水泥粉磨车间设计说明书(课程设计)

课程设计说明书

题目: 水泥粉磨车间设计

院 系： 材料科学与工程学院 专业班级： 无机非金属材料工程08-2班 学 号： 2008300178 学生姓名： 夏 雪 宜 指导教师： 王 金 香

2012年 1 月 4日

安徽理工大学课程设计（论文）任务书

2011年 12 月12 日

安徽理工大学课程设计（论文）成绩评定表

目 录

摘 要 ............................................................... I 引 言 ............................................................... i 1.配料计算 ........................................................... 1

1.1 窑的生产能力标定 .................................................. 1 1.2 原、燃料的选择及确定原料配比 ..................................... 2 1.2.1 原料和燃料的选择 ................................................ 2 1.2.2 确定原料配比 .................................................... 3 1.3 率值计算 .......................................................... 4 2. 物料平衡计算 ...................................................... 6

2.1消耗定额计算 ....................................................... 6 2.1.1 原料消耗定额计算 ................................................ 6 2.1.2 石膏和混合材消耗定额计算 ........................................ 7 2.1.3 燃料消耗定额计算 ................................................ 7 2.1.4 熟料及水泥消耗定额 .............................................. 8 2.2 编制物料平衡表 .................................................... 8 3 .工艺流程选择设备选型 ............................................. 10

3.1 工艺流程选择 ..................................................... 10 3.2 主机选型 ........................................................ 10 3.3附属设备选型 ...................................................... 11

3.3.1选粉设备的选型 .............................................. 11 3.3.2辊压机的选型 ................................................ 13 3.3.3 除尘系统 .................................................... 14 3.3.4斗式提升机 .................................................. 16 3.3.5输送设备 .................................................... 16 3.4 设备明细表 ....................................................... 16 总结 ................................................................ 19 参考文献 ............................................................ 20 致谢 ................................................................ 21

摘 要

水泥熟料的粉磨是水泥生产的一个至关重要的环节，对水泥成品的质量起关键的影

响。设计的目的之一，就是在保证水泥产量和质量的前提下，减少成本，降低电力消耗，减少污染等。

本次设计的内容是年产95万吨矿渣水泥粉磨系统。在设备选用上，尽量选用国内设备以便维修保养方便。设计的内容具体为：

1.配料计算 2.物料平衡 3.主机选型

4.设计车间的工艺布局

在水泥粉磨环节，采用目前较为广泛使用的辊压机预粉磨系统，该粉磨系统系将物料先经辊压机辊压后送入后续球磨机粉磨成成品。该系统目前运用技术已日趋成熟，具有节能高效等特点，为大多数大型水泥厂家所接受。

关键词：配料 平衡 选型 设计 产量

引 言

1、水泥粉磨流程和设备发展情况

水泥粉磨是水泥工业生产中好点最多的一个工序。近年来，随着新型干法水泥生产的发展，为了提高粉磨效率，节约能源，提高经济效益，水泥粉磨设备在大型化 同时，也在不断地改进和发展，其发展情况是：

（1）在设备大型化的同时力求选用高效、节能型磨机。用于水泥粉磨的钢球磨机直径已达5m以上，电机功率达7000KW以上，台时产量达300t/h以上。丹麦史密斯公司开发了钢段节能的康碧丹磨。辊式磨也开始用于水泥粉磨。德国研制了新型节能粉磨设备---辊压机。

（2）采用高效选粉机。为了适应磨机大型化的要求，闭路流程的选粉设备也得到了较大发展。旋粉效率达74%的日本小野田重工业公司的旋风筒式的O-SEPA、丹麦史密斯公司SEPAX和美国斯特蒂文特公司的SD等高效选粉机相继出现。机械旋转式空气选粉机，目前其最大直径已达11m以上，选粉能力达300t/h以上。旋风式选粉机最大选粉能力已达500t/h。

（3）采用新型衬板，改善磨机部件及研磨件材质。目前水泥磨常用的衬板有压条式凸接衬板、达凸波形衬板、曲面环向阶梯衬板、锥面分级衬板、螺旋凸棱形分级衬板、角螺旋分级衬板、圆角方形衬板、环沟衬板、橡胶衬板、无螺旋衬板等。

在改善易磨部件及研磨体材质方面，日益广泛地采用各种合金钢材料，提高耐磨性能，降低磨耗率，提高部件及研磨体使用寿命。原来使用耐磨性低的普通钢材时，每吨水泥磨耗的衬板及研磨体达1000g之多，目前一般可降到100g以下。

（4）添加助磨剂，提高粉磨效率。助磨剂能够消除水泥粉磨时物料结块和消除物料黏糊研磨体及衬板的弊端，改善粉磨作用，有效地提高粉磨效率。常用的助磨剂有三乙醇胺、多缩乙二醇、等。一般从磨头加入，掺加量约为0.008%-0.08%。

（5）降低水泥温度，提高粉磨效率，改善水泥品质。在水泥粉磨作业中，为防止石膏脱水，降低水泥粉磨的温度，提高粉磨效率，改善水泥品质，除已广泛采用的磨体淋水，加强磨内通风等措施外，，近年来采用了向磨内喷水，在选粉机内通风和采用水泥冷却器对出磨水泥进行冷却等方法。

（6）实现操作自动化。目前，水泥粉磨已广泛采用电子定量喂料秤、自动化仪表及电子计算机控制生产，实现操作自动化，以进一步稳定磨机生产，提高生产效率。磨内作业主要利用电耳和提升机负荷、选粉机回料量等参数进行磨机的

负荷控制。对石膏掺加量等亦可用X荧光分析仪、电子计算机进行配料控制。

(7)采取其他技术措施

如降低入磨物料粒度，保证水泥成品的合理颗粒级配及根据产品标准选择适当的比表面积，改善配料，选择合理的熟料矿物组成，降低入磨物料水分等。 (8)开发粉状输送的新型设备

在广泛推广应用挤压粉磨的同时，在粉状物料输送方面，研发机械输送粉状的超高超重提升机、密封皮带机、新型空气斜槽等装备，代替气力输送粉体物料旧模式，力求水泥生产综合电耗的进一步降低。

2.水泥粉磨流程

水泥粉磨流程主要有下列两种类型： 开路流程：管磨、康碧丹磨。

闭路流程：一级管磨闭路、二级球磨闭路、辊式磨和辊压机等。

近年来，水泥粉磨趋向于闭路流程，特别是大型磨机更是如此。在闭路流程中，又趋向于球磨机、辊压机及高效选粉机不同组合的粉磨流程。其中，辊压机混合型粉磨系统是当今水泥行业最盛行的水泥粉磨系统。这种粉磨流程与传统球磨机相比，可节省水泥的单位电耗近30%，还能确保水泥质量。

1.配料计算

1.1 窑的生产能力标定

设计任务要求设计年产矿渣水泥95万吨，由于矿渣水泥中混合材掺量为20%到70%，设计中取30%，石膏掺量根据水泥中SO3含量确定。 根据水泥年产量计算水泥熟料年产量： Qy=[(100-d-e)/(100-p)]×Gy 式中：Qy——要求的熟料年产量（t/a）； Gy——工厂规模（t/a）；

p——水泥的生产损失（％），可取为1％～3％计算中取1%；

d——水泥中石膏的掺入量（％）（因石膏中含SO3为40%，若取水泥中SO3含量为1%时，石膏掺量为2.5%）； e——水泥中混合材的掺入量（％）；

Qy=(100-2.5-30)/(100-1) ×950000=647727.77(t)

根据水泥熟料年产量确定水泥熟料日产量：

Qy=365ηQd,对预分解窑年利用率为：85%≤η≤95%，在此取η=85% 则有：Qd=647727.77/365/0.85=2087.76(t)

选窑规格：φ4×60m ，Di=D-2r=4-0.15×2=3.7m,L=60m 根据以下公式计算窑产量：

Gd1 =0.37743Di(2.5185)L(0.51861)=85.1t/h(或2042t/d) Gd2=1.5564Di(3.0765)=87.1t/h(或2090t/d) Gd3=0.15362Vi(0.97422)=82.9t/h(或2013t/d)

Gd4=0.27250Di(2.6804)L(0.48912)=83.0T/h(或1992t/d) G平均=（G1+G2+G3+G4）/4=84.8t/h(或2035t/d) Gd1与平均值最接近

窑台数：n= Qy /（8760ΗGd1）= 647727.27/(8760×0.85×85.1)=1.02，标定此窑产量Qd=2500t/d 。

对于日产熟料2500t的窑，熟料小时产量产量:Qh=Qd/24=104.17(t/h),熟料年产量:Qy=365ηQd =365×0.85×2500=775625（t/y）；相对应的水泥小时产量:Gh=[(100-p)/(100-d-e)]×Qh=152.78(t/h), 水泥日产量：Gd= Gh=[(100-p)/(100-d-e)]×2500 =3666.67（t/d）,水泥年产量：Gy=

Gh=[(100-p)/(100-d-e)]×Qy=1137583.33（t/y）。

1.2 原、燃料的选择及确定原料配比 1.2.1 原料和燃料的选择

一、原燃材料资源：

1．石灰石：自备矿山，中硬，含水量1%。 2．粘土：自备矿山，含水量4%。 3．砂岩：自备矿山，含水量2%。 4．铁矿：外购，铁矿尾砂，含水量15%。 5．粉煤灰：外购，含水量0.5%。

6．矿渣（混合材）：外购，碱性矿渣，含水量15% 7．石膏：外购，SO3：40%；W：少量；块度<300毫米。

8．燃料：外购，烟煤或无烟煤，易磨性系数1.36，块度<80毫米。

二、烟煤及无烟煤的工业分析：

表1-1烟煤及无烟煤的工业分析

三、原料及煤灰的化学成分

表1-2 原料及煤灰的化学成分

对于回转窑由于煅烧熟料时要求火焰的长度比较长，因此燃料常选烟煤。考虑到节省土地和尽量利用废弃物的原则原料可以选石灰石、砂页岩、粉煤灰、铁粉四种，其中粉煤灰和砂页岩按一定比例混合等效于粘土。

1.2.2 确定原料配比

对于新型干法水泥生产工艺，水泥熟料率值大致为：KH=0.86-0.90,SM=2.2-2.6,IM=1.3-1.8。

根据《新型干法水泥厂工艺设计手册》确定KH=0.88+-0.22,SM=2.5+-0.1,IM=1.6+-0.1。熟料单位热耗确定为3100KJ/Kg熟料。

煤灰掺入量：GA=qAyS/ Qy×100=(3100×27.76%×100)/(21277.13×100)=4.04%，S为粉尘沉落度，有收尘设备时取100。

设W=97.5%

W(Fe2O3)=W/[(2.8KH+1)(IM+1)SM+2.65IM+1.35]=3.47% W(Al2O3)=IMW(Fe2O3)=5.55%

W(SiO2)=SM[W(Al2O3)+W (Fe2O3 )]=22.55% W(CaO)=W-[W(SiO2)+W(Al2O3)+W(Fe2O3)]=65.93%

表1-3 配料计算过程

石灰石：（127-0.8）/（127+1+3+9.5-1+0.5-0.8）×100%=84.85% 砂页岩：（9.5+0.5）/149.2×100%=6.70% 粉煤灰：（11-1）/149.2×100%=6.70% 铁矿石：3/148.2×100%=2.01%

1.3 率值计算

表1-4 熟料各成分计算过程

KH=Ca-1.65 Al2O3-0.35 Fe2O3=0.877 SM= SiO2/( Al2O3+ Fe2O3)=2.42 IM=Al2O3/ Fe2O3=1.56

2. 物料平衡计算

2.1消耗定额计算 2.1.1 原料消耗定额计算

考虑煤灰掺入量时，1t熟料的干生料理论消耗量:

KT=(100-s)/(100-I)

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（％）。 则有：KT=（100-4.04）/（100-35.4）=1.485（t/t熟料）；

考虑煤灰掺入量时，1t熟料的干生料消耗定额：

K生=100K干/（100-P生）

式中 K生——干生料消耗定额（t/t熟料）；

P生——生料的生产损失（％），一般1％～3％，计算时取1%。 则有：K生=（100×1.485）/（100-1）=1.5（t/t熟料）；

各种干原料消耗定额： K原=K生×X

式中 K原——某种干原料的消耗定额（t/t熟料）； X——干生料中该原料的配合比（％）。 则有：K

干石

= K

生

×84.59%=1.5×84.59%=1.269（t/t熟料）；K

干砂

=K

生

×6.70%=1.5×

6.70%=0.1005（t/t熟料）；K干粉= K生×6.70%=1.5×6.70%=0.1005（t/t熟料）；K干铁=K

生

×2.01%=1.5×2.01%=0.03051（t/t熟料）。 各物料的湿消耗定额：

K湿=100K干/(100-W0)

式中 K湿、K干——分别表示湿、干物料消耗定额（t/t熟料）； W0——该湿物料的天然水分（％）。

则有：K湿生=100K生/(100-W0)=100×1.5/（100-1.3148）=1.52（t/t熟料）[其中W生=（84.58×1+6.70×2+6.70×0.5+2.01×15）/100=1.3148%]；k1.269/（100-1）=1.282（t/t熟料）；K=0.1026（t/t熟料）；K

湿粉

湿砂

湿石

=100K

干石

/(100-W0)=100×

=100K

干砂

/(100-W0)=100×0.1005/（100-2）

=100K

干粉

/(100-W0)=100×0.1005/（100-0.5）=0.1010（t/t

熟料）；K湿铁=100K干铁/(100-W0)=100×0.03015/（100-15）=0.03547（t/t熟料）。

湿原料质量百分比：

石灰石：1.282/1.52×100%=84.34% 砂页岩：0.1026/1.52×100%=6.75% 粉煤灰：0.1010/1.52×100%=6.64% 铁矿石：0.03547/1.52×100%=2.33% 2.1.2 石膏和混合材消耗定额计算

干石膏消耗定额：

Kd=100d/[(100-d-e)(100-Pd)] 式中 Kd——干石膏消耗定额（t/t熟料）；

d，e——分别表示水泥中石膏、混合材掺入量（％）； Pd——干石膏的生产损失（％），可取1%。

则有：Kd=100×2.5/[(100-2.5-30)(100-1)]=0.03741（t/t熟料）；

湿石膏消耗定额：

K湿d=100Kd/(100-W0)=100×0.03741/(100-1)=0.03779（t/t熟料）(其中石膏

含水量取W石膏=1%)； 干混合材消耗定额：

Ke=100e/[(100-d-e)(100-Pe)] 式中 Ke——干石膏消耗定额（t/t熟料）；

d，e——分别表示水泥中石膏、混合材掺入量（％）； Pe——干石膏的生产损失（％），可取1%。

则有：Ke=100×30/[(100-2.5-30)(100-1)]=0.4489（t/t熟料）；

湿混合材消耗定额：

K湿e=100Ke/(100-W0)=100×0.4489/(100-15)=0.5281（t/t熟料）。

2.1.3 燃料消耗定额计算 烧成用干煤消耗定额： Kf=100q/[Q(100-PF)]

式中 Kf——烧成用干煤消耗定额（t/t熟料）； q——熟料烧成消耗（kJ/kg熟料）； Q——干煤低位热值（kJ/kg干煤）； PF——煤的生产损失（％），一般取1％,

其中Q=100（Qy+25Wy）/(100-Wy)=100×(21277.13+25×1.86)/(100-1.86)=21727.77

（KJ/Kg干煤）

Kf =(100×3100)/[21727.77×(100-1)]=0.1441（t/t熟料）

烧成用湿煤消耗定额：

Kf=100Kf/(100-W0)=(100×0.1441)/(100-1.86)=0.1468（t/t熟料）。 因为该生产流程采用预热烘干，所以不考虑烘干用煤的消耗。

2.1.4 熟料及水泥消耗定额

熟料的干消耗定额：K熟=1.000（t/t熟料），由于熟料中几乎不含水分，因此其湿消耗定额：K湿熟= K熟=1.000（t/t熟料）。

水泥的干消耗定额：K水泥=K熟+Kd+Ke=1.000+0.03741+0.4489=1.4863（t/t熟料）；水泥湿消耗定额：K湿水泥=K湿熟+K湿d+ K湿e=1.000+0.03779+0.5281=1.56589（t/t熟料）。

2.2 编制物料平衡表

根据前两节所求数据绘制出该生产线的物料平衡表如下：

安徽理工大学课程设计说明书

铁 矿 石

15%

1%

0.03015

0.03547

3.141

75.38

23385.09

3.695

88.68

27511.42

6.75% 粉煤灰 6.64% 铁矿石 2.33%

石 膏

1%

1%

0.03741

0.03779

3.897

93.53

29016.13

3.937

94.48

29310.87 热耗： 3100KJ/kg

混 合 材 生 料 熟 料 水 泥 烧 成 用 煤

15%

1%

0.4489

0.5281

46.76

1122.25

348178.06

55.01

1320.25

409607.56

1.315%

1%

1.5

1.52

156.26

3750

1163437.5

158.34

3800

1178950

-

0

1.000

1.000

104.17

2500

775625

--

--

--

-

1%

1.4863

1.56589

152.78

3666.67

1137583.33

--

--

--

1.86%

1%

0.1411

0.1468

15.01

360.25

111767.56

15.29

367

113861.75

9

3 .工艺流程选择设备选型

3.1 工艺流程选择

水泥粉磨流程主要有两种型式――开路流程和闭路流程。开路粉磨流程不设选粉机 主要特点：流程简单，投资少，操作维护简便，但物料易产生过粉碎现象，粉磨效率低，产量低。闭路粉磨流程设有选粉机，主要特点：可消除过粉碎现象，提高产量，但流程较复杂，设备多，投资大，操作维护管理相对复杂。近年来，水泥粉磨已趋于闭路流程，特别是大型磨机更是这样，在闭路流程中，又趋向于球磨机、辊压机及高效选粉机不同组合的粉磨流程。对于设计的日产熟料2500t的小型生产线，水泥粉磨流程可以选择设有高效选粉机而不设辊压机的简单闭路水泥粉磨流程，其流程图如下图示：

图3-1闭流水泥粉磨系统

3.2 主机选型 水泥磨的选型

确定粉磨车间的工作制度

⑴ 水泥粉磨车间采用三班制，每班工作8小时，每年工作300天。

⑵ 根据车间运作班制和主机运转小时数，确定主机的年利用率：

k1 k2 k3300 3 8

= = 0.82

87608760

k1——每年工作日数， k2——每日工作班数， k3 ——每班主机运转小时数。

⑶ 主机要求小时产量： GH=

Gy8760

=

900966

=125.42 t/h

8760 0.82

⑷ 设备的选型：

选用φ4.2×13m的水泥磨，该型号磨机技术性能见表3-2

3.3附属设备选型 3.3.1选粉设备的选型

闭路流程的干法生料磨，煤磨和水泥磨的分级设备采用选粉机，它主要有以下几种型式：通过式、离心式和高效选粉机。

本厂根据实际情况选用高效选粉机，具有80年代国际先进水平的新型高效选粉机主要有日本小野田工业公司的O-SEPA、丹麦史密斯公司的SEPAX和美国斯特蒂文公司SP测流式选粉机等。

采用高效选粉机可使磨机系统产量提高10-30%，本次设计采用O-SEPA选粉机，下面主要介绍O-SEPA选粉机的情况。

O-SEPA选粉机使目前广泛采用的选粉形式。该机主体是一个涡壳旋风筒，内设笼形转子，其外圈装一圈导向叶片，被选粉料从顶部喂入落到撒料盘上，靠离心力将物料抛撒。粗粉则受离心力作用而下落到下部选粉室，再经由下部吹入的三次风风选后，细分随风上升，而粗粉则落入锥形斗卸出。分级选粉有三股风：从磨内排出的气体为一次风（含尘），其它粉磨系统排出的气体为二次风（含尘），三次风（净）由下部吹入。一次风、二次风由上壳体两侧进风口引入机内，形成水平旋流分离场，将较细颗粒带入转子内抛出，然后细粉由收尘器收集为成品。

O-SEPA选粉机的主要优点：

⑴ 提高选粉效率，可达74%，使磨机产量增加大约22～24%、节能约8～20%。 ⑵ 成品粒径分布3～44μm的细料所占的百分比较高，水泥颗粒组成合理，有利提高水泥强度。

⑶ 借助变速驱动装置，易于调节产品细度。

⑷ 体积小，质量轻，只需传统式选粉机的1/2或1/6空间。减少基建投资。 根据磨机标定产量135t/h，对O-SEPA选粉机进行选型：

N =

1000G

60Cx

其中, N:按选分浓度计算的O-SEPA选粉机的规格,m3/min G：水泥磨标定的产量,t/h

Cx:O-SEPA选粉浓度，在0.75～0.85kg/m3，取Cx=0.75kg/m3

1000 135

3000m3/min

60 0.75 1000G(1 L)N2

60Ca

N1

其中，N2：按喂料浓度计算的O-SEPA选粉机的规格,m3/min L：O-SEPA选粉机的循环符合 Ca:最大喂料浓度，Ca=2.5kg/m3

选用N3000 O-SEPA选粉机，其规格性能如表3-3所示

表3-3选粉机规格性能

N2

1000 135 (1 200%)

2700m3/min

60 2.5

3.3.2辊压机的选型

辊压机属于料床粉磨，其挤压粉磨技术使粉磨技术上的重大变革，因增产、节能效果显著备受水泥界关注，主要由磨辊、主机架、进料装置、传动、液压以及安全保护等装置组成。辊压机是由两个速度相同、辊面平整做相对转动的辊子组成的。物料由辊子上部喂入，随着两个辊子运转物体被钳入，并在高压下挤压成强度低充满裂纹的扁料片，料片大部分由细分组成。辊压机粉磨时要求高压、稳定、满料。

⑴ 确定辊压机的循环负荷为150%，即出辊压机的粗粉回料量与进水泥磨的细粉量之比为1.5：1。则要求辊压机的小时处理量为：

Gh (1 L)G (1 150%) 135 337.5t/h

Gh：要求辊压机的小时处理量 G:标定的水泥磨产量，t/h L:辊压机的循环负荷 ⑵ 辊压机的确定

选用HFCG140-80辊压机，见表3-4

表3-4 辊压机规格性能

3.3.3 除尘系统

1、除尘设施

为了达到排放标准，且为了设备简单化，同时满足排放高效选粉机的高浓度的含尘气体，本次设计选用一级收尘系统，且选用气箱脉冲袋式收尘器。

2、除尘系统的计算

袋式除尘器的选型

⑴ 进入袋式除尘器风量

进入选粉机的一次风，二次风，三次风的风量比按4：4：2计算，其中磨尾进选粉机的风为一次风，则选粉机的风量

V选粉机

50115

125288Nm3/h0.4

考虑到抽风管漏风系数为1.1，则进入收尘器的总风量为

V选粉机 袋收尘 1.1V选粉机

273 80273 80 1.1 125288 178203m3/h273273

V袋收尘 1.1(V选粉机 V2 V3 V4) 1.1 (125288 1547 1269 1547) 142616Nm3/h

考虑到管道散热，气体进入袋式除尘器温度降至70℃，则进入袋式除尘器风量为

273 70

V袋=142616×=179184m3/h

273

⑵ 选粉机进入袋式除尘器的含尘浓度

C选粉i=0.833 kg/m

3

C选粉i 0.833kg/m3

273273 70

0.810kg/m3 810g/m3

273 80273

273 70

126g/m3

273

⑶ 斗式提升机、辊压机处收尘进入袋式除尘器的含尘浓度

Cii (25 25 50)g/Nm3

所以进入袋式除尘器的气体总含尘浓度为：

Co C选粉i Cii 810 126 936g/m3

根据以上情况，选用气箱式脉冲袋式收尘器，其规格和性能如表3-5所示

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