和熟料质量大于等于80且小于95，其他大于5且小于等于20，所以本设计d取4%，e取5%。
6、干混合材消耗定额：
Ke=
×
=5×100/（100-4-5）（100-3）=0.06（t/t熟料）
7、湿料消耗定额：
K湿=K干
K石灰石=1.247×
=1.26（t/t熟料）
K粘土=0.28×
=0.31（t/t熟料）
K铁粉=0.016×
=0.017（t/t熟料）
K混合材=0.06×
=0.068（t/t熟料）
8、烧成用干煤消耗定额：
先计算煤的干燥基低位热值：
=（
+25
）
=（22087+25×1.19）
=22383.11
则烧成用干煤消耗定额为：
则湿煤量为：
0.154
9.各物料干料时、日、周消耗量
由于熟料小时产量为104.17t/h，
石灰石干料消耗定额为1.247
石灰石时消耗量：
1.247×104.17=129.90（t/h）
石灰石日消耗量：
1.247×104.17×24=3117.50（t/d）
石灰石周消耗量：
1.247×104.17×24×7=21822.5（t/w）
粘土干料消耗定额为0.28
粘土时消耗量：
0.28×104.17=29.17（t/h）
粘土日消耗量：
0.28×104.14×24=700（t/d）
粘土周消耗量：
0.28×133.3×24×7=4900.16（t/w）
铁粉干料消耗定额为0.016
铁粉时消耗量：
0.016×104.17=1.67（t/h）
铁粉日消耗量：
0.016×104.17×24=40（t/d）
铁粉周消耗量：
0.016×104.17×24×7=280（t/w）
生料干料消耗定额为1.541
生料时消耗量：
1.541×104.17=160.53（t/h）
生料日消耗量：
1.541×104.17×24=385205（t/d）
生料周消耗量：
1.541×104.17×24×7=26967.5（t/w）
矿渣干料消耗定额为0.06
矿渣时消耗量：
0.06×104.17=6（t/h）
矿渣日消耗量：
0.06×104.17×24=144（t/d）
矿渣周消耗量：
0.06×104.17×24×7=1008（t/w）
石膏干料消耗定额为0.05
石膏时消耗量：
0.05×104.17=5（t/h）
石膏日消耗量：
0.05×104.17×24=120（t/d）
石膏周消耗量：
0.05×104.17×24×7=840（t/w）
烧成用煤干料消耗定额为0.147
烧成用煤时消耗量：
0.147×104.17=15.32（t/h）
烧成用煤日消耗量：
0.147×104.17×24=367.5（t/d）
烧成用煤周消耗量：
0.147×104.17×24×7=2572.5（t/w）
10各物料湿料时、日、周消耗量
石灰石湿料消耗定额1.26
石灰石时消耗量：
1.26×104.17=131.25（t/h）
石灰石日消耗量：
1.26×104.17×24=3150（t/d）
石灰石周消耗量：
1.26×104.17×24×7=22050.71（t/w）
粘土湿料消耗定额0.31
粘土时消耗量：
0.31×104.17=32.30（t/h）
粘土日消耗量：
0.31×104.17×24=775（t/d）
粘土周消耗量：
0.31×104.17×24×7=5425.17（t/w）
铁粉湿料消耗定额0.017
铁粉时消耗量：
0.017×104.17=1.77（t/h）
铁粉日消耗量：
0.017×104.17×24=42.5（t/d）
铁粉周消耗量：
0.017×104.17×24×7=297.51（t/w）
矿渣湿料消耗定额0.068
矿渣时消耗量0.068×104.17=7.08（t/h）
矿渣日消耗量：
0.068×104.17×24=170（t/d）
矿渣周消耗量：
0.068×104.17×24×7=1190（t/w）
烧成用煤湿料消耗定额0.154
烧成用煤时消耗量：
0.154×104.17=16.04（t/h）
烧成用煤日消耗量：
0.154×104.17×24=385（t/d）
烧成用煤周消耗量：
0.154×104.17×24×7=2695（t/w）
11.物料平衡表
依据以上计算结果，综合之后得到以下物料平衡表
表1.4物料平衡表
消耗定额
物料需要量
干料
湿料
干料
湿料
时
日
周
时
日
周
石灰石
1.247
1.26
129.90
3117.5
21822.5
131.25
3150
22050.71
粘土
0.28
0.31
29.17
700
4900.16
32.30
775
5425.17
铁粉
0.016
0.017
1.67
40
280
1.77
42.5
297.51
生料
1.541
1.55
160.53
385205
26967.5
161.46
3875.12
27125.86
熟料
--
--
104.17
2500
17500
石膏
0.05
0.05
5
120
840
5
120
840
矿渣
0.06
0.068
6
144
1008
7.08
170
1190
水泥
--
--
111.03
2664.72
18653.04
烧成用煤煤
0.147
0.154
15.32
367.5
2572.5
16.04
385
2695
第三章、全厂主机平衡计算
一.主机设备选型
1.石灰石破碎机选型
（1）生产班制：
每周工作6天，每天2班，每班6—7小时。
（2）要求小时生产能力：
t/h
（3）设备选型，选定PPC1818型的单段锤式破碎机。
（4）生产能力标定：
表4-1同规格水泥厂生产能力对比
厂家
主机型号
主机生产能力t/h
云南景谷泰毓水泥厂
PPC1818
350
广东德庆水泥厂
PPC1818
350
根据《新型干法水泥厂设备选型使用手册》，PPC1818型的单段锤式破碎机产品参数如下：
表4-2PPC1818型的单段锤式破碎机产品参数
型号
规格
进料口尺mm
最大进料粒度mm
出料粒度mm
生产能力t/h
PPC1818
1850×1820
2000×2050
≤1000
≤25
270-380
经验公式：
Q=（150～200﹚D·L
=（150～200﹚×1.85×1.82
=505.05～673.40t/h
Q——石灰石破碎机系统的产量，t/h；
D——转子直径，m；
L——转子有效宽度，m。
根据实际厂家比较，所以最后标定PPC1818型的单段锤式破碎机的生产能力为350t/h。
（5）确定主机数量
=262.50/350=0.75≈1台
（6）核算每周实际运转小时数
2.生料磨机选型
（1）生产班制：
每日运转时间22h，生产周制7d，每周运转时间154h.
（2）要求产量：
（3）设备选型，选定MPS4000B型的立式辊磨。
（4）生产能力标定：
表4-3同规格水泥厂生产能力对比
厂家
主机型号
主机生产能力t/h
益阳东方水泥厂
MPS4000B
240
吉港康达水泥厂
MPS4000B
240
选定MPS4000B型的立式辊磨产品参数如下：
表4-4MPS4000B型的立式辊磨产品参数
型号规格
进料粒度mm
物料水分
成品细度R80μm
生产能力t/h
电机功率kW
MPS4000B
＜80
＜8％
≤10％
240
2350
其中ρ=0.23t/m3，υ=0.44m/s，b=4m，h=0.164m,Z=1,K0=1
经验公式：
Q=3600ρυbhZ/K0
=3600×0.23×0.44×4×0.164×1／1
=239t/h
式中：
K0——物料在磨内的循环次数；
ρ——物料堆积密度，t/m3；
υ——磨辊圆周速度，m/s；
b——磨辊宽度，m；
h——料层厚度,m；
Z——磨辊个数
所以选定MPS4000B型的立式辊磨，标定其生产能力为240t/h。
（5）确定主机数量
=176.41/240=0.73≈1台
（6）核算周运转时数：
3.水泥磨主机选型
（1）生产班制：
每日运转时间22h，生产周制7d，每周运转时间154h。
（2）要求主机生产能力：
（3）生产能力的标定：
表4-5同类水泥厂水泥磨对比
厂家
水泥生产线日产量t/d
主机名称
主机型号
主机生产能力t/
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