日产2500t硅酸盐水泥熟料生产线水泥包装课程设计
课程设计说明书
摘要
本设计是以设计日产2500t硅酸盐水泥熟料生产线（重点车间：水泥包装）为任务。介绍了目前水泥工业生产技术的状况，及整个生产线设计过程。本设计的指导思想是经济合理、技术先进、安全适用。
本设计采用的生产方法是新型干法水泥生产工艺，设计生产市场需求量较大的硅酸盐水泥。本设计经过了全厂布局、窑的选型、物料平衡计算、各生产车间工艺设计及主机选型、物料的储存和均化、重点车间设计等步骤。整个设计过程中，在主要工艺参数选择和配料方案选择的基础上通过配料计算、全厂物料平衡等计算，进行了全厂的总体设计，完成了主机设备的选型及主机平衡计算等内容。设计中，严格遵守国家的环境保护规范，在满足生产要求的前提下，尽可能使用先进收尘设备，极大减少了粉尘的排放，降低了对环境的污染。最后，在选定包装车间的工艺流程的基础上，通过立磨系统的通风量平衡计算进行了车间的工艺流程设计及附属设备的选型，完成该车间工艺布置图的绘制等工作。
关键词：水泥包装车间工艺设计选型布置
I
ABSTRACT
Its mission is to design a production line，which can produce2，500 tons clinker per day （key workshop：cement packing）. This paper introduces the current situation of the cement industry production technology，and the design process of whole production line. Advanced technology，reasonable economy and safe applying are the guidelines of the design.
This design uses the NSP cement production process as its production method，to design producing the Portland cement which has the largest market demand. This design goes through all the steps，such as the plant layout，kiln type selection ，material balance calculation，each workshop production process design and material host selection，storage and homogenization，key workshop design and so on. Within the whole design process，on the basis of main process parameters selection and ingredients scheme selection，is to complete the ingredients calculation，the material balance calculation，the overall design of the whole factory，so that it could accomplish the host equipment selection and host equilibrium calculation，etc. We strictly comply with the national environmental protection standard，under the premise of meeting the production requirements，to use the advanced collecting dust equipment as much as possible，this substantially reduce emissions of the dust and the pollution to the environment.Finally，on the basis of selection the process flow of cement packing workshop to go through the ventilation rate balance computing raw mill system of workshop process design and accessory equipment selection，to complete the workshop layout drawing of the process.
Keywords：cement，cement packing，technological design，selection
II
设计说明目录
摘要................................ III ABSTRACT ..................................................... II
目录 (4)
第一章设计理论基础及依据 (6)
第一节设计依据 (6)
第二节设计原则与指导思想 (6)
一、设计原则 (6)
二、指导思想 (6)
第三节设计任务 (6)
第四节设计内容和要求 (7)
一、总体设计 (7)
二、水泥包装车间系统设计 (7)
三、设计深度 (7)
四、设计要求的起止日期 (7)
五、要求 (8)
六、生产原料选择要求 (8)
七、本次课程设计目的 (8)
第二章生料配料计算和物料平衡计算 (8)
第一节生料配料计算 (8)
一、煤灰参入量计算 (9)
二、根据熟料率值，估算熟料化学成分 (9)
三、累加试凑法计算原料（100Kg熟料为基准） (10)
四、计算熟料料耗 (10)
五、计算生料配比 (11)
六、湿料配比 (11)
第二节物料平衡计算 (12)
一、窑型的选择： (12)
二、窑产量标定： (13)
3
三、窑的台数可按下式计算： (14)
四、干消耗定额计算： (14)
五、干石膏消耗定额： (15)
六、干混合材消耗定额： (15)
七、湿料消耗定额： (16)
八、烧成用干煤消耗定额： (16)
九、物料平衡表 (16)
十、生产流程图...................................................................................................17 第三章主机平衡计算及选择.. (19)
第一节主机生产能力的计算及选型 (18)
一、主机生产能力确定 (20)
二、包装机选择 (20)
第二节主机辅助设备选型 (26)
一、空气输送斜槽 (26)
二、斗式提升机和振动筛 (26)
三、胶带输送机 (27)
四、火车装车设备 (27)
五、汽车装车设备 (27)
六、袋收尘 (28)
七、螺旋输送机............................................................................................... 28 第四章总平面布置与绿化.. (28)
4
第一节总平面布置 (28)
第二节绿化美化....................................................................................................29 第五章总结.. (29)
参考文献 (30)
第一章设计计理论基础及依据
第一节设计依据
本设计依据为《广西大学课程设计任务书》；
5
下达单位：广西大学材料科学与工程学院无机非金属材料工程科研室。
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.全面解决工厂包装关系；
5.注意考虑工厂建成后发展余地；
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。
二、指导思想
本设计的指导思想是：符合实际，技术先进，经济合理，安全使用，使工厂建设取得预期的效果。
第三节设计任务
本设计的设计任务是：
1.建设项目：日产2500吨硅酸盐水泥熟料生产线（重点车间：水泥包装）；
2.建厂规模：日产水泥熟料2500吨；
3.产品品种：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：
6
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、设备选型计算和工艺平衡计算
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
本课程设计从2013年1月7日起至2013年1月18日所有的的设计工作必须如期完成。
五、要求
1、必须认真贯彻国家的经济政策和工业政策，遵循行业规程、有关的国家标准和建厂地区的有关规定。设计方案要求有多方方案对比，力求做到技术先进、经济合理、安全适用。
2、设计说明书全文及工艺设备表用计算机打印。
六、生产原料选择要求
1、化学成分（%）：
烧失量SiO2Al2O3Fe2O3CaO Mg
O R2O SO3W
7
石灰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
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
七、本次课程设计目的
整合所学知识，总结资料文献，活学活用，加深对理论知识的理解，有利
于我们更加深刻的掌握所学东西。
第二章生料配料计算和物料平衡计算
第一节生料配料计算
经查阅《无机非金属材料工学》表10.1和表10.2，对于分解窑，KH取
值为0.88-0.92，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20900 KJ/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和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
8
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SO3 1.5%~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=0.91±0.02 SM=2.5±0. 1 IM=1.6±0.1 SO3=2%；
熟料热耗q=3300kJ/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：
G a ==
式中：G A——熟料中煤灰掺入量，%；
q——单位熟料热耗，kJ/kg熟料；
Q net,ad——煤的干燥基低位热值，kJ/kg煤；
Q net.ar——煤的收到基低位热值，kJ/kg煤；
A ar——煤的收到基灰份含量，%；
A ad——煤的干燥基灰份含量，%，可选100%；
G a =
=(3200kJ/kg ×29.64 × 100%)/ (22087kJ/kg × 100)
=4.29%
2、根据熟料率值，估算熟料化学成分
根据原料成分总和估算，设计熟料中SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO四种氧化物总和一般为97.5%,因此取∑=97.5%.
KH=0.91±0.02 SM=2.5±0. 1 IM=1.6；
计算要求熟料的化学成分：
9
Fe2O3=
=
=3.42%
Al2O3=IM（Fe2O3）=1.6×3.42%=5.48%
SiO2 =SM(Al2O3+Fe2O3)=2.5×(3.42%+5.48%)=22.25%
CaO=∑-Fe
2O
3
-Al
2
O
3
-SiO
2
=97.5%-
（3.42%+5.48%+22.25%)=66.35%
3、累加试凑法计算原料（100Kg熟料为基准）
计算Si
O Al2
O
Fe2
O
Ca
O
Mg
O
R2
O
SO3合备注
设计熟料22.
25
5.4
8
3.4
2
66.
35
0 0 2.0
99.5
煤灰2.21.10.30.20.20 0
石膏0 0 0 0 0 0 2.0 2.0/0.4150=4.82
石灰
石0.1
4
0.4
0.1
6
66.
15
2.8
5
0.6
2
=124.04
粘土+29.19.
83
4.2
9
2.0
1
0.3
1
0.1
5
0.2
9
=29.06
铁粉+1.50.3
9
0.0
4
0.9
3
0.0
4
0.0
2
0 0.0
3
==1.
累计22.
63 5.8
8
3.4
2
66.
7
3.2
7
0.9
1
2.0
3
10
4.
KH=0.88，
SM=2.44，IM=1.71
粘土-0.5-0.
39
-0.
08
-0.
04
-0.
01
-0.
00
-0.
01
0 =0.57
累计22.
25 5.7
7
3.3
8
66.
70
3.2
6
0.2
8
2.0
3
10
3.
KH=0.90，
10
经最后运算，取得：
KH=0.90，SM=2.43，IM=1.71，热耗=100×3300/103.68=3182.87kJ/kg 熟料；
这些率值和热耗都在预期的偏差范围内波动，故配料计算完成。
4、计算熟料料耗
配制100Kg熟料所需的干原料（即料耗）如下：
石灰石= ×100=119.62Kg
粘土= ×100=27.48 Kg
铁粉= ×100=1.49 Kg
5、计算生料配比
石灰石= ×100%= ×100%=80.50%
粘土= ×100%= ×100%=18.50%
铁粉= ×100%=1.00%
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%。
湿石灰石= ×100=81.37
湿粘土= ×100=19.89
湿铁粉= ×100=1.05
将上述质量比换算为百分比：
湿石灰石=×100%=×100%=79.53%
湿粘土=×100%=19.44%
11
湿铁粉=×100%=1.03%
配比结果
石灰石粘土铁粉
干原料配比/% 80.50 18.50 1.00
湿原料配比/% 79.53 19.44 1.03
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。
一、窑型的选择：
参考一些实际厂选用的窑型和规格如下表：
表2.1 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 2700 t/d ＜3200kJ/kg 川沙水泥厂Φ4×60m 2600 t/d 3100kJ/kg 邳州水泥厂Φ4×60m 2500 t/d 3305.6kJ/kg 江西水泥厂Φ4×60m 2100 t/d 3573 kJ/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2.2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
12
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》
二、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
762
.0
52
.2L
KD
G=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，
762
.0
52
.2L
KD
G==762.0
52
.260
4
116
.0?
?=0.116×32.89964×
22.6439=86.42t/h
表2.3 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
100 104.17
13
（t/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83.33 t/h，实际产量为87.18 t/h。有些窑的设计能力在2000t/d左右，而实际的生产能力以及在2500~2800t/d。
三、窑的台数可按下式计算：
1、n= =2500/（24*104.17）=1.00（1 台）
n——窑的台数；
Q d——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Q h=nQ h.1 =1×104.17=104.17 (t/h)熟料日产量Q d=24Q h =24×104.17=2500 (t/d)
熟料周产量Qw= 168 Q h=168×104.17=17500.56 (t/w)
水泥小时产量G h=Q h=×104.17=111.03 (t/h)
水泥日产量G d=111.03×24=2664.83 (t/d)
水泥周产量G
w =111.03G
h
=168×111.03=18653.04 (t/w)
四、干消耗定额计算：
首先计算生料烧失量:
14
生料烧失量=石灰石烧失量+粘土烧失量+铁粉烧失量
=80.50%×43.70%+18.50%×4.50%+1.00%×5.00%
=35.18%+0.83%+0.01%
=39.02%
干生料烧失量：39.02%
煤灰的掺入量：4.29%
虑煤灰掺入时，1t熟料的干生料理论消耗量：
K t ===1.57 t/t 熟料
则干生料消耗量：K
生
=×=×=1.62 t/t熟料
式中：K
生
—干生料消耗定额，t/t熟料。
K t——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= K t×X1=1.62×80.50%= 1.30 (t/t熟料)
粘土消耗定额：K2= K t×X2=1.62×18.50%= 0.30 (t/t熟料)
粉煤灰消耗定额：K3= K t×X3= 1.62×4.29% =0.07 (t/t熟料)
铁粉消耗定额： K
4= K
t
×X
4
=1.62×1.00%=0.002 (t/t熟料)
五、干石膏消耗定额：
K d = ×=4×100/(100 - 4 - 5)(100 -3) =0.05 (t/t熟料)
P
d
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P·Ⅱ水泥，混合材掺量小于等于5%，石膏和熟料质量大于等于95%，所以本设计d 取4%，e取5%。
六、干混合材消耗定额：
15
K
e
= ×=5×100/(100 - 4 -
5)(100 -3) =0.06 (t/t熟料)
七、湿料消耗定额：
K
湿=K
干
K石灰石= 1.30×=1.31(t/t熟料)
K粘土= 0.30×=0.32 (t/t熟料)
K铁粉= 0.002×=0.0021 (t/t熟料)
K
混合材
= 0.06×= 0.07 (t/t熟料)
八、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：
K
f1
=×=×=0.147
则湿煤量为：
K
f2
=×=×=0.149
九、物料平衡表
16
表2.4 物
料平衡表
消耗定额物料需要量
干料
干料湿料时日周时石 1.30 1.31 130 3120 21840 13粘0.30 0.32 30 720 5040 32铁0.002 0.0021 0.2 4.8 33.6 0.2生 1.57 1.62 157 3768 26376 16熟-- -- 104.17 2500 17500
石0.05 0.05 5 120 840 5矿0.06 0.07 6 144 1008 7水-- -- 111.03 2664.72 18653.04
烧0.147 0.149 14.7 352.8 2469.6 14
十、生产流程图
全厂方框流程图
17
18
19
包装车间工艺流程
如上图所示，水泥从水泥库底卸出，按比例（或产量）有两组出库皮带输送机单独或共同送入水泥物料提升机，由提升机把水泥提升到包装车间的楼顶，再通过溜管送进筛分设备—振动筛，经过筛分，筛分后的粗颗粒及其他会影响包装机工作的粗物杂物从粗颗粒溜管出来，用斗车运走。通过振动筛的水泥则下到中间仓，然后进入水泥包装机，最后从包装机的下料嘴装到水泥袋里，用传送带送到车上或成品库里。在包装出溢出的水泥下到包装机下面的集料斗并从溜管下到底楼的螺旋输送机上。在包装、落包和输送的过程中，要有一部分散落水泥物料，这些物料由机下集料斗送到螺旋输送机上，再由螺旋输送机
水泥库
中包
收
振
提