日产2500吨白水泥熟料生产线原料粉磨车间工艺设计毕业设计说明书

毕业设计说明书 2500t/d特种水泥熟料生产线原料粉磨车间工艺设计

专 业 材料科学与工程 学生姓名 班 级 学 号 指导教师 完成日期

2500t/d特种水泥熟料生产线原料粉磨车间工艺设计

摘要：拟设计一条日产2500t干法白水泥生产线，设计部分重点是生料粉磨配

套系统工艺设计。在设计中参考了很多国内外比较先进的大型水泥厂，用了很多理论上的经验数据。其中主要设计内容有：1.配料计算、物料平衡计算、储库计算；2.全厂主机及辅机的选型；3.全厂工艺布置；4.窑磨配套系统工艺布置；5.计算机CAD绘图；6.撰写设计说明书。

白水泥与普通硅酸盐水泥在成分上的主要区别是白水泥中铁含量只有普通水泥的十分之一左右。设计采用石灰石与叶腊石两种原料。物料平衡计算时考虑到需控制铁含量，按照经验公式（石灰石饱和系数、硅酸率、铝氧率）计算并参考其他白水泥厂，得出恰当的率值为：KH=0.9、IM=3.85、SM=18。全厂布局由水泥生产的流程决定。设计中采用立磨粉磨系统。立磨设备工艺性能优越，单机产量大，操作简便，能粉磨料粒度大、水分高的原料，对成品质量控制快捷，可实行智能化、自动化控制等优点。设计采用窑尾废气烘干物料，节约能源。总之原则上最大限度地提高产量和质量，降低热耗，符合环保要求，做到技术经济指标先进合理。

关键词：白水泥；干法生产线；回转窑；立磨

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2500t/d特种水泥熟料生产线原料粉磨车间工艺设计

2500t / d special cement clinker production line and supporting system for kiln grinding process design

Abstract: Designing a 2500 t/d white cement production line, which was focused

on the design part of the raw material grinding design supporting system. In the design, many more advanced large-scale cement home and abroad are referenced. Main content of the design were: 1. burden calculation, the material balance calculation, calculation of reservoir; 2. The whole plant selection of main and auxiliary machinery; 3. the entire plant process layout; 4. the system grinding process kiln Arrangement; 5. computer CAD drawing; 6.writing design specifications.

The main difference in composition of white cement and ordinary Portland cement is the content of white cement in the iron was only one-tenth of the ordinary cement. Controlling the iron content was considered when calculated material balance. According to the experience formula (KH, IM, SM) and refer to other white cement plant, drawn the appropriate ratio value: KH = 0.9, IM = 3.85, SM = 18. The layout of the entire plant was up to the cement production process.Vertical roller mill grinding system was used in key plant design. Vertical grinding process equipment performance was superiority, single output, easy to operate, grinding people particle size, moisture and high raw materials, finished product quality control fast and it can take advantages of intelligent and automated control.In principle, the aim of the design is increase production and quality, reduce heat consumption, be accord with environmental requirements. so, technical and economic indicators should be advanced and reasonable.

Key words: white cement；dry production line；rotary kiln；vertical mill

II

目 录

摘要............................................................................................................................................. I Abstract ...................................................................................................................................... II 1. 前言 ...................................................................................................................................... 1

1.1 设计任务及其依据，论述所生产产品的意义和价值 ......................................... 1

1.1.1 设计任务........................................................................................................... 1 1.1.2 生产产品的种类及意义和价值 ..................................................................... 1 1.2 厂址的选择................................................................................................................. 7

1.2.1 建厂的原始资料 .............................................................................................. 7

2. 配料计算 .............................................................................................................................. 9

2.1 率值的确定 .................................................................................................................. 9

2.1.1 确定率值........................................................................................................... 9 2.2 原始数据 .................................................................................................................... 10 2.3 配料计算 .....................................................................................................................11

2.3.1 熟料热耗确定 ...................................................................................................11 2.3.2 干原料的配合比计算 .......................................................................................11 2.4 石膏 ............................................................................................................................ 12

2.4.1 石膏的作用 ...................................................................................................... 12 2.4.2 石膏的掺量 ...................................................................................................... 13 2.5 混合材 ........................................................................................................................ 13

2.5.1 混合材的作用 .................................................................................................. 13 2.5.2 混合材的掺量 .................................................................................................. 13

3. 物料平衡 ............................................................................................................................. 14

3.1 窑的选型及标定 ...................................................................................................... 14

3.1.1窑的标定的意义 ............................................................................................. 14 3.1.2 窑的选型......................................................................................................... 14 3.1.3 回转窑产量的标定 ........................................................................................ 14 3.2烧成车间生产能力及工厂生产能力的计算 ............................................................. 15

3.2.1烧成系统生产能力 ........................................................................................... 15 3.2.2水泥生产能力 ................................................................................................... 15 3.3原燃料消耗定额的计算 ............................................................................................. 16 4. 全厂总平面布置和工艺流程的确定及主机平衡计算 .................................................... 19

4.1 水泥总平面设计的步骤.......................................................................................... 19 4.2 工艺设计的基本原则和程序 ................................................................................. 19

4.2.1 工艺设计的基本原则.................................................................................... 19 4.2.2 工艺设计的程序 ............................................................................................ 20 4.3全厂工艺流程的确定 ................................................................................................. 20

4.3.1石灰石、煤的预均化措施 ............................................................................... 20 4.3.2生料制备系统 ................................................................................................... 21 4.3.3生料粉均化系统 ............................................................................................... 21 4.3.4煤粉制备系统 ................................................................................................... 21

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4.3.5熟料烧成系统的选择 ....................................................................................... 22 4.3.6水泥制备系统 ................................................................................................... 22 4.3.7水泥库及包装系统的确定 ............................................................................... 22 4.4主机设备选型、储库堆场计算 ................................................................................. 23

4.4.1各种主机小时产量 ........................................................................................... 23 4.4.2堆场设计 ........................................................................................................... 30 4.4.3圆形储库计算 ................................................................................................... 34

5. 窑磨配套系统设计 ............................................................................................................. 37

5.1 生料磨流程和设备发展情况 .................................................................................. 37 5.2 选取粉磨流程及粉磨设备所考虑的因素 .............................................................. 37 5.3 立式磨机与其他粉磨系统的比较 .......................................................................... 38 5.4 生料粉磨系统热平衡计算 ........................................................................................ 39

5.4.1 热平衡计算的原始资料 .................................................................................. 39 5.4.2 热平衡计算 ...................................................................................................... 39 5.4.3 风管尺寸的计算 ............................................................................................ 42 5.5 除尘系统 .................................................................................................................... 45

5.5.1 概述 .................................................................................................................. 45 5.5.2 除尘系统原始资料 .......................................................................................... 46 5.5.3 除尘系统各主机的选型计算 .......................................................................... 46 5.6系统其他设备的选型及计算 ..................................................................................... 47

5.6.1皮带机的选型 ................................................................................................... 47 5.6.2 斗式提升机的选型 .......................................................................................... 48 5.6.3 与袋收尘相配套的螺旋输送机的选型 .......................................................... 48 5.6.4与旋风收尘器相配套的空气输送斜槽的选型 ............................................... 48

结论 .......................................................................................................................................... 50 参考文献 .................................................................................................................................. 51 致谢 .......................................................................................................................................... 52 附录 .......................................................................................................................................... 53

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1. 前言

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

日产白水泥熟料2500t干法水泥生产线设计

——————重点设计窑磨配套系统 1.1.2 生产产品的种类及意义和价值 1.1.2.1白水泥的定义

在工业发展如此迅速的今天，基础建筑设施对建筑材料提出了新的要求。硅酸盐类通用水泥因历史悠久、性能可靠和价格低廉而得到广泛应用，但这类通用水泥不适用或不完全适用于特种工程，如油气井固井工程、水利电力工程、耐高温工程、装饰工程和耐腐蚀工程等[1]。

白水泥是白色硅酸盐水泥的简称，属硅酸盐性质水泥之列。GB/2015-91对白色硅酸盐水泥的定义是：由氧化铁含量少的硅酸盐水泥熟料加入适量石膏，磨细制成的水硬性胶凝材料。磨制水泥时，允许加入不超过水泥重量5%的石灰石或窑灰作外加物[2]。它与普通硅酸盐水泥在成分上的主要区别是，白水泥中铁含量只有普通水泥的十分之一左右，这也是白水泥在生产中的一项主要技术指标。在白水泥生产过程中，要严防外来铁质的混入污染和严格控制原料中固有铁含量至最低范围,以提高白度。此外，当原料中含有其它少量元素如锰、铬等金属时，对白度亦有显著影响。如果把白水泥的铁含量由0.3%提高到3%，则颜色也相应由白变为灰色，完全失去了其特有的装饰性和外观技术效果，成了普通水泥。所以白水泥生产中要解决的关键问题是，如何降低水泥中的铁含量和提高水泥的白度[3]。

1.1.2.2白水泥生产的国内外进展

和一般建筑用的硅酸盐不同，白水泥生产量是有限的。1993年世界白水泥产量大约为820万吨，约等于同年硅酸盐水泥产量灼0.6 %。每吨白水泥乎均销售价格按176美元计，而目前市场价格仍比一般水泥产品高220％左右[4]。

由于使用白水泥的区域在不断地扩大，所以其销售往往超出本地区市场范围，而实际上可以运到很远的地方去。考虑数量不大，所以从事白水泥生产的厂家并不多。

白水泥在建筑工业上主要用作装饰材料。例如，它广泛甩于水磨石地面，水磨石板及其他板材的组分。用于水磨石地面时，通常白水泥是和普通硅酸盐水泥、大理石填料、水、石英砂以及必要时还要和色料混合一起。用同样方法也可以制作板材，但是填料一般较细，而在混合物中是加入大理石粉。

白水泥也是耐水水泥色料和喷涂粉刷表层的组分之一，如教堂、清真寺及其他建筑畅的外墙装饰，可以有效地防止渗水。此外，白水泥有利于改善砌砖勾缝的外形，并且是制作白色混凝土组分，在现代建筑币常用作室外墙面材料。在制

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造人造大理石时可加入白水泥。

和灰水泥一样，白水泥产量最高记录是中国。虽然白水泥只占总生产能力的一小部分，1994年中国生产出297万吨，比1990年的产量高出两倍，而1990年的产量为98.4万吨。中国能生产白水泥的工厂已知有360家，都是采用各种陈旧的干法和湿法生产工艺，包括立窑在内。但是在1992-1994年已有两条新的生产线投入生产，采用从丹麦进口的工艺，这就成为白水泥工业发展的新趋向。亚洲其他大的白水泥生产者是日本和泰国。1994年日本两家厂商生产出大约16万吨白水泥，而大部分产品都是预定供本地市场用的，虽然某些地区也有出口承订(用袋子装运)。尽管没有泰国的详细资料，但是据推测，1993年该国两家厂商生产出白水泥大约11万吨。除了中国、日本度泰国主要生产中心外，另外还有南朝鲜，台湾、印度尼西亚及马来西亚。澳太利亚的白水泥产品不多，但是据报道，本区有三个公司在生产，并且都不仅生产白水泥，而且也生产所谓灰白水据供地方需求。众所周知，这种水泥在外观上几乎与标准白水泥没有区别。它是用优质石灰石和本地白粘土制成的，其生科氧化铁含量小于0.7%。估计，灰白水泥的总产量约为8万吨，而白水泥的产量为9万吨。据报道，澳大利亚有一小部分白水泥主要出口到新西兰和太平洋群岛[4]。

由天津水泥工业设计研究院有限公司总承包的全球单线规模最大的新型干法白水泥生产线项目--阿尔博波特兰（安庆）有限公司年产40万吨熟料白水泥生产线在安庆建成投产，标志着中国白水泥制造技术已经达到世界先进水平[5]。

阿尔博波特兰（安庆）有限公司年产40万吨熟料白水泥生产线项目是为安徽省861项目和安庆市3231重点工程而建的，工程总投资6亿元人民币。该项目以建设资源节约型、环境友好型企业为目标，创新运用新工艺、新材料、新技术，为国内乃至亚洲首创。该项目于2008年5月29日开工，是目前亚洲装备最好、技术最新、工艺最优、能耗最低、产能最大的白水泥生产基地。主要生产生产P·W42.5、P·W32.5 和外墙装饰白水泥[6]。

阿尔博波特兰集团公司是世界上最大的白水泥制造商和经销商，其投资的阿尔博波特兰（安庆）有限公司是目前国内最大的白水泥生产商之一，是中国白水泥行业极具竞争力的领军企业[5]。

由于白水泥生产工艺特殊要求与普通硅酸盐水泥有较大差异，按照白水泥国家标准要求白水泥熟料成分中要严格控制MgO、SO3和Fe2O3含量， 因此对生产原料要求较高， 出窑熟料需采取水淬急冷漂白工艺提高熟料白度。熟料出窑后（>1300℃）经水淬急冷使微量Fe2O3还原成FeO，铁铝酸盐以C6AF2形式出现，以减少对白度有不利影响的C4AF含量，由于大大加快了熟料冷却速度，生成大量不易染色的玻璃相成分，为此白水泥生产线在石灰石选矿、生料制备、熟料冷却及白水泥包装方面与普通硅酸盐水泥相比，无论在工艺设备选型和工艺过程都独具特色，对水泥工厂设计来讲是一个全新的工艺过程，开辟了一个新的设计领域。天津水泥工业设计研究院有限公司出色地完成了阿尔博安庆白水泥生产线的总承包工作，是该公司开拓创新能力和较高设备配套水平的充分体现[6]。

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安庆白水泥生产线实现熟料产量和白度等各项技术指标均超过合同要求。该条白水泥生产线设计中采用大量新设备、新技术，可以说是目前亚洲装备最新、技术最好、工艺最优、能耗最低、产能最大的白水泥生产线。但通过生产检验，设计者认为该生产线的工艺设计还可以进一步完善。

(1) 石灰石破碎与水洗系统简化和改进

安庆白水泥石灰石矿山是白鹿山石灰石矿，其矿山的含矿地层主要是船山组和黄龙组，物理性质比较适合采用锤式破碎机。锤式破碎机的破碎比较大，一段破碎完全可以满足石灰石粒度要求。而且我国的锤式破碎机的技术比较成熟，出一段破碎机石灰石的粒度可以控制在<25mm（占90％）。如果改两段破碎为一段破碎，可以进一步简化流程。洗矿设备常用的有水力洗矿筛、筒形洗矿机、槽形洗矿机、平面筛分机及螺旋分级机等，各有适宜的应用范围[9]。就阿尔博项目来讲，若采用一段破碎，破碎车间可布置在矿山上，水洗车间布置在现有位置，既减少了车间的占地面积，又缩短了水洗车间与沉淀池之间的距离，减少了排水过程中泥沙沉淀的几率。其次，对安庆项目而言，采用筒式洗矿机是正确的，主要是针对矿石需要量大，且含泥量大，土壤塑性指数高的特殊情况。但筒式洗矿机也有一定缺点，例如耗水量较大，设备比较笨重等。根据现有的生产资料，筒式洗矿机的耗水量在1.5-2t/t石灰石，虽然水资源得到了循环利用，但沉淀池等设施占用的土地面积比较大，安庆项目天津设计院应业主要求共设置了三组沉淀池，加上考虑检修通道等要求，沉淀池占地面积约为8亩。

筒式洗矿机作为一种比较古老的洗矿设备虽然结构简单但在实际应用中还是存在一些问题，后经改造基本满足生产要求。现就其内部结构做一探讨，首先可在筒体内部设等距的内螺旋挡料板，使被清洗的石灰石在筒体长度方向分布均匀便于清洗，亦可联合变频调速统一调整石灰石在回转漂白机的停留时间获得最佳的清洗效果；其次清洗水管的开孔在进料端开大孔增大流量加强清洗，另外在筒体上的开孔应为锥形孔，即内小外大，可防止小块石灰石堵塞孔影响清洗水的外流。国内现有部分白水泥生产厂家的生产规模较小，原料需要量比较少，主要利用石材加工后的余料或在采石场对原料预先进行挑选，原料粒度比较均匀，含泥量比较低，易于清洗。如果这样，建议在板喂机和破碎机之间增加一台波动筛分给料机，直接喷水进行清洗，波动筛分给料机下部设胶带机及排水通道。给料机的筛下物的粒度可通过调整给料机滚轴间距进行调整。这样也不失一种简单有效的方式。

另外，安庆项目设计中，沉淀池的设计就是完全遵照业主意见进行的，但其采用的自然沉淀方式存在着沉淀缓慢、效率低，占地面积大等缺点，应予以改进。今后设计者应考虑在沉淀池中加混凝剂等方式加快污水的沉淀，减少沉淀池的占地面积。

(2)叶腊石二段破碎机选型[10]

原叶腊石一段破碎机选用PE500×750 颚式破碎机，由于生产实际使用叶腊石与合同中给定的叶腊石粒度出入较大（原合同中确定提供叶腊石粒度<250mm，

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实际生产来料约400mm-500mm），造成颚式破碎机出料粒度范围在80mm-120mm之间，使二段破碎辊压机频繁跳停。后经更换一段颚式破碎机控制出料粒度50mm以下占80%以上，辊压机才得以稳定运转。但由于颚式破碎机一般最大破碎比为5∶1左右，为了满足辊压机的进料粒度，不得不强制控制颚式破碎机出料粒度，导致动颚及定颚磨损较快。因此为了适应矿山来料及合理的设备选型建议考虑采用如下流程。

一段破碎采用颚式破碎机PE-600×900最大进料粒度500mm，最小排料口100mm，控制出料粒度<80mm，能力60-100t/h 装机功率75kW。

液压圆锥破碎机广泛应用于矿山、水泥厂、砂石行业中，用于中、细破碎压强在350MPa 以下的各种矿山岩石，如铁矿石、有色金属矿石、玄武岩、花岗石、石灰岩、沙岩、鹅卵石等。破碎比大，提高了产品细料比例和立方体含量，极大程度上减少了针片状物料（现场了解一次破碎后片状叶腊石较多）。二段破碎采用液压圆锥破碎机HPC-315最大进料粒度100mm，最小排料6mm，控制出料粒度<3mm，能力80t/h装机功率315kW。

当然由于叶腊石磨蚀性较强，因此在设计选型前还需进行实验，对液压圆锥破碎机和辊压机单位产量下的金属消耗量进行比较后以便最终确定流程。如能使液压圆锥破碎机替代辊压机将使工艺布置大大简化。

(3) 叶腊石湿法磨

在安庆白水泥生料制备系统中，选择了两台准2.9m×16m湿法磨，经二段破碎后（出料粒度≤3mm占97%以上）的叶腊石和石英砂单独粉磨，然后用叶腊石料浆和石灰石、萤石、钾长石等原料立磨中研磨。由于采用叶腊石及石英砂单独湿磨，虽然工艺过程中干湿结合十分复杂，但可以保证水泥生料中不含有大颗粒硅质原料，这对提高白水泥熟料质量和白度十分有利，且减少了环境污染。 Φ2.9m×16m 湿法磨设计能力为8.8t/h，装机功率800kW。根据生产数据计算，当前入窑生料量为100t/h，其中叶腊石占比13%-14%，最大18%，每小时叶腊石消耗量应在14-18t/h 左右，从叶腊石单独粉磨能力设备选型计算两台湿法磨能力相当。但从实际生产看，大部分时间只开一台湿法磨即可满足生产需要，分析原因可能是因为叶腊石经过二段破碎后入湿法磨粒度较小（粒度≤3mm占97%以上）的原因，使湿法磨粉磨能力大幅提高。设计中叶腊石系统应按“破碎+粉磨”一起综合考虑，如能减少一台湿法磨可以减化工艺流程，并降低不少投资。

(4)原燃料的预均化、生料均化

为减少成分波动对窑操作的影响，对化学成分波动大的辅助原料-硅质、铝质、矿化剂及燃料采取均化措施，这一点在白水泥生产中应予以重视。国外白水泥厂一般采用配有悬臂式堆料机，取料机的堆场进行原燃料的预均化，均化效果好，但一次性投资大。针对5万t/年型白水泥厂，这种造价高的堆场方案不可取。为达到均化目的，遵照有效、实用而又节省投资的原则，辅助原料、燃煤经破碎后，经胶带输送机送至简易均化堆棚内，胶带机上设有布料小车，人字形分层堆

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料，用铲斗车端部取料，均化效果可达3-5。

生料成分的稳定与否，直接影响到窑的热工制度与熟料的强度和白度。要求入窑生料只允许在微观范围内出现非均质性。现代干法生产都非常注重生料库的设计，它是保证窑稳定运行，缎烧出高质量熟料的关键环节。目前新型生料库型式较多，具有代表性的是控制流式（CF库）和混合室式均化库，一般都设计一个大库，既作储存库又作搅拌库，均化效果好，动力消耗低，但这种库控制复杂，比较适合大份规模水泥厂，若库的规格小，其优越性难以体现，同时可靠性也难以保证。在5万t/年白水泥生产线中，生料库适宜采用稳妥可靠的间歇式均化库，一库作为储存，一库作为充气搅拌，另一库出料人窑，由于同时考虑了机械倒库，均化比高，能够很好地保证人窑生料气搅拌的动力消耗大。

(5)烧成系统

原设计中考虑从篦冷机中部抽取热风作为三次风，但实际调试过程中由于200℃的三次风对于分解炉处的工况无异是掺冷风，对分解炉内保证煤粉稳定燃烧作用不大，后加强窑内通风关闭三次风门，分解炉中的燃烧趋于稳定。另外原设计中出窑熟料入回转漂白机前需经辊式破碎机破碎，后来由于业主的原因及调试期间出窑熟料细小，几乎没有预想的大颗粒物料，因此该破碎机没有再加。以上流程是经过富有多年白水泥生产经验的业主认可，以及目前有多个工厂运行实施的，因此应该说是比较成熟的。但为什么其它工厂可用三次风需加辊式破碎机而目前阿尔博不能使用。问题分析如下，原设计正常回转漂白机喷水量为17t/h，但现场调试期间实际喷水量一直为水泵最大能力25t/h，原本可以入窑作为高温二次风助燃及减少窑头用煤量的大量热量转化成水蒸气白白浪费。二次风温较低窑头燃料燃烧属长焰燃烧导致烧成带拉长而温度不是很高，故形成液相量也相对少，最终出窑熟料结粒细小不需加辊式破碎机。最佳的喷水淬冷白水泥熟料效果应该是水滴表面被蒸发水滴大部分直达熟料，这时回转漂白机中白水泥熟料被充分淬冷而又避免水分大量蒸发带走高温二次风显热，实际观察喷水效果以求获得适应白水泥熟料淬冷的喷头。如果喷水量按正常17t/h 获得相应的高温二次风，窑头燃料虽然减少但燃烧稳定充分，烧成带缩短煅烧温度相应提高出窑熟料结粒良好，只有结粒良好的熟料在篦冷机中才能被充分冷却，内部的显热才能被冷却风大量带出，此时在篦冷机中部抽取的三次风温度才能符合入分解炉要求。原被多余喷入8t/h 的水量蒸发热也相应节约，从而降低熟料烧成热耗。

如果依照阿尔博烧成系统现有工艺流程不变，由于出窑熟料颗粒十分细小，熟料高温辊式破碎机的设置已无必要，这样整个烧成系统（包括烧成窑头、窑中和窑尾）布置标高可以大约降低约4m，仅此土建费用可节省40万元。另外，按照目前阿尔博安庆白水泥厂实际生产情况看，入生料立磨的叶腊石料浆水分可以稳定控制在15.0%以下，窑尾生料喂料只从C2-C1旋风筒连接管道处喂入（即五级预热），原设计的两套喂料系统可以减少一套。

(6)水泥粉磨

TCaCO3合格率。不足之处是库的个数多，充

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阿尔博安庆白水泥厂选用一台准4.4m×15m 两仓水泥磨与TES-250 高效选粉机组成圈流粉磨系统。水泥磨装机功率4200kW、转速15.3r/min，设计能力P·W42.5 为92t/h、P·W32.5 为114t/h。水泥出磨细度（比表面积）4000-4500cm2/g、钢球装载总量278t。

白水泥熟料在漂白机内水淬急冷后形成密实玻璃相，颗粒细小难磨且磨蚀性高。白水泥粉磨后为减少Fe混入，一般在水泥磨内的隔仓板、衬板和研磨体全部采用高铬合金材料。安庆4.4m×15m水泥磨原设计为两仓磨，Ⅰ仓装大球，由于入磨白水泥熟料颗粒细小，粗磨功能未能充分发挥；而Ⅱ仓小球显细磨能力不足。在生产调试过程中，将Ⅰ仓长度压缩加长Ⅱ仓长度，并对钢球级配进行多次调整，实际运转中仍显超产能力不足[11]。对于白水泥的水泥粉磨系统，针对白水泥熟料细小难磨的情况，并且白水泥成品细度要求较高采用“辊压机+单仓磨”配置也许更加合适，这需要进一步试验通过磨耗和能耗对比后才能确定。 若只考虑生产P·W32.5 和P·W42.5白水泥，其水泥白度≤84%的产品时，可采用大型水泥管磨，使用优质高硌衬板及研磨体即可满足要求。若定位在长期生产水泥白度在84%以上的一级或特级的更高质量白水泥产品时，水泥磨宜采用立磨。若仍采用管磨，须使用陶瓷球作为其研磨体。另外，在水泥输送环节上，尽量采用空气斜槽等输送设备，尽可能不用螺旋输送机和FU 链式输送机等有可能带来“铁”污染的输送设备。

(7)水泥白度的提高

随着技术进步和使用要求的提高，人们对白水泥白度的要求越来越高。我国早期的GB/T2015-1991标准，将白水泥白度分为优等品（特级）、一等品（又分为一级、二级）和合格品（又分为二级、三级）四个等级，其中要求最高的优等品（即特级品）的白度>86%。而在替代GB/T2015-1991的新标准GB2015-2005中，规定白水泥白度值不低于87%。若生产的白水泥白度达不到87%，即不属于合格品，因此我们要努力提高白水泥的品位。

A. 改变煅烧气氛

还原气氛下煅烧的熟料要比在氧化气氛下煅烧的熟料白度高5%左右。这是因为还原气氛改变了有色矿物铁铝酸钙固溶体的相组成和结构，形成的C6AF2固溶体的色泽较浅。另外着色能力强的Fe2O3中三价铁，在还原气氛中会被还原成Fe3O4和FeO其中的两价铁着色能力弱，熟料白度就可以增加。生产中的具体做法，是可以在生料中加入少量（约0.5%）的石油焦或焦炭，使煅烧的物料颗粒中造成补充的还原气氛，这样一般可以提高熟料的白度5%-6%。另外烧成带和过渡带选用耐高温的、低铬低铁的耐火砖，也有利于提高熟料的白度。

B. 采用水急冷措施冷却熟料

熟料的冷却过程是影响白度的又一个重要因素，采用水急冷措施可有效提高水泥的白度。因为铝酸盐相在急冷条件下，来不及大量固溶到铁相中去，从而生成数量较少、颜色较浅的C6AF2型铁铝酸钙。同时在急冷条件下，熟料矿物大量以细微结晶形式被固定下来，增加了对光线的漫射，因此白度较高。用水急冷有

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两种方法，一是高温熟料直接投入水中急冷水淬，一般的熟料初始温度越高、冷却越快，其白度越高。一些白水泥厂是将高温熟料直接投入水中或大量喷冷却水，对熟料进行急冷；而且投水急冷时的温度越高，得到的水泥白度就越高。二是出窑熟料进入漂白机中漂白。出窑熟料先进漂白机中漂白后再水急冷处理用漂白机使高温熟料先用转换性天然气（即天然气和水蒸气混合物）处理约1min，然后在水中急冷，熟料白度较单纯投入水中急冷的要提高其白度约5%。

C. 其他措施

a.控制烘干热源温度。对于水淬熟料的烘干，常用窑尾废气在回转烘干机内烘干。烘干热气温度过高对熟料白度会有一定的负影响，当干燥温度为500-700℃时，白度要降低4%-5%，因此生产中热风温度控制一般不应超过300℃。风温度控制一般不应超过300℃。

b.分级处理。若熟料的白度不太高，在水泥磨前宜用振动筛进行分级处理。因为5-20mm粒径的熟料白度较高，可用来生产高品位的白水泥，其余颗粒可生产较低品位的白水泥或彩色水泥

c.水泥磨内耐磨材料的选择。白水泥的成品粉磨也很关键，尤其是白水泥一般要求磨至比表面积400-500m2/kg，研磨体磨耗大，因此应尽量采用花岗岩衬板以避免铁污染，研磨体可选卵石，也可用高铬铸铁的衬板和研磨体，或选用立磨生产。

d.石膏的选用。

为防止水泥闪凝，白水泥也要加入缓凝剂石膏。所选石膏最好是比熟料白度略高的雪花石膏，其掺入量按SO3计为W（SO3）≤3.5%。

根据国家制定的“十一五”和“十二五”规划，今后我国的水泥工业的发展方针是控制总量、调整结构、节能减排和提高效益。小型的水泥生产线原则上已经不能再投产，大力发展大型新型干法水泥生产线，而且，2500t/d的水泥生产线已经比较成熟，适合我国部分地区的发展现状。为此而制定的“低投资、国产化、大型化”原则成为我国新型干法水泥生产技术的主旋律。 1.2 厂址的选择 1.2.1 建厂的原始资料

1、设计题目

2500t/d特种水泥熟料生产线及窑磨配套系统工艺设计 2、建厂地点 安徽省安庆市 3、当地气象资料

主导风向：偏北风 最大风速：10m/s 全年总降雨量：724mm 日最大降雨量：298mm 最大积雪：200mm

全年最高温度：40.2℃；最低温度：－8.1℃

月平均：最热 27.6℃；最冷：－1.4℃ 4、厂址的自然条件

7

2500t/d特种水泥熟料生产线原料粉磨车间工艺设计

厂区地形：平坦

5、矿山资源、各种原料燃料的来源、及运输方式 （1）石灰石

附近本厂矿山，本厂开采，汽车运输进厂。 （2）叶腊石

省内，汽车运输进厂。 （3）石膏

省内，汽车运输进厂。 （4）煤

省内，汽车运输进厂。

（5）电源水源：供电可靠，水源充足。

（6）交通运输：交通便利，公路、铁路临近厂。 （7）产品供销散装60%，包装 40%，销往省内外。 6、生产所需的原燃料分析

表1-1 原燃料成分分析

物料名称 石灰石 叶腊石 石膏

化学成分(%)

烧失量 41.38 4.34 17.37

SiO2 3.12 70.02 4.08

Al2O3 0.49 18.16 1.72

Fe2O3 0.19 0.28 0.50

CaO 51.47 0.36 35.49

MgO 1.75 0.62 0.98

SO3 -- -- 38.51

合计

物料名称 水分(%)

表1-2 原燃料水分 石灰石 叶腊石 石膏 1.5

0.3

4

煤 8

表1-3 烟煤的工业分析

组分 含量(%)

Wf 3.24

Af 25.76

Vf 27.90

Cf 43.10

Qfdw(kJ/kg) 23282

7、生产水泥品种

1500t/d 熟料用于生产P·W 42.5水泥；

1000t/d 熟料用于生产P·W 32.5水泥。

8

2. 配料计算

2.1 率值的确定 2.1.1 确定率值

2.1.1.1 什么是率值

在生产控制中，不仅要控制熟料中个氧化物的含量，还可以控制个氧化物之间的比例即率值。

a. 石灰石饱和系数——一般称为饱和比。它表示水泥熟料中的氧化钙总量减去饱和酸性氧化物（SiO2、Al2O3、Fe2O3）所需的氧化钙后，剩下的与二氧化硅化合的氧化钙的含量与理论上二氧化硅与氧化钙化合全部生成硅酸三钙所需的氧化钙含量的比值。简言之，饱和比KH表示熟料中氧化硅被氧化钙饱和生成硅酸三钙的程度。

多年水泥生产实践和研究结果表明：水泥生料在煅烧过程中，CaO首先为酸性氧化物Al2O3、Fe2O3、SO3所饱和而生成C3A、C4AF等溶剂矿物，剩下的再于SiO2结合生成硅酸盐矿物。SiO2虽然也是酸性氧化物，但不完全被CaO所饱和而全部生成C3S，而是还生成部分C2S。生成的C3S与C2S的比例，与生产工艺条件包括煅烧条件紧密相连。饱和比的表示

(CaO?fCaO)?1.65A2O3?0 .35Fe2O3?0.7SO3 KH? （2-1） 2.8(SiO?f)2SiO2（1）当KH=1.00时，熟料矿物只有C3S、C3A、C4AF，而无C2S。 （2）当KH＞1.00时，无论生产工艺多完善，总有游离氧化钙存在。 （3）当KH=0.67时，熟料矿物只有C2S、C3A、C4AF而无C3S。

因此，KH应该控制在0.67-1.00之间，这样，应无fCaO存在，但是在实际生产中，由于被煅烧物料的性质，煅烧温度、液相量、液相粘度等因素的限制，理论计算和实际情况并不完全一致。因此KH一般控制在0.87-0.96之间。

（1）当fCaO，

fSiO2和SO3数值很小时：

CaO?1.65A2O3?0.35Fe2O32.8SiO2

KH? （2-2）

（2）当熟料中Al2O3含量较小，而Fe2O3含量较多，即Al2O3/Fe2O3<0.64时：

CaO?1.10A2O3?0.7Fe2O32.8SiO2

KH? （2-3）

b. 硅酸率——又称硅率，用SM表示。是水泥熟料中SiO2与Al2O3+ Fe2O3

之间的比值，也代表熟料中的硅酸盐矿物和溶剂矿物之间的比值。

9

2500t/d特种水泥熟料生产线原料粉磨车间工艺设计

SM?SiO2Al2O3?Fe2O3

（2-4）

SM值过高，表示硅酸盐矿物多，对水泥熟料是强度有利，但意味着溶剂矿物较少，液相量少，将给煅烧造成困难。SM值过低，则对熟料强度不利。且溶剂矿物过多，易结大块、炉瘤，结圈等，也不利于煅烧。

c. 铝氧率——又称铝率或铁率。用IM表示。是水泥熟料中Al2O3与Fe2O3

之间的比值。也反映了熟料中的C3A和C4AF的相对含量。

Al2O3IM? （2-5）

Fe2O3选择IM的高低，也应视具体情况而定。在溶剂矿物C3A+C4AF含量一定时，IM

高，意味着C3A量多，C4AF量小，液相粘度增加，C3S形成比较困难，且熟料的后期强度、抗干缩性、耐磨性等均受影响；相反。如果IM过低，则C3A量少，C4AF量多，液相粘度降低，这对保护好旋窑的窑皮和立窑的底火比例。

d.白水泥三率值选择

按照石灰饱和系数的定义，当熟料的硅率和铝率一定时，适当的提高饱和系数，硅酸三钙含量和熟料强度均会相应提高，白色硅酸盐水泥的白度也会随之提高。当然石灰饱和系数过高也会引起硅酸盐水泥生产的共同问题，料子难烧，fCaO含量上升，水泥性能变坏。正常生产控制的目标范围KH在0.87到0.95较合适。

白水泥熟料的硅率一般比普通熟料高一倍左右，这是因为希望限制白水泥的氧化铁含量越低越好。但硅率过高时熟料的白度又会下降，所以SM一般宜控制在3.5-5.0。

白水泥熟料组成中要限制铁的含量，一般认为其铝率越高越好。但生产中以铝率作为控制指标的实际意义不大，为了方便生产，一些企业往往以控制熟料中的氧化铝含量来确定配料方案，只要求铝率大于12即可。 2.1.1.2 结论

综上所述，率值的确定如下：KH=0.87-0.95 SM=3.5-5.0 IM>12 2.2 原始数据

表2-1 原燃料成分分析

物料名称 石灰石 叶腊石 石膏

化学成分(%)

烧失量 41.38 4.34 17.37

SiO2 3.12 70.02 4.08

Al2O3 0.49 18.61 1.72

Fe2O3 0.19 0.28 0.50

CaO 51.47 0.36 35.49

MgO 1.75 0.62 0.98

SO3 -- -- 38.51

合计

表2-2 原燃料水分

10

物料名称 水分(%)

石灰石 1.5

叶腊石 0.3

石膏 4

煤 8

表2-3 烟煤的工业分析

组分 含量(%)

Wf 3.24

Af 25.76

Vf 27.90

Cf 43.10

Qfdw(kJ/kg) 23282

2.3 配料计算 2.3.1 熟料热耗确定

随着新型干法水泥煅烧技术和设备的不断改善和提高，熟料的热耗不断降低，根据目前国内白水泥厂热值参考，本次设计熟料热耗取5000KJ/Kg。

2.3.2 干原料的配合比计算 2.3.2.1煤灰掺入量计算

GA =

q?A100Qff?sDW×100% =

5000?25.76%?100100?23282×100% = 5.53% （2-6）

2.3.2.2根据已知率值，计算熟料的化学成分：

设 ? = 97.5%， 则 :Fe2O3=

?(2.8KH?1)(IM?1)SM?2.65IM?1.35

=

97.5%(2.8?0.9?1)?(18.5?1)?3.85?2.65?18.5?1.35 = 0.31% （2-7）

Al2O3=IM·Fe2O3 = 1.6×0.31% = 5.72% （2-8） SiO = SM(Fe2O3+Al2O3) = 2.5 ×(5.72%+0.31%) = 23.29% （2-9） 2 CaO =

- (Al2O3 + SiO2 + Fe2O3) = 97.5% - (5.72%+23.29%+0.31%)

=68.16% （2-10） 得出熟料化学成分为：CaO 68.16% ，SiO2 23.29% ，Fe2O3 0.31% ，Al2O3 5.72% 2.3.2.3递减试凑求配比

以100Kg熟料为基准，列表递减试凑如表2-4，其中要求熟料的各化学成分减掉

煤灰带入的成分后，便是应由各原料提供的成分。

表2-4 生料、熟料化学成分

11

2500t/d特种水泥熟料生产线原料粉磨车间工艺设计

名称 石灰石 叶腊石 生料 灼烧生料 熟料

配合比（%）

82.78

17.22 100 100 100

烧矢量 34.25 0.75 35 — —

SiO2 2.58 12.06 14.64 22.52 22.52

Al2O3 0.41 3.20 3.61 5.55 5.55

Fe2O3 0.16 0.05 0.21 0.32 0.32

CaO 42.61 0.06 42.67 65.65 65.65

2.3.2.4率值的计算核对与偏差

根据以上数据分别计算 KH 、SM 、 IM值 KH =

CaO?1.65Al2O3?0.35Fe2O32.8SiO2 =

65.65?1.65?5.55?0.35?0.322.8?22.52=0.894

（2-11） SM =

SiO2Al2O3?Fe2O3=

22.525.55?0.32 = 3.836 （2-12）

IM=

Al2O3Fe2O3=

5.550.32 =17.34 （2-13）

表2-5 率值计算与偏差

率值

KH

SM IM

目标率值 0.90 3.85 18.5

计算率值 0.894 3.836 17.34

偏差 0.006 0.014 1.16

由表2-5得知熟料三率值均在要求范围内，即可认为配料计算结果符合要求。各干原料的配合比为：石灰石 82.78% 叶腊石 17.22%。 2.3.3 湿原料的配合比

根据原燃料的含水率和干原料配合比，计算得出湿原料配合比，结果如表2-6：

名称 石灰石 叶腊石

表2-6 湿原料配合比

含水率（%） 干原料配合比（%）

1.5 0.3

82.78 17.22

湿原料配合比（%）

82.95 17.05

2.4 石膏 2.4.1 石膏的作用

石膏是用作调节水泥凝结时间的组分，是缓凝剂。适量的石膏可以延缓水泥的凝结时间，使建筑施工中的搅拌、运输、振捣、砌筑等工序得以顺利进行，同时适量的石膏也可以提高水泥的强度及改善耐蚀抗渗性等。可供使用的石膏有天然石膏，

12

还可以用工业副产石膏。 2.4.2 石膏的掺量

石膏的掺量要选择凝结时间正常且能满足其他性能要求的掺加量为最佳石膏掺加量，如果水泥中石膏掺加量不足，往往会加快水泥的凝结时间，造成通常所说的“快凝”、“急凝”、“闪凝”等现象，使施工难以进行：如果水泥中石膏的掺加量过多时，不但对水泥的缓凝不再有好的作用，还会对已硬化的水泥石产生削弱强度的膨胀应力，甚至造成安定性不良。因此，水泥中石膏的掺加量是很重要的。此次白水泥石膏掺量为1.5%。 2.5 混合材 2.5.1 混合材的作用

混合材料是指在粉磨水泥时与熟料、石膏一起加入磨内用以提高水泥产量、改善水泥性能、调节水泥标号的矿物质材料。水泥中掺入混合材的作用：

（1）提高水泥产量，降低水泥生产成本，节约能源，达到提高经济效益的目的；

（2）有利于改善水泥的性能，如改善水泥安定性，提高混凝土的抗蚀能力，降低水泥水化热等；

（3）调节水泥标号，生产多品种水泥，以便合理使用水泥，满足各项建筑工程的需要；

（4）综合利用工业废渣，减少环境污染，实现水泥工业生态化。 2.5.2 混合材的掺量

此次P·W42.5白色硅酸盐水泥混合材掺量选为18%，P·W32.5白色硅酸盐水泥混合材掺量选为33%。

13

2500t/d特种水泥熟料生产线原料粉磨车间工艺设计

3. 物料平衡

3.1 窑的选型及标定

回转窑系统的设计计算内容，是根据原料和燃料情况，生产的水泥品种和质量，工厂的自然条件和生产规模来确定窑系统的类型和尺寸，或对已建成的窑进行产量标定，以及计算单位产品的燃料消耗量，回转窑系统的重要配套设备，如冷却机、预热器、分解炉、煤磨、收尘器、喂料装置及通风设备也要在窑的产量和燃料消耗量确定后进行设计计算。

3.1.1窑的标定的意义

水泥厂设计过程中，，当窑型与规格一旦确定之后，窑产量的标定是选择生产系统设备，计算工厂的烧成能力，和熟料年产量的依据，同类窑在不同的生产条件下，其产量差异相当大，即使同一规格的窑，由于煅烧制度不同，产量也有较大的差别。

窑产量应该是工厂生产能力的限制因素，在窑以前的所有生产车间的生产能力，均以窑的产量为依据进行计算。窑产量标定过高或过低，均将产生不良后果，如标定过高生产中窑长期达不到设计产量，则浪费辅助设备的生产能力，降低工厂的经济效益，。如果产量标定过低，生产中，窑很快大大超过设计产量，不仅使建厂经济效益降低，，而且由于配套其它设备的生产能力的限制，窑本身的生产能力也的不到正常发挥。 3.1.2 窑的选型

表3-1 选定窑型情况

国名

制造厂商

窑规格（m×m）

窑产量（t/d）

轮带下筒体厚 δ

轮带

烧成带筒体厚度 δ

烧成

一般筒体厚 δ

一般

δ

轮带

/D δ

烧成

/D δ

一般

/D

（mm）

日本

三菱（MHI） 宇部兴产 德国

洪堡（KHD） 中国

Φ4×60

2000

50

Φ4×75 Φ4.8×72

2600 4000

50 70/75

0.0125 0.01458/ 0.01563 0.0125

Φ4.7×75

4000

85

0.01809

（mm） 30 25 32 28

0.0064 0.00625 0.00667 0.007

（mm） 26 19 26 24

0.0055 0.00475 0.00542 0.006

选择宇部兴产Φ4×75的窑。 3.1.3 回转窑产量的标定

回转窑的产量是确定工厂生产规模、原料、燃料消耗定额和全厂设备选型设计的依据，因而是水泥厂设计的重要指标。

14

除了窑的类型和尺寸外，影响回转窑产量的因素很多，特别是近年来，随着生冷预均化系统的完善，悬浮预热与窑外分解技术的不断发展，电子计算机过程控制的广泛应用和科学管理的加强，使窑的单位产量指标有所提高。因此对设计中已确定的回转窑，必须进行产量的标定。

产量的标定应该是在确保优质、低消耗、长期安全运转的情况下，窑所能达到的合理产量。如果对窑的产量标定过低或过高，均会使整个系统不配套，生产操作出现不平衡。利用经验公式计算窑的产量，是标定产量的主要方法，另外还需要根据工厂具体条件和我国实际生产水平进行综合考虑。 3.2烧成车间生产能力及工厂生产能力的计算 窑的台数：

n?QdQ?2500 h2600?0.96 式中：n——窑台数；

Qd——要求熟料日产量（t/d）；

Qh——所选窑标定产量t/（台×d）； n=0.96，故选一台。 3.2.1烧成系统生产能力

熟料小时产量 QQd2600h?24?24t/h?108.33t/h 熟料日产量 Qd?nQd,1?1?2600t/h?2600t/d 熟料周产量 Qw?168Qh?168?108.33t/h?1820t0/w 3.2.2水泥生产能力

1000t/d 熟料用于生产P·W 32.5水泥。 水泥日产量 G100?pd1?Qd1100?d?e?1000100?4100?1.5?33t/h?1465.65t/d水泥小时产量 G?Qd124?1465.65h124t/h?61.07t/h 水泥周产量 Gw1?168Gh1?168?61.07t/h?10259.54t/w 1500t/d 熟料用于生产P·W 42.5水泥； 水泥日产量 G100?pd2?Qd2100?d?e?1500100?4100?1.5?18t/h?1788.82t/d水泥小时产量 Gd2h2?Q24?1788.8224t/h?74.53t/h 水泥周产量 Gw2?168Gh2?168?74.53t/h?12521.74t/w 15

（3-1）

（3-2）

（3-3） （3-4） （3-5）

（3-6） （3-7） （3-8）

（3-9）

3-10）

（2500t/d特种水泥熟料生产线原料粉磨车间工艺设计

Gd?Gd1?Gd2?1465.65?1788.82t/h?3254.47t/h （3-11）

Gh?Gh1?Gh2?61.07?74.53t/h?3254.47t/h （3-12）

Gw?Gw1?Gw2?10259.54?12521.74t/h?22781.28t/h （3-13）

Gh——水泥小时产量t/h； Gd——水泥日产量t/d； Gw——水泥周产量t/w；

p——水泥的生产损失； d——水泥中石膏掺入量（%）； e——水泥中矿渣掺入量（%）。

3.3原燃料消耗定额的计算

3.3.1煤灰掺入时，1t熟料的干生料理论消耗：

KT?100?s100?I?100100?35?1.5485t/t熟料 （3-14）

式中 KT——干生料理论消耗量（t/t熟料）；

I——干生料的烧失量（%）；

s——煤灰掺入量，以熟料百分数表示（%）。 3.3.2煤灰掺入时，1t熟料的干生料消耗定额：

K生?100KT100?P生?100?1.1.5485100?3?1.5860t/t熟料 （3-15）

式中 K生——干生料消耗定额（t/t熟料）； P生——生料生产损失（%），P生=3% 3.3.3各种原料消耗定额

K石灰石?K生X石灰石?1.6?82.78%?1.3129t/t熟料K叶腊石?K生X叶腊石?1.6?17.22%?0.2731t/t熟料 （3-16） （3-17）

3.3.4干石膏消耗定额

Kd1?100?d(100?d?e)(100?Pd)?100?1.5(100?1.5?33)?(100?4)?2.385?10?2kg/kg熟料）

（3-18）

Kd2?100?d(100?d?e)(100?Pd)?100?1.5(100?1.5?18)?(100?4)?1.9410?10?2kg/kg熟料）

（3-19） 式中 Kd——干石膏消耗定额（kg/kg熟料）；

16

Pd——石膏的生产损失（%）。 3.3.5干白石灰石消耗定额

Ke1?100e(100?d?e1)(100?Pd)100e?（3-20） ?0.5248kg/kg熟料）(100?1.5?33（)100?4）（3-21） ?0.2329kg/kg熟料）100?18100?33Ke2??(100?d?e2)(100?Pd)(100?1.5?18（)100?4）式中 Ke——干混合材消耗定额（kg/kg熟料）； Pe——干混合材的生产损失（%）。 3.3.6烧成用干煤消耗定额

K100?q?5000f1?Qg.2214kg/kg熟料） Dw(100?Pf)?10023282?(100?3)?0 式中 Kf1——烧成用干煤消耗定额（kg/kg熟料）；

q——熟料烧成热耗（kJ/kg熟料）； QgDw——干煤低位热值（kJ/kg煤）；

Pf——煤的生产损失（%），任务书给定为3%。 3.3.7把各种物料换算成相应的湿物料量

可用式K100K干湿?100?W，然后画出物料平衡表如表3.2

0

17

3-22）

（2500t/d特种水泥熟料生产线原料粉磨车间工艺设计

表3-2物料平衡表

生产

原料

含水

消耗定额 （t/t熟料） 干料 1.3129 0.2731

湿料 1.3397 0.2739

小时 142.23 29.58

干 料 日 3413.54 710.06

周 23894.78 4970.42

小时

物料平衡表（t）

湿料 日

周 24258.66 4958.38

损失量 （%） （%） 3 3

1.5 0.3

石灰石 叶腊石

144.40 3465.52 29.66

712.20

生料 1.5860 0.02385 0.01941 0.5248 0.2329 0.2214

171.81 4123.6 28865.2

石膏325 石膏425 石膏 白石灰石325 白石灰石425 白石灰石 水泥325 水泥425 石灰石（总） 熟料 水泥 烧成用煤

4 4 4 4 4 4 3

4 4 4 1.5 1.5 1.5 8

0.2282

61.07 74.53 108.33 135.6 23.984

23.85 29.12 52.97 524.8 349.35 874.15 1465.65 1788.82

2600 3254.47 575.64

370.79 6119.05 10259.54 12521.74 18200 22781.28 4029.48

55.18 887.46

386.24 6212.23

30470.89

4379.87

181.37 4352.98 26.070

625.70

18

4. 全厂总平面布置和工艺流程的确定及主机平衡计算

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。 4.1 水泥总平面设计的步骤

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：

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、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。 4.2 工艺设计的基本原则和程序 4.2.1 工艺设计的基本原则

19

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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。 4.2.2 工艺设计的程序

其工艺流程如图4-1所示。

图4-1 工艺流程

4.3全厂工艺流程的确定 4.3.1石灰石、煤的预均化措施

水泥生料化学成分的均齐性，不仅直接影响熟料质量，而且对窑的产量、热耗、运转周期及窑用耐火材料的消耗都有很大影响。这种影响对新型干法水泥生产尤为突出，因此新型干法水泥生产都采用预均化措施。

原料预均化的意义主要表现在以下几个方面：

20

（1）有利于稳定入窑生料成分的稳定。保证均衡稳定生产，对于提高产品质量及生产率，降低能耗，长期安全运转起着重要作用。我国是一个产煤大国，水泥生产几乎全部以煤为燃料，而煤质差别大、波动大，如果不采用预均化措施，很难稳定生产。

（2）有利于扩大资源利用范围。对石灰石矿产资源采用高低品位搭配使用，有利于扩大资源利用范围。

（3）有利于利用矿山夹层废石，扩大矿山使用年限，提高经济效益。 （4）满足矿山储存及均化双重要求，节约建设投资。 4.3.2生料制备系统

生料制备系统目前按设备分为立磨和球磨。立磨与球磨相比，具有以下优点： （1）由于立磨属厚床粉磨，粉磨方式合理，并且磨内气流可将磨细的物料及时带出，避免了过粉碎现象，故粉磨效率高，能耗较低。整个粉磨系统电耗可降低10%-30%，其降低值随原料的水分增加而增加，而且它将破碎、粉磨、烘干、分级等工序集中为一体，大大简化了生产流程和设备台数。

（2）允许入磨物料粒度较大，一般可达磨辊直径的5%，大型磨入磨物料粒度可高达100-150mm，因而可省略第二段破碎，节约投资。

（3）入磨热风从环缝中进入，风速可高达80m/s以上，磨内通风截面也大，阻力小，通风能力强，烘干效率高。利用窑尾低温废气可烘干8%水分的物料，如采用热风炉烘干可烘干15%-20%水分的物料。

（4）物料在磨内停留时间短，仅2-4min（球磨15-20min），故生产调节反应快，易于对生料成分及细度调节控制，也便于实现操作自动化。

（5）金属消耗省，检修时间少，不需要清球，设备运转率可高达95%以上。 （6）磨机结构合理，整体密闭好（漏风可降到10%以内），扬尘少，噪音低，有利于环境保护。设备布置紧凑，建筑空间小，且可以露天布置，投资低。所以本设计采用立磨。 4.3.3生料粉均化系统

均化不好的生料，影响熟料质量，减少产量，给烧成带来困难，使窑运转不稳定，并引起窑皮脱落等内部扰动，缩短窑的运转周期和增加窑衬材料的消耗。若均化效果不好，熟料质量通常会比湿法低半个标号，产量平均下降7％左右。所以，生料均化程度是影响生料易烧性的稳定与熟料产量和质量的关键。在干法水泥厂中生料均化是不可缺少的重要工艺环节。生料的均化分为间歇均化和连续均化系统。连续均化系统具有流程简单、操作管理方便和便于自动化控制等；而间歇均化系统的均化效果好。选择哪种系统应根据工厂的规模、生料成分的波动及入窑生料的要求。本设计采用连续均化系统。 4.3.4煤粉制备系统

制备煤粉所用的设备，目前大都采用烘干磨，主要有风扫球磨、辊式磨和风扇磨三种。在水泥厂中使用辊式磨和风扫球磨。其中立磨有占地面积小、节约能耗、生产操作灵活、细度易于调节等优点。所以本设计采用立磨系统，选Atox20立磨。

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4.3.5熟料烧成系统的选择

目前熟料烧成设备主要有回转窑与立窑两大类，立窑为干法生产，回转窑则按其生料制备方法又可分为湿法生产与干法生产两种。湿法窑有湿法长窑及带料浆蒸发机窑；干法窑有中空干法长窑及立波尔窑、带余热锅炉发电窑、旋风预热器窑、立筒预热器窑及预分解窑等短窑。从世界水泥工业发展趋势看，干法中空窑及湿法长窑单机产量低、耗热高；立波尔窑及料浆蒸发机窑则有本身结构复杂，操作维修要求高，扬尘大等缺点，其单机产量虽较高，而熟料质量却不如湿法窑；余热锅炉发电窑则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，因而使这些窑型在世界水泥工业中所占的比重日益减少。更由于世界性的能源日趋紧张，代之而起的是新型干法悬浮预热器窑和预分解窑。我国近年来已明确要发展新型干法窑生产，除个别特殊情况可选用湿法窑外，新建大中型厂多采用悬浮预热器窑及预分解窑，而小型厂则可采用立筒预热器窑及机械化立窑，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，预分解技术的特点是在预热器和窑之间增设分解炉，在分解炉中加入占总用量50-60%的燃料，使燃料燃烧的过程与生料的预热和分解过程，在悬浮状态或沸腾状态下迅速地进行，入窑的生料分解率可达90%左右，因此窑的热负荷大为减轻，而产量却成倍增长。 4.3.6水泥制备系统

水泥粉磨工艺流程总的来说可以分为开路流程和闭路流程两种，其中闭路系统又可分为多种不同的子类。在水泥粉磨中，开路系统主要应用在管磨机上，广泛使用高细管磨机。由于开路系统中往往过分磨现象严重，且水泥温度超标的问题，因而从节能的角度考虑，闭路系统受到推崇。在目前的流程组合上，总的来说，人们一方面希望得到简单的工艺流程，但是由于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流程和提高效益中寻求最佳的平衡。这也形成了目前粉磨系统发展的两个方面：一是寻求单一的粉磨设备以尽可能地简化流程，节省投资，并在此基础上降低粉磨能耗，如各类高细磨的开发以及发展立磨、辊压机终粉磨系统；二是在现有的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。 4.3.7水泥库及包装系统的确定

水泥库的圆库型式较多，主要区别在于库低的形状不同。水泥厂采用圆库储存物料时，圆库的直径规格不宜太多，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φ18×43m，库容量为10000t，6个。

水泥发运系统包括水泥散装系统和水泥包装系统。水泥散装是水泥供应和运输方面的重大改革，是发展水泥发展生产、厉行增产节约的重大措施，也是水泥发运系统的发展方向。在选择水泥发运系统时，应尽量考虑采用水泥散装。

目前水泥包装机可分两大类，一类是固定式包装机，一类是回转式包装机。我国固定式包装机有单嘴、二嘴、四嘴。其包装能力分别为15-20、30、60t/h 。这类包装机劳动条件差，粉尘浓度大、包装能力低，主要用于小型水泥厂及一些较老的中型

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水泥厂。我国回转式包装机有6、10、14嘴等数种，其包装能力分别为40-53、85、96t/h。本设计包装机采用回转式6嘴包装机，包装能力85t/h。 4.4主机设备选型、储库堆场计算 4.4.1各种主机小时产量

公式:GH=

GwH （4-1）

4.4.1.1石灰石破碎机

预设石灰石破碎机周运转小时数：H=6×1×7=42小时 要求小时产量： GH=

GwH?30470.8942=725.50t/h （4-2）

选用TKPC20.29单转子锤式破碎机，台时产量为700-850t台?h，标定产量为

750t台?h。

石灰石破碎机的台数： 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。 n?725.50750?0.97， 选1台。

GhHH0?石灰石破碎机的每周实际运转小时数：

nG （4-3）

h,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。 H0?GhnGh,1H?725.51?750?42?40.63h （4-4）

4.4.1.2叶腊石一段破碎

预设叶腊石破碎机周运转小时数：H=6×2×6=72小时

要求小时产量： GH=

GwH?4985.3872=68.86t/h （4-5）

选用PEV500×900颚式破碎机，台时产量为100t台?h，标定产量为100t台?h。 叶腊石破碎机的台数： 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。 n?68.86100?0.69GhGh,1 （4-6）

， 选1台。

23

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H0?叶腊石破碎机的每周实际运转小时数：

GhnGh,1H （4-7）

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。 H0?GhnGh,1H?68.861?100?72?49.58h （4-8）

4.4.1.3叶腊石二段破碎

预设叶腊石破碎机周运转小时数：H=6×1×6=36小时

要求小时产量：GH=

GwH?4985.3836=137.73t/h （4-9）

选用TRP120-45辊压机，台时产量为160t台?h，标定产量为160t台?h。 叶腊石破碎机的台数：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。 n?137.73160?0.86GhGh,1 （4-10）

， 选1台。

GhnGh,1叶腊石破碎机的每周实际运转小时数：H0?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。 H0?GhnGh,1H?137.731?160H

?36?30.99h （4-11）

4.4.1.4煤破碎机

预设煤破碎机周运转小时数： H=6×1×7=42小时

要求小时产量：GH=

4379.8442=104.28t/h （4-12）

选用TKPC14.12单转子锤式破碎机，台时产量为80-130t台?h，标定产量为110t台?h。

煤破碎机的台数：n?GhGh,1 （4-13）

式中：n——主机台数；

24

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。 n?104.28110?0.95，选1台。

GhnGh,1H0?煤破碎机的每周实际运转小时数：

H （4-14）

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。 H0?GhnGh,1H?104.281?110?42?39.8h （4-15）

4.4.1.5生料磨

预设生料磨周运转小时数 ： H=24×7=168小时

要求小时产量 ： GH=

28865.2168=171.82t/h （4-16）

选用MPS3450立磨，台时产量为180t台?h，标定产量为175t台?h。 生料磨的台数：n?GhGh,1 （4-17）

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。 n?171.82175?0.98, 选1台。

GhnGh,1H0?生料磨的每周实际运转小时数：

H （4-18）

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。 H0?GhnGh,1H?171.821?175?168?164.95h （4-19）

4.4.1.6煤磨

预设煤磨周运转小时数 ： H=24×7=168小时

要求小时产量 ： GH=

4379.87168=26.07t/h （4-20）

选用MPF1612型煤磨，台时产量为33.5t台?h，标定产量为30t台?h。

25

2500t/d特种水泥熟料生产线原料粉磨车间工艺设计

煤磨的台数：n?GhGh,1 （4-21）

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。 n?26.0730?0.87, 选1台。

GhnGh,1H0?煤磨的每周实际运转小时数：

H （4-22）

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。 H0?GhnGh,1H?26.071?30?168?146.00h （4-23）

4.4.1.7水泥磨

预设水泥磨周运转小时数 ：H=24×7=168小时

要求小时产量： GH=

22781.28168=135.6t/h （4-24）

选用标准φ5×14型管磨，台时产量146t台?h，标定产量为146t台?h。 水泥磨的台数：n?GhGh,1 （4-25）

式中：n——主机台数； Gh——要求主机小时产量t/h； Gh,1——主机标定台时产量t/h。 n?135.6146?0.93,

选1台。

GhnGh,1H0?水泥磨的每周实际运转小时数：

H （4-26）

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。 H0?GhnGh,1H?135.61?146?168?156.03h （4-27）

4.4.1.8回转窑

预设回转窑周运转小时数 ： H=24×7=168小时

26

要求小时产量 ： GH=

18200168=108.33t/h （4-28）

选用宇部兴产Φ4×75型回转窑，台时产量为108.33t台?h，标定产量为108.33t台?h。

回转窑的台数：n?GhGh,1 （4-29）

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。 n?108.33108.33?1,

选1台。

GhnGh,1H0?回转窑的每周实际运转小时数：

H （4-30）

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。 H0?GhnGh,1H?108.331?108.33?168?168h （4-31）

4.4.1.9熟料冷却机

预设冷却机周运转小时数 ： H=24×7=168小时

要求小时产量 ： GH=

18200168=108.33t/h （4-32）

选用TC-1164篦式冷却机，台时产量为120t台?h，标定产量为120t台?h。 冷却机的台数：n?GhGh,1 （4-33）

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。 n?108.33120?0.90, 选1台。

说明：冷却机实际应与回转窑同步运行，所以冷却机每周运行小时数为168小时。

4.4.1.10包装机

预设包装机周运转小时数 ： H=6×2×6=72小时

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要求小时产量 ： GH=

22781.28?40r=126.56t/h （4-34）

选用冀东回转式6嘴包装机，台时产量为85t台?h，标定产量为85t台?h。 包装机的台数：n?Gh （4-35）

Gh,1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。 n?126.5685?1.49, 选2台。

包装机的每周实际运转小时数：

HGh0?nGH h,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。 H0?Gh.56nGH?1266h h,12?85?72?53.28

4-36）

4-37）

（ （

4.4.1.11主机平衡表

表4-1 主机平衡表

要求主机小

主机产量 主机标定产

主机台数 时产量 每周实际运

（t台?h） （台） 量（t台?h） 转小时数

（th）

主机名称

主机型号 规 格 TKPC20.29单转子锤式破碎机 PEV500×900颚式破碎机 TRP120-45辊压机 TKPC14.12单转子锤式破碎

机 MPS3150立磨 MPF1612型 Φ5×14型管磨 宇部兴产Φ4×75型 TC-1164篦式冷却机 4.2×8m 冀东回转式6嘴包装机

石灰石破碎

机 叶腊石破碎

机 叶腊石二段破碎机 煤破碎机 生料磨 煤磨 水泥磨

700-850 1 725.50 750 40.63

100 160

1 1

68.86 137.73

100 160

49.58 30.99

80-130 180 33.5 146

1 1 1 1

92.7 171.82 26.07 135.7

110 175 30 146

39.8 164.95 146.00 156.03

回转窑

108.33 1 108.33 108.33 168

冷却机 漂白机 包装机

120 120 85

1 1 2

108.33 108.33 126.56

120 120 85

168 168 53.6

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4.4.2堆场设计

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。各种物料储存期的确定，需要考虑到许多因素。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下表：

表4-2 水泥厂各种物料的最低储存期(d)

物料名称 石灰石 叶腊石 煤 白石灰石

大、中型水泥厂 小型水泥厂

5 10

10 10

15 7 10 10

物料名称 石膏 生料粉 熟料 水泥

大、中型水泥厂 小型水泥厂

30 2

5 7

20 4 7 7

4.4.2.1石灰石预均化堆场

石灰石日消耗量：G1=4352.98t/d 预设储存期为：7d

需要储存石灰石量：G2=4352.98×7=30470.86t （4-38） 堆场选择： 采用沈阳矿山机械有限公司YG400/80型圆形堆场，单位料堆34000t。 需要料堆个数： 30470.86/34000=0.896，选1堆。 实际储存期： 预均化堆场储量=34000×1/4352.98=7.8d 4.4.2.2煤预均化堆场

煤日消耗量：G1=625.70t/d 预设储存期为：10d

需要储存煤量：G2=625.70×10=6257.0t （4-39） 堆场选择： 采用天津院φ80圆形预均化堆场。单位料堆10000t 需要料堆个数：6257.0/10000=0.626，选1堆。

实际储存期： 预均化堆场储量=10000×1/6257.0=15.98d

4.4.2.3石膏堆棚 日消耗石膏量：G1=55.18t/d. （4-40） 预设石膏的储存期：30d，

石膏在堆棚的储存量：Q=55.18×30=1655.4t

由《水泥厂工艺设计概论》P279附录表常用物料的密度和休止角，查得： γ石膏=1.4， α石膏=39度

4??2Q??Hcot??B?Hcot??3??L= （4-41）

H??B?Hcot??公式适用条件：L和B≥2Hcot?

式中： L——某种物料料堆的底边长度，m； Q——该物料在堆棚的储存量，t； H——料堆高度，m；

30

B——料堆底边宽度，m；

；

γ——该物料的堆积密度，t/m3

α——该物料的休止角，度。

根据厂区面积，总平面图布置，选B=20m，H=5m，则料堆的底边长度：

4??2Q??Hctg??B?Hctg??3?? （4-42）L=

H??B?Hctg??4??21655.4?1.4?5?cot39??20??5?cot39??3?? =

5?1.4??20?5?cot39?? =22.36m 取L=25m，则

4??2Q?LH??B?Hcot????Hcot??B?Hcot??

3?? （4-43）

??4??5?cot39??3? =25?5?1.4??20?5?cot39???1.4?52?cot39???20? =1910.86t

石膏堆棚的实际储存期=

1910.8655.18?34.63d

堆场规格：20mW?25mL?5mH

4.4.2.4石灰石露天堆场

因为石灰石进厂后还需破碎、均化粉磨，所以在此之前需设置露天堆场。 日消耗石灰石量：G1=4352.98t/d 预设石灰石的储存期：30d

石灰石在露天堆场的储存量：Q=4352.98×30=130589.4t

由《水泥厂工艺设计概论》P289附录表常用物料的密度和休止角，查得： γ石灰石=1.5， α石灰石=39度

4??2Q??Hcot??B?Hcot??3??L= （4-44）

H??B?Hcot??公式适用条件：L和B≥2Hctg?

式中： L——某种物料料堆的底边长度，m； Q——该物料在露天堆场的储存量，t； H——料堆高度，m； B——料堆底边宽度，m；

γ——该物料的堆积密度，t/m3；

α——该物料的休止角，度。

根据厂区面积，总平面图布置，选B=100m，H=7m，则料堆的底边长度：

31

2500t/d特种水泥熟料生产线原料粉磨车间工艺设计

4??2Q??Hcot??B?Hcot??3?? （4-45）L=

H??B?Hcot??4??2130589.4?1.5?7?cot39??100??7?cot39??3?? =

7?1.5??100?7?cot39?? =144.51m 取L=150m，则

4??2Q?LH??B?Hcot????Hcot??B?Hcot??

3?? （4-46）

4 =150?7?1.5??100?7?cot39???1.5?72?cot39???100?????7?cot39?? 3? =135854.90t

石灰石露天堆场的实际储存期=

135854.9024352.98?31.21d

堆场规格：100mW?150mL?7mH

4.4.2.5叶腊石堆场

日消耗叶腊石量：G1=712.2t/d. 预设叶腊石的储存期：10d， 叶腊石的储存量：Q=712.2×10=7122t

由《水泥厂工艺设计概论》P289附录表常用物料的密度和休止角，查得： γ叶腊石=1.5， α叶腊石=39度

4??2Q??Hcot??B?Hcot??3??L= （4-47）

H??B?Hcot??公式适用条件：L和B≥2Hcot?

式中： L——某种物料料堆的底边长度，m； Q——该物料在堆场的储存量，t； H——料堆高度，m； B——料堆底边宽度，m；

；

γ——该物料的堆积密度，t/m3

α——该物料的休止角，度。

根据厂区面积，总平面图布置，选B=30m，H=7m，则料堆的底边长度：

4??2Q??Hcot??B?Hcot??3??L= （4-48）

H??B?Hcot?? 32

4??27122?1.5?7?cot39??30??7?cot39??3?? =

7?1.5??30?7?cot39?? =39.23m 取L=40m，则

4??2Q?LH??B?Hctg????Hctg??B?Hctg??

3?? （4-49）

4 =40?7?1.5??30?7?cot39???1.5?72?cot39???30?????7?cot39??3?

=7292.58t

叶腊石露天堆场的实际储存期=

7292.58712.2?10.2d

堆场规格：30mW?40mL?7mH

4.4.2.6煤的露天堆场

因为煤进厂后还需破碎、均化粉磨，所以在此之前需设置露天堆场。 煤日消耗煤量：G1=625.7t/d. 预设煤的储存期：10d， 煤的储存量：Q=625.7×10=6257t

由《水泥厂工艺设计概论》P279附录表常用物料的密度和休止角，查得： γ煤=0.9，α煤=27度

4??2Q??Hcot??B?Hcot??3??L= （4-50）

H??B?Hcot??公式适用条件：L和B≥2Hctg?

式中： L——某种物料料堆的底边长度，m； Q——该物料在露天堆场的储存量，t； H——料堆高度，m； B——料堆底边宽度，m；

γ——该物料的堆积密度，t/m3；

α——该物料的休止角，度。

根据厂区面积，总平面图布置，选B=30m，H=7m，则料堆的底边长度：

4??2Q??Hcot??B?Hcot??3??L= （4-51）

H??B?Hcot??4??26257?0.9?7?cot27???30??7?cot27??3??=

7?0.9??30?7?cot27?? 33

2500t/d特种水泥熟料生产线原料粉磨车间工艺设计

=70.94m

取L=70m，则

Q=LH??B?Hcot????H2cot??B???4?Hcot??3? （4-52）

??4??7?cot27?? 3?=70?7?0.9??30?7?cot27???0.9?72?cot27???30?=6160.28t 煤的实际储存期?6160.28625.7?9.85d

煤堆场规格：30mW?70mL?7mH 4.4.3圆形储库计算 4.4.3.1生料库

日消耗量：G1=4123.6t/d 预设储存期为：2d

需要储存生料量：G2=4123.6×2=8247.2t （4-53） 选型： 采用CFφ18×45m型生料均化库，单个储库储量10000t。 需储库个数：8247.2/10000=0.82，选1个。

生料库实际储存期： 生料库储量=10000×1/4123.6=2.43d 4.4.3.2熟料库

日消耗量：G1=2500t/d 预设储存期为：5d

需要储存熟料量：G2=2500×5=12500t （4-54） 选型： 采用锥顶圆库，φ18×43m，单个熟料库容量为10000t。 熟料库的个数：12500/10000=1.25，考虑实际生产，选2个。 熟料库实际储存期： 熟料库储量=10000×2/2500=8 4.4.3.3水泥库

日消耗量：G1=3254.47t/d 预设储存期为：7d

需要储存水泥量：G2=3254.47×7=22781.29t （4-55）

其中有用于散装的水泥13668.774t，有用于袋装的水泥9112.5t。 选型：采用底部带减压仓的圆库，φ18×43m，单个水泥库容量为10000t。 水泥库的个数：22781.29/10000=2.28，考虑到实际生产两种品种水泥均化要求，选6个。

水泥库实际储存期： 水泥库储期=10000×6/3254.47=12.29d

34

4.4.3.4白石灰石库

日消耗量：G1=887.46t/d 预设储存期为：1d

需要储存量：G2=887.46×10=8874.6t （4-56） 选型： 采用锥底库φ8×14，有效容积795m3，有效容量795×1.5=1192.5t。 需要白石灰石库个数：n=887.46/1192.5=0.74，选1个。 白石灰石实际储存期=1192.5/887.46=1.3d 4.4.3.5石膏库

日消耗量：G1=55.18t/d 预设储存期为：2d

需要储存量：G2=55.18×2=110.36t （4-57） 选型： 采用锥底库φ8×14，有效容积795m3，有效容量795×1.4=1113t。 需要白石灰石库个数：n=110.36/1113=0.1，选1个。 白石灰石实际储存期=1113/110.36=10.1d

35

2500t/d特种水泥熟料生产线原料粉磨车间工艺设计

4.4.3.6储库一览表

表4-3 堆场一览表

库容量

储库名称

规格

采用沈阳矿山机械有限公司YG400/80型圆形堆场 采用天津院φ80圆形预均化堆场

20mW×25mL×5mH 100mW×150mL×7mH 30mW×40mL×7mH 30mW×70mL×7mH

数量

单个（t） 总共（t）

石灰石预均化堆场 煤预均化堆场 石膏堆棚 石灰石露天堆场

叶腊石 煤露天堆场

1 1 1 1 1 1

34000 10000 1910.86 135854.9 7292.58 6160.28

34000 10000 1910.86 135854.9 7292.58 6160.28

预设储

存期（d） 7 10 30 10 10 10

实际储存期（d） 7.8 16.0 34.6 10.4 10.2 9.8

表4-4储库一览表

库容量

圆库名称

规格

数量

单个（t） 总共（t）

预设储存期

（d）

实际储存期（d）

生料库 熟料库 水泥库 白石灰石库 石膏库

采用CFφ18×45m型生料均化库

采用锥顶圆库，φ18×43m 底部带减压仓的圆库，φ18×43m

锥底库φ8×14

锥底库φ8×14

1 2 6 1 1

10000 10000 10000 1192 1113

10000 20000 60000 1192 1113

2 5 7 1 2

2.42 8 12.29 1.3 10.1

36

5. 窑磨配套系统设计

5.1 生料磨流程和设备发展情况

水泥生料制备系统的工艺和装备技术，在近10多年来一直处于快速发展之中，特别是近几年新型干法水泥生产技术的广泛应用，发展进程显著加快，主要表现为：

一是粉磨设备由过去的球磨机为主，发展为高效率的立磨、辊压机等多种形式并用，生料制备过程的高产低耗，在许多水泥厂已达到先进水平；

二是新设备、新技术的应用，使生料粉磨系统工艺更加丰富和完善。立磨机烘干、粉磨、选粉的一体化，适应于高含水率的立式磨粉磨，辊压机的多种工艺组合，以及对悬浮预热器窑、预分解窑的废气做烘干热源的利用等等，都促进了生料制备技术的发展；

三是操作控制过程的自动化普遍形成。磨机操作系统的自动控制，原料分析、检测的自动控制，配料、计量的自动控制等，使我国水泥生产自动化的整体水平越来越高；

四是生料粉磨装备的大型化，不断满足了水泥生产规模的大型化需求。目前，国产立式磨、辊压机的单产能力已经可以与5000t/d，甚至更大规模的生产线相配套。 5.2 选取粉磨流程及粉磨设备所考虑的因素

水泥工业的原料的物理、化学特性变化很大，而各种不同的粉磨系统对原料都有一定的适应范围和不同的优缺点。不同规模的工艺线对粉磨工艺要求也有所差别。为此，必须从原料和工艺的实际情况出发来选择粉磨系统。

1、入磨物料的性质

物料的性质主要包括水分、粒度、易磨性和磨蚀性，也要注意石灰石原料中燧石的影响。

2、粉磨产品的细度要求

所选的粉磨流和设备尽可能便于控制粉磨产品的细度。

3、生料粉磨系统的要求小时产量。由主机平衡计算确定，所选生料磨的生产能力，应满足这一要求。

4、粉磨电耗

所选的粉磨流程和设备应尽可能符合节省电耗的要求。 5、废气余热利用的可能性

37

2500t/d特种水泥熟料生产线原料粉磨车间工艺设计

对于干法生料磨和煤磨来说，应考虑尽可能利用废气余热来烘干原料或燃料，使生料粉磨或烘干作业同时进行，以节约烘干热能，节省烘干设备，简化生产流程。

6、操作的可靠性和自动控制以及设备的耐磨性能。

7、所选的生料粉磨设施应力求占地面积小，需要空间小和基建投资低。 实际生产中，应根据具体条件进行技术经济综合分析，选择最合适的生料粉磨流程和设备。

在原料粉磨系统中有立式磨系统、中卸磨系统、尾卸磨系统和风扫磨系统。在选择粉磨系统时，必须对原料进行加工实验和技术经济比较，才能正确地选择一个合适的粉磨系统。

5.3 立式磨机与其他粉磨系统的比较

立磨与其他粉磨设备比较，有以下优点：

(1) 在粉磨理论上，立磨采用了非完全限定矿床挤压粉碎的原理，与球磨机相比，其粉磨效率为球磨机的165％ ，节约电耗30％ 左右。

(2) 立磨对粉磨物料适应性强，在水泥工业可用于粉磨各种原燃料，如石灰石、砂岩(SiO2>90％)、煤、水泥熟料、高炉矿渣等。无论其易磨性、磨蚀性有多大差异，通过对立磨内部结构调整和合理操作，均能生产不同细度、比表面积的合格产品。

(3) 立磨设备工艺性能优越，单机产量大，操作简便，能粉磨人料粒度大、水分高的原料，兼中碎、烘干、选粉的功能，设备运转率高、噪音小、震动小、密闭性能好、无扬尘，金属磨损比球磨机低，对成品质量控制快捷，更换产品灵活，可实行智能化、自动化控制等优点。

在国外新型于法水泥厂的建设中，立磨已广泛用于生料和煤的粉磨，其设备占有率超过90％以上。最近10年来，立磨在技术上有很大的改进，开发并研制了第三代立磨，成功地用于水泥和高炉矿渣的高细粉磨，预计在最近三、五年内将大量用于水泥和矿渣的高细粉磨。

其流程如图5-1所示。

气流 旋风筒 排入大气料流 电收尘 均化库 循环风38

储存料仓 立磨 主排风机 窑尾废气

5-1 生料粉磨流程图

5.4 生料粉磨系统热平衡计算

球磨生料烘干系统气体量和热平衡计算：生料磨系统的热平衡计算，关键问题室要合理地确定漏风量和出磨气体的温度。系统漏风量大，则烘干效果差，不仅浪费热量，而且页增加系统排风量和阻力，浪费电能。当系统漏风量严重时，将是热风不能进入磨内，以致物料不能烘干，因此系统的锁风密闭非常重要。但我国的实际生产情况看系统的锁风密闭性一般很差，往往为磨机本身漏风量的0.7-0.5.出磨气体温度如果太低，则烘干能力不足，使出磨物料水分太大，磨内容易出现湖球、堵塞等现象，而且会造成收尘器内结露等问题；如果出磨温度太高，则浪费热量，一般控制在90-100℃。 5.4.1 热平衡计算的原始资料

热平衡的原始资料如表5-1所示。

表5-1 热平衡的原始资料

入磨物料水分（%） 出料物料水分（%） 入磨物料温度（℃） 出磨物料温度（℃） 入磨热气体温度（℃） 出磨热气体温度（℃）

环境温度（℃） 磨机产量（t/h） 磨机电机功率（kw）

漏风系数 系统排风系数

3.5% 0.5% 20 85 380 90 20 180 1300 ?10%

1.1

5.4.2 热平衡计算 5.4.2.1热量收入部分

39

2500t/d特种水泥熟料生产线原料粉磨车间工艺设计

（1） 入磨热风量

Q1?L?C1?T1?L?1.435?240?344.4L （5-1）

式中：Q1—热风带入热量（kJ/h）

L—入磨热风量（Nm3/h）

C1—入磨热风平均比热（kJ/ Nm3·℃）

在0℃-450℃时为1.435kg/ Nm3 T1—入磨热风温度380℃ （2） 粉磨机工作时发热

Q2?3559???1?f?3559?1300?0.9?0.9?0.7?0.7?2063306.7 式中：??配用电机功率

??为电动机传动功率?1?动力传到粉磨作用力的有效系数0.9k?研磨体能量转换为热量的系数0.7f?修正值，f?0.5?0.7取0.6（3） 系统漏风带入的热量

Q3?k?L?Ca?Ta?0.3?L?20?1.256?7.536L 式中： k—漏风系数，

ta—为环境空气温度，℃

Ca—为环境空气平均比热kJ/m3·℃， （4） 循环风带入热量：

Q4?（V?f?L）?t5?C2 ?（156158.40?1.1L）?90?1.373

?19296493.49?135.93L KJ/h

式中：V——系统排风机正常风量，Nm3/h； t5——入磨循环风温，℃；

f——系统排风机系数，取1.1； C2——循环风比热，取1.373。 其中： V'?G.82?103?103?373521.74m3

460?103?171460/h 换算成标况值：

273?3803273?V?373521.74m/h

解得 V?156158.40Nm3/h （5） 湿物料带入热：

Q?(w1?w2)4=G?ts[C生料+

4.185100?w] 1 40

5-2）

5-3）

5-4）

5-5）

（（ （ （

=180000×20×[0.933+=3827173.06kJ/h

4.185?(3.5?0.5)100?3.5]

其中，G—为立磨的粉磨产量，kg/h

ts—为入磨物料温度，℃

C生料—为干生料比热，kJ/m3·℃ 一般取0.933

W1, W2—分别为入、出磨物料水分 （6） 总收入热量= Q1＋Q2＋Q3＋Q4＋Q5 （5-6）

=344.4L+2063306.7+7.54L+19296493.49-135.93L+3827173.06 =216.01L+25186973.25 5.4.2.2热量支出部分

（1）蒸发水分量：

W=G×w1?w2100?w?180000?3.5?0.55=5595.85 1100?3. 水分蒸发耗热量；

Q''1?W(2490?1.883t2?4.185ts)?5595.85(2490?1.883?90?4.185?20) ?14413622.56式中， 2490—为每千克水在0℃时变成水蒸气所需的汽化热，kJ/kg；

1.883—为水蒸气由0℃升至t2时的平均比热，kJ/m3·℃ （2）加热物料消耗热量：

Q'100?W24.185W2'2?G?100?(C生料?100?W)(t生料?t生料） 2 =180000?100?0.5100（0.933?4.185?0.5100?0.5）（85?20） =11106342kJ/h

（3）排除废气带走热：

Q'3?f4?L??C2?t2 =1.1×L×1.373×90 t =135.93L

式中，2—循环风出磨温度，℃；

C2—为循环风比热，kJ/m3·℃ 取1.373 （4）设备散热损失

Q'''4?0.05(Q1?Q2) =0.05(14413622.56+11106342)

=1275998.23kJ/h

41

5-7）

（5-8）

5-9）

5-10）

5-11）

（ （ （ （2500t/d特种水泥熟料生产线原料粉磨车间工艺设计

（5）其他损失热量

Q5?0.056Q1?0.056?344.4L' =19.29L （5-12）

'''''（6）总支出热量=Q1?Q2?Q3?Q4?Q5 （5-13）

=14413622.56+11106342+135.93L+1275998.23+19.29L =166.47L+26795962.79 5.4.2.3热量平衡

收入热量=收入热量 216.01L+25186973.25=166.47L+26795962.79 ∴L=26170.5Nm3/h

所以，磨的入磨热气体用量为26170.5Nm3/h 转化为240℃工况下入磨热风风量为：44282.65m3/h 5.4.2.4 磨机系统热量收支平衡表

收入项 1.窑尾废气 2.粉磨产生热 3.系统漏风 4.循环风 5.湿物料 总计

KJ/h 13474635.65 2063306.7 197220.9 853943.42 3554421.03 20761967.99

表5-2 磨机系统热量收支平衡表 所占比例% 支出项

66.89 10.24 0.98 4.24 17.65 100

1.水分蒸发热量 2.加热物料 3.废气带走热 4.设备散热 5.杂损热量

总计

KJ/h 5119703.483 10785106.81 3557356.065 795240.515 504828.95 20762236.82

所占比例% 24.66 51.95 17.13 3.83 2.43 100

5.4.3 风管尺寸的计算

一般部分外循环磨机的风速为25—38m/s

a．设进风管道的风速为28m/s，则进风管有效内径为：

????Q废???????V?n???3600?4?0.5 D管 （5-14）

????44282.65? ???????3600?25?2??4?0.5?1.6 m

内衬50mm耐火混凝土浇铸料，故入磨风管内径为1.7m 实际风速?4?442822???3600?1.62?28.56m/s

b．设循环风管道的风速为5m/s，则循环风管有效内径为：

42

??Q废?????3600?V?n??4??????0.5 D管 （5-15）

其中，循环风量Q循环?2354733.171.301?90?20110.45 Nm3/h

m3/h

90℃转化为工况下即20110.45???Q废??π??3600?V?n?4?????0.5273?90273?26740.27

因此 D管 （5-16）

????26740.27? ???????3600?5?1??4?0.5?1.3m

内衬50mm耐火混凝土浇铸料，故循环风管内径为1.4m

实际风速?4?26740.27π?3600?1.42?4.83 m/s （5-17）

c．设1/4收尘风管道的风速为30m/s，则风管有效内径为：

??Q废??π??360?0?4????V?n?0.5 D14 （5-18）

???581978.2?6?? m ??1.3π??360?03?0?4?4?0.5其中，581978.26m3/h表示系统正常排风量，内衬50mm耐火混凝土浇铸料，故1/4

收尘风管道内径为1.4m。

实际风速?4?581978.264?π?3600?1.32?30.46 m/s （5-19）

d．设1/2收尘风管道的风速为35m/s，则风管有效内径为：

43

2500t/d特种水泥熟料生产线原料粉磨车间工艺设计

0.5 D1??Q废????? （5-20）

2?π?4?360?0?V??n??0.5

??581978.2???6?1.7 m ?π?4?360?03?5??2内衬50mm耐火混凝土浇铸料，故1/2收尘风管道内径为1.8m

实际风速?4?581978.262?π?3600?1.72?35.6 m/s e．设总进风管道的风速为25m/s，则风管有效内径为：

??0.5 D??Q?进?废? ?π?4?360?0?V??n??0.5 ???581978.2?

?6?2.8 m ?π?4?360?02?5??1内衬50mm耐火混凝土浇铸料，故总进风管道内径为2.9m

实际风速?4?581978.26π?3600?3.02?22.9 m/s f．设总出风管道的风速为20m/s，则风管有效内径为：

??0.5 D出??Q废??? ?π?4?360?0?V??n??0.5

???581978.2??6?3m ?π.2?4?360?02?0??1内衬50mm耐火混凝土浇铸料，故总出风管道内径为3.3m

44

（5-21）

（5-22）

（5-23）

5-24）

（

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