5000t/d熟料水泥厂设计
摘要
本次设计的题目是设计一条日产5000t/d水泥熟料生产线。水泥品种是P.O42.5（50%）和P.O52.5（50%），袋散比为：30%：70%。
本次设计的主要内容包括：
1.原料、燃料、配料计算
2.计算和确定带悬浮预热器的新型回转窑和悬浮预热器的型号及规格，以及窑尾气体平衡的计算，同时还编写了全厂工艺流程概述和本次毕业设计的评述及展望。
3.生产过程和主机选型
4.水泥厂的工艺布局。
在本次设计中，还采用了一些新的工艺技术，例如：高效率立式磨和高效选粉机等。本次设计采用了利用窑尾废气预热生料和粉煤灰的有效方法来降低系统热耗，把篦冷机出来的多余热气体作为热源来烘干煤粉。本次设计的工艺设备都能有效地降低系统热耗。
关键词：配料，平衡，选型，设计, 预热器，分解炉
5000 TON PER DAY CEMENT CLINKER DESIGN
ABSTRACT
The title of this graduating design is to construct a cement plant with 5000 tons per day production line. The production is P.O.42.5 and P.O.52.5 cement, both their percentages are 50%.And the cement sale in bags account for 30%.
The main content of this design is:
1. Calculated ratio of raw materials.
2. Manufacturing process and selection of the main machine.
3. The phases of this design is to calculate and design preheated and pre-claimer and also the balancing of the main machine At the this time, I compose the summarization of technology flow for what factory and quality control of the whole factory and prospects of the design project for graduation，etc.
1. The last step of the design is the layout of the whole plant.In the design, some new technologies and techniques are introduced such as vertical spindle moll and high efficiency classifiers and acts
To reduce the total energy consumption an affection method is used to reuse the kiln exhausted gases from the cooler is also used as thermal sources of the drier to dry puzzling, all these techniques are effective to reduce the total thermal consumption.
KEY WORDS : ratio of raw materials，balance，slection ,design, preheater, calciner 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明
原创性声明
本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加
以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
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涉密论文按学校规定处理。
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指导教师评阅书
评阅教师评阅书
教研室（或答辩小组）及教学系意见
目录
摘要 (1)
ABSTRACT (2)
目录 (2)
前言 (5)
第一章工艺设计的指导思想与原则 (6)
§1.1指导思想 (6)
§1.2设计原则 (7)
第二章配料计算 (10)
§2.1 设计内容 (10)
§2.2 原始数据 (10)
§2.3 配料计算 (11)
第三章物料平衡 (17)
§3.1烧成车间生产能力和工厂能力的计算 (17)
§3.2 原、燃材料消耗定额的计算 (18)
第四章主机平衡 (23)
§4.1 石灰石破碎机的选型 (24)
§4.2 生料磨选型 (24)
§4.3 煤磨 (24)
§4.4 水泥磨系统 (25)
§4.5 包装机 (25)
§4.6 主机平衡表 (25)
第五章储库平衡 (27)
§5.1 原燃料预均化堆场 (27)
§5.2 生料库 (27)
§5.3 铁粉储库 (28)
§5.4 石膏储库 (28)
§5.5 混合材储库 (29)
§5.6 熟料的储库 (29)
§5.7 水泥储库 (29)
§5.8 砂岩库 (30)
第六章工艺流程简述 (31)
§6.1 原料工段 (31)
§6.2 烧成工段 (32)
§6.3 水泥磨工段 (33)
§6.4 辅助流程 (33)
第七章烧成窑尾工艺计算 (35)
§7.1 理论消耗料耗 (35)
§7.2 预热器及分解炉工艺计算 (36)
第八章烧成窑尾 (41)
§8.1 分解炉规格的计算确定 (41)
§8.2 预热器规格的确定 (42)
参考文献 (49)
致谢 (1)
前言
毕业设计是学生完成所有理论课和实验实习课程后的一个教学环节，它是在教师指导下，由学生综合运用所学过的基础知识和实践生产知识，查找工具书和各种技术资料达到计算、绘图、编写说明书等来解决实际生产技术问题的教学环节。也是从事技术工作的一次演习，与先前的教学过程相比，具有较强的综合性、实践性和探索性。
通过毕业设计不仅使学过的知识得以巩固、提高，而且进一步培养我们独立思考、设计及解决实际技术问题的能力，使自己的学识和
工程实践能力有一个很大的进步，最终完成在校的学习任务。
本设计为顺应水泥发展趋势，提高我专业学生的综合素质和适应
能力，设计带分解炉预热器窑。预分解窑是在悬浮预热器窑的基础上
发展起来的，由预热器、分解炉、回转窑和高效篦式冷却机等几部分
组成。预分解窑的特点在于将碳酸盐的分解过程转移至窑外分解炉中
进行，生料颗粒在预热器系统处于悬浮状态易于热交换，而且速度快，使生料迅速发生分解反应，入窑生料的分解率可达85-90%，从而大
大减轻了窑的负荷。
预分解窑与其它窑型相比，有其独特的优点：
1.预分解窑生产的熟料单位热耗低，单机生产能力大，并可利用
窑尾余热烘干物料，虽电耗略高，但其综合能耗低。
2.由于原料和生料的预均化技术的发展，使干法生产的熟料质
量得到了保证，并由于采用了新技术等措施，不断改进燃烧系统，增
强了新型干法生产对原料的适应性。
3.由于收尘设备及技术发展，使干法厂在环境污染方面有了很大
的改善。
4.与产量相同的湿法窑相比，预分解窑的质量轻，占地面积小，基建投资少。
鉴于此，这次毕业设计的任务选为5000t/d熟料的预分解窑。
第一章工艺设计的指导思想与原则
§1.1指导思想
水泥工业及水泥工厂设计有如下几个特点：
⑴、水泥厂需要用大量的矿物原料（如石灰石）等，因此水泥厂大都自行开采矿山，并靠近矿源建厂。
⑵、产品（水泥）、燃料（煤）等物料运输量大，且价格底，因此要求要有良好的运输条件。
⑶、水泥工业能耗和电耗较大，因此，在水泥厂设计中要注意确保能源供应，并充分重视节约能源的问题。
⑷、水泥厂采用的主机多属重型设备，重量大，建构筑物荷重也大。因此，一般要求在工程地质条件好的场地建厂。
⑸、水泥厂设备种类多，布置复杂。因此，工艺布置应同土建设计紧密结合。
⑹、水泥厂用水量大，且水无卫生要求。因此，一般水泥厂多建在远离城市的地方，且自备水源。
⑺、水泥厂存在粉尘和噪音两大污染。因此，设计时必须加强收尘措施，尽量搞好厂区绿化。
⑻、从发展来看，水泥工业的发展逐渐趋向大型化和自动化。因此在设计时，应尽量采用新技术，新方案并要重点考虑节约能源。
从水泥厂的整体设计来说，工艺设计是主体，它的主要任务是确定工艺流程，进行工艺设计的选型和布置。但工厂设计是各专业共同完成的一个整体。因此，工业设计与其它专业的设计有着密切的联系，特别是工艺布置和其土建的关系更密切。生产设备的布置直接影响到建筑物的结构形式和尺寸。因此，工艺人员只有与其他人员相互配合，
共同研究，才能产生交好的方案。
§1.2设计原则
⑴、根据计划任务书规定的产品品种、质量、规模进行设计。
计划任务书规定的产品规模往往有一定的范围，设计规模在该范围之内或略超出该范围，都认为是合适的；但如限于设备选型，设计达到的规模略低于该范围，则说明原因，取得上级同意后，才能继续设计。
对于产品品种，如果认为计划任务书的规定在技术上或经济上有不当之处，也应阐明理由，建议调整，并取得上级部门的同意。
窑、磨等主机的产量，除了参考设备说明书和经验公式计算外，还应根据国内同类型主机的生产数据并参考国内外近似规格的主机产品进行标定。在工厂建成后的较短时期内，主机应能达到标定的产量，同时标定的主机产量应符合优质、高产、低消耗和设备长期安全运转的要求。既要充分发挥设备的能力，但又不能过分追求强化操作。
⑵、主要设备的能力应与工厂规模相适应
大型工厂应配套与之相适应的大型设备，否则将造成工艺线过多的现象。在现代大中型水泥厂的设计中，一般只采用一条或两条由大型设备组成的工艺线。
⑶、选择技术先进经济、合理的工艺流程和设备
工厂的工艺流程和主要设备确定以后，整个工厂设计可谓大局已定。在选择生产工艺流程和设备时，应尽量考虑节省能源，采用国内外较成熟的先进经验和先进技术。如在原料的破碎方面，采用一级反击式反击式锤式破碎机代替二级或三级破碎系统；在干法生料粉磨工序普遍采用烘干兼粉磨系统；在水泥粉磨系统采用辊压、机球磨、高效选粉机（如O—SEPA选粉机等）的混合粉磨系统。
对于新技术、新工艺、新设备，必须经过生产实践鉴定合格后，才可应用于新建厂的设计中。
工艺流程和设备的选择应进行方案比较，以达到技术先进、经济合理的目的。
在进行具体设备的选型时，应注意下列一些问题：尽量选用结构新、体型小、质量轻、效率高、消耗省且操作可靠维修方便、供应有保证或能自行加工制造的设备。各种附属设备的型号、规格应尽量统一，以便于生产管理和减少配、备件的种类。
⑷、全面解决工厂生产、厂外运输和各种物料储备的关系
由于工厂生产要求长期连续运转，而回转窑、磨机和破碎机等设备则需一定的时间进行计划检修；同时受各种复杂条件如厂外运输等因素的制约，所以各种物料都应有适当的储备。各种堆场、储库的容量，应满足各种物料储存期的要求。储存期的确定应使生产有一定的机动性，以利于工厂均衡连续地生产。但储存期也不应太长，以免增加基建工程量和费用及占用工厂的流动资金。
⑸、注意考虑工厂建成后生产挖潜的可能和留有工厂发展余地
工厂从设计到建成投产往往要好几年时间，而生产技术却是向前发展的。因此设备能力应能切实满足生产要求并留有余地。此外应结合设计的国内外未来时期水泥需求情况的预测，以及当前国民经济发展的方针政策，考虑在设计中是否需要或应留有多大的扩建余地。
考虑工厂扩建的原则是：既要便于今后的扩建，使工厂扩建时尽量不影响原有的生产，又要尽可能不增加当前建厂的占地面积的投资。
⑹、合理考虑机械化、自动化装备水平
机械化水平应与工厂规模和装备水平相适应，特别是连续生产过程中大宗物料的装、运、卸，必须实现机械化。重大设备的检修、起重以及需要减轻繁重体力劳动的场合，也应尽可能实现机械化。
生产控制自动化，具有反应灵敏控制及时调整精确的特点，是保证现代化连续性大生产安全稳定进行的必不可少的手段。如在原料配料和粉磨过程中，新型干法生产广泛地采用电子秤-X荧光分析仪-电子计算机自动调节系统，控制原料配料，实现了原料配料的自动控制。在水泥粉磨系统已广泛采用电子定量喂料秤、自动化仪表、电子计算机控制生产。其主要利用电耳、提升机负荷和选粉机回料量等进行磨
机负荷控制。
⑺、重视消音除尘，满足环保要求
贯彻执行国家环保、工业卫生等方面的规定。我国水泥生产最高容许排放浓度为50mg/m3。今后，由于对环保要求愈睐愈高，应采取积极措施，减少环境污染，以保护职工身体健康和延长设备生产寿命。
为减少环境污染，应广泛的采用新型高效除尘设备，在物料储存设计上采用以“圆库”为主方案。与此同时，也应重视噪音防治、污水治理、绿化环境，使水泥厂工业实现文明生产
⑻、方便施工、安装、方便生产、维修
工艺布置做到生产流程顺畅、紧凑、便捷。力求缩短物料的运输距离，并充分考虑设备安装、操作、检修和通行的方便，以及其它专业对工艺布置的要求。
第二章配料计算
§2.1 设计内容
设计课题名称：《新型干法水泥5000t/d总体工艺设计、生产P.O52.5和P.O42.5水泥。重点车间烧成窑尾系统工艺设计》
§2.2 原始数据
1.原材料数据：
表2-1 原材料数据
2.煤工业分析
表2-2 煤的工业分析
3. 其他
（1）.年平均气温：15℃
（2）.当地气压：752mmHg
（3）.地下水位: -12m
§2.3 配料计算
§2.3.1 确保熟料率值的组成
为了获得较高的熟料强度，良好的物料易烧性以及控制生产，选择适宜的熟料三率值是非常必要的。本次设计为一台窑外分解窑，在生产工艺上要求煅烧高饱和比高硅率的生料，这样能提高熟料的质量并能减少预热器分解炉系统的堵塞和回转窑烧成带的结圈。生产P042.5 PO52.5号硅酸盐水泥熟料。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 ±0.02 SM=2.55±0.1 IM=1.6±0.1
§2.3.2 熟料热耗的确定
随着新型干法水泥煅烧技术的不断提高，熟料的热耗不断降低，单位熟料热耗依国内新型干法厂现状，熟料热耗取2885KJ/kg熟料
§2.3.3 计算煤灰掺入量
Aad=Aar（100-Mad）÷（100-Mar）已知：Aad=24.2 Mar=2.3 Mad=1.5
Aad—空气干燥基灰分 Aar—收到基灰分 Mar—收到基水分
得：Aar=24.1%
Qnet.ar=（Qnet.ad+25Mad）（100-Mar）÷（100- Mad）-25Mar Qnet.ar—收到基低位发热值Qnet.ad—空气干燥基低位发热值Mad—空气干燥基水分
已知：Qnet.ad=25700 Mad =1.5 Mar=2.3
得：Qnet.ar=25471.27KJ/Kg
最后得出煤灰掺入量GA=qAarS/Qnet,ar=2950×24.1%×100%÷25471.27=2.79%
Qar—煤的收到基低位发热值 Q—熟料的热耗 Aar—煤收到基灰分 S—煤灰沉降率一般取100%
§2.3.4 用EXCEL计算干生料的配合比
为了获得较高的熟料强度，良好的物料易烧性以及易于控制生产，选择适宜的三率值是非常必要的。由于其牵涉到非线性方程的求解，用手工计算需反复试凑，难以达到结果最优，而各种简化计算方法不
容易掌握，采用办公软件EXCEL做配料计算，可直接通过表哥计算
求解，几秒钟就可算得最优解，操作简便，结果准确，本设计参考《用
办公软件做配料计算》（南京化工大学材料学院简淼夫，张薇《水泥》
2000 10）等资料采用这种方法进行计算。
（1）在Excel表中输入数据
在Excel表中输入上述数据,本设计为四组份配料，因此可以控制三个率值：KH、SM、IM。
（2）假设原料配比
在Excel表中填入假设的各原料配比，可以将初始配比设为石灰石20、页岩20、铁矿20,最后砂岩一项应填上“＝100-（鼠标点）石灰石配比的单元格-页岩配比的单元格-铁矿配比的单元格”，再敲回车键，这样才能保证配比之和为100。
（3）计算生料成分
在Excel表中适当的位置计算根据假设的原料配比而得
到的生料成分。生料化学成分=各原料化学成分与其配比的乘积之和。方法是：在生料化学成分对应的Loss单元格中输入“=sumproduct(B5:B8,$I5:$I8)/100”回车。其中B5:B8为各原料Loss 含量所在的单元格，$I5:$I8为各原料配比所在的单元格。生料的其他化学成分可以通过对生料Loss单元格的拖拉来获得。方法是点击生料Loss单元格,将鼠标移到该单元格的右下角，将光标变为黑十字时，按下鼠标左键，向右拖拉至生料成分对应的SO3单元格H9,松开鼠标左键即可。
（4）计算灼烧基生料成分
水泥生料在煅烧后，原料中的Loss就没有了，因此为了计算熟料成分，就必须计算生料去除Loss后的化学成分，即灼烧基生料成分。生料灼烧基成分=原生料成分/(1-Loss/100)。方法是：在Excel表中相应灼烧生料SiO2的单元格中C10输入“=C9/(1-$B9/100)”回车。其中C9为原生料SiO2的单元格位置，B9为原生料Loss的单元格位置。灼烧生料的其他化学成分也可通过对SiO2单元格的拖拉来获得。
（5）计算煤灰掺入量
组成熟料的一小部分是燃料燃烧后产生的煤灰。煤灰掺入量计算公式是：煤灰掺入量（煤灰占熟料的百分比）=烧成热耗÷煤热值×煤灰分。于是在对应的煤灰比例中（本例为I11）输入“=A15/A17*A19”回车。其中A15为烧成热耗所在单元格，A17为煤热值所在单元格，