每天4000吨新型干法水泥生产线工程毕业设计说明.docx

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每天4000吨新型干法水泥生产线工程毕业设计说明

武汉理工大学网络教育学院

本科生毕业设计说明

第一章总论

1.1项目概况

1.1.1项目名称

乌苏市青松建材有限责任公司4000t/d新型干法水泥生产线工程。

1.1.2项目建设地点

拟建厂址位于新疆塔城地区乌苏市东工业区东南角，中电投乌苏热电厂一期工程北侧，厂区围墙内占地面积423.5亩。

厂址据乌苏市中心约3.5km。

1.1.3项目建设规模

建设规模：

日产熟料4000吨；年产水泥150万吨，其中年产P·C32.5复合硅酸盐水泥100万吨；P·O42.5普通硅酸盐水泥50万吨。

配套建设水泥窑余热利用系统设置要为余热锅炉、窑头余热锅炉和过热器，生产的饱和蒸汽送往热电厂，由热电厂统一输送至乌苏市采暖用热。

1.2建厂条件

1.2.1拟建厂址及区域位置

水泥生产线建于乌苏市东工业区东南角处，中电投乌苏热电厂一期工程北侧，厂址距离市中心约3.5km。

厂址北邻工业圆的北京东路。

水泥生产线总占地面积423.5亩。

1.2.2原料及燃料

（1）石灰质原料

考虑在乌苏市自建石灰岩矿。

乌苏市已探明石灰岩储量丰富，矿石氧化钙含量48%以上，是生产水泥的良好原料。

乌苏市及沙湾县境内有多处石灰岩矿山资源。

经调查，求得储量1600万吨。

（5500万吨，30年）

乌苏市托托河上游查岗果勒一带石灰岩矿床，由国家建材工业局地质公司新疆地勘大队于1977年至1978年进行了详查，计算出储量1932.4万吨。

矿石品位：

CaO：

46~52%，MgO<2.5%，SiO23~12%。

其中有益、有害组分含量均符合水泥用石灰岩矿石的质量标准。

（2）硅铝质原料及硅质校正原料

乌苏市境内有丰富的硅铝质原料及硅质校正原料资源。

A．砂岩、泥岩矿

乌苏市周边砂岩、泥灰岩等水泥配料用硅铝质原料矿山较多，储量丰富，可作为硅质料正原料。

砂岩化学成分中SiO2含量66.79%偏低，但硅酸铝值较高，基本符合硅质校正原料要求。

B.热电厂粉煤灰、煤渣

粉煤灰来自中电投乌苏热电厂煤粉锅炉，热电厂一期工程年干排粉煤灰13.9万吨、煤渣1.55万吨。

（3）铁质原料

铁质校正原料采用阿勒泰市富蕴县铜矿冶炼废渣—铜渣或采用石河子市、奎屯市化工企业生产的硫酸渣，化学成分稳定，质量满足水泥工业生产要求。

（4）燃料

乌苏市境内有着十分丰富的煤炭资源。

本工程所需燃料由年产100万吨优质原煤的四棵树煤炭集团供应，

原燃料化学成分

表1-1原料及煤灰化学成分（%）

物料名称

Loss

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaO

MgO

K2O

Na2O

SO3

Cl-

石灰石

38.74

7.96

0.75

0.48

49.43

1.21

0.50

0.12

0.07

0.012

砂岩

3.67

66.79

10.53

2.87

2.94

1.75

3.78

1.46

0.34

0.017

粉煤灰

0.00

53.77

26.06

4.74

7.16

2.15

0.78

0.24

2.09

0.014

铜渣

-5.63

35.37

6.72

44.08

9.85

5.05

0.42

0.05

1.62

0.039

硫酸渣

-5.15

34.82

6.34

44.98

12.41

2.23

0.46

0.07

1.66

0.039

煤灰

—

44.23

14.57

11.89

17.85

2.60

2.12

0.76

5.00

0.028

表1-2烟煤工业分析（%）

Mad

Aad

Vad

C

St,ad

Qnet,ad（kJ/kg）

0.50

12.85

42.5

46.90

0.41

22345

（5）石膏

采用中电投乌苏热电厂的脱硫石膏灰作为水泥缓凝剂。

拟用脱硫石膏的SO3含量较高，其质量符合国标的技术要求，满足本项目水泥品种的生产需求。

（6）混合材

A.采用中电投乌苏热电厂粉煤灰作为混合材，本项目可全部消耗由中电投乌苏热电厂一期工程产生的粉煤灰，即产生的13.9万吨粉煤灰可全部使用，而不产生外排。

B.采用四棵树煤矿的废弃物—烧煤矸石作为混合材，其质量符合国标要求，满足本项目水泥品种的生产需求。

表1-3各种原燃材料的进厂粒度（mm）、水分（%）

物料

石灰石

砂岩

干粉煤灰

铜渣

硫酸渣

烟煤

脱硫石膏

烧煤干石

湿粉煤灰

粒度

≤1000

≤600

-

≤20

≤20

≤100

≤20

≤500

≤20

水分

≤2.0

≤3.0

≤1.0

≤3.0

≤5.0

≤16.5

≤20.0

≤3.0

≤15.0

1.3基础设施条件

1.3.1电源

本项目用电由工业圆区110kv果圆变电所供电，距水泥生产线供电距离5km，线路采用架空敷设。

1.3.2水源

供水水源：

乌苏市给排水供水二水厂（地下水），可满足水泥厂年需要量。

1.3.3热源

水泥生产线热源由中电投乌苏热电厂一期工程提供蒸汽，水泥厂设换热站一座，用以向各个采暖点提供热量进行采暖。

1.3.4工程地质

水泥生产线建于乌苏石化工业圆区一期规划区内，圆区位于乌苏市东部。

场地地貌为荒漠戈壁，在奎屯河的冲洪积扇的中部，地势平坦开阔，南高北低，地形坡度为1%，厂址工程地质条件较好。

根据现状评估和预测评估结果，厂址区域均不具备发生崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地面沉降、地裂缝等地质灾害的条件。

1.4气象条件

1.4.1气温

年平均气温：

5.3℃.

极端最高气温：

42.2℃

极端最低气温：

－37.5℃

1.4.2湿度

年平均相对湿度：

59%

1.4.3气压

年平均气压：

964.5hPa

1.4.4风向

全年主导风向为S相对频率：

11%

冬季主导风向为S相对频率：

10%

1.5交通条件

水泥生产线位于乌苏石化工业圆区一期规划区内，圆区位于乌苏市东部，距离乌苏市市中心3.5km，是乌苏、奎屯和独山子“金三角”的中心，紧靠312国道、奎-赛高等级公路、北疆铁路等交通运输线，距离奎屯、独山子仅9km，距离首府乌鲁木齐260km，圆区内电信、移动等现代通讯网络已全面建成。

第二章配料计算

2.1三率值的选择

熟料率值的选择要考虑两方面的因素：

一是熟料的质量及熟料煅烧时窑系统情况；二是市场商品混凝土的推行使用。

原则上三个率值不能只强调某一率值而忽视其它两个率值，必须相互吻合。

实际生产中，KH值过高（0.96以上）时，f-CaO会剧增从而导致熟料安定性不良，并且熟料煅烧困难。

确定n值时既要保证熟料中有一定的硅酸盐矿物，又必须与KH值相适应。

为保证熟料强度，n值应稍高。

p值的选择更要兼顾KH。

一般情况下，提高KH值便应降低p值，以降低液相出现温度和粘度，有利于C3S,一般铝氧率应不高于1.6为宜。

国内新型干法生产的熟料率值参考范围为：

KH在0.86～0.92，SM在2.2～2.7，IM在1.3～1.8[1]即采用高饱和比，高硅酸率，高铝率的配料方案。

根据以上资料并结合本设计提供的原料的成分，设定KH为0.90±0.02，SM为2.7±0.1，IM为1.6±0.1。

2.2原、燃材料

2.2.1石灰质原料

凡以碳酸钙为主要成分的原料都属于石灰质原料。

生产一吨水泥熟料约耗1.2-1.4吨的石灰质原料。

石灰质原料有石灰石、贝壳以及工业废渣中的电石渣和制糖绿泥等，其中石灰石的使用最为广范。

我国对一级品石灰石的要求是氧化钙含量大于48%，氧化镁含量小于2.5%，碱含量小于1.0%，三氧化硫含量小于1.0%，氯离子含量小于0.015%。

本设计中所采用的石灰石其主要成分如表2-1所示。

表2-1石灰石化学成分（%）

成分名称

Loss

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaO

MgO

K2O

Na2O

SO3

CL-

石灰石（%）

38.74

7.96

0.75

0.48

49.43

1.21

0.50

0.12

0.07

0.012

其成分完全符合一级品[1]的要求。

2.2.2粘土质原料

中国水泥工业采用的天然粘土质原料有粘土、黄土、页岩、砂岩、河泥等，主要化学成分是SiO2,,其次是Al2O3，,还有少量Fe2O3,一般生产一吨熟料用0.3t-0.4t粘土质原料。

粘土原料质量好坏与否主要依靠它的硅酸率、铝氧率、碱含量以及可塑性，热稳定性等工艺性能

来判断。

其一级品要求SM为2.7～3.5，IM为1.5～3.5，氧化镁小于3.0，碱含量小于4.0，三氧化硫小于2.0，氯离子小于0.015。

本设计中所采用的粘土的主要的化学成分如表2-2所示。

表2-2砂岩化学成分（%）

成分名称

Loss

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaO

MgO

K2O

Na2O

SO3

CL-

砂岩（%）

3.67

66.79

10.53

2.87

2.94

1.75

3.78

1.46

0.34

0.017

粉煤灰（%）

0.00

53.77

26.06

4.74

7.16

2.15

0.78

0.24

2.09

0.014

质量评价

砂岩：

SM=SiO2÷（Al2O3+Fe2O3）=66.79÷（10.53+2.87）=4.98

IM=Al2O3÷Fe2O3=10.53÷2.87=3.66

粉煤灰：

SM=SiO2÷（Al2O3+Fe2O3）=53.77÷（26.06+4.74）=1.74

IM=Al2O3÷Fe2O3=26.06÷4.74=5.49

由上可知砂岩的硅酸铝较高与粉煤灰搭配使用能符合一级品要求，但是两种原料的铝氧率均很高都超出了一级品要求，熟料煅烧过程中应注意防止结窑皮，结大块。

2.2.3校正原料

铁质校正原料中三氧化二铁的含量应该大于40%，铝质校正原料中三氧化二铝的含量应该大于30%，硅质校正原料中二氧化硅的含量应该为70-90%，碱含量小于4%。

表2-3校正原料化学成分（%）

成分名称

Loss

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaO

MgO

K2O

Na2O

SO3

CL-

铜渣（%）

-5.63

35.37

6.72

44.08

9.85

5.05

0.42

0.05

1.62

0.039

硫酸渣（%）

-5.15

34.82

6.34

44.98

12.41

2.23

0.46

0.07

1.66

0.039

2.2.4石膏

水泥生产中掺加适量石膏，既可以调节水泥的凝结硬化速度，又可以激发水泥强度（掺矿渣时）。

本设计采用中电投乌苏热电厂的脱硫石膏灰作为水泥缓凝剂。

拟用脱硫石膏的SO3含量较高，其质量符合国标的技术要求，满足本项目水泥品种的生产需求。

2.2.5混合材

在磨制水泥时，为改善水泥性能，调整水泥标号、增加水泥产量、降低能耗而通常加入一部分混合材。

目前所用的混合材中，大部分是工业废渣，因此水泥中掺混合材又是废渣综合利用的重要途径，有利于保护环境

。

混合材又分为活性混合材和非活性混合材。

本设计中加入一定量的烧煤矸石、粉煤灰作为其活性混合材。

2.2.6燃料

燃料是水泥生产中必不可少的部分。

我国水泥工业企业一般使用煤做为燃料，燃料品质既影响煅烧过程又影响熟料质量，发热量高、灰分低的的优质燃料，其火焰温度高，能更好的保证窑的热工制度，提高熟料质量；反之若燃料质量差，除了火焰温度低外，会带入过多的煤灰，降低熟料石灰饱和系数，降低熟料质量。

本设计中所采用的燃料的主要的化学成分以及煤的工业分析分别见表2-4、表2-5所示。

表2-4煤的化学成分（%）

成分名称

Loss

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaO

MgO

K2O

Na2O

SO3

CL-

煤灰（%）

0.00

44.23

14.57

11.89

17.85

2.60

2.12

0.76

5.00

0.28

表2-5煤粉工业分析（%）

Mad

Aad

Vad

C

St,ad

Qnet,ad（KJ/Kg）

0.50

12.85

42.50

46.90

0.41

22345

2.2.7原料的含水率

原料的粒度及含水率见表2-6：

表2-6原料的粒度及含水率

物料

石灰石

砂岩

干粉

煤灰

铜渣

硫酸渣

烟煤

脱硫

石膏

烧煤

矸石

粒度（mm）≤

1000

600

/

20

20

300

20

500

水分（%）≤

2.0

3.0

1.0

3.0

5.0

16.5

20.0

3.0

2.3熟料热耗的选择

随着我国新型干法水泥生产技术的快速发展，熟料的烧成热耗得到了明显降低。

根据GB50443-2007《水泥工厂节能设计规范》要求：

4000t/d及以上带预分解系统的新型干法水泥厂熟料烧成热耗要小于等于3050kJ/kg-熟料，本次设计的熟料烧成热耗定为3045kJ/kg-熟料[14]。

2.4配料计算

配料计算的依据是物料平衡。

化学反应的物料平衡是：

反应物的量应等于生成物的量。

计算时必须采用统一标准。

生料配料计算方法繁多，有代数法、图解法、尝试误差法（包括递减试凑法）、矿物组成法、最小二乘法等。

尝试误差法计算方法很多，但原理都相同。

其中一种方法是：

先按假定的原料配合比计算熟料组成，若计算不符合要求，则要求重新调整原料配比，再进行计算，重复至符合为止，另一种方法是从熟料化学成分中依次递减假定配合比的原料成分，试凑至符合要求为止（又称递减试凑法）。

本设计配料计算采用的是尝试误差法第一种计算方法，并结合计算机计算原料配合比。

2.4.1原料的各种原始数据

表2-7原燃料化学成分（%）

原料

名称

LOSS（%）

SiO2（%）

Al2O3（%）

Fe2O3（%）

CaO（%）

MgO（%）

Na2O（%）

K2O（%）

SO3（%）

Cl-

（%）

总合（%）

石灰石

38.740

7.960

0.750

0.480

49.430

1.210

0.500

0.120

0.070

0.012

99.272

砂岩

3.670

66.790

10.530

2.870

2.940

1.750

3.780

1.460

0.340

0.017

94.147

粉煤灰

0.000

53.770

26.060

4.740

7.160

2.150

0.780

0.240

2.090

0.014

97.004

硫酸渣

-5.150

34.820

6.340

44.980

12.410

2.230

0.460

0.070

1.660

0.039

97.859

煤灰

0.000

44.230

14.570

11.890

17.850

2.600

2.120

0.760

5.000

0.028

99.048

表2-8煤粉工业分析（%）

Mad

Aad

Vad

C

St,ad

Qnet,ad（KJ/Kg）

0.50

12.85

42.50

46.90

0.41

22345

熟料热耗：

q=3045kJ/kg.孰料。

2.4.2计算煤灰掺入量

=

=（3045×12.85×100）÷（22345×100）=1.751

GA——熟料中煤灰掺入量，%；

q——单位熟料热耗，kJ/kg煤；

——应用基煤的灰份含量，%

——煤的应用基低热值，kJ/kg煤；

S——煤的沉降率，%；窑尾有袋收尘且窑灰入窑，故取100%。

2.4.3计算干燥原料配合比[1]

设干燥原料配合比为（表2-9）：

表2-9假设干基原料配比

石灰石（%）

砂岩（%）

粉煤灰（%）

硫酸渣（%）

85.0

3.5

8.0

3.5

以此计算生料的化学成分，如表2-10所示

表2-10生料的化学成分

原料

名称

LOSS（%）

SiO2（%）

Al2O3（%）

Fe2O3（%）

CaO（%）

MgO（%）

Na2O（%）

K2O（%）

SO3（%）

Cl-

（%）

总合（%）

石灰石

38.740

7.960

0.750

0.480

49.430

1.210

0.500

0.120

0.070

0.012

99.272

砂岩

3.670

66.790

10.530

2.870

2.940

1.750

3.780

1.460

0.340

0.017

94.147

粉煤灰

0.000

53.770

26.060

4.740

7.160

2.150

0.780

0.240

2.090

0.014

97.004

硫酸渣

-5.150

34.820

6.340

44.980

12.410

2.230

0.460

0.070

1.660

0.039

97.859

白生料

32.877

14.624

3.313

2.462

43.126

1.340

0.636

0.175

0.297

0.013

98.862

灼烧

生料

0.000

21.787

4.935

3.668

64.249

1.996

0.947

0.260

0.442

0.020

98.304

煤灰掺入量GA=1.751%，则灼减生料配合比为100%-1.751%=98.249%。

按此计算熟料化学成分，如表2-11所示：

表2-11熟料化学成分

名称

配比

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaO

MgO

Na2O

K2O

SO3

Cl-

总合

灼烧

生料

98.249

21.405

4.849

3.604

63.124

1.961

0.931

0.256

0.434

0.019

96.583

煤灰

1.751

0.775

0.255

0.208

0.313

0.046

0.037

0.013

0.088

0.000

1.734

熟料

100.000

22.180

5.104

3.812

63.436

2.007

0.968

0.269

0.522

0.020

98.317

则熟料的率值计算如下：

KH=

=（63.436-1.65×5.104-0.35×3.812）÷（2.8×22.18）=0.86

SM=

=22.18÷（5.104+3.812）=2.48

IM=

=5.104÷3.812=1.33

上述计算结果中，KH、SM、IM值均偏低。

重新调整原料配比计算，配比结

如表：

表2-12假设干基原料配比

石灰石（%）

砂岩（%）

粉煤灰（%）

硫酸渣（%）

86.40

3.0

8.35

2.25

表2-13生料的化学成分

原料

名称

LOSS（%）

SiO2（%）

Al2O3（%）

Fe2O3（%）

CaO（%）

MgO（%）

Na2O（%）

K2O（%）

SO3（%）

Cl-

（%）

总合（%）

石灰石

38.740

7.960

0.750

0.480

49.430

1.210

0.500

0.120

0.070

0.012

99.272

砂岩

3.670

66.790

10.530

2.870

2.940

1.750

3.780

1.460

0.340

0.017

94.147

粉煤灰

0.000

53.770

26.060

4.740

7.160

2.150

0.780

0.240

2.090

0.014

97.004

硫酸渣

-5.150

34.820

6.340

44.980

12.410

2.230

0.460

0.070

1.660

0.039

97.859

白生料

33.466

14.154

3.283

1.909

43.673

1.328

0.621

0.169

0.283

0.013

98.897

灼烧

生料

0.000

21.274

4.934

2.869

65.639

1.995

0.933

0.254

0.425

0.019

98.342

表2-14熟料化学成分

名称

配比

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaO

MgO

Na2O

K2O

SO3

Cl-

总合

灼烧生料

98.249

20.901

4.847

2.818

64.490

1.960

0.917

0.250

0.417

0.019

96.620

煤灰

1.751

0.775

0.255

0.208

0.313

0.046

0.037

0.013

0.088

0.000

1.734

熟料

100.000

21.676

5.102

3.027

64.803

2.006

0.954

0.263

0.505

0.020

98.355

根据表2-14中的数据计算熟料的各率值

KH=

=（64.803-1.65×5.102-0.35×3.027）÷（2.8×21.676）=0.91

SM=

=21.676÷（5.102+3.027）=2.66

IM=

=5.102÷3.027=1.68

重新调整配比后，熟料率值和矿物组成均符合设计要求：

KH为0.91，SM为2.66，IM为1.68。

熟料矿物组成为：

C3S=3.8×（3×KH-2）×21.676%=60.11%

C2S=8.60×（1-KH）×21.676%=16.78%

C3A=2.65×（5.102-0.64×3.027）%=8.39%

C4AF=3.04×3.027%=9.20%

熟料液相量计算：

当烧成温度为1400时：

W%=2.95A+2.2F+a+b=2.95×5.102+2.2×3.