日产5000吨水泥熟料水泥厂水泥粉磨系统工艺设计.docx

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日产5000吨水泥熟料水泥厂水泥粉磨系统工艺设计

第一章总论

1.1设计任务及其依据，论述所生产产品的意义和价值

1.1.1设计任务：

日产5000吨水泥熟料水泥厂水泥粉磨系统工艺设计

1.1.2生产产品的种类及定义

普通硅酸盐水泥简称普通水泥。

凡由硅酸盐水泥熟料、6%-15%的混合材料及适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为普通硅酸盐水泥，简称普通水泥。

国家标准对普通硅酸盐水泥的技术要求有：

（1）细度筛孔尺寸为80um的方孔筛的筛余不得超过10%，否则为不合格。

（2）凝结时间处凝时间不得早于45分钟，终凝时间不得迟于10小时。

　　（3）标号根据抗压和抗折强度，将硅酸盐水泥划分为325、425、525、625四个标号。

　　普通硅酸盐水泥由于混合材料掺量较少，其性质与硅酸盐水泥基本相同，略有差异，主要表现为：

（1）早期强度略低

（2）耐腐蚀性稍好

　　（3）水化热略低

　　（4）抗冻性和抗渗性好

　　（5）抗炭化性略差

　　（6）耐磨性略差

1.1.3产品的意义和价值

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于腐朽的特点，更不会有塑性年久老化的问题，耐久性好，维修工作量小等等。

因此水泥不但大量用于工业和民用建筑，还广泛应用于交通、城市建设、农林、水利及海港等工程，制成各种形式的混凝土，钢筋混凝土的构件和构件物。

而水泥管、水泥船等各种特殊功能的建筑物、构筑物的出现有了可能。

此外，如宇宙工业、核工业以及其他新型工业的建设也需要各种无机非金属材料。

其中最为基本的是以水泥为主的新型复合材料。

因此，水泥工业的发展对保证国家建设计划顺利进行，人民生活水平提高具有十分重要的意义，而且，其他领域的新技术也必须渗透到水泥工业中来，传统的水泥工业势必随着科学技术的发展而带来新的工艺变革和品种演变。

应用领域必将有新的开拓，从而使其在国民经济中起到重要的作用。

1.2水泥粉磨工艺简介

水泥粉磨工艺流程总的来说可以分为开流粉磨和圈流粉磨两种。

开流粉磨主要应用在管磨机上，广泛使用高细管磨机。

由于开流粉磨中往往存在过粉磨现象严重，且水泥温度过高等问题，从节能角度考虑圈流受到推崇。

在目前的组合上，总的来说，人们一方面希望得到简单的工艺流程，但是简单的流程又不能最大可能地降低单位成本和提高产品质量，因而人们往往不得不在简化工艺流程和提高效益中寻求最佳平衡点。

这也形成了目前粉磨设备发展的两个方向：

一是寻求单一的粉磨设备尽可能地简化流程，节省投资，并在此基础上降低粉磨能耗，如各类高产磨的开发与发展、立磨、辊压机终粉磨系统：

二是在现有的粉磨设备基础上开发出尽可能降低粉磨能耗的粉磨流程，如各种预粉磨、联合粉磨系统。

1.2.1开流粉磨

开流粉磨就是指在粉磨过程中，物料又磨机入口喂入，经粉磨后自出口排出，排出的物料不再经磨机粉磨而直接作为产品的流程。

总的来说，开流粉磨系统的优点主要是流程简单、紧凑、投资省、占地少和易于自动化操作等。

其缺点也是明显的，表现为过粉磨现象严重，出磨水泥温度高，粉磨效率低，单位电耗大，球耗高，特别不适合高强度等级水泥及易磨性差别大的混合物料的粉磨，而且利用开流粉磨系统时，水泥品种调节困难。

1.2.2圈流粉磨

圈流粉磨是指物料经粉磨机械粉磨后，经选粉机分离成粗粉和细粉，细粉作为成品收集，粗粉则返回粉磨机械在进行粉磨的工艺流程。

圈流粉磨系统可以将合格的细粉及时的筛选出来，减少细粉在磨内的过粉磨现象，降低了其对粉磨介质的缓冲效果，因而能有效地提高磨机产量，粉磨产品的细度波动小，颗粒组成较好，易于调整且温度较低。

在能耗上，圈流粉磨系统单位产品电耗较开流粉磨系统低约10-20%，磨耗量也较开流粉磨少。

1.2.3混合粉磨

这类系统中，一般是用一个熟料破碎粉磨设备与一台磨机相联，熟料预破碎粉磨设备采用开路流程，而磨机采用闭路流程，这一工艺的主要特点在于尽可能地降低磨机的破碎功能，减少入磨物料的粒度，从而达到节能增产的目的。

这类流程在小型磨机中应用较多，由于熟料腐蚀性较大，会导致设备的磨损严重，因而大型磨机较少采用。

第二章总平面布置和工艺流程

工厂总平面设计的任务，是根据厂区地形，进出厂物料运输方向和运输方式，工程地址，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，道路以及地下和地上工程管线的平面和竖向的相互位置，使之适合于工艺流程，并与场地地形及绿化，美化相适应，保证劳动者有良好的劳动条件，从而使工厂组成一个有机的生产整体，以使工厂能发挥其最大的生产效能。

现代化的水泥企业，从生产所需原料的机械化开采起，经过一系列的运输和加工，到水泥的包装或散装输出为止，系一级其复杂而科学的生产过程，故其总平面图设计必须处理许多复杂的技术问题。

而总平面设计的合理与否，对工厂的建设，生产以及将来的发展都有直接而深远的影响。

因此，工厂的主管部门和设计等建筑单位都必须十分重视平面布置的设计。

2.1水泥厂总平面设计的步骤

在两阶段设计中，工厂总平面图设计亦按初步设计及施工图设计两阶段进行。

每个设计阶段又分为资料图和成品图两个步骤进行工作。

现将各阶段工作分别叙述如下：

2.1.1初步设计

（1）工厂总平面轮廓图（资料图）

工艺专业人员根据与有关专业人员商定的各项建筑物设想的外形轮廓尺寸，并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，电源等具体条件，绘出生产车间总平面轮廓资料图。

在布置过程中应考虑厂内外道路及预留各种管线位置。

（2）工厂总平面图（初步设计成品图）

在调整、补充、完善工厂总平面轮廓图的基础上，绘制工厂总平面布置图，作为初步设计主要附图之一，由总图专业人员完成。

2.1.2施工图设计

（1）工厂总平面资料图

（2）工厂总平面布置施工图：

①竖向布置图：

具体表示厂区设计标高的关系和边坡处理。

②土方工程图：

具体表示厂区场地平整土石方的调拨和工程量。

③铁路专用线施工图：

表示铁路专用线坐标、标高、桥涵、纵横剖面等施工要求。

④厂区道路及雨水排除施工图。

⑤管线汇总施工图：

表示厂区内地上、地下各种管线的关系位置。

2.2工艺设计的基本原则和程序

2.2.1工艺设计的基本原则

①根据计划任务书规定的产品品种、质量、规模进行设计。

②主要设备的能力应与工厂规模相适应。

③选择技术先进、经济合理的工艺流程和设备。

④全面解决工厂生产，厂外运输和各种物料的储备关系。

⑤注意考虑工厂建成后生产挖潜的可能和留有工厂发展的余地。

⑥合理考虑机械化、自动化装备水平。

⑦重视消音除尘，满足环保要求。

⑧方便施工、安装，方便生产、维修。

2.2.2工艺设计的程序

初步设计

施工设计

第三章水泥车间设计

水泥粉磨是水泥制造的最后工序，也是耗电最多的工序。

其主要功能在于将水泥熟料（及缓凝剂、性能调节材料等）粉磨至适宜的粒度（以细度、比表面积等表示），形成一定的颗粒级配，增大其水化面积，加速水化速率，满足水泥浆体凝结，硬化要求。

随着预分解窑发展口趋完善，熟料生产热耗大幅度降低，而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量、节约能源消耗、降低水泥成本，使新型干法水泥生产更具经济竞争力，具有重要意义。

本设计就是对日产5000T熟料新型干法生产线的水泥粉磨车间进行设计，根据相关文献及产量要求对水泥的配料方案、物料平衡和水泥车间系统设备的选型设计与计算，并据此对水泥粉磨车间的主要粉磨设备及相关的附属设备的型号进行选择。

本次设计本着“优质、环保、节能”的原则，对水泥粉磨工艺方案与粉磨车间设备进行仔细斟酌与取舍，并对设计车间主视图及剖面图进行了绘制。

3.1配料及物料平衡计算

3.1.1基本条件：

基本条件及原燃料的化学成分

（1）采用窑外分解窑生产熟料；

（2）水泥品种：

P.O42.5级；

（3）物料参数见表5-1～5-3；

（4）要求熟料三个率值：

KH=0.89±0.01、SM=2.60±0.10、IM=1.60±0.10；

（5）单位熟料热耗：

3045kJ/kg；

（6）生产损失：

生料、水泥按1%计算，其它按3%计算。

表3－1原燃料化学成分（%）

名称

烧失量

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaO

MgO

其它

石灰石

41.63

2.54

1.11

0.44

52.38

0.95

100.00

砂岩

2.53

77.71

12.16

4.09

0.25

0.53

2.73

100.00

铁粉

3.89

10.96

4.90

68.66

4.07

1.73

5.79

100.00

煤灰

51.98

33.47

3.02

4.56

0.61

6.36

100.00

表3－2进厂原燃料水分及粒度

物料名称

石灰石

砂岩

铁粉

矿渣

石膏

原煤

水分（%）

粒度（mm）

≤600

≤40

≤10

≤20

≤100

表3－3煤的工业分析

挥发分

固定碳

灰分

热值

29.77%

41.82%

25.72%

25360kJ/kg

3.1.2生料配合比计算

（1）计算标准煤耗P及煤灰掺入量GA

P=单位质量熟料热耗/单位质量煤热值（2-1）

=3045kj/kg/25360kj/kg

=0.1201（kg煤/kg熟料）

GA=P.A.S/100（2-2）

=0.1201X0.2572X100/100=3.0890%

A-煤的灰分;S-煤灰掺入量，新型干法生产线取100。

（2）采用尝试误差法计算配合比

取石灰石83.3%，砂岩15.1%，铁粉1.6%。

表3－4配合比计算表（%）

名称

配合比

烧失量

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaO

MgO

其他

石灰石

83.3

34.6778

2.1158

0.9246

0.3665

43.6325

0.7914

砂岩

15.1

0.3820

11.7342

1.8362

0.6176

0.0378

0.0800

0.4122

铁粉

1.6

0.0622

0.1754

0.0784

1.987

0.0651

0.0277

0.0926

生料

100

35.1220

14.0254

2.8422

2.0828

43.7354

0.9811

1.2962

生料（扣除损失后）

34.7708

13.8851

2.0620

43.2980

0.882

1.2932

灼烧生料

100

------

21.680

4.3809

3.1204

67.4117

1.3735

1.9978

（3）熟料的化学成分

表3－5熟料化学成分（%）

名称

配合比

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaO

MgO

其他

灼烧生料

96.9110

20.9502

4.2456

3.1112

65.3294

1.6814

1.9361

煤灰

3.0890

1.6029

1.0339

0.0933

0.1409

0.0188

0.1965

熟料

100

22.5531

5.2795

3.2045

65.4703

1.7002

2.1326

三率值：

KH=（Cc-1.65Ac-0.35Fc）/2.8Sc（2-3）

=（65.4703-1.65x5.2795-0.35x3.2045）/2.8x22.5531

=0.881

SM=Ac/（Fc+Ac）（2-4）

=22.5531/（5.2795+3.2045）=2.66

IM=Ac/Fc（2-5）

=5.2795/3.2045=1.65

三个率值满足KH=0.89±0.01、SM=2.60±0.10、IM=1.60±0.10，故配比合格

3.1.3.理论料耗

生料理论料耗Hl=（100-Ga）/（100-生料烧失量）=1.4937kg生料/kg熟料

生料实际消耗Hs=Hl/（1-生产损失）=1.5088

实际煤耗Pˊ=P/（1-生产损失）=0.1238kg煤/kg熟料

3.1.4.计算干基实际消耗定额

干石灰石=HsX83.3%=1.2568kg干石灰石/kg熟料

干砂岩=HsX15.1%=0.2278kg干砂岩/kg熟料

干铁粉=HsX1.6%=0.0241kg干铁粉/kg熟料

设石膏掺量为3%,矿渣掺量为15%，熟料产量为日产5000t。

干石膏日耗=5000tX3%=150t

干石膏理论消耗定额=150/5000=0.03kg干石膏/kg熟料

干石膏实际消耗定额=干石膏理论消耗定额/（1-生产损失）=0.0309kg干石膏/kg熟料

干矿渣日耗=5000tX15%=750t

干矿渣理论消耗定额=750/5000=0.15kg干矿渣/kg熟料

干矿渣实际消耗定额=干矿渣理论消耗定额/（1-生产损失）=0.1546kg干矿渣/kg熟料

湿矿渣实际消耗定额=干矿渣实际消耗定额/（1-含水率）=0.1885kg湿矿渣/kg熟料

3.1.5.计算湿基实际消耗定额

湿石灰石=干石灰石/（1-含水率）=1.2695kg湿石灰石/kg熟料

湿砂岩=干砂岩/（1-含水率）=0.2476kg湿砂岩/kg熟料

湿铁粉=干铁粉/（1-含水率）=0.0284kg湿铁粉/kg熟料

湿煤=干煤/（1-含水率）=0.1346kg湿煤/kg熟料

湿石膏实际消耗定额=干石膏实际消耗定额/（1-含水率）=0.0315kg湿石膏/kg熟料

湿矿渣实际消耗定额=干矿渣实际消耗定额/（1-含水率）=0.1885kg湿矿渣/kg熟料

3.1.6.计算是物料配合比

湿石灰石+湿砂岩+湿铁粉=1.2695+0.2476+0.0284=1.5455

湿石灰石：

湿砂岩：

湿铁粉=82.1:

16.0:

1.9

3.1.7.物料平衡表

表3－6物料平衡表

名称

配比

水分

生产损失

消耗定额

物料量

干基t/t

湿基t/t

干基

湿基

小时

日

年

小时

日

年

石灰石

83.3%

1.2568

1.2695

261.83

6284.0

2010880

246.47

6347.5

2031192

砂岩

15.1%

0.2278

0.2476

47.46

1139.0

364480

51.59

1238.0

396174

铁粉

1.6%

15%

0.0241

0.0284

5.02

120.5

38560

5.91

141.8

45365

生料

1.5088

1.5455

314.33

7544.0

2414080

熟料

208.3

5000

1600000

煤

0.1201

0.1238

25.02

600.5

192160

27.20

652.7

208870

石膏

0.0309

0.0315

6.25

150.0

48000

6.38

153.1

48992

矿渣

18%

0.1546

0.1885

31.25

750.0

240000

38.11

914.6

292672

水泥

245.8

5900.0

1888000

3.2主机设备选型计算

3.2.1辊压机主机计算及选型

要求：

设计两条水泥粉磨系统，总产量为245.8t/h，每条产量122.9t/h，主机功率满足要求。

Gr=3600B.e.v.ρ（3-1）

其中Gr-辊压机通过量t/h，B-辊子宽度m，e-辊子间隙m，v-辊子圆周速度m/s，ρ-产品密度t/m3

e=γ1/（γ2-γ1）.（1-cosα）.D（3-2）

γ1-熟料容重t/，γ2-过辊后物料容重t/，D-辊子直径m，α-压力角

将

（2）式带入

（1）式得

Gr=3600B.γ1/（γ2-γ1）.（1-cosα）.D.v.ρ（3-3）

Ni=1.18X2β.PTVQ（3-4）VQ=DBV（3-5）带入（3-4）得

Ni=1.18X2β.PTDBV（3-6）

Ni-辊压机功率kw，β-辊压机作用力作用角rads，PT-辊压机最大投影压力kn，VQ-辊压机规格潜能

方案一：

采用HFCG160-120辊压机（辊子直径1600mm，辊子宽度1200mm，功率2X900kw，通过量580-670t/h），γ1取1.55m3，γ2取2.45m3，α取80，v取1.5m/s，ρ取2.5t/m3，β取0.05，PT取5000kn，带入（3-3）、（3-6）

得

Gr=3600B.γ1/（γ2-γ1）.（1-cosα）.D.v.ρ=3600X1.2X1.55/（2.45-1.55）X1.6X（1-COS80）X1.5X2.5=433t/h

Ni=1.18X2β.PTDBV=1.18X2X0.05X5000X1.6X1.2X1.5=1699KW

方案二：

采用HFCG160-140辊压机（辊子直径1600mm，辊子宽度1400mm，功率2X1120kw，通过量680-780t/h），γ1取1.55m3，γ2取2.45m3，α取80，v取1.5m/s，ρ取2.5t/m3，β取0.05，PT取5000kn，带入（3-3）、（3-6）

得

Gr=3600B.γ1/（γ2-γ1）.（1-cosα）.D.v.ρ=3600X1.4X1.55/（2.45-1.55）X1.6X（1-COS80）X1.5X2.5=505t/h

Ni=1.18X2β.PTDBV=1.18X2X0.05X5000X1.6X1.4X1.5=1982KW

方案对比：

方案一采用HFCG160-120辊压机（辊子直径1600mm，辊子宽度1200mm，功率2X900kw，通过量580-670t/h），理论通过量为433t/h，实际通过量580-670t/h，当物料循环负荷取300%，根据实际设计要求辊压机的通过量为122.9X4=492t/h，辊压物料功率为1699KW＜主机功率2X900kw，故方案一能满足设计要求。

方案二采用HFCG160-140辊压机（辊子直径1600mm，辊子宽度1400mm，功率2X1120kw，通过量680-780t/h），理论通过量为505t/h，实际通过量680-780t/h，当物料循环负荷取300%，根据实际设计要求辊压机的通过量为122.9X4=492t/h，辊压物料功率为1982KW＜主机功率2X1120kw，故方案二能满足设计要求。

综上所述，方案一与方案二均满足设计要求，但方案二产能过大，导致设备成本增加，故采用方案一方案一采用HFCG160-120辊压机（辊子直径1600mm，辊子宽度1200mm，功率2X900kw，通过量580-670t/h）

表3.7辊压机的选型计算

序号

项目

单位

计算公式及依据

计算结果

方案Ⅰ

方案Ⅱ

需辊压物料

物料

参照《物料平衡表》

石灰石，水分1%

时产量Gh

t/h

245.8

日产量Gd

t/d

5900

年产量Gy

t/y

1888000

辊压粒度

入料粒度D

参照设计任务书表2

D≤80

出料粒度

小于2mm占65—85%

确定工艺方案

参照《手册》，拟定两套工艺方案

采用HFCG160-120辊压机（辊子直径1600mm，辊子宽度1200mm，功率2X900kw，通过量580-670t/h）

采用HFCG160-140辊压机（辊子直径1600mm，辊子宽度1400mm，功率2X1120kw，通过量680-780t/h）

辊压系统要求

产量

t/h

492

辊压系统全年工作日d

参照《手册》

320

每天工作班数n

班

同上，多数为两班制

两班

每班工作小时数t

序号

项目

单位

计算公式及依据

计算结果

方案Ⅰ

方案Ⅱ

选

择

辊压机

规格型号

《手册》

HFCG160-120

HFCG160-140

生产能力

t/h

580-670

680-780

辊子（直径D×宽度L）

1600*1200

1600*1400

最大入料粒度

80mm

出料粒度

小于2mm占65—85%

确定破碎机台数Ｎ

班数Ｍ

综合考虑生产能力和系统要求产量

N=2

M=2

N=2

M=2

所需电机功率

2X900kw

2X1120kw

综合分析、比较

方案对比：

方案二采用HFCG160-140辊压机（辊子直径1600mm，

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