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三大平衡计算docx
第1讲配料计算
1.1配料方案的选择
因为硅酸盐水泥熟料是由两种或两种以上的氧化物化合而成，因此，在水泥
生产中控制各氧化物之间的比值（即率值），比单独控制各氧化物的含量，更能反
映出对熟料矿物组成和性能的影响。
故常用表示各氧化物之间相对含量的率值来
作为生产控制的指标。
为了获得较高的熟料强度，良好的生料易烧性以及易于控
制生产，选择适当的熟料三率值是非常必要的。
1.1.1熟料率值的确定
众所周知，C3S是熟料的主要矿物，在水泥水化过程中水化速度最快，对熟
料的3d、28d强度起着关键性的作用，而实际生产中熟料的C3S含量由熟料的
KH来决定的。
当熟料中的KH值在0.86~0.92之间时，R3、R28值均较高；当KH≥0.91时，虽然R3较高，但R28已呈下降趋势，此时，熟料烧成已经较困难，f-CaO不易控制，对强度有较大影响。
因此，KH取0.86~0.90为熟料最佳控制范围，可以保证熟料的3天和28天强度[2]。
若熟料SM过高，则由于高温液相量显著减少，熟料煅烧困难，C3S不易形
成；SM过低，则熟料因硅酸盐矿物少而熟料强度低，且由于液相量过多，易出
现结大块、结炉瘤、结圈等，影响窑的操作。
SM一般控制在2.3~2.7范围内。
若IM过高，熟料中C3A含量多，液相粘度大，物料难烧，水泥凝结快。
IM
过低，虽然液相粘度小，液相中质点易于扩散对
C3形成有利，但烧结范围窄，
S
窑内易结大块，不利窑的操作。
IM一般控制在1.5~1.7范围内。
表2-1国内主要水泥生产公司熟料率值及液相量
[3]
厂名
ZH
SD
ZJ
LG
IN
SC
XJ
BQ
YS
KH
0.87
0.90
0.88
0.89
0.87
0.87
0.90
0.89
0.87
SM
2.49
2.46
2.58
2.32
2.36
2.42
2.58
2.52
2.37
IM
1.61
1.69
1.45
1.62
1.44
1.63
1.35
1.64
1.35
L1450C
24.07
23.87
23.43
25.40
25.41
24.38
22.35
24.68
24.70
两高一中方案即高
SM、高IM、中
KH、低液相量配料方案，其值控制
为:
KH=0.88±0.02、SM=2.5±0.1、IM=1.6±0.1、L=20%~25%。
从我国冀东等公司的预分解窑生产实践看，两高一中方案是适当的。
1
本次设计为一台预分解窑，根据生产实践和设计要求选择两高一中方案即高
SM、高IM、中KH、低液相量配料方案，其值控制为:
KH=0.88±0.02、SM=2.5
±0.1、IM=1.6±0.1、L=20%~25%。
1.1.2熟料热耗的确定
表2-2
国内和国外部分预分解窑的单位熟料热耗
（kJ/kg）[4]
国内
冀东NSF
宁国MFC
柳州SLC
江西RSP
淮海NFC
新疆RSP
熟料
热耗
3385
3323
3439
3573
3650
3862
日本东谷
丹麦FLS
日本小野田
比利时CCB
奥地利
墨西哥
国外
厂N-MFC
SLC
RSP
ProPol-AS
PASEC
Fuller-N-SF
熟料
299431913078294828972910
热耗
在近年新建的水泥厂中，一般都是预分解窑，使原来在窑内以堆积态进行的
物料预热及生料中碳酸盐分解过程移到回转窑外进行，使窑的热负荷大为减轻，
窑的寿命延长，而窑产量却成倍增长，熟料的单位热耗大大降低。
影响熟料热耗
的因素很多，即使是同一种生产方法，不同的企业，甚至同一企业同一设备的不
同时期，熟料的热耗都可能不一样。
预分解窑熟料热耗通常在2920~3750kJ/kg，
国外先进水平可达2721~2930kJ/kg。
单位熟料热耗依国内外预分解窑生产现状，
热耗取3330kJ/kg熟料。
1.2配料计算
配料计算的基本原则：
（1）烧出的熟料应具有较高的强度和良好的物理化学性
能；
（2）配制的生料易于粉磨和烧成；（3）生产过程中易于控制、管理，便于生产操
作，能结合工厂生产条件、经济，合理地使用矿山资源。
生料配料计算方法很多，有烧矢量法、碳酸钙滴定法、尝试误差法、递减试
凑法、代数法、图解法等。
本次毕业设计选用递减试凑法。
已知原、燃料的有关分析数据如上表所示，假设用预分解窑以五种原料配合
进行生产，要求熟料的三个率值为：
KH=0.88、SM=2.5、IM=1.6、L=20%~25%，
单位熟料热耗为3330kJ/kg熟料。
2
1.2.1计算煤灰掺入量
GA
qAadS=（3330×20.57×100）/（100×25500）=2.69%
100Qnet.ad
式中:
GA—熟料中煤灰掺入量（%）；
q—单位熟料热耗（kJ/kg熟料）；
Qnet.ad—煤的空气干燥基热值（kJ/kg煤）；
Aad—煤的空气干燥基灰分含量（%）；
S—煤灰沉落率（%），一般S=100%。
1.2.2根据熟料设计率值，计算要求的熟料化学成分
根据原料成分总和计算，一般Σ≈97%左右，计算要求熟料的化学成分：
设：
Σ=97.5%，则：
Fe2O3
=3.45%
（2.8KH+1）（IM+1）SM+2.65IM+1.35
Al2O3
IMgFe2O3=5.52%
Al2O3
SM（Al2O3Fe2O3）=22.42%
CaO
（SiO2
Al2O3
Fe2O3）=66.11%
1.2.3递减试凑法计算干生料的配合比
熟料有两部分组成即灼烧生料和煤灰，以
100kg熟料为基准，递减试凑法
计算过程如下表：
表2-3
熟料化学成分计算（%）
计算步骤
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
其他
备注
要求熟料组
成
22.42
5.52
3.45
66.11
2.50
扣除煤灰成分
-2.69kg煤灰
1.44
0.88
0.15
0.09
0.10
差
20.98
4.64
3.30
66.02
2.40
干石灰石=
-129kg石灰
5.99
1.66
0.77
65.53
2.09
66.02/50.80%=129.9kg
差
14.99
2.98
2.53
0.49
0.31
干粘土=
-21kg粘土
14.66
2.94
1.24
0.11
0.74
14.99/69.79%=21.5kg
差
0.33
0.04
1.29
0.38
-0.43
干铁粉=
-2.7kg铁粉
0.91
0.12
1.27
0.27
0.14
1.29/47%=2.74kg
3
差
-0.58
-0.08
0.02
0.11
-0.57
干粘土=
+0.9kg粘土
0.63
0.13
0.05
0.01
0.03
0.58/69.79%=0.83kg
差
0.05
0.05
0.07
0.12
-0.54
据上表可求得煅烧100kg熟料所需各种原料用量为：
干石灰石=129kg
粘土=21-0.9=20.1kg
干铁粉=2.7kg
各干原料配合比为：
干石灰石=129/（129+20.1+2.7）100%=84×.98%
干粘土=20.1/（129+20.1+2.7）100%=13×.24%
铁粉=2.7/（129+20.1+2.7）100%=1×.78%
1.2.4核算熟料化学成分与率值
表2-4生料化学成分（%）
名称
配合比%
Loss
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
石灰石
84.98
34.89
3.94
1.10
0.51
43.17
粘土
13.24
0.68
9.24
1.85
0.78
0.07
铁粉
1.78
0.04
0.60
0.08
0.84
0.18
生料
100
35.51
13.78
3.03
2.13
43.42
灼烧生料
-
-
21.37
4.70
3.30
67.33
煤灰掺入量GA=2.69%，则灼烧生料配合比为100%-2.69%=97.31%。
按此计
算熟料的化学成分，如下表所示。
表2-5熟料化学成分（%）
名称
配合比%
SiO2
23
2
3
CaO
AlO
FeO
灼烧生料
97.31
20.80
4.57
3.21
65.52
煤灰
2.69
1.44
0.88
0.15
0.09
熟料
100
22.24
5.45
3.36
65.61
则熟料率值计算如下：
KH
CaO1.65Al2O30.35Fe2O3=0.89
2.8SiO2
4
SiO2
SM==2.52
Al2O3Fe2O3
IM=Al2O3=1.62
Fe2O3
所得结果与要求值十分接近，可按此配料进行生产。
考虑到生产波动，熟料
率值可定为：
KH=0.88、SM=2.5、IM=1.6。
按上述计算结果，干燥原料配合比为:
石灰石85%，铁粉1.8%，粘土13.2%。
计算熟料矿物组成：
C3S=3.8×（3KH—2）SiO2=3.8×（3×0.88—2）×22.24=54.09（%）
C2S=8.6×（1—KH）SiO2=8.6×（1—0.88）×22.24=22.95（%）
C3A=2.65×（Al2O3—0.64Fe2O3）=2.65×（5.45—0.64×3.36）=8.74（%）
C4AF=3.04×Fe2O3=3.04×3.36=10.21（%）
C3S+C2S=54.09+22.95=77.04（%）
C3A+C4AF=8.74+10.21=18.95（%）
液相量：
1338℃L=6.1Fe2O3=6.1×3.36=20.50（%）
1450℃L=3Al2O3+2.25Fe2O3+MgO+R2O
=3×5.45+2.253×.36=23.91（%）
上述计算基本符合熟料中
C3
和
2
的理论含量约占
，
3
A
和
4
的
S
CS
77%
C
CAF
理论含量约占19%；预分解窑液相量20%~25%范围。
1.2.5计算湿原料的配合比
原料水分：
石灰石0.8%、粘土10%、铁粉4%。
则湿原料的质量配合比：
湿石灰石=85/（100-0.8）=84.32%
湿粘土=13.2/（100-10）=11.88%
湿铁粉=1.8/（100-4）=1.73%
将质量比换算为百分比：
湿石灰石=84.32/97.93=86.10%
湿粘土=11.88/97.93=12.13%
湿铁粉=1.73/97.93=1.77%
5
第2讲物料平衡
通过物料平衡可计算得到各种原料、燃料、材料的需要量以及从原料进厂直至成品出厂，各工序所需处理的物料量，依据这些数据可以进一步确定工厂的物料运输量、工艺设备选型以及堆场、储库等设施的规模，因此，物料平衡计算是主机平衡与储库平衡计算的基础和依据。
2.1回转窑尺寸的计算方法与规格的确定
确定回转窑规格的大体步骤如下：
先根据设计产量用经验公式初步计算，将初步计算结果与目前生产中同类型窑比较并作出适当调整，再用窑内风速等有关指标来核实。
20世纪80年代以来，国内有些学者根据当时生产上的一些统计数据，利用统计学上的回归分析方法提出了日前国内预分解窑（NSP）产量的一些经验公式，如下表所示。
表3-1
近期国内对NSP窑产量的一些统计公式
[5]
序
提出单位（学者）
公式
相关系数
备注
号
1
G
1.5098Di3.218
0.99955
南京工业大学
适用范围：
2
G
0.7742D3.46281
0.99967
D=3.75~6.2m
李昌勇刘龙
G=2000~12000t/d
0.682Di3.018L0.254
3
G
0.99937
4
G
41.3817Di3.1462
0.9671
中国天津水泥工
20.9278D3.3996
适用范围：
5
G
0.9684
D=3.2~6m
业设计研究院
L=40~105m
陶从喜
G
2.5426
0.5074
6
8.8486Di
L
-
G＞1000t/d
7
G
5.19164D2.75677L0.56286
-
注：
该表内的公式中，
G为NSP窑的产量，对于序号
1~3中的统计公式，G的单位为
t/h；但对于其它统计公式，
G的单位为t/d。
L—回转窑的长度；Di，D—分别为回转窑的有
效内径和筒体内径，D=Di+2δ，δ为回转窑的耐火材料厚度，
δ一般为200mm。
利用表中的经验公式，再选择合理的长径比L/D（预分解窑的L/D为10~20），就可以计算出回转窑的有效内径、筒体内径以及长度。
表3-2回转窑的有效内径、筒体内径以及长度
[6]
序号
1/3
2/3
4/6
4/7
5/6
5/7
Di
4.62
4.67
4.58
4.58
4.64
4.64
D
4.98
5.03
4.94
4.94
5.00
5.00
L
76.94
67.70
75.68
80.00
71.41
75.42
6
根据设计要求窑产量为5000t/d，利用经验公式计算得到回转窑的规格为：
直径为5m左右，长度为68~80m。
根据这个产量参考一些
5000t/d水泥厂实际选
用窑的规格如下表：
表3-3
国内部分5000t/d预分解窑实际选用窑的规格
[7]
厂名
烟台东源
铜陵海螺
华新
豫鹤同力
黄河同力
冀东
规模（t/d）
5000
5000
5000
5000
5000
5000
回转窑
Φ4.872
Φ4.872
Φ5.072
Φ4.872
Φ4.8
72
Φ4.872
（m）
根据国内部分5000t/d预分解窑实际选用窑规格的实际情况，各主要水泥厂
所采用是比较成熟的三支撑Φ4.8
72m回转窑，本次设计要求为
5000t/d熟料的
生产线，参照目前国内已经成熟的技术，采用
1台三支撑Φ4.8
72m回转窑。
2.2窑的台时产量标定
表3-4国内部分5000t/d预分解窑的生产能力[8]
厂名
华新
冀东
池州海螺
铜陵海螺
豫鹤同力
黄河同力
设计产量
5000
5000
5000
5000
5000
5000
（t/d）
窑设计产量
208.3
208.3
208.3
208.3
208.3
208.3
（t/h）
窑实际产量
220
224
218.8
229
215
＞208.3
（t/h）
目前在标定窑的产量时，设计部门一般提出两个产量指标，其一为保证产量，此产量系指窑投产后，在规定的时间内，在满足规定的热耗与熟料质量的条件下
所应生产的熟料量；又同时提出另一比保证产量约高10%~13%供配套设计用的产量指标，此产量供全厂进行配套设计用，以保证窑的增产需要。
根据国内部分5000t/d预分解窑的实际产量，标定窑的台时产量Qh.1为225t/d。
2.3计算烧成系统的生产能力
熟料小时产量:
Qh=nQh.1=1×225=225t/h
熟料日产量:
Qd=24Qh=24×225=5400（t/d）
熟料周产量:
Qw=168Qh=168×225=37800（t/w）
2.4原、燃、材料消耗定额的计算
2.4.1生料消耗定额
1、1t熟料的干生料理论消耗量
KT
100
s=（100-2.69）/（100-35.51）=1.509t/t熟料
100
I
式中：
KT—干生料理论消耗量（t/t熟料）；
I—干生料的烧失量（%）；
S—煤灰掺入量（%）。
7
2、1t熟料的干生料消耗量K生
100KT=1.556t/t熟料
100
P生
式中：
K生—干生料的消耗定额（t/t熟料）；
P生—生料的生产损失取（％），一般取3%。
3、各种干原料消耗定额
K原=K生x
式中：
K原—某种干原料的消耗定额（t/t熟料）；
x—干生料中该原料的配合比（%）。
熟料
石灰石消耗定额：
K
=K
×x
×
1
生
1
=1.55685%=1.322t/t
粘土消耗定额：
×
熟料
K2
=K
×x2
K3
生
=1.55613.2%=0.205t/t
铁粉消耗定额：
×
熟料
=K
生×x3
=1.5561.8%=0.028t/t
含自然水分时：
÷（
－
）
（
熟料）
石灰石消耗额：
K1
=K
1
t/t
粘土消耗定额：
K2
2
÷（
100
0.8
%=1.333
熟料）
=K
－
）
（
t/t
铁粉消耗定额：
K3
3÷（
100
10
%=0.228
=K
）
（
t/t
熟料）
100-4
%=0.029
2.4.2干石膏、干混合材消耗定额
根据GB175—2007，普通硅酸盐水泥中掺活性混合材料时，最大掺量不得
超过20%，其中允许用不超过水泥质量5%的窑灰或不超过水泥质量8%的非活
性混合材料来代替。
复合硅酸盐水泥中混合材料总掺量按质量百分比计为大于
20%且小于或等于50%。
水泥中允许用不超过8%的符合JC/T742要求的窑灰代替部分混合材料，掺矿渣时混合材料不得与矿渣硅酸盐水泥重复。
混合材的掺加原则：
a.符合国家标准规定；
b.混合材的掺加量不得在规定范围的边缘；
c.在规定的混合材掺加量范围内，尽量提高水泥的强度。
混合材的掺加量：
表3-5国标对两种水泥的组分规定
·
熟料+石膏≥80，<95
混合材>5，≤20
普通硅酸盐水泥
PO
·
熟料+石膏≥50，<80
混合材>20，≤50
矿渣硅酸盐水泥
PS
设计要求生产P·O42.5R、P·S42.5
两种水泥各
50%，根据所提供的原材料
P·O42.5R水泥的混合材选用粉煤灰，粉煤灰的掺量分别为
15%，P·S42.5的混合
材选用矿渣的掺量为25%。
按GB175—2007规定，普通硅酸盐水泥中的三氧化硫含量不得超过
3.5%。
由经验公式S=1.181+0.0925C3
2计算得出石膏掺量为
。
取水泥
A+0.614RO
6.17%
生产中当石膏掺加量为6%时，对于石膏SO3含量为
×
，
:
6%37.42%=2.25%<3.5%
符合要求可以使用。
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