5000td新型干法水泥厂石灰石矩形预均化堆场工艺设计

唐 山 学 院

毕 业 设 计

设计题目：5000t/d新型干法水泥厂石灰石矩形预均化堆场工艺设计

系 别 ： 环境与化学工程系 班 级 ： 09无机非金属材料工程 1班 姓 名 ： 指 导 教 师： 刘 臻

2013年 6 月 6日

5000t/d新型干法水泥厂石灰石矩形预均化堆

场工艺设计

摘 要

本设计是5000t/d新型干法水泥厂全厂及石灰石矩形预均化堆场的工艺设计。依据任务书中的地形图确定全厂工艺布置，绘制出全厂的工艺布置图和石灰石预均化堆场工艺布置图。本设计中，全厂生产线采用一条龙方式排布，流程顺畅，且节省输送设备；全厂工艺流程从各原料进厂到水泥出厂全都采用均化措施，这样就保证了出厂水泥质量的高效；全厂主要设备选型从原料磨到水泥磨均采用立磨，立磨粉磨效率高、磨内空间大、单位电耗低、烘干能力强；石灰石的预均化采用矩形预均化堆场，这样更有利于扩建，和圆形预均化堆场相比物料分布也更加均匀，并采用人字形堆料，使设备更加简单比较经济。

关键词：石灰石 矩形预均化堆场 均化效果 工艺设计

5000 t/d NSP Cement Limestone Rectangle Yard Prehomogenization Process Design

Abstract

This design is the 5000 t/d NSP cement plant and technology design of limestone rectangle in the yard. Determine the coordination process arrangement according to the specification of topographic map, map the process for the factory layout and limestone yard prehomogenization process arrangement. In this design, factory production line adopts a dragon method configuration, process flow, and save the transportation equipment; Throughout the process from the raw materials into the factory to all of cement factory using homogenizing measures, so as to ensure the quality of the cement factory efficiency; Main equipment selection from the raw material to the cement grinding plant adopt vertical mill, roller mill grinding efficiency, grinding inside the space is large, unit power consumption is low, the drying ability is strong; Limestone homogenization of adopting rectangle yard prehomogenization, so more conducive to expansion, and round yard than prehomogenization material distribution is more uniform, the herringbone stockyard, make the equipment more simple more economy.

Keywords: rectangle yard; prehomogenization limestone; homogenization effect craft design

目录

1 引言 ................................................................................................................................ 1 2 总体设计 ........................................................................................................................ 2

2.1新型干法水泥生产的简述 .................................................................................. 2

2.1.1 新型干法水泥的生产特点 ...................................................................... 2 2.1.2 新型干法水泥的生产发展 ...................................................................... 2 2.2参数的确定 .......................................................................................................... 3

2. 2.1 熟料率值的确定 ..................................................................................... 3 2.2.2 熟料热耗的确定 ...................................................................................... 4 2.3 熟料标号的确定 ................................................................................................. 5 2.4石膏加入量、混合材加入量的确定 .................................................................. 6

2.4.1石膏加入量的确定 ................................................................................... 6 2.4.2混合材加入量的确定 ............................................................................... 7 2.3物料平衡计算 ...................................................................................................... 7

2.3.1 配料计算 .................................................................................................. 7 2.3.2 物料平衡计算 ........................................................................................ 10 2.3.2.4物料平衡表 .......................................................................................... 14 2.4全厂工艺流程的确定 ........................................................................................ 15

2.4.1工艺流程确定 ......................................................................................... 15 2.4.2主机设备选型计算 ................................................................................. 21 2.4.3水泥厂工艺流程方框图 ......................................................................... 31 2.5全厂的质量控制点及控制指标 ........................................................................ 33 3石灰石预均化堆场车间设计 ....................................................................................... 34

3.1物料均化的基本原理 ........................................................................................ 34 3.2均化堆场堆料方式 ............................................................................................ 34 3.3堆场设备选型 .................................................................................................... 35 3.4影响预均化效果的因素及防止措施 ................................................................ 37

3.4.1石灰石成分呈非正态分布的影响及防止措施 ..................................... 37 3.4.2物料离析作用的影响及防止措施 ......................................................... 37 3.4.3端锥效应的影响及防止措施 ................................................................. 38 3.4.4堆料机堆料不匀的影响及防止措施 ..................................................... 38 3.5提升均化效果的措施 ........................................................................................ 38 结论 .................................................................................................................................. 39

谢辞 .................................................................................................................................. 40 参考文献 .......................................................................................................................... 41

唐 山 学 院 毕 业 设 计

1 引言

新型干法水泥技术在现在的水泥生产中起着很重要的作用，它是以窑外悬浮预热以及预分解技术为核心，在其中应用了现代科学技术最新理论和高新技术成果，具有均化、环保、节能、自动控制、科学管理和长期安全运转六大保证体系，集成了当代高新技术，是水泥工业中重要的组成部分。

在新型干法水泥的生产过程中，生料的预均化扮演着很重要的角色。水泥生料的化学成分均奇性，不仅影响着熟料的质量，而且对窑的热耗、产量、运转周期以及要耐火材料的消耗等都有着很大的影响，这些影响对大型的干法回转窑尤其敏感。由于水泥的生料是以天然的矿物作为原料配制成的，随着矿山的开采层以及开采位置的不同，原料的成分波动就在所难免了。另一方面，由于水泥厂规模的大型化，以及水泥和其他行业的发展，对石灰石需求量逐渐增长，从而使得石灰石矿山的高品位原料不能达到生产需求，这样就使得要采用高品位和低品位矿石搭配或由几个矿山矿石搭配的方法，从而充分的利用矿山资源。因此生产中对生料、原料采取有效的均化措施，从而满足生料的化学成分均奇性要求。通过这些可以知道，在新型干法水泥厂中进行石灰石预均化是十分必要的。

到目前为止采用最多的均化措施有预均化堆场和均化库，对于石灰石的预均化采用预均化堆场更加合适。预均化堆场一般可分为两类：矩形预均化堆场和圆形预均化堆场，它们各有优缺点。相比于圆形预均化堆场，矩形预均化堆场布料比较均匀；矩形堆场有利于扩建，但圆形预均化堆场不可扩建只能另建别的堆场；但同样的储存容积圆形预均化堆场比矩形预均化堆场可减少30%～40%占地面积；在设备购置费上圆形预均化堆场可比矩形预均化堆场节约25%的资金，总投资更可减少30%～40%。因为新厂大多考虑扩建生产线，扩大厂区规模，所以选择矩形预均化堆场更有利于以后的扩建发展。再根据本设计的场地要求和未来的发展趋势，本设计选择使用矩形石灰石预均化堆场。

1

唐 山 学 院 毕 业 设 计

2 总体设计

2.1新型干法水泥生产的简述

2.1.1 新型干法水泥的生产特点

新型干法水泥的生产具有节能、均化、自动控制、环保、科学的管理和长期安全的运转六大保证体系，集成了当代高新技术，它的特征如下：用悬浮预热技术和预分解技术来改善了传统回转窑窑内物料堆积态的预热与分解方法；生产制备全过程中多处采用现代化均化的技术；工艺生产装备大型化，使水泥工业的方向向集约化发展；采用高效多功能粉磨挤压技术与新型机械粉体输送装置；并做到生产控制的自动化；为清洁生产与广泛的使用废料、废渣、再生燃料和降解有害、有毒和危险的废弃物创造了有利的条件；应用IT技术并实行现代化科学管理；广泛采用新型耐磨、耐热、隔热和配套的耐火材料等。

2.1.2 新型干法水泥的生产发展

新型干法水泥生产技术是以悬浮预热技术和预分解技术为核心，在干法水泥生产的过程中综合应用多功能粉磨挤压技术、IT技术、新型耐热、耐磨和耐火材料以及新型的机械分体输送装置等现代化科学的新技术和成果的一种现代化水泥生产技术。虽然我国在新型干法水泥生产技术方面已达到国际较先进的水平，但就整体上来看，还存在较大的差距。要想使次得到更大进步，甚至赶超发达国家的先进水平，就应该做到在努力的提高新型干法生产的水泥所占比例的同时，就应继续加强技术研发与信息化建设，并鼓励企业引进新技术、自主创新、不断推行优化设计、做好人才培养。

我国的新型干法水泥生产技术在以后的发展过程中应做好以下几点：深入的研究原料均化的技术，并进一步提高对生活垃圾和工业废渣的利用率；并改善从原材料开采和粉磨前预均化的手段与措施，从而减少投资；加大对水泥预粉磨、辊式磨系统和生料辊式磨的研发力度，并加快它的推广应用进度,降低水泥生产能耗；加大对一些关键技术和装备的研发力度，并力求不断的进行优化，通过科学管理和规范的工程设计进行施工，从而进一步降低生产线建设的成本；研发更高效率的能够降低有害气体浓度和粉尘排放浓度的技术，从而将污染物排放量控制到更低的限度；加强对废弃轮胎、废弃塑料、劣质煤的再利用研究，从而扩大燃料品种的范围甚至代替燃料；在开发使用专用软件的基础上，还要进一步研究开发生产工艺过程自动化控制软件，还要不断的进行推广以及应用；进一步的优化生产工艺的过程,并做好个性化的设计，以满足多种功能性水泥的生产需要，力求

2

唐 山 学 院 毕 业 设 计

以更低的能耗和资金,最大程度的满足市场需求；加强对重要技术装备设备的研发力度,缩短它的应用周期，实现更高的生产率；加强功能材料及和水泥生产过程相关的管理方法、仪器、产品、替代材料等的研究与推广应用，从而提高设备的综合性能，并获取最佳的经济和社会效益；还要重视生态化工程的研究、建设和设计，以实现和环境自然融合。这种能耗低、质量好、产量高、技术新的生产方法已经成为了世界各个国家水泥生产的发展方向。

2.2参数的确定

2. 2.1 熟料率值的确定

生产实践表明：为了保障预分解窑的优质高产，除了需要有一个生料质量的保障系统外，还需要有一个适合它热工特性的配料方案。现在我国有不少水泥厂通过总结出―两高一中‖配料方案，从而获得了提高了水泥质量、产量和回转窑运转率等的明显效果。

从表2-1可以看出：我国新型干法窑生产的水泥熟料四大矿物组成部分与国外水泥指标近似，但其KH、SM、IM三个率值全都比国外的水泥稍低一点，看来这就是造成RISO和RGB强度差距的重要原因，国内的重点水泥企业窑型包括干法、湿法和立波尔窑，虽然有较大差别，但全都属于低硅、高铁的配料方案。国内的立窑厂家众多，但是大多数采用低硅、高饱和、高铁的比配料方案。国内水泥配料方案重要特征就是低硅、高铁。这对提高硅酸盐矿物的活性和含量是不利的。从提高水泥熟料强度方面考虑，应该尽量提高硅酸盐矿物的含量（≥73%）、并提高早强矿物含量（9%～10%）、还要降低铁铝酸四钙含量（＜13%）。欧洲的通用水泥标准ENV197-1-92对波特兰水泥的熟料提出了这样规定―波特兰水泥熟料是一种水硬性胶凝材料，其至少2/3是硅酸钙，其余为氧化铝、三氧化二铁和其他氧化物。其中CaO/SiO2重量比应不小于2.0。这个标准还特别强调了硅酸盐矿物在这四大矿物中所占比例，在氧化铝和三氧化二铁的关系中更加重视氧化铝的作用。所以为了提高水泥强度，以适应新标准要求，回转窑企业都改进了配料方案，向低铁、高硅型转变并采用与此配料方案适应的烧成技术。

3

唐 山 学 院 毕 业 设 计

表2-1 国内外水泥熟料成分及矿物组成

类别 国外水泥 （23个） 国内新型干法 （20个） 国内重点水泥 企业（56个） 国内立窑

SiO2

AI2O3 4.80

Fe2O3

CaO f-CaO

KH

SM

IM

C3S 57

C2S 20

C3A 8

C4AF

21.22 3.01 64.13 0.92 0.895 2.73 1.61 10

22.00 5.29 3.44 64.39 0.96 0.877 2.53 1.54 53 24 8 10

21.14 5.59 4.44 74.74 1.14 0.889 2.12 1.27 54 20 7 14

20.62 5.63 4.68 64.07 2～3 0.92 2.0 1.2 59 14 7 14

表2-2 各窑型率值范围及氧化物含量

窑型 湿法窑 干法窑 预分解窑

推荐

预分解窑

值 适宜范围

KH 0.88～0.92 0.86～0.89 0.88～0.92 0.90

SM 1.9～2.5 2.02.35 2.2～2.7 2.7

～

IM 1.0～1.8 1.0～1.6 1.3～1.7 1.30

C3S% 51～59 46～67 14～28

C2S% 16～24 19～28 14～28

C3A% 5～11 6～11 7～10

C4AF% 11～17 11～18 10～12

0.88～0.90 2.40～2.70 1.2～1.7

通过查《新型干法水泥生产工艺设计手册》 新型干法水泥生产的熟料率值一般控制在：KH=0.90±0.02,，SM=2.1±0.1，IM=1.3±0.1

综上所述，最终率值确定如下：KH=0.90，SM=2.2，IM=1.3

2.2.2 熟料热耗的确定

在水泥的实际生产中，熟料形成过程中物料都会有损失，也同样会有热量损耗，而且熟料、废气不可能冷却到计算时的基准温度（如零摄氏度和二十摄氏度），所以，熟料形成过程中的实际热耗比理论热耗大。每煅烧1kg熟料窑内的实际消耗热量称为熟料实际热耗，简称为熟料热耗，也叫熟料单位热耗。

水泥厂中影响着熟料热耗的因素有很多，如生产方法和窑型不同，生料在煅烧的过程中消耗的热量不相等，生料组成、细度和生料易烧性，燃料是否完全燃烧等。但国内系统的热耗比较高的主要原因有：设备故障比较频繁结皮堵塞现象

4

唐 山 学 院 毕 业 设 计

严重，这样就导致窑的运转率不高。国外的水泥厂家通过使用低阻高效的多级预热系统，和新型篦式冷却机以及多通道喷煤管等先进工艺技术，降低了水泥生产过程中的熟料热耗。

根据《新型干法水泥厂工艺设计手册》，见表2-3。

表2-3国内部分预分解窑的规格和特性

厂名

设计能力 （t/d） 4000

设计热耗 （kJ/kg熟料）

3308

回转窑规格 （m）

分解炉型式

分解炉规格 （m）

冀东水泥厂

?4.7?74

NSF

?7.5?45.88

宁国水泥厂 4000 3349

?4.7?75

MFC

?7.4?43.2

故本设计熟料热耗为3100 kJ/kg熟料。

2.3 熟料标号的确定

熟料强度是决定水泥的质量的重要因素。熟料标号是通过其28天抗压强度来划分等级的。而且熟料的标号与燃料品质、原料品质、熟料的率值、燃料性能以及生料成分的均匀性、生料的易烧性、窑型与规格有关。

只有采用氧化硅含量高的粘土和高品位石灰石才能提高KH和SM，从而烧出高标号水泥。燃料质量差，除了会造成火焰温度低还会造成煤灰的降落不均匀，从而降低熟料的质量，影响熟料的标号。生料易烧性的好坏直接影响着石灰饱系数，硅率，铝率的高低，进而影响熟料的标号。

物料在不同的类型的窑内的受热状况与煅烧过程是不完全相同。在回转窑内，由于物料不断的翻滚，物料受热以及煤灰掺入全都比较均匀，使得烧成带物料的反应过程比较一致，所以可适当地提高熟料石灰饱和系数而二回转窑的规格，也对熟料标号有一定影响，如果窑的长径比小，容易造成预烧能力不足，导致窑内往往形成短焰急烧，使物料反应时间不足，这时就不得不降低熟料石灰饱和系数，从而获得要求的熟料标号。

生产42.5级普通水泥时要求熟料标号应大于425，但工厂不能等到28天的强度结果出来后才决定粉磨细度、混合材掺量等生产控制指标。熟料标号一般用C2S、C3S、C3A、C4AF、f-CaO等来表示。作为熟料组成主体的这些矿物，它们与熟料率有如下关系：见图2-1

KH=

C3S?0.8838C2S ①

C3S?1.3256C2S5

唐 山 学 院 毕 业 设 计

SM=

C3S?1.3254C2S ②

1.4341C3A?2.0464C4AF1.1501+0.6383 ③ C4AF IM=

将式① ×② ×（③ +1）整理，得：

??L=1 .25KH?n?p?1 =

CCS3S?0.88382CC4AF4AF

图2-1 熟料28d抗压强度与L值相关图

2.4石膏加入量、混合材加入量的确定

2.4.1石膏加入量的确定

石膏在水泥中成分虽然很少，但是在水泥中却扮演着举足轻重的角色。适当的加入石膏，是生产水泥过程中的重要措施之一，这样可保证在水泥硬化前形成足够多的钙矾石，这就有利于水泥强度的发展。本设计中普通硅酸盐水泥中的三氧化硫含量一般波动在1.5%-2.5%之间，SO3%=43.77%设石膏掺入量为x，由1.5<43.77x<2.5得3.42

根据石膏的化学成分，石膏中的三氧化硫含量为43.77%。则加入石膏后水泥中的三氧化硫含量为1.75%，符合普通硅酸盐水泥的指标。

适当加入石膏有利于水泥强度的发展。矿渣硅酸盐水泥中的三氧化硫含量一般不超过4%，SO3%=43.77%设石膏掺入量为x,由43.77x<4得x<9.13，设定石膏的加入量为5%。

根据石膏的化学成分，石膏中的三氧化硫含量为43.77%。则加入石膏后水泥中的三氧化硫含量为1.75%，符合矿渣硅酸盐水泥的指标。

6

唐 山 学 院 毕 业 设 计

2.4.2混合材加入量的确定

国家标准（GB175—2007）对普通硅酸盐水泥矿渣加入量有明确的规定：在普通硅酸盐水泥中，掺加活性混合材时不得超过15%，其中允许用不超过5%的煤灰或不超过10%的非活性混合材代替；考虑煤灰的加入及硫酸渣活性问题。确定矿渣加入量为10%。

国家标准（GB175—2007）对矿渣硅酸盐水泥矿渣加入量有明确的规定：在矿渣硅酸盐水泥中，掺加活性混合材时不少于20%且不高于70%。综合考虑煤灰的加入和矿渣活性混合材等问题，确定矿渣的加入量为35%。

2.3物料平衡计算

2.3.1 配料计算

原料及燃料化学成分，见表2-4。

表2-4 原料化学成分(%)

原料 石灰石 粘土 铁粉 煤灰 矿渣 石膏

烧失量 39.68 5.43 2.45 14.94

结晶水

SiO2 3.33 66.36 36.12 65.92 38.58 3.48

Al2O3 1.33 15.41 2.72 21.47 7.62 0.25

Fe2O3 0.69 7.01 54.03 3.90 1.25 0.14

CaO 51.31 2.34 0.72 2.66 43.46 34.88

MgO 1.20 2.82 1.43 6.08 0.76

SO3 43.77

W 2.00 10.00 8.00 20.00 2.00

表2-5 煤的工业分析(%) Fc.ar 46.57

V.ar 23.32

A.ar 27.89

M.ar 2.22

Qnet.ar 22717(kJ/kg)

表2-6 各种用煤水分及热值

烧成用煤 烘干用煤 应用基水分/%

7.46 5.46 应用基低位热值/kJ/kg

22717 21568 矿渣烘干热耗 4567（KJ/kgH2O） 粘土烘干热耗 5158（KJ/kgH2O） 表2-7 生产损失

名称 生产损失

石膏 3

硫酸渣 8

7

生料 5

水泥 3

唐 山 学 院 毕 业 设 计

干生料的烧失量：I=35.68%

2.3.1.1 煤灰掺入量

选定熟料热耗q=3100kJ/kg熟料 熟料中煤灰掺入量：

qAyS3100?27.89?100 GA?y??3.81%

Q?10022717?100式中：GA——熟料中煤灰掺入量(%)； q——单位熟料热耗(kJ/kg熟料)； Ay——煤的应用基低热值(kJ/kg煤)； S——煤灰掺入量(%)； Qy——煤耗(kJ/kg熟料)。

煤灰掺入量3.81%，则灼烧生料配合比为100%-3.81%=96.19%。

2.3.1.2 计算干燥原料的配合比

设定干燥物料的配合比为；石灰石83%、粘土14%、铁粉3%，以此计算生料的化学成分，如表2-8所示。

表2-8 生料的化学成分

名称 石灰石 粘土 铁粉 生料 燃烧生料

配合比（%） 烧失量

84.1 13.9 3 100.0 ——

33.37 0.70 0.07 34.14 65.86

SiO2 2.80 8.56 1.08 12.44 18.89

Al2O3 1.12 1.99 0.08 3.19 4.84

Fe2O3 0.58 0.90 1.62 3.10 4.71

CaO 43.15 0.330 0.02 43.47 66.00

2.3.1.3 熟料的化学成分

由上计算的熟料的化学成分，如表2-9所示。

表2-9 熟料的化学成分

原料 灼烧生料 煤灰 熟料

配合比（%） 96.19 3.81 100

SiO2 18.17 2.51 20.68

Al2O3 4.66 0.82 5.48

Fe2O3 4.53 0.15 4.68

CaO 63.49 0.101 63.59

2.3.1.4 熟料率值的计算

熟料的率值计算如下：

8

唐 山 学 院 毕 业 设 计

KH?Cc-1.65Ac-0.35Fc63.59?1.65?5.48?0.35?4.68? ?0.914

2.8Sc2.8?20.68SM?IM?Sc20.68??2.03

Ac?Fc5.48?4.68Ac?1.17 Fc 计算的率值KH=0.914，SM=2.03，IM=1.17，从计算结果可知，IM值偏低，调整原料配比为：石灰石84.1%、粘土13.4%、铁粉2.5%，重新计算其结果如下： KH?Cc-1.65A-c0.35Fc63.58?1.65?5.56?0.35?4.34??0.9033

2.8Sc2.8?20.90 SM? IM?

Sc20.90??2.11 5.56?4.34Ac?FcAc5.56??1.28 符合要求 Fc4.34配合比（%） 84.1 13.4 2.5 - - 96.19 3.81 100

33.37 0.73 0.07 34.17 65.86 烧失量

名称 石灰石 粘土 铁粉 生料 燃烧生料 灼烧生料 煤灰 熟料

SiO2 2.80 8.89 0.09 12.59 19,12 18.39 2.51 20.09

Al2O3 1.12 2.06 0.07 3.25 4.93 4.74 0.82 5.56

Fe2O3 0.58 0.94 1.35 2.87 4.36 4.199 0.15 4.34

CaO 43.15 0.31 0.02 43.48 66.00 63.48 0.10 63.58

2.3.1.5 熟料矿物组成

C3S=3.8?(3KH-2)?SiO2=3.8×(3×0.903-2)×20.90%=56.31% C2S=8.60?(1－KH)?SiO2=8.60×(1－0.903)×20.90%=17.43% C3A=2.65?(A2O3－0.64Fe2O3)=2.65×(5.56－0.64×4.34)=7.48% C4AF=3.04?Fe2O3=3.04×4.34=13.19% 则L?1.25KH?n??p?1??C3SCS56.3117.43?0.88382=?0.8838??5.517 C4AFC4AF13.1913.199

唐 山 学 院 毕 业 设 计

根据熟料28d抗压强度与L值2-1图，L=5.432所对应的熟料28d抗压强度为54Pa，所以确定熟料标号为54。

2.3.1.6 计算湿物料的配合比

原料的水分为：石灰石为2%，粘土为10%，铁粉为8%，则湿原料质量配合比为：

湿石灰石?84.1?100%?85.82% 100-213.4湿粘土??100%?14.89%

100-102.5?100%?2.55% 湿铁粉?100-8 将上述质量比换算成百分比：

85.82湿石灰石??100%?83.11%

85.82?14.89?2.5514.89湿粘土??100%?14.42%

85.82?14.89?2.552.55湿铁粉??100%?2.47%

85.82?14.89?2.552.3.2 物料平衡计算 2.3.2.1 窑产量的标定

本设计是设计日产5000t/d熟料的生产线，参考同类型的厂家，选择φ4.8×72m的回转窑。本设计选择的是德国洪堡公司制造的φ4.8×72m的回转窑，窑产量为4000t/d

回转窑的小时产量计算公式：

G?0.37743Di2.55850.5186L

式中：Di——回转窑的内径，m； L——回转窑的有效长度，m。 G?0.37743i2.5585L0.5188?0.37743??4.8?0.062?2?2.5585?720.5186?186.6?t/h?

参考选择同类型窑的厂家，其产量为4600t/d熟料，冀东水泥厂已达到5000t/d，因此本设计标定窑的产量为5300t/d，则窑的小时产量为220.8t/h。 需要的回转窑台数n=5000/5300=0.93，因此选择一台回转窑。

5300?500校对?100%?6%?10%：满足要求，说明窑选型标定合理。

5000 10

唐 山 学 院 毕 业 设 计

2.3.2.2 生产能力的计算

熟料小时产量：Qh= n Qh,l=1×220.8=220.8（t∕h） 式中： n——窑的台数；

Qh,l——所选窑的标定台时产量[t/(台·h)]。 熟料日产量：Qd =24 Qh=24×220.8=5300(t/d) 熟料周产量：Qw=168 Qh =168×220.8=37100(t/周)

普通硅酸盐水泥小时产量

Gh?100?p100?3Qh??220.8?60%?149.425(t/h)

100?d?e100?4?10 式中 ：p——水泥的生产损失； d——水泥中石膏的掺入量(%)； e——水泥中矿渣的掺入量(%)。 水泥日产量：Gd =24 Gh=24×149.452=3586.20(t/d) 水泥周产量：Gw =168 Gh=168×149.452=25103.42(t/周) 矿渣硅酸盐水泥小时产量：

G h?100?p100?3Qh??220.8?40%?142.78(t/h)100?d?e100?5?35

式中： p——水泥的生产损失； d——水泥中石膏的掺入量(%)； e——水泥中矿渣的掺入量(%)。 水泥日产量：Gd =24 Gh=24×142.78=3586.20 (t/d) 水泥周产量：Gw =168 Gh=168×142.78=2398.71(t/周)

2.3.2.3 原料消耗定额

（1）考虑煤灰掺入时，1t熟料的干生料理论消耗量：

100?S100?3.81 Kt???1.46?t/t孰料?

100?I100?34.17 式中： KA——干生料理论消耗量（t/t熟料）； l——干生料的烧失量（%）；

s——煤灰掺入量，以熟料百分数表示（%）。 煤灰掺入量s=3.81%：

（2）考虑煤灰掺入时，1t熟料的干生料消耗定额

11

唐 山 学 院 毕 业 设 计

K生?100Kt100?1.46??1.54（t/t熟料）

100?P生100?5 式中： K生——干生料消耗定额（t/t熟料）； P生——生料的生产损失（%）。 （3）各种干原料消耗定额 K原=K生x

式中： K原——各种干原料的消耗定额（t/t熟料）； K生——干生料消耗定额（t/t熟料）； x——干生料中该原料的配合比（%）。 K石灰石=K生x石灰石=1.54×0.841=1.30（t/t熟料） K粘土=K生x粘土=1.54×0.134=0.21（t/t熟料） K铁=K生x铁=1.54×0.025=0.04（t/t熟料） （4）干石膏消耗定额

普通硅酸盐水泥干石膏消耗定额：

Kd1=

100?4100d=（kg/kg熟料） ?0.048(100?d?e)(100?Pd)(100?4?10)?(100?3) 式中： Kd1——干石膏的消耗定额（kg/kg熟料）； p——水泥的生产损失；

d——水泥中石膏的掺入量(%)； e——水泥中矿渣的掺入量(%)。

矿渣硅酸盐水泥干石膏消耗定额： Kd2 =0.086（kg/kg熟料）

由于强度等级达42.5R普通硅酸盐水泥占60%，强度等级达52.5R矿渣硅酸 水泥占40%所以干石膏消耗定额：

Kd= Kd1?60%+ Kd2?40% =0.0632（kg/kg熟料） （5）矿渣消耗定额

普通硅酸盐水泥矿渣消耗定额：

100?10100e?0.126100?4?10)?(100?8)(100?d?e)(100?Pe)( Ke1==（kg/kg熟料）

式中： Ke1——普通硅酸盐干矿渣的消耗定额（kg/kg熟料）； Pe——矿渣的生产损失（%）。 矿渣硅酸盐水泥矿渣消耗定额：

12

唐 山 学 院 毕 业 设 计

100e?d?e)(100?Pe) Ke2=(100=

100?35=0.634（kg/kg熟料）

(100?5?35)(100?8) 式中： Ke2——普通硅酸盐干矿渣的消耗定额（kg/kg熟料）； Pe——矿渣的生产损失（%）。

由于强度等级达42.5R普通硅酸盐水泥占60%，强度等级达52.5R矿渣硅酸 水泥占40%所以干矿渣消耗定额：

Ke= Ke1?60%+ Ke2?40% =0.3292（kg/kg熟料）

（6）烧成用干煤消耗定额

100100gy QDw=(QDw+25Wy)=(22717+25×7.46) × y100?7.46100?W =24749.84 kJ/kg Kf1=

1003100?100q×=?0.129（kg/kg熟料） g100?P24749.84?(100?3)QDWf 式中： Kf——烧成用干煤消耗定额（kg/kg熟料）； q——熟料烧成热耗（kg/kg熟料）； Qg； DW——干煤低位热值（kg/kg熟料） Pf——煤的生产损失（%），一般取3%；

y QDw——煤的应用基低位发热量（kg/kg熟料）；

W——煤的水分。

（7）湿物料消耗定额： K湿=

y100K干100-W0

式中： W0——物料天然含水量（%）；

100?1.301.327（t/t熟料） K湿石灰石=

100?2100?0.21?0.233（t/t熟料） K湿粘土=

100?10100?0.04?0.050（t/t熟料） K湿铁粉=

100?8100?0.0632?0.0645（t/t熟料） K湿石膏=

100?2100?0.33?0.374（t/t熟料） K湿混合材=

100?12100?0.129?0.15（t/t熟料） K f湿煤烧成=

7.46

13

唐 山 学 院 毕 业 设 计

2.3.2.4物料平衡表

全厂物料平衡的详细数据见表2-10

表2-10 物料平衡表

消耗定额t/t熟

干料

料 含天然水分料

小时

干料 日

周

小时

物料平衡表(t)

含天然水分料

日

周

石灰石 粘土 铁粉 生料

普通

石膏

水泥 矿渣水泥 普通

矿渣

水泥 矿渣水泥 熟料

普通

水泥

水泥 矿渣 水泥 烧成用煤

1.30 0.21 0.04 1.55 0.028

1.327 0.233 0.050 1.610 0.029

287.04 46.37 8.83 342.24 6.18

6888.96 1112.83 211.97 8213.76 148.32

48222.72 7789.82 1483.78 57496.32 1038.24

293.00 51.45 11.04 --- 6.40

7032.00 1234.71 264.96 --- 153.6

49224.00 8642.99 1854.72 --- 1075.2

0.035 0.036 7.73 185.52 1298.64 7.95 190.8 1335.6

0.073 0.083 16.12 386.88 2708.16 18.33 439.92 3079.44

0.256 - ---

0.291 ― ---

56.52 220.80 149.43

1356.48 5299.20 3586.20

9495.36 37094.40 25103.42

64.25 ---

1542.00

---

10794.00

---

--- 0.129

--- 0.139

142.78 28.48

3426.82 683.60

23987.71 4785.18

--- 30.69

--- 736.59

--- 5156.12

14

唐 山 学 院 毕 业 设 计

2.4全厂工艺流程的确定

2.4.1工艺流程确定

2.4.1.1原料及燃料的破碎工艺

考虑到运输、储存等多方面因素的影响水泥生产中的原料，大部分都要进行预先破碎，因为矿山开采下来的砂岩、石灰石、混合材、石膏以及煤等原料、燃料块度较大，这样就会使从窑中煅烧得到熟料难度增加，其中有些块度更大的就必须经过破碎。而且物料经过破碎之后，它的粒度会减小，同时比表面积增加，这样就会在一定程度上提高烘干粉磨效率。

破碎系统可分为：一段破碎系统和二段破碎系统。其中一段破碎系统中，石灰石只需要经过一次破碎就能达到入磨粒度的要求称为一段破碎系统。而二段破碎系统，通常用于规模较大，矿石块度大，且一段破碎工艺难以满足要求时，可采用二段破碎工艺。

本设计石灰石破碎选用一段破碎系统，单转子反击式破碎机，流程简单、占地少、投资小。石膏和煤比较容易粉碎，也选一段破碎系统，并使用颚式破碎机。颚式破碎机结构简单，而且维修和管理方便，应用范围广，工作安全可靠。 具体流程见图2-2。

图2-2破碎流程

2.4.1.2原料及燃料的预均化措施

水泥生料化学成分能否达到均齐性，不仅直接影响着熟料质量，还对窑的热

15

唐 山 学 院 毕 业 设 计

耗、产量、运转周期以及窑的耐火材料的消耗等都有着较大的影响。而且这些影响对大型的干法回转窑特别敏感。由于水泥的生料是以天然的矿物作为原料配制成的，随着矿山的开采层以及开采位置的不同，原料的成分波动就在所难免了。另一方面，由于水泥厂规模的大型化，以及水泥和其他行业的发展，对石灰石需求量逐渐增长，从而使得石灰石矿山的高品位原料不能达到生产需求，这样就使得要采用高品位和低品位矿石搭配或由几个矿山矿石搭配的方法，从而充分的利用矿山资源。所以生产中对生料、原料采取有效地均化措施，这样就能满足生料化学成分的均齐性的要求。预均化堆场运用了科学的堆料取料技术使得原料能得到初步均化，而且预均化堆场还能做到储存原料、燃料的作用。

考虑到矿山成分波动大以及燃料的热值和成分有些不同等因素，原料、燃料的预均化主要用于石灰石和煤，且通常都是建造预均化堆场。现在大多数水泥厂特别是新厂都会采用矩形预均化堆场，而且本设计中的厂区地形也是矩形，所以采用矩形预均化堆场。具体流程见图2-3。

2.4.1.3生料制备系统

水泥生产的过程中，每生产1t硅酸盐水泥就至少要粉磨3t物料，据统计，干法水泥生产线上粉磨需要消耗的动力占全厂动力的60%以上，生料粉磨占30%以上，而水泥粉磨占40%以上。因此，合理的选择工艺流程和粉磨设备，精确选择工艺参数等，对保证产品的质量、降低能量的消耗耗都具有重大意义。 生料制备系统中一般都是用立磨和球磨。立磨与球磨相比，具有以下优点：

（1）允许入磨物料的粒度较大，一般可达磨到辊直径的5%，而大型磨入磨物料粒度甚至可以高达100～150mm，这样就可以放弃第二段破碎，节约成本。 （2）立磨的粉磨方式合理，而且磨内气流可以将磨细的物料及时带出，从而避免了过粉碎现象，所以粉磨效率很高，能耗也较低。整个粉磨系统电耗量可降低10%～30%，并且它将破碎、烘干、粉磨、分级等工序集中为一体，这样就大大简化了生产流程，还能减少设备台数。

（3）物料在磨内停留时间较短，仅需要2～4min（球磨15～20min），所以生产调节反应快，有利于对生料成分和细度的调节控制，也有利于于实现操作自动化。

（4）入磨热风从环缝进入，风速可以高达80m/s以上，而磨内通风截面大，阻力小，烘干效率高，通风能力强。利用窑尾的低温废气可烘干含有8%水分的物料，如果采用热风炉烘干可以烘干含有15%～20%水分的物料。

（5）磨机结构合理简单，整体密闭好（漏风可降到10%以内），噪音低，扬

16

唐 山 学 院 毕 业 设 计

尘少，有利于环境保护。而且设备布置紧凑，需要建筑空间小，且可以在露天布置，投资较低。

（6）磨机内各零件金属消耗低，检修时间较少，不需要清球，且设备运转率高，甚至可以高达95%以上。具体流程见图2-4。

本设计采用立磨外循环系统。采用外循环立磨可以保证磨内有足够得物料，形成符合要求的料层厚度，从而保护立磨墨辊，提高立磨得使用寿命。

图 2–3 预均化堆场

图2-4生料粉磨系统

17

唐 山 学 院 毕 业 设 计

2.4.1.4生料粉均化系统

在水泥的生产过程中，均化是保证物料成分均齐、稳定，从而达到配料方案的要求，保证产品质量的重要手段。所以，生料的均化在水泥生产中扮演着重要角色。随着建设对水泥质量和强度要求的提高，物料的成分均齐和稳定，一系列物料均化技术的出现，使得水泥生产线的大型化才有了更好物料处理技术支撑，从而现代新型干法水泥生产技术也得到了快速发展。所以，均化工艺是新型水泥生产工艺过程中不可缺少的技术环节。

生料的均化分有连续均化系统和间歇均化系统。连续均化系统具有流程简单、便于自动控制操作和管理方便等优点；而间歇均化系统的均化效果则更好。选择哪种均化系统主要看工厂的规模、出磨生料成分的波动情况、自动控制的水平以及对入窑生料质量的要求，但还要综合考虑生料制备系统中其他均化环节的合理选择。生料磨出料均化周期是选择生料均化系统的重要依据之一。通常当出磨生料成分波动不是很大，并且设有预均化堆场的工厂，且计测和控制水平较高，磨机出料均化周期短时，则可以采用连续均化系统。而当出磨生料成分波动大，计测和控制水平不高，磨机出料均化周期较长时，则采用间歇均化系统。 本设计生料均化系统采用连续均化系统，混凝土侧卸式带混合室的均化库。

2.4.1.5煤粉制备系统

制备煤粉所用设备，目前大多采用烘干磨，其主要有风扫球磨、风扇磨和辊式磨三种。在水泥厂中使用风扫球磨和辊式磨。其中立磨有节约能耗、占地面积小、细度易于调节、生产操作灵活等优点。所以本设计选用立磨。

2.4.1.6熟料烧成系统的选择

目前熟料烧成设备主要有立窑和回转窑两大类，立窑为干法生产，而回转窑则按生料制备方法分为湿法生产和干法生产两种。湿法窑有湿法长窑和带料浆蒸发机窑；干法窑有中空干法长窑和立波尔窑、旋风预热器窑、带余热锅炉发电窑、立筒预热器窑和预分解窑等短窑。从世界水泥工业发展趋势来看，干法中空窑和湿法长窑单机耗热高、产量低；立波尔窑和料浆蒸发机窑则有本身结构复杂，扬尘大，操作维修要求高等缺点，其单机产量虽较高，但熟料质量却不如湿法窑；余热锅炉发电窑则是由于窑的生产和发电机组的运行互相牵制，有时会形成恶性循环，因此使这种窑型在世界水泥工业中所占比重日益减少。由于世界性的能源日趋紧张，新型干法悬浮预热器窑和预分解窑成为了新宠。近年来我国已明确会发展新型干法窑生产技术，除个别特殊情况可以选用湿法窑外，新建大中型厂大多采用悬浮预热器窑和预分解窑，而小型厂则多采用立筒预热器窑和机械

18

唐 山 学 院 毕 业 设 计

化立窑，不允许再建造没有余热利用装置的中空干法窑。

本设计采用预分解窑，预分解窑的特点是在回转窑预热器之间增设分解炉，并设有燃料喷入装置，使燃料的燃烧过程与生料的分解过程，在悬浮状态或流化状态下特别迅速的进行，这样就使入窑的生料分解率从30%左右上升至90%左右，这样就可以降低窑的热负荷，还可以使产量提高。其基本流程如图2-5。

图2-5 预分解窑流程

19

唐 山 学 院 毕 业 设 计

图2-6 立磨矿渣粉磨系统

2.4.1.7矿渣粉磨系统

本设计采用立磨单独粉磨矿渣系统，立磨的流程简单、粉磨效果好、粉磨效率高、磨内空间大、单位电耗低、环隙处风速高、传热快、烘干能强。这些特点非常适合解决矿渣水分高、难磨的问题。并且细度高的矿渣强度高，这样就可以增加矿渣的掺入量，来降低熟料的掺加量。 车间工艺流程见图2-6。

2.4.1.8水泥制备系统

水泥粉磨工艺流程可以分为闭路系统和开流系统两种，其中闭路系统又因为其中最主要设备台数的不同氛围几个种类。开流系统是水泥生产中最普通的粉末系统，它具有附属设备少、工艺流程简单、操作管理方便、建设投资省和容易实现自动控制等优点。但开路系统中往往存在细粉凝聚和过粉磨现象，而且水泥粉磨时温度超标的问题，所以从节能的角度来考虑，闭路系统更受到欢迎。这两个粉磨系统都各有优缺点，但实际生产中不仅要考虑到简单的工艺流程和建设投资等的节约，还需要考虑到提高产量和产品质量等方面。目前粉磨系统发展有了两个方面：一是寻求简单的粉磨设备以尽可能的节省投资，简化流程，并在这个基础上降低粉磨的能耗，如各类高细磨的开发以及发展立磨、辊压机终粉磨系统；二是在现有粉磨设备的基础上开发出能够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。本设计采用球磨机。车间工艺流程见图2-7。

20

唐 山 学 院 毕 业 设 计

2.4.1.9水泥库及包装系统的确定

水泥库大多都使用圆库，因为库低的形状不同，又可以分为很多种类。水泥厂采用圆库储存物料时，一般圆库的直径规格种类不是很多，采用库群布置时，库的高度和直径尽可能的统一。本设计为底部带减压仓的圆库。

水泥的出厂方式可分为两种：包装出厂与散装出厂。水泥散装是水泥供应和运输方面的重大改革，散装出厂更节约资源、更环保，是水泥发展、厉行节约的重要措施，也是水泥出场系统的发展方向。所以各大水泥厂散水泥装所占比例日渐增加。

目前水泥包装机可分两中：固定式包装机和回转式包装机。

图2-7水泥粉磨系统流程

2.4.2主机设备选型计算

2.4.2.1各种主机小时产量（周平衡法）

全厂主机每周运转小时数详细数据见表2-11。

21

唐 山 学 院 毕 业 设 计

表2-11 水泥厂主机每周运转小时数 每日运转时

主机名称

间（h/日）

石灰石破碎

机 生料磨 窑 煤磨

24

水泥磨 回转烘干机

22 22 6～7 12～14

包装机

6～7 12～14

42～49 84～98

7 7

每日一班，每班6～7小时 每日两班，每班6～7小时

168 154 154 36～42 72～84

7 6 6

每日一班，每班6～7小时 每日三班，每班6～7小时 每日三班，每班6～7小时 每日三班，每班6～7小时 每日两班，每班6～7小时

6～7 12～14 22 24 22

36～42 72～84 154 168 154

间（h/周）

6 6 7 7 7

（日/周）

每日一班，每班6～7小时 每日两班，每班6～7小时 每日三班，每班6～7小时 每日三班，每班6～7小时 每日一班，每班6～7小时

每周运转时

生产周期

生产班制

（1）石灰石破碎机

要求主机的小时产量计算公式为: GH? 式中：GH——要求主机小时产量（t/h） Gw——物料周平衡量（t/周）

H——主机每周运转小时数

（注：物料周平衡量Gw来自物料平衡表） 预设石灰石破碎机的周运转小时数为H：H=6×2×7=84h

G49224.0 GH?W?(t/h ) ?586H84 参照冀东水泥厂的设备选型，本设计选用PF-1622φ1600×2250mm反击式破碎机，台时产量为500～600t台?h，标定产量为600t台?h。

Gw H 22

唐 山 学 院 毕 业 设 计

石灰石破碎机的台数： n? 式中：n——主机台数；

Gh——要求主机小时产量t/h；Gh =GH Gh,1——主机标定台时产量t/h。

代如数据求的破碎机台数：n?586?0.977, 选1台破碎机。 600Gh Gh,1石灰石破碎机的每周实际运转小时数：H0?GhH nGh,1 式中：H0——主机每周实际运转小时数； H——预设主机的周运转小时数。

故每周实际运转小时数：HO=（2）石膏破碎机

要求主机的小时产量计算公式为: GH?Gh586?H??84?82.04h nGh,1600Gw H 预设石膏破碎机的周运转小时数H：由表4-1选择H=6×1×6=36h

2392?66.4t/h 主机的小时产量: GH=36 选用XP-250×1200mm颚式破碎机，台时产量为40～85t台?h，标定产量为80t台?h。

石膏破碎机的台数：n? n?Gh Gh,166.4?0.83, 选1台破碎机。 80 石膏破碎机的每周实际运转小时数：

H0?Gh66.4H??36?29.9 hnGh,11?80 （3）矿渣磨机

要求主机的小时产量计算公式为: GH=

Gw H 23

唐 山 学 院 毕 业 设 计

预设矿渣磨机的周运转小时数H：由表4-1选择H=22×7=154h

13873?90.1t/h 主机的小时产量: Gh=

154 选用CK-260立磨，台时产量为58t台?h，标定产量为58t台?h。（选型见《新 型干法水泥厂工艺设计手册》第164页表6-17）

矿渣磨机的台数：n? n?Gh Gh,190.1?1.55, 选2台矿渣磨机。 58 矿渣磨机的每周实际运转小时数：

H0?（4）生料磨

要求主机的小时产量计算公式为: GH=

Gw HGh90.1H??154?119.6h nGh,12?58 预设生料磨的周运转小时数H：由表4-1选择H=22×7=154h

57496.32 主机的小时产量: GH=?373.4t/h

154 选用MLS4530立磨，台时产量为330t台?h，标定产量为400t台?h。

生料磨的台数：n? n?Gh Gh,1373.4?0.93, 选1台生料磨。 400 生料磨机机的每周实际运转小时数：

H0? （5）煤磨

要求主机的小时产量计算公式为: GH=

Gw HGh373.4H??154?143.8h nGh,11?400 预设煤磨的周运转小时数H：由表4-1选择H=154h

5156.12?33.5t/h 主机的小时产量: GH=

154 选用MPF2217立磨，台时产量为45t台?h，标定产量为45t台?h。

24

唐 山 学 院 毕 业 设 计

煤磨的台数：n?n?Gh Gh,133.5?0.74, 选1台煤磨。 45 煤磨的每周实际运转小时数：

H0?（6）水泥磨

普通硅酸盐水泥要求小时产量 ： GH=149.425t/h 矿渣硅酸盐水泥要求小时产量 ： GH=142.78t/h

选用φ4.5×15.11m的水泥磨，台时产量为118t台?h，标定产量为150t台?h。

水泥磨的台数：n=

Gh149.425?142.78??1.95,选2台水泥磨。 Gh,1150Gh33.5H??154?114.64h nGh,11?45 水泥磨机的每周实际运转小时数：

H0?Gh149.425?142.78?H??154?150hnGh,12?150 （7）包装机

要求主机的小时产量计算公式为: GH=

Gw H 预设包装机机的周运转小时数H：由表4-1选择H=7×2×6=84h 因为设计20%出厂，所以Gw =(25103+23987)×20%=9818t

9818?116.9t/h 主机的小时产量: GH=84 选用回转式12嘴包装机，台时产量为170t台?h，标定产量为170t台?h。

包装机的台数：n?n?Gh Gh,1116.9?0.69 选1台包装机。 170 包装机的每周实际运转小时数：

Ho?Gh116.9H??84?57.8h nGh,1170 25

唐 山 学 院 毕 业 设 计

2.4.2.2主机平衡表

本设计全厂设备主机平衡表见表2-12。

表2-12 主机平衡表

主机型号 规 格 PF-1622 φ1600×2250mm XP-250×1200mm LM35.2+S立磨 MLS4230立磨 MPF2217立磨 φ4.8×72m φ4.5×15.11

m 回转式12

嘴

40～85

80

1

66.4

40～85

29.9

500～600

520

2

586

500～600

82.04

主机产量

标定产量

主机台数 （台）

要求主机小

主机生产能

每周实际运转小时数（h）

主机名称

（t台?h） （t台?h） 时产量（th） 力（th）

石灰石破碎机 石膏破碎机 矿渣磨机

32 30 3 90 96 154

生料磨 330 400 1 387.8 330 149.3

煤磨 回转窑 水泥磨

45 186.6 118

45 220.8 150

1 1 2

36.1 208.3 290.8

45 186.6 236

123.6 158 149

包装机 170 170 2 213.3 340 26.4

2.4.2.3全厂堆场及储库计算

（1）物料的储存期

某物料的储存量所能满足工厂生产需要的天数，称为该物料的储存期。各种物料存期的确定，需要考虑到多种因素。物料储存期的长短应适当，过长则会增加基建投资和经营费用，过短将影响生产。水泥厂各种物料的最低储存期如表2-13。

26

唐 山 学 院 毕 业 设 计

表2-13 水泥厂各种物料的最低储存期(d)

物料名称 石灰石 粘土 煤 硫酸渣 氧化铁皮屑

大、中型水泥厂 小型水泥厂

5 10 10 10 30

15 7 10 20 10

物料名称 砂岩 石膏 生料粉 熟料 水泥

大、中型水泥厂 小型水泥厂

10 30 2 5 7

7 20 4 7 7

本设计预设各种物料的储存期(d)：

表2-14 水泥厂各种物料的最低储存期(d)

物料名称 石灰石 粘土 燃料煤 矿渣 氧化铁皮屑

预设物料的储存期(d)

5 15 10 15 30

物料名称 石膏 生料粉 熟料 水泥 砂岩

预设物料的储存期(d)

30 3 5 10 10

（2）预均化堆场的设计 ① 石灰石预均化堆场

石灰石储存量=7032.00×5=35160t

棚式人字型350-400层，36mW×142.5 mL×12.6mH×1堆，单位料堆42600t。 需要料堆个数：35160/42600=0.83，考虑生产的连续性，选2堆。 石灰石预均化堆场的实际储存期：

=预均化堆场储量（=单个料堆储量×料堆个数）/日消耗某原料量 =42600×2/7032.00=11.9d=12.1d ② 煤预均化堆场

煤储存量=736.59×10=7365.9t

室内人字型10000t×1座，30mW×88.5 mL×10.5mH×1堆。 需要料堆个数：7365.9/10000=0.74，考虑生产的连续性，选2堆。 煤预均化堆场的实际储存期： =10000/7365.9=13.6d=14d （3）原料联合储库的设计 ① 铁粉堆场

27

唐 山 学 院 毕 业 设 计

查得：γ铁粉=1.5，α铁粉=35°

铁粉要求存储量：G铁粉 = K×T×Gd =1.1×30×264.96=8743.68t 式中：K----堆场系数，K=1.0～1.2，取K=1.1； T----物料存储期，天

Gd ---物料日消耗量，t/天

B35堆场的高度：H=tgα=?tg35o=12.25m

222G铁粉2?8743.68??26.6m 铁粉堆场长度：L=

γBH1.5?35?12.5② 粘土堆场

查得：γ粘土=1.4，α粘土=45°

粘土要求存储量：G粘土= K×T×Gd =1.1×15×1234.71=20412.2t 式中：K----堆场系数，K=1.0～1.2，取K=1.1； T----物料存储期，天

Gd ---物料日消耗量，t/天

B35堆场的高度：H=tgα=?tg45o=17.5m

22式中：B----料堆底边宽度35m 粘土堆场长度：L=③ 石膏堆场

查得：γ石膏=1.3，α石膏=45°

石膏要求存储量：G石膏 = K×T×Gd =1.1×30×341.8=11279.4t 式中：K----堆场系数，K=1.0～1.2，取K=1.1； T----物料存储期，天

Gd ---物料日消耗量，t/天 B35堆场的高度：H=tgα=?tg45o=17.5m

22式中： B----料堆底边宽度35m

石膏堆场长度：L= ④ 矿渣堆场

28

2G粘土2?20412.2??44.4m γBH1.5?35?17.52G石膏γBH?2?11279.4?33m

1.3?35?15唐 山 学 院 毕 业 设 计

查得：γ矿渣=0.62，α矿渣=40°

矿渣要求存储量：G矿渣 = K×T×Gd =1.1×15×1981.9=32701.4t 式中：K----堆场系数，K=1.0～1.2，取K=1.1； T----物料存储期，天

Gd ---物料日消耗量，t/天

B35堆场的高度：H=tgα=?tg40o=14.7m

22矿渣堆场长度：L=

2G矿渣2?32701.4??205.1m ?BH0.62?35?14.7考虑堆、取料机的轨道和过道宽度，确定预均化堆场的宽度为43m，因此，联合预均化堆场的规格为：43×315m。

表2-15预均化堆场规格 储库名称 堆量（t） 高（m） 宽（m） 长（m） 过道宽度（m） 规格

石灰石堆场 49224.00 12.6 36 142.5 3 棚式人字型350-400层

原煤堆场 7365.9 10.5 30 88.5 3 室内人字型10000t

联合储存库

粘土 20412.2 17.5 35 46.5 3

铁粉 8743.68 12.25 35 28.7 3

43×309.1m

矿渣 32701.4 14.7 35 205.1 3

石膏 11279.4 17.5 35 33 3

（4）储库的计算 ① 石灰石圆库

配料站中石灰石库与其他原料分开，单独设为圆形储库。 石灰石日消耗量G1=7032t/d，预设石灰石库的储存期为1d 得石灰石储存量G=7032t

采用平底库，φ11×26mH，单个库容量3583t

需要石灰石库个数：7032/3583=1.96，选2个石灰石库 石灰石库的实际储存期=2×3583/7032=1.02d ② 铁粉库

由物料平衡表中得到铁粉的日消耗量为264.96t/d， 预设铁粉的储存期2d，得出要求铁粉库的储存量：Q=264.96×2=529.92t。

29

唐 山 学 院 毕 业 设 计

选用平底库，φ8×10m，单个库容量为754t。选1个。 ③ 粘土库

由物料平衡表中得到粘土的日消耗量为1234.71t/d， 预设粘土的储存期2d，得出要求粘土库的储存量：Q=1234.71×2=2469.42t

选用平底库，φ11×20m，单个库容量为2090t选2个。 粘土的实际储存期：2×2090／2469.42=1.7 ④ 生料库

生料日产量G1=8531.76t/d，预设生料库的储存期为2d。得生料储存量Q=8531.76×2=17063.52t

选用IBAU型均化库，规格为φ22.5×52m，有效存储量18000t. 该库集生料储存、均化和喂料于一体，具有均化效果好、电耗低、系统简单、操作管理方便等优点。库内分8个卸料区，生料按照一定的顺序分别由各个卸料区卸出进入均化小仓(兼窑喂料仓)，均化作用主要由库内重力切割和均化小仓的搅拌来实现。

需要生料库个数17063.52/18000=0.95，考虑生产的连续性，选1个生料库。

生料库的实际储存期=18000×1/8531.76=2.11d ⑤ 熟料库

熟料日产量G1=5299.2t/d，预设熟料库的储存期为5d。得熟料库的储存量Q=5299.2×5=26496t

采用底部带减压仓的圆库，φ18×43mH，单个水泥库容量10000t。需要熟料库个数26496.2/10000=2.7,考虑生产连续性，选3个熟料库。

熟料库的实际储存期=10000×3/5299.2=5.66d ⑥ 石膏库

由物料平衡表中得到石膏的日消耗量为341.8t/d， 预设石膏的储存期20d，得出要求石膏库的储存量：Q=341.8?20=6836t。

选用平底库，φ15×34m，单个库容量为7810t。选1个。 石膏库实际储存期=7810?20/6836=22.8t。 ⑦ 矿渣库

由物料平衡表中得到矿渣的日消耗量为1981.9/d， 预设矿渣的储存期1d，得出要求矿渣库的储存量：Q=1981.9t。

选用平底库，φ11×27m，单个库容量为1796t。选2个。

30

唐 山 学 院 毕 业 设 计

矿渣库实际储存期：2×1796/1981.9=1.8d ⑧ 水泥库

水泥日产量G1=7013.02t/d，预设水泥库的储存期为7d。得水泥库储存量Q=7013.02×7=49091.14t

采用底部带减压仓的圆库，φ18×43mH，单个水泥库容量10000t。需要水泥库个数：49091.14/10000=4.9，考虑生产的连续性，选6个水泥库。

水泥库的实际储存期=10000×6/7013.02=8.6d （5）储库一览表

表2-16 储库一览表

有效储量

储库名称 石灰石库 生料库 熟料库 水泥库 矿渣库 粘土库 铁粉库 石膏库

形式、规格

数

量 单个（t）

总共

储存期

实际储存期（d） 1.02 2.11 5.66 8.6 1.8 1.7 2.8 22.8

（t） （d）7032 18000 30000 60000 3592 2090 754 7810

1 2 5 7 1 2 2 20

常规混凝土结构 φ9×26mH IBAU型均化库φ22.5×52mH 底部带减压仓的圆库，

φ18×43mH 底部带减压仓的圆库，

φ18×43mH 平底库φ11×27m 平底库φ11×20m 平底库φ8×10m 平底库φ15×34m

2 1 3 6 2 1 1 1

3583 18000 10000 10000 1796 2090 754 7810

2.4.3水泥厂工艺流程方框图

水泥厂工艺方框图见表2-17。

31

唐 山 学 院 毕 业 设 计

石灰石矿山 预均化堆场 石灰石库 原煤 粘土库 生料磨 生料均化库 煤预均化堆 预热器

水泥库

32

表2-17 水泥厂工艺方框图

粘土 铁屑 石膏堆场矿渣堆场 矿渣立磨 石膏破碎 联合预均化堆场 铁粉库 石膏储库 矿渣储库 煤磨 分解炉 煤粉仓 回转窑 篦冷机 熟料库 水泥配料库 水泥磨 散装出厂 水泥出厂 包装机 唐 山 学 院 毕 业 设 计

2.5全厂的质量控制点及控制指标

表2-18 水泥厂全场质量控制点及控制指标

质量控制点 石灰石

取样频率 1h

实验频率 4h 8h 白班

黏土：堆场 每堆／批 铁矿石：堆场 每堆／批

每堆／批 每堆／批 月组合

煤：堆场 每堆／批

每堆／批

煤：入磨 石膏：堆场

每班 每堆／批

每班 每堆／批 月组合

33

检验项目 水分

指标 <3％

合格率 100％ 100％ >80％ 100％ 100％ 100％ 100％

CaO／MgO粒度 >48％／<3％

<25ram

全分析 Fe2O3 全分析 工业分析

满足指标 >40％

QDw>26MJ／kg

全硫 <1 ．2％ 煤灰全分析 水分 SO3 全分析

<10％ >40％

唐 山 学 院 毕 业 设 计

3石灰石预均化堆场车间设计

在水泥的生产过程中，为了保证物料成分均齐、稳定，通常采用均化措施。均化后还能达到配料方案的要求，并实现产品设计组分，这样就能保证产品质量。在传统水泥的生产工艺过程中，均化概念只是考虑到生料的均化问题，而在现代水泥工艺过程正，更趋向于用合理、系统的方法来解决均化问题，因此就出现了各种原料及燃料的预均化堆场、各种熟料储存库、各种生料均化库等。

3.1物料均化的基本原理

物料的均化方式一般分为湿法和干法两种。而物料的湿法均化方式耗费能源较多已经被废除，在现代水泥的生产过程中，均化包括以下三种方式：

① 平铺直取法

其基本原理：连续的把物料按照一定方式堆成许多上下重叠、相互平行的料层，并使每一层物料质量基本相等，而且料层厚度越均匀，越薄，层数越多，均化效果就越好。

平铺直取法应用比较广泛，现在许多水泥厂都在应用。 ② 空气搅拌均化法

其基本原理：向物料储存库内通入具有一定压力的空气，使物料的体积膨胀至悬浮状态或流态化，并产生翻滚对流搅拌，从而达到成分均化的目的。

其主要用于间歇式空气均化库，之后各种混合室类均化库中的搅拌室也应用空气搅拌均化法。

③ 混合均化法

其基本原理：同时（先后或交替）使用上述两种均化方式，以达到均化物料的目的。它也适用于各种混合室均化库。

本车间是石灰石的均化堆场，使用平铺直取的方式。

3.2均化堆场堆料方式

堆料方式是指各层物料之间相互堆积的方式。现在，预均化堆场采用的均化方式主要有5种：

① 人字形堆料

堆料机沿着料堆的纵向，以一定的速度前进到达料堆的另一端，堆成一层等腰三角形样子的一小条物料，下一层则是在这个等腰三角形上面覆盖上一层物料，然后一层层的继续往上堆料，从横截面的角度看每层物料都呈―人‖字行。

缺点：物料颗粒的离析比较显著，大块物料大多集中在料堆的两侧和底部，细粒则大多集中于料堆的上部和中部；重新布料时，物料的落差大从而容易造成

34

唐 山 学 院 毕 业 设 计

扬尘。

② 波浪形布料

堆料机先在料堆底部堆成许多平行且紧靠的条形料堆，堆料都堆成等腰三角形，这样在料堆之间就形成了―峰‖和―谷‖，在―谷‖处堆料，不仅会把―谷‖填满，还会使其成为一个新的―峰‖，此时，从横截面的角度看全都是菱形，这样的不断填满谷，形成新的峰，直到堆料完成。

该堆料方式可以减少甚至消除堆料时的料粒离析作用，其堆料机的悬臂必须是可以横向伸缩或可以回转的。

③ 水平层堆料

水平层堆料方式多形成横截面可以呈梯形或者三角形的料堆。堆料机先在料堆底部铺撒一层均匀厚度水平的物料，然后依次在上面水平的一层层铺撒，直至整个料堆堆完。

该方式主要用于物料的混合的配料堆场，混合均匀性较高，但这种方式的堆料机动作较多而结构复杂，所以操作控制不容易实现自动化。

④倾斜层堆料

堆料机先在料堆一侧堆成一条截面是三角形的条带，之后将堆料点向前移动一点距离，使物料按自然休止角覆盖在第一层物料的一侧从形成第二层，依次形成更多的斜且平行的料层，直至堆料点到达料堆的心线上。

该方式颗粒离析现象比人字行堆料法还要明显，所以只适用于物料的性能、成分波动不是很大，均化效果要求不是很高的料堆

考虑到备的投资和自动化控制等方面，同时草考冀东水泥厂的设计，本设计采用人字形堆料防护进行布料。

3.3堆场设备选型

由储库一览表知，石灰石预均化堆场规格为36mW×142.5 mL×12.6mH。 （1）板式喂料机：设定该输送机的年利用率为0.4。

要求小时给料量：GH=293?365?24?80%?2053344?586t/h

8760?0.48760?0.4参照龙达水泥有限公司4500t/h熟料生产线，石灰石预均化堆场设备选型，根据本设计实际需要，选择规格型号为BZ2300×11502mm重型板式给料机，有效宽度2300mm，给料能力800t/h，最大允许给料粒度≦1200mm，给料速度0.09(m/s)。确定本设计中本给料机的标定给料量为800t/h。

586喂料机的台数：n??0.73，选1台

800 35

唐 山 学 院 毕 业 设 计

586?8760?0.4?2566.68h 800?1 （2）胶带输送机：设定该输送机的年利用率为0.4。

要求小时给料量：GH=293?365?24?80%?2053344?586t/h

8760?0.48760?0.4 参照龙达水泥有限公司4500t/d熟料生产线，石灰石预均化堆场设备选型，

喂料机的每年实际运转小时数：Ho=

根据本设计实际需要，选择规格型号为B1400×94716mm、DTⅡ型、胶带输送机（带防雨罩），带速2.0m/s，输送量为800t/h，确定本设计中本输送机的标定输送量为800 t/h，倾角0°～－15°。

586输送机的台数： n??0.73， 选1台。

800喂料机的每年实际运转小时数：Ho=586?8760?0.4?2566.68h

800?1（3）出料胶带输送机的选择

出料胶带输送机的输送能力应适当大于取料机的取料能力。

胶带输送机：设定该输送机的年利用率为0.4。

要求小时给料量：GH=293?365?24?80%?2053344?586t/h

8760?0.48760?0.4 参照龙达水泥有限公司4500t/d熟料生产线，石灰石预均化堆场设备选型， 根据本设计实际需要，选择规格型号为B1400×94716mm、胶带输送机（带防雨罩），带速2.0m/s，输送量为800t/h，确定本设计中本输送机的标定输送量为800 t/h。

586输送机的台数： n??0.73， 选1台。

800586喂料机的每年实际运转小时数：Ho=?8760?0.4?2566.68h 800?1（4）收尘设备的选择

物料在输送过程中存在落差，就需要考虑添加收尘设备。本设计在石灰石破碎阶段和石灰石出预均化堆场阶段存在输送落差，考虑添加收尘设备。查《新型干法水泥厂设备选型设计手册》，同时参考曙光强兴水泥厂和冀东三期水泥厂设备选型，确定选择气震式袋除尘器LPM5A―150型，处理风量11160m3/h，滤袋数量160条。

堆场设备选型见表3-1。

36

唐 山 学 院 毕 业 设 计

表3-1 均化车间设备表

设备名称 进料胶带输送机

设备型号 胶带输送机DTII

型

设备规格 带速2.0m/s，胶带规格B1400×94716mm，输送能力为

800t/h

布料设备

板式喂料机 BZ2300×11502

收尘设备

气震式袋除尘器LPM5A―150型

出料胶带输送机

胶带输送机DTII

型

处理风量11160m3/h，滤袋数量

160条

带速2.0m/s，胶带规格B1400×94716mm，输送能力为

800t/h 堆料能力为800t/h

3.4影响预均化效果的因素及防止措施

影响煤预均化效果的主要因素有4个： ① 原料成分波动呈非正态分布； ② 物料的离析作用；

③ 料堆端部椎体部分造成的不良影响； ④ 堆料机布料不均匀；

3.4.1石灰石成分呈非正态分布的影响及防止措施

工厂通常都会采用不同品位的石灰石来进行搭配进入预均化堆场，石灰石中低品位的成分会远离正态分布曲线，还可能呈现一定周期性的剧烈波动，使得石灰石在沿纵向进行布料时产生周期性长的波动，这就是所谓的长滞后影响。这就会影响出料的标准偏差。

根据德国有关实验的资料，当料堆的层数一定时，进料成分的波动频率和出料标准偏差成反比。由此可见，进料波动频率越高，出料的标准偏差越小，从而长滞后现象就会减小。因此，在石灰石堆场多采用多种石灰石搭配使用，这样就可以提高石灰石的预均化效果。

3.4.2物料离析作用的影响及防止措施

人字形堆料方式特别容易产生物料颗粒离析的现象，其中大块物料多集中在料堆的两侧和底部，细粒则多集中在料堆的上部和中部，从而影响石灰石的预均化效果。防止物料离析有如下3种方法：

① 减小颗粒级配差；

37

唐 山 学 院 毕 业 设 计

② 加强堆料管理工作； ③ 加强取料管理工作。

因此可以采用增加破碎机出料口的篦条数量，在堆料皮带顶端安装触点式探针，根据物料休止角、水分等的变化调整取料机工作状况等方法来提高石灰石的预均化效果。

3.4.3端锥效应的影响及防止措施

堆料机在纵向布料时会在料堆两端产生截面为等腰三角形的锥体，由于物料离析等问题，锥体部分物料成分波动较大。

由于堆料机往复的点是可变的，因此可以设定运行程序，使上一层物料的堆料长度随着料层增高，自动按照物料休止角的比例减小长度，从而减轻端锥效应对预均化效果的影响，提高预均化效果。

3.4.4堆料机堆料不匀的影响及防止措施

堆料机布料不均或料层厚度不均，都会影响均化效果。防止措施主要有建立破碎机的喂料制度，设置破碎机定量喂料控制系统，在堆料机进料皮带上安装连续计量装置，根据进料量变化调整喂料机速度，进而保证铺料厚度基本稳定，保证预均化效果。

3.5提升均化效果的措施

综合所述，提升石灰石预均化效果的措施有以下4点：

① 通过多种品位的石灰石合理的搭配，增大进料波动频率，减小出料标准偏差，进而提高均化效果；

② 通过在破碎机出料口出增加篦条的数量、在堆料皮带机端部安装触点式探针和随物料变化调整取料机状态等方法，减弱物料离析作用的影响，提高均化效果；

③ 通过设定堆料机运行程序，逐渐减小物料堆料长度，减弱端锥效应的影响，提高预均化效果；

④ 通过设置破碎机定量喂料控制系统、在堆料机上安装计量装置自动调整喂料机速度，减小喂料不均对料层厚度的影响，提高均化效果。

38

唐 山 学 院 毕 业 设 计

结论

（1）本设计生产线充分利用资源和空间那个并且生产线采用一条龙排布，做到了资源节约，合理应用空间，节约输送设备。

（2）原料及燃料的粉磨均采用立磨，粉磨效率高，能耗低，烘干能力强，基建投资少。

（3）石灰石、铁粉、粘土均采用预均化系统，而且生料均化系统采用连续式均化系统，均化效果更加良好。

（4）本设计中各个原料的搭配比例合理，能保证出厂水泥的质量。 （5）熟料烧成采用预分解窑系统，生料在预热器和分解炉中充分的进行热交换和并使物料流态化，使入窑生料的分解率高达90%左右，使得窑的热负荷大为减轻，但产量却成倍增长。

（6）矿渣单独粉磨，减轻了水泥磨的负荷。

39

唐 山 学 院 毕 业 设 计

谢辞

经过十几周的努力，终于完成了我的毕设，在这里要感谢帮助我的同学和老师，特别是刘臻老师悉心的指导，每次当我遇到难题无论闲忙都会细心地给我讲解，在说明书和制图上都给了我很多有价值的意见，还不断地鼓励我，与此同时刘老师还要经常熬夜帮我们修改论文。

这次完成毕业设计，是对我的专业知识的又一次巩固和丰富。通过这次课程设计对水泥专业尤其是水泥厂的工艺流程、设备型号以及水泥厂布置等方向有了很大的收获，而且拓宽了知识层面以及分析问题和解决问题的能力。

最后对本次毕业设计曾经帮助我的老师和同学再一次表示衷心的感谢！

40

唐 山 学 院 毕 业 设 计

参考文献

[1] 严生, 常捷, 程麟. 新型干法水泥厂工艺设计手册[M]. 北京: 中国建材工业出版社, 2007 [2] 沈威, 黄文熙, 闵盘荣, 水泥工艺学[M]. 武汉: 武汉理工大学出版社, 2006, 12 [3] 金容容. 水泥厂工艺设计概论[M]. 武汉: 武汉工业大学出版社, 1996, 8 [4] 吴中伟. 我国水泥工业的发展方向[J]. 中国建材, 1999, 12

[5] 张战营. 我国水泥工业发展的现状和问题[J]. 建材工业信息, 2003, 10 [6] 孙嘉如, 梁三定. 国外水泥工业发展概况[J]. 建材发展导向, 2003, 02 [7] 邢东海. 立窑水泥厂工艺设计手册[M]. 北京: 中国建筑工业出版社, 1992, 3 [8] 邹伟斌. 水泥粉磨工艺发展趋势及改造要点[J]. 矿山机械, 2007, 12 [9] 伍玲. 水泥行业的现状及市场分析[J]. 新世纪论坛, 2003, 3

[10] F.Schnei der, Operation Experience with the KHD PYRO-JET Burner, KHD SYMPOSIUM,

1990

[11] H.Ritzmann, Pioneering developments in machines and processes in the cement industry,

(ZKG CHINA) 1996(2), 125-130

[12] 北京凯盛建材工程有限公司, 滦县磐石水泥有限公司日产4000吨新型干法水泥熟料生产线工艺操作说明书, 北京: 北京凯盛建材工程有限公司, 2012: 1-200

[13] 严生, 常捷等著. 新型干法水泥厂工艺设计手册[M]. 北京: 中国建材工业出版社, 2007:

30-42 [14] 陈全德, 曹辰著. 新型干法水泥生产技术[M]. 北京: 中国建筑工业出版社, 1997:

220-230

[15] 熊会思, 熊然著. 新型干法水泥厂设备选型使用手册[M]. 北京: 中国建材工业出版社,

2007: 340-360

41

唐 山 学 院 毕 业 设 计

参考文献

[1] 严生, 常捷, 程麟. 新型干法水泥厂工艺设计手册[M]. 北京: 中国建材工业出版社, 2007 [2] 沈威, 黄文熙, 闵盘荣, 水泥工艺学[M]. 武汉: 武汉理工大学出版社, 2006, 12 [3] 金容容. 水泥厂工艺设计概论[M]. 武汉: 武汉工业大学出版社, 1996, 8 [4] 吴中伟. 我国水泥工业的发展方向[J]. 中国建材, 1999, 12

[5] 张战营. 我国水泥工业发展的现状和问题[J]. 建材工业信息, 2003, 10 [6] 孙嘉如, 梁三定. 国外水泥工业发展概况[J]. 建材发展导向, 2003, 02 [7] 邢东海. 立窑水泥厂工艺设计手册[M]. 北京: 中国建筑工业出版社, 1992, 3 [8] 邹伟斌. 水泥粉磨工艺发展趋势及改造要点[J]. 矿山机械, 2007, 12 [9] 伍玲. 水泥行业的现状及市场分析[J]. 新世纪论坛, 2003, 3

[10] F.Schnei der, Operation Experience with the KHD PYRO-JET Burner, KHD SYMPOSIUM,

1990

[11] H.Ritzmann, Pioneering developments in machines and processes in the cement industry,

(ZKG CHINA) 1996(2), 125-130

[12] 北京凯盛建材工程有限公司, 滦县磐石水泥有限公司日产4000吨新型干法水泥熟料生产线工艺操作说明书, 北京: 北京凯盛建材工程有限公司, 2012: 1-200

[13] 严生, 常捷等著. 新型干法水泥厂工艺设计手册[M]. 北京: 中国建材工业出版社, 2007:

30-42 [14] 陈全德, 曹辰著. 新型干法水泥生产技术[M]. 北京: 中国建筑工业出版社, 1997:

220-230

[15] 熊会思, 熊然著. 新型干法水泥厂设备选型使用手册[M]. 北京: 中国建材工业出版社,

2007: 340-360

41

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/e39p.html