水泥课程设计1

1新型干法水泥生产的简述

1.1新型干法水泥生产的特点

新型干法水泥生产，就是以悬浮预热和预分解技术为核心，把现代科学技术和工业生产最新成就，例如：原料矿山计算机控制网络化开采，原料预均化，生料均化，挤压粉磨，新型耐热、耐磨、耐火、隔热材料以及IT技术等广泛应用于水泥生产全过程，使水泥生产具有高效、优质、节约资源、清洁生产、符合环境保护要求和大型化、自动化、科学管理特征的现代水泥生产方法。

新型干法水泥生产具有均化、节能、环保、自动控制、长期安全运转和科学管理六大保证体系，是当代高新技术在水泥工业的集成，其特征如下：

（1）生料制备全过程广泛采用现代化均化技术。使矿山开采—原料预均化—生料粉磨—生料均化过程，成为生料制备过程中完整的“均化链”。

（2）用悬浮预热及预分解技术改变传统回转窑内物料堆积态的预热和分解方法。 （3）采用高效多功能挤压粉磨技术和新型机械粉体输送装置。 （4）工艺装备大型化，使水泥工业向大型化方向发展。

（5）为“清洁生产”和广泛利用废渣、废料、再生燃料和降解有毒有害危险废弃物创造了有力条件。

（6）生产控制自动化。

（7）广泛采用新型耐热、耐磨、隔热、和配套耐火材料。 （8）应用IT技术，实行现代化科学管理等。

此外，许多学者认为是“均衡稳定”是新型干法水泥生产的重要特点。而水泥的生产过程中只有短暂的液相出现，更多的是固相反应。固态物料是最难实现均质稳定的形态，它需要从基本建设阶段直到生产阶段，在原燃料管理、操作控制、质量检验、设备维护、仪表自动化等每个环节都要满足均衡稳定的要求。

“均衡稳定”是新型干法水泥生产中最为重要的问题，是搞好新型干法水泥生产的关键所在。它不但关系到生产能否正常运行，也直接影响到产品质量、产量、消耗，生产的安全、成本、效益和环境保护工作。

“均衡稳定”是提高原料预均化效果的要求；是实现原料配料和烘干粉磨的必须；是保持预分解窑最佳热工制度的前提；是实现生产过程自动化的基础和目的；是提高收尘设备效率的需要；是降解利用二次燃料和废弃物的最佳条件。

1.2新型干法水泥生产的发展

（1）国际水泥技术的发展趋势 ??

近年来，代表当今水泥生产技术水平的新型干法生产技术和装备，具有单位容积产量高、热利用效率好、电耗低、污染小、劳动生产效率高、产品质量稳定、规模经济效益良好等特点，使工厂在生产规模和技术装备上大型化、生产工艺节能化、操作管理自动化、环境保护生态化等方面取得了很大的进步和发展。 ??

生产规模和技术装备大型化——新型干法技术的发展，使水泥生产装备的单机能力和性能的可靠性大大提高，而设备的大型化又是实现先进工艺技术的手段和途径。目前世界上已有日产10000～12000吨的水泥熟料生产线和600吨/小时以上的生料磨；大型的现代化水泥生产线和生产企业，大大提高了水泥生产效率，降低了生产成本。

生产工艺节能化——高效低压损预热器，理想流场的预分解炉，超短窑应用，四通道燃烧器，可控制流固定篦床式第四代篦冷机，中低温余热发电，无烟煤资源利用，立磨、??辊压机、辊筒磨终粉系统代替传统球磨，高效选粉机使用，机械输送取代气力输送??，变频调速代替风门开度等等，在水泥工业生产中推广与应用。 ??

操作管理自动化——计算机控制技术、高速通讯技术、图形动态显示技术的飞??速发展，为生产过程实现自动化操作管理提供了方便；DCS集散控制技术，QCS生料质量管理控制系统，ｒ－原料元素在线质量分析控制系统，回转窑模糊逻辑控制系统，磨机负荷控制系统，窑筒体温度检测系统等得到广泛应用；劳动定员大??大地减少。 ??

环保生态化——对水泥工业生产中产生的粉尘和有害气体的排放标准要求将更加严格，粉尘收集设备的效率可达到99.99％以上，排放量小于0.01％；而有害气体的排放标准在发展中国家要求小于100毫克／标准立方米，在发达国家已达到了50毫克／标准立方米以下。 ??

除此之外，在一些发达国家的水泥工业生产中，正在利用废料、垃圾作为燃料??、原料或混合材生产水泥，变废为宝，保护生态环境。 ??

（2）生料质量控制技术的最新进展 ??

最初水泥生产大多采用芬兰ＬＭＡ工程有限公司在70年代推出的Ｘ荧光分析法。但是由于Ｘ荧光穿透能力较差，只能测定表面物料反射的二次荧光，即只能对表面的物料进行成分分析。1984年美国GAMMA－METRICS公司推出γ射线在线元素分析仪??，并应用在水泥厂预均化堆场前用以控制石灰石的品位，指导矿山开采。迄今为止，美国GAMMA－

METRICS公司已售出50多台γ射线在线分析仪给水泥厂，近一半用于原料预均化堆场的质量控制，一半用于生料配料控制。由于它采用的是中子活化技术，被中子活化的原料的原子核将放出γ射线，而γ射线能穿透整个物料层，因此它是对物料流中全部的物料进行分析。 ?? ??

（3）粉磨技术的进展情况 ??

进入90年代以来，立磨及辊压机技术得到进一步发展。各制造商都在提高设备可靠性，提高耐磨衬板（衬套）的使用寿命，改进磨盘、送粉机及其它部件结构，提高粉磨效率，进一步降低电耗等方面做出了很大努力。 ??

由于生料配合原料的易磨性比熟料好的多，对机械性能要求不是很高，加之原料有烘干要求，立磨终粉磨技术在原料粉磨方面应用的更为广泛。 ??

对于水泥粉磨，国际上多采用辊压机预粉磨系统。为了和欧美的辊压机预粉磨系统相抗衡，日本川崎重工于1987年开发出立磨预粉磨系统并逐步得以完善。宇部兴产也相继开发立磨预粉磨系统。目前这项技术广泛用于日本和东南亚地区。在中国已用于江南——小野田和华新水泥厂。和辊压机相比，立磨用于熟料粉磨的主要优点在于要求的磨辊压力低，因而对轴承及磨损件的要求低，即采用同样的材质，立磨的设备可靠性、磨损件的寿命等优于辊压机。例如：立磨磨损件的寿命可达2万小时以上。同时立磨磨损件的更换及其方便。另外，立磨预粉磨系统简单，系统的运行可靠性较高。欧洲一些公司在一些工程中也采用立磨预粉磨系统粉磨熟料。 ??

立磨终粉磨系统已大量用于矿渣粉磨。在这方面，川崎重工、宇部兴产、POLYSIUS及莱歇公司有较大优势，它们都能够将矿渣粉磨至4000～6000平方厘米／克的比表面积。当粉磨至4000平方厘米／克时，系统电耗为33??～37千瓦小时／吨，磨耗最低可达4.7克／吨，磨损件寿命为10000～32400小时。 ??

目前最先进的粉磨设备当属法国FCB公司制造的HOROMILL（筒辊磨??），其特点是将球磨的作用和辊压机的优点融于一体，可大大提高粉磨效率。和辊压机预粉磨系统相比可节能25％。 ??

熟料冷却技术取得较大进展，第四代篦冷机被广泛采用。在提高冷却机热效率的同时，努力提高篦冷机的运行可靠性。

虽然我国的新型干法水泥技术已达到国际先进水平，但是我们应看到我国新型干法水泥技术在整个水泥生产中比例还很低，技术研发方面研发能力还不足，因此我国还应继续加大新型干法水泥技术发展。

2参数的确定

2.1熟料率值的确定

生产实践表明：预分解窑的优质高产，除了要有一个生料质量保障系统外，还要有一个适合其热工特性的配料方案。我国有不少预分解窑水泥厂仅通过“两高一中”配料方案，就获得了提高水泥产、质量和回转窑运转率的明显效果。

从表2-1可以看出：国内新型干法窑生产水泥熟料4大矿物组成与国外水泥近似，但KH、SM、IM三个率值都比国外水泥稍低一些，看来这是是造成RISO与RGB强度差距的重要因素，国内重点水泥企业的窑型包括湿法、干法和立波尔窑，虽有较大差别，但均属低硅、高铁配料方案。我国水泥配料方案的重要特征是低硅、高铁。这对提高硅酸盐矿物含量和活性是不利的。从提高水泥熟料强度考虑，应尽量提高硅酸盐矿物含量（≥73%）、提高早强矿物含量（9%～10%）、降低铁铝酸四钙含量（＜13%）。欧洲通用水泥标准ENV197-1-92对波特兰水泥熟料提出这样规定“波特兰水泥熟料是一种水硬性材料，其中至少2/3是硅酸钙，其余为Al2O3、Fe2O3和其他氧化物。CaO/SiO2重量比应不小于2.0”。ENV197-1-92标准特别强调了硅酸盐矿物在4大矿折中所占比例，在Al2O3和Fe2O3的关系中更重视Al2O3的作用。所以为提高水泥强度，适应新标准要求，回转窑企业改进配料方案，向高硅、低铁型转变和采用与此配料方案相适应的烧成技术尤为重要。

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

20.62

5.63

4.68

64.07

2～3

0.92

2.0

1.2

59

14

7

14

21.14

5.59

4.44

74.74

1.14

0.89

2.12 1.27

54

20

7

14

22.00

5.29

3.44

64.39

0.96

0.88

2.53 1.54

53

24

8

10

SiO2

AI2O3 Fe2O3

CaO

f-CaO

KH

SM

IM

C3S C2S

C3A

C4AF

21.22 4.80 3.01 64.13 0.92 0.90 2.73 1.61 57 20 8 10

考虑上述各种情况，结合目前率值的大致范围：KH=0.86～0.92, SM=2.1～2.6, IM=1.3～1.8 。确定本次设计的率值是：KH=0.93±0.02, SM=2.6±0.1, IM=1.75±0.1。 2.2熟料热耗的确定

水泥厂中影响熟料热耗的因素很多，国内系统热耗较高的主要原因是：结皮堵塞现象严重，还有设备故障比较频繁，从而导致窑的运转率不高。而国外水泥厂家通过采用低阻高效的多级预热系统，以及新型篦式冷却机和多通道喷煤管等先进工艺，降低了水泥生产的熟料热耗。

表2.2 国内部分预分解窑的熟料热耗

工厂名称 熟料热耗（kJ/kg）

冀东 3385

宁国 3323

柳州 3439

江西 3573

淮海 3650

新疆 3862

本溪 3366

燕山 3548

参照国内同类型窑熟料热耗的数据表2.2 ，并考虑到熟料硅率较高，故本设计熟料热耗确定为3350kJ/kg。

2.3熟料标号的确定

熟料标号是以其28天抗压强度值来划分等级的。生产42.5R级矿渣硅酸盐水泥,要求熟料标号大于42.5，但工厂不能等到28天强度结果出来后再决定混合材掺量、粉磨细度等生产控制指标。因此，迅速而准确地查知熟料强度情况，对生产厂无疑具有重要的实用价值。众所周知，水泥熟料是由SiO2 、Al203、Fe203、CaO等主要氧化物， 按一定比例化合而成的多矿物集合体。一般用C3S、C2S、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：

KH=

C3S?0.8838C2SC3S?1.3256C2S ①

SM=

C3S?1.3254C2S1.4341C3A?2.0464C4AF ②

IM=

1.1501C4AF+0.6383 ③

将式①×②×(③+1)整理，得：

L=1.25KH?n??p?1?=

C3SC4AF?0.8838C2SC4AF

=1.25?0.92?2.6??1.75?1?

?8.2

由上图得知熟料标号完全满足设计要求。 2.4矿渣、石膏加入量的确定 2.4.1石膏加入量的确定

适当加入石膏，是生产水泥的重要措施之一，这可保证在水泥硬化之前形成足够的钙矾石，有利于水泥强度的发展。矿渣硅酸盐水泥中的SO3含量一般波动在3%—4%。 由于所用石膏中SO3含量为43.77%，由公式43.77%3%?43.77%?d?4%，其中d为石膏加入量。取d为7%，符合矿渣硅酸盐水泥的指标。

2.4.2混合材加入量的确定

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，矿渣加入量在20%—70%内。综合考虑矿渣活性、熟料标号和水泥标号等问题，确定矿渣的加入量为45%。

3物料平衡的计算

3.1配料计算

3.1.1原料、燃料化学分析

1. 原料化学成分如表3.1

原料 石灰石 粘土 铁粉 煤灰 矿渣 石膏 Loss 39.58 5.43 2.45 14.94 SiO2 3.33 66.36 36.12 65.92 38.58 3.48 Al2O3 1.43 15.41 2.72 21.47 7.62 0.25 Fe2O3 0.69 7.11 54.03 3.90 1.25 0.14 CaO 51.30 2.34 0.72 2.66 43.46 34.88 MgO 1.21 2.72 1.43 6.08 0.76 SO3 43.77 W 2.00 10.00 8.00 6.00 20.00 2.00 表3.1原料化学成分 2．煤的工业分析如表3.2, 煤的元素分析如表3.3。

Fc.ar 46. 57

V.ar 23.32

A.ar 27.89

Mar 2.22

Qnet.ar 22727(kJ/kg)

表3.2煤的工业分析（%）

Car 57.90

Har 5.50

Oar 4.71

Nar 1.55

Sar 0.23

Aar 27.89

Mar 2.22

合计 100.00

表3.3煤的元素分析（%）

3.1.2配料计算

（1）确定熟料组成

已知熟料率值为：KH=0.93±0.02, SM=2.6±0.1, IM=1.75±0.1。

（2）计算煤灰加入量 由公式GA?qASQ?100yy?3350?27.89?10022727?100?4.11%

GA——熟料中煤灰掺入量（%）； q——单位熟料热耗（kJ/kg熟料）； y

Q——煤的应用基低位热值（kJ/kg煤）； Ay——煤的应用基灰分含量（%）； S——煤灰沉落率（%）； P——煤耗kJ/kg熟料）；

（3）计算干料配合比

经多次计算确定石灰为78%，粘土为7.3%，铁粉为1.5%,矿渣为13.2% 以此计算的生料的化学成分，如表3.4 名称 石灰石 粘土 铁粉 矿渣 生料 灼烧生料 配合比 78 7.3 1.5 13.2 100.00 Loss 39.58 5.43 2.45 31.31 SiO2 3.33 66.36 36.12 38.58 13.08 19.04 Al2O3 1.43 15.41 2.72 7.62 3.29 4.79 Fe2O3 0.69 7.11 54.03 1.25 2.03 2.95 CaO 51.30 2.34 0.72 43.46 45.93 66.87 MgO 1.21 2.72 6.08 1.94 2.92 表3.4生料的化学成分

因为煤灰掺入量GA =4.11%,所以灼烧生料配合比为100%-4.11%=95.89%。按此计算熟料的化学成分，如表3.5

名称 灼烧生料 煤灰 熟料 配合比 95.89 4.11 100.00 SiO2 18.26 2.71 20.97 Al2O3 4.59 0.88 5.47 Fe2O3 2.83 0.16 2.99 CaO 64.12 0.11 64.23 MgO 2.80 0.06 2.86 表3.5熟料的化学成分 则熟料的率值计算如下:

KH?64.23?1.65?5.47?0.35?2.992.8?20.97?0.92

SM?20.975.47?2.995.47IM??1.82

2.99?2.51

所得结果符合率值要求。

（4）计算熟料矿物组成如下:

C3S?3.8(3KH?2)SiO2?3.8(3?0.92?2)20.97?60.56%

C2S?8.60(1?KH)SiO2?8.60(1?0.92)20.97?14.43%

C3A?2.65(Al2O3?0.64Fe2O3)?2.65(5.47?0.64?2.99)?9.42% C4AF?3.04Fe2O3?3.04?2.99?9.09%

(5)计算是湿原料配合比

原料操作水分为：石灰石2%，粘土10%，铁粉8%，矿渣20%，则湿原料质量配合比为：

100?27.3湿粘土??8.1%

100?10湿铁粉?湿矿渣?1.5100?813.2?1.63% ?16.5%

湿石灰石?78?79.6%

100?20将上述质量比换算成百分比：

湿石灰石?79.679.6?8.1?1.63?16.5?75.24%

湿粘土?湿铁粉?湿矿渣?8.1105.81.63105.816.5105.8?7.66% ?1.54% ?15.6%

3.2物料平衡

3.2.1窑型的选择

参照国内外日产4000吨回转窑规格，以及考虑到当前回转窑发展趋势为短型窑L/D降至10左右，最终选定德国洪堡公司研制φ4.8×72型回转窑，其有效内径为Di=4.4m。

参照中国建材出版社出版的《水泥生产工艺计算手册》P168计算熟料台时产量如下：

G?0.682Di3.018L0.254

0.254 ?0.682?4.4t/h ?1773.018?72

G——熟料台时产量（t/h）； Di——有效内经（m）； L——回转窑窑长（m）；

标定台时产量为170吨，则年产量为4243吨。符合日产4000吨要求且以后产量仍有较大提升空间，故该窑满足要求。

3.2.2烧成车间生产能力及工厂生产能力的计算（按周平衡法计算） （1）窑的台数：

n?Qd24Qh,1?400024?170?0.98 （说明：见?水泥厂工艺设计概论?P38）

式中：n——窑台数；

Qd——要求熟料日产量（t/d）；

Qh,1——所选窑标定台时产量t/（台×h）； 24——每日小时数；

n=0.98故选一台。 （2）烧成系统生产能力

熟料小时产量 Qh?nQh,1?1?170t/h?170t/h 熟料日产量 Qd?24Qh?24?170t/h?4080t/d

Qh?168?170t/h?2856t0/w 熟料周产量 Qw?168（3）水泥生产能力 水泥小时产量 Gh?100?P100?d?eQh?100?3100?7?45?170?343.54t/h

5/d 熟料日产量 Qd?24Gh?24?343.54t/h?824t熟料周产量 Qw?168Gh?168?343.54t/h?5771t5/w

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（%）。

3.2.3原燃料消耗定额的计算

（1）干生料理论消耗量 KT?100?s100?I?100?4.11100?36.58?1.51t/t熟料

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（%）。 （2）考虑煤灰掺入时，1t熟料的干生料消耗定额： KT?100KT100?P生?100?1.15100?5?1.59t/t熟料

式中 Kt——干生料消耗定额（t/t熟料）；

P生——生料生产损失（%），由任务书的 P生=5% （3）各种原料消耗定额 K原=K生x

式中 K原——某种干生料消耗定额（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?1.59?78%?1.24t/t熟料 K粘土?K生x粘土?1.59?7.3%?0.12t/t熟料 K铁粉?K生x铁粉?1.59?1.5%?0.02t/t熟料 K矿渣?K生x矿渣?1.59?13.2%?0.21t/t熟料 （4）干石膏消耗定额

Kd?100?d(100?d?e)(100?Pd)?100?7(100?7?45)(100?3)?0.15kg/kg熟料

式中 Kd——干石膏消耗定额（kg/kg熟料）； Pd——石膏的生产损失（%）。 (5)干混合材消耗定额

Ke?100e(100?d?e)(100?Pd)?100?45(100?7?45)?1.02kg/kg熟料

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（%）。 （6）烧成用干煤消耗定额 K?100?qQgDwf1(100?Pf)?100?335022727?(100?3)?0.15kg/kg熟料

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%。

（7）烘干用干煤消耗定额

Kf2?M湿Q烧?W1?W2(100?W2)?q烘QgDw?100100-Pf

?4384828560?20?1100?1?100 ?22727100-34577 ?0.061

式中 Kf2——烘干用干煤消耗定额（kg/kg熟料）； M湿——需烘干的湿物料量（t/周）； Q烧烧成系统生产能力（t熟料/周）；

W1、W2——烘干前、后物料的含水量（%）；

q烘——蒸发一千克水分的耗热量（kJ/kg水分）。

（8）把各种物料换算成相应的湿物料量，然后画出物料平衡表如表3.6

生产损失（%） 2 5 3 3

1 石灰石 粘土 铁粉 矿渣 生料 石膏 混合材 熟料 水泥 烧成用煤 烘干用煤 燃煤合计 消耗定额 物料平衡表（t） 含水 （t/t熟料） 干 料 含天然水分料 量 小时 日 干料 含天然水小时 日 周 周 （%） 分料 3 4 5 6 7 8 9 10 11 2 1.24 1.27 210.8 5059.2 35414 215.9 5181.6 36271.2 10 0.12 0.133 20.4 489.6 3427.2 22.61 542.64 3798.5 8 0.02 0.002 3.4 81.6 571.2 3.74 89.76 628.32 20 0.21 0.26 35.7 856.8 5997.6 44.2 1060.8 7425.6 1.59 1.685 270.3 6487.2 45410 2 0.15 0.153 25.5 612 4284 26.0 624 4368 20 1.02 1.275 173.4 4161.6 29131 216.8 5203.2 36422.4 170 4080 28560 343.5 8245 57715 7.46 0.15 0.162 25.5 612 4284 27.54 660.96 4626.72 5.46 0.061 0.065 10.37 248.88 1742.2 10.97 263.25 1842.78 0.211 0.227 35.87 860.88 6026.2 38.51 924.21 6469.5 表3.6物料平衡表

4全厂工艺流程的确定、主机设备选型、储库堆场计算

4.1流程论述

4.1.1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：

（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。

现代大型水泥厂大多采用矩形预均化堆场，而且矩形堆场有利于工厂扩建，综合以上考虑，本设计采用矩形预均化堆场。 4.1.2石灰石、石膏、煤的破碎工艺

4.2主机设备选型、储库堆场计算

4.2.1各种主机小时产量

公式:GH=

GwH

(1)石灰石破碎机

预设石灰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?36271.272=503.77t/h

选用TKPC20.22A单转子锤式破碎机，台时产量为500～600t台?h，标定产量为530t台?h。

石灰石破碎机的台数：n?式中：n——主机台数；

GhGh,1

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?503.77530?0.95， 选1台。

GhnGh,1石灰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?(2)石膏破碎机

GhnGh,1H?H

503.771?530?72?68.4h

预设石膏破碎机周运转小时数 ： H=2×6×6=72小时 要求小时产量： GH=

436872?60.67t/h

选用PFC-1609反击式破碎机，台时产量为50～70t台?h，标定产量为65t台?h。 石膏破碎机的台数：n?式中：n——主机台数；

GhGh,1

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?60.6765?0.93,

选1台。

GhnGh,1石膏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?H

60.671?65?72?67.2h

（3）煤破碎机

预设煤破碎机周运转小时数： H=6×2×6=72小时 要求小时产量： GH=

6469.572=89.85t/h

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100t台?h。 煤破碎机的台数：n?GhGh,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?89.85100?0.9，选

1台。

GhnGh,1煤破碎机的每周实际运转小时数：H0?H

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?（4）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=

45410.4168GhnGh,1H?89.851?100?72?64.8h

=270.3t/h

选用MPS3150立磨，台时产量为150t台?h，标定产量为140t台?h。 生料磨的台数：n?GhGh,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?270.3140?1.93,

选2台。

GhnGh,1生料磨的每周实际运转小时数：H0?H

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?(5)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=

6469.5168GhnGh,1H?270.42?140?168?162.18h

=38.51t/h

选用MPS2250型煤磨，台时产量为52.5t台?h，标定产量为45t台?h。 煤磨的台数：n?GhGh,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?38.5145?0.86, 选1台。

GhnGh,1煤磨的每周实际运转小时数：H0?H

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?38.511?45?168?143.8h

(6)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=

57715168=343.54t/h

选用MLS4531立磨，台时产量360t台?h，标定产量为360t台?h。 水泥磨的台数：n?GhGh,1

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?343.54360?0.95,

选1台。

H水泥磨的每周实际运转小时数：H0?GhnGh,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?（7）水泥管磨

预设水泥磨周运转小时数 ： H=24×7=168小时 要求小时产量： GH=

57715168GhnGh,1H?343.541?360?168?159.6h

=343.54t/h

选用史密斯中卸式56×11.0+4.4型管磨，台时产量275～370t台?h，标定产量为360t台?h。 水泥磨的台数：n?GhGh,1

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?343.54360?0.95,

选1台。

水泥磨的每周实际运转小时数：H0?GhnGh,1H

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?（8）回转窑

预设回转窑周运转小时数 ： H=24×7=168小时 要求小时产量 ： GH=

28560168GhnGh,1H?343.541?360?168?159.6h

=170t/h

选用德国洪堡公司研制φ4.8×72型回转窑，台时产量为177t台?h，标定产量为170t台?h。 回转窑的台数：n?GhGh,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?170170?1, 选1台。

GhnGh,1回转窑的每周实际运转小时数：H0?H

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?1701?170?168?168h

（9）回转烘干机（烘干原料、烘干混合材各选一台） 预设运转小时数 ： H=24×7=168小时 要求小时产量 ： 烘干原料 GH= 烘干混合材 GH=

7425.616836422.4168=44.2t/h =216.8t/h

烘干原料回转烘干机:选用型号φ3.3×52，主减速机型号ZSY500-28，主电动

机型号ZSN4-315-082，挡轮形式：机械，支撑数：3个。台时产量为50t台?h，

标定产量为45t台?h。

烘干混合材回转烘干机:选用型号φ4.8×74，主减速机型号

JH710C-SW305-40，主电动机型号ZSN4-400-092，挡轮形式：机械，

支撑数：3个。台时产量为208t台?h，标定产量为220t台?h。

回转烘干机的台数：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。 烘干原料 n? 烘干混合材 n?44.245220?0.98， ?0.99GhGh,1

选1台，

216.8， 选1台。

GhH回转烘干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。

烘干原料 H0?44.21?45216.81?220nG

h,1?168?164.64

烘干混合材H0??168?166.3

（10）包装机

预设包装机周运转小时数 ： H=6×2×6=72小时 要求小时产量 ： GH=

57715?20r=160t/h

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?GhGh,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?16085?1.88,

选2台。

包装机的每周实际运转小时数：H0?GhnGh,1H

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?1602?85?72?67.68h

4.2.2主机平衡表

表4.1 主机平衡表

主机型号 规 格 TKPC20.22A单转子锤式破

碎机 PFC-1609反击式破碎机 TKPC14.12单转子锤式破碎

机 MPS3150立磨 MPS2250型煤

磨

MLS4531立磨 史密斯中卸56×11.0+4.4式

型管磨 德国洪堡公司研制φ4.8×72型回转窑

原料用回转烘干机 混合材用回转烘干机 包装机

φ3.3×52 φ4.8×74 冀东回转式6嘴包装机

50 208 85

1 1 2

44.2 216.8 160

45 220 85

164.64 166.3 67.68

360

1

343.54

360

159.6

主机台数

（t台?h） （台） 主机产量

要求主机小时产量 （th）

每周实际运

量（t台?h） 转小时数 主机标定产

主机名称

石灰石破碎

机 石膏破碎机

500～600 1 503.77 530 68.4

50～70 1 60.67 65 67.2

煤破碎机 生料磨 煤磨

80～130 150 52.5 360

1 2 1 1

89.85 270.3 38.51 343.54

100 140 45 360

64.8 162.18 143.8 159.6

水泥磨

回转窑 177 1 170 170 168

4.2.3全厂堆场、储库计算 4.2.3.1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 粘土 煤 混合材 铁粉

大、中型水泥厂 小型水泥厂

5

10 10 10 30

15 7 10 10 20

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

（1)石灰石预均化堆场

石灰石日消耗量：G1=5181.6t/d 预设储存期为：7d

需要储存石灰石量：G2=5181.6×7=36271.2t

堆场选择： 参照冀东预均化堆场，采用棚式人字型350-400层，36mW×142.5 mL×12.6mH×2堆，单位料堆42600t。

需要料堆个数： 38102.4/42600=0.89，考虑生产的连续性，选2堆。 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 =42600×2/5181.6=16.4d (2)煤预均化堆场

煤日消耗量：G1=924.21t/d 预设储存期为：10d

需要储存煤量：G2=924.21×10=9242.1t

堆场选择： 参照冀东预均化堆场，采用室内人字型10000t×1座，30mW×88.5 mL×10.5mH×2堆。

需要料堆个数：9242.1/10000=0.92，考虑生产的连续性，选2堆。 煤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 =10000×2/924.21=21.6d （3）石膏露天堆场

日消耗石膏量：G1=624t/d. 预设石膏的储存期：30d，

石膏在露天堆场的储存量：Q=624×30=18720t

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石膏=1.4， α石膏=39度

4??2Q??Hctg??B?Hctg??3?? L=

H??B?Hctg??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??Hctg??B?Hctg??3??L=

H??B?Hctg??4??218720?1.4?7?ctg39??30??7?ctg39??3?? =

7?1.4??30?7?ctg39?? =96m 取L=100m，则

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

3?? =100?7?1.4??30?7?ctg39???1.4?72?ctg39???30???4??7?ctg39?? 3? =19399.5t

石膏露天堆场的实际储存期=

19399.5624?31.1d

堆场规格：30mW?100mL?7mH

（4）矿渣露天堆场

日消耗矿渣量：G1=6264t/d 预设矿渣的储存期：10d

矿渣在露天堆场的储存量：Q=6264×10=62640t

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矿渣=0.62， α矿渣=40度

4??2Q??Hctg??B?Hctg??3?? L=

H??B?Hctg??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=50m，H=7m，则料堆的底边长度：

4??2Q??Hctg??B?Hctg??3??L=

H??B?Hctg??4??262640?0.62?7?ctg40??50??7?ctg40??3?? =

7?0.62??50?7?ctg40?? =348m 取L=350m，则

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

3?? =350?7?0.62??50?7?ctg40???0.62?72?ctg40???50???4??7?ctg40?? 3? =61872t

矿渣露天堆场的实际储存期=

618726264?9.9d

堆场规格：50mW?350mL?7mH

（5）铁粉堆棚

日消耗铁粉量：G1=89.76t/d. 预设铁粉的储存期：30d，

铁粉在堆棚的储存量：Q=89.76×30=2692.8t

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铁粉=1.4， α铁粉=35度

4??2Q??Hctg??B?Hctg??3??L=

H??B?Hctg??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=25m，H=7m，则料堆的底边长度：

4??2Q??Hctg??B?Hctg??3?? L=

H??B?Hctg??4??22692.8?1.5?7?ctg35??25??7?ctg35??3?? =

7?1.5??25?7?ctg35?? =24.9m 取L=30m，则

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

3?? =30?7?1.5??25?7?ctg35???1.5?72?ctg35???25???4??7?ctg35?? 3? =3500.9t

铁粉露天堆棚的实际储存期=

3500.989.76?39d

堆场规格：30mW?25mL?7mH

(6)粘土堆棚

日消耗粘土量：G1=542.64t/d. 预设粘土的储存期：10d， 粘土的储存量：Q=542.64×10=5426.4t

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粘土=2.0， α粘土=25度

4??2Q??Hctg??B?Hctg??3??H??B?Hctg??L=

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??Hctg??B?Hctg??3??H??B?Hctg??

L=

=

4??25426.4?2?7?ctg25??30??7?ctg25??3??7?2??30?7?ctg25??

=34.1m

取L=35m，则

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

3?? =35?7?2??30?7?ctg25???2?72?ctg25???30???4??7?ctg25??3?

=5896.6t

石膏露天堆场的实际储存期=

5896.6542.64?10.8d

堆场规格：30mW?35mL?7mH

（7）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=924.21t/d. 预设煤的储存期：10d， 煤的储存量：Q=924.21×10=9242.1t

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煤=0.9，α煤=27度

4??2Q??Hctg??B?Hctg??3??L=

H??B?Hctg??4??29242.1?0.9?7?ctg27???30??7?ctg27??3??=

7?0.9??30?7?ctg27??=100.08m 取L=110m，则

Q=LH??B?Hctg????H2ctg??B???4?Hctg?? 3?=110?7?0.9??30?7?ctg27???0.9?72?ctg27????30??4??7?ctg27??3?

=10268.3t 煤的实际储存期 ?10268.3924.21煤堆场规格：30mW?110mL?7mH?11.1d

4.2.3.2圆形储库计算

库型均采用底部带减压仓的园库?18?43 库容量10000t （1）生料库

日消耗量：G1=6487.2t/d 预设储存期为：2d

需要储存生料量：G2=6487.2×2=12974.4t

选型： 参照冀东生料库规格，采用混凝土侧卸式带混合室，φ18×47m型生料均 化库，单个储库储量10000t。

需储库个数：12974.4/10000=1.3，考虑生产的连续性，选2个。 生料库实际储存期：

=生料库储量（=单个库储量×库个数）/日消耗某原料量

=10000×2/6487.2=3.1d (2)熟料库

日消耗量：G1=4080t/d 预设储存期为：5d

需要储存粉煤灰量：G2=4080×5=20400t

选型： 参照冀东生料库规格，采用锥顶圆库，φ20×30m，单个熟料库容量为12400t。

熟料库的个数：20400/12400=1.65，考虑生产的连续性，选2个。 熟料库实际储存期：

=熟料库储量（=单个库储量×库个数）/日消耗某原料量 =12400×2/4080=6.1d （3）水泥库

日消耗量：G1=8245t/d 预设储存期为：7d

需要储存粉煤灰量：G2=8245×7=57715t

选型： 参照冀东生料库规格，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：57715/10000=5.77，考虑生产的连续性，选6个。 水泥库实际储存期：

=水泥库储量（=单个库储量×库个数）/日消耗某原料量 =10000×6/8245=7.3d （4）煤库

日消耗量：G1=924.21t/d 预设储存期为：10d

需要储存煤量：G2=924.21×10=9242.1t

选型： 参照冀东生料库规格，采用底部带减压仓的圆库，φ18×43m，单个煤库容量为10000t。

需要煤库个数：n=9242.1/10000=0.92，选1个。 煤实际储存期=10000/924.21=10.8d （5）矿渣库

日消耗量：G1=5203.2t/d 预设储存期为：15d

需要储存量：G2=5203.2×15=78048t

选型： 参照冀东生料库规格，采用底部带减压仓的圆库，φ60×30m，单个矿渣库容量为112000t。

需要煤库个数：n=78048/112000=0.7，选1个。 煤实际储存期=112000/5203.2=21.5d 4.2.3.3储库一览表

表4.3 储库一览表

储库名称 规格 数库容量 预设储存期（d） 7 10 30 10 30 10 10 预设储存期实际储存期（d） 16.4 21.6 31.1 9.9 39 10.8 11.1 实际储存期量 单个（t） 总共（t） 1 1 1 1 1 1 1 数42600 10000 19399.5 61872 3500.9 5896.6 10268.3 85200 20000 19399.5 61872 3500.9 5896.6 10268.3 石灰石预均化堆场 煤预均化堆场 石膏露天堆场 矿渣露天堆场 铁粉堆棚 粘土堆棚 煤露天堆场 圆库名称 棚式人字型350-400层，36mW×142.5 mL×12.6mH×2堆 室内人字型10000t×1座，30mW×88.5 mL×10.5mH×2堆 30mW?100mL?7mH 50mW?350mL?7mH 30mW?35mL?7mH 30mW?110mL?7mH 规格 库容量 量 单个（t） 总共（t） （d） 生料库 熟料库 水泥库 （d） 3.1 6.1 13.1 底部带减压仓的园库?18?43 2 10000 124000 10000 20000 124000 60000 2 5 12 锥顶圆库，φ20×30m 1 底部带减压仓的园库?18?43 6 底部带减压仓的园库?18?43 1 煤库 矿渣库 10000 112000 10000 112000 10 15 10.8 21.5 底部带减压仓的圆库，φ60×30m 1 4.3全厂工艺流程方块图

4.4全厂的质量控制点及控制指标

表4.4水泥厂全场质量控制点及控制指标

质量控制点 取样频率 1h 实验频率 4h 8h 白班 4h 2h 每堆／批 每班 1h 每堆／铁矿石：堆场 批 煤：堆棚 煤：入磨 煤：煤粉仓下 每堆／批 每班 1h 每堆／批 1h 8h 月组合 每堆／批 每班 4h 8h 24h 每堆／批 月组合 每堆／批 每班 2h 4h 每堆／批 月组合 Lh 2h 检验项目 水分 CaO／MgO 粒度 水分 CaO／MgO 全分析 全分析 水分 水分 SiO2，A12O3，Fe2O3 全分析 Fe2O3 全分析 工业分析 全硫 煤灰全分析 水分 细度(0．08mm) 水分 工业分析 SO3 全分析 细度(0．08mm) CaO／Fe2O3 水分 指标 <3％ >48％／<3％ <25ram <3％ >48％／<3％ 满足指标 20％ <20％ SiO2±2％ >40％ QDw>26MJ／kg <1．2％ <10％ (5士2)％ <2％ (A土2)％ >40％ (8士2)％ 指标士0.3％／0.2％ 合格率 100％ 100％ >80％ 100％ 100％ >80％ >80％ 100％ 100％ 100％ >80％ 100％ >80％ 100％ >85％ >70％ >90％ 石灰石 石灰石：均化磨出口 黏土：堆棚 黏土：烘干机入口 黏土：烘干机出口 石膏：堆场 生料：出磨

8h 细度 全分析 <1％ <1．4％ 士0.3％／士0.2％ <1％ (8土2)％ <1.4％ 指标 >85％ 1325±75 <1.5％ LSF±2％ SM±0.1 IM±0.1 达国标 指标 100％ 1h 生料：出库 1h 4h 4h 24h 质量控制点 生料：入窑 取样频率 4h 实验频率 4h 1h 2h 24h 24h 质量控制点 取样频率 每堆／批 实验频率 CaO／Fe2O3 水分 细度(0.08mm) 细度(0.02mm) 全分析 检验项目 分解率 升重(g／L) f-CaO 全分析 (加做22：00一6：00) 全套物检 检验项目 水分 全分析 特性实验 细度(0.08mm) 勃氏比表面积／(m2／k) >80％ 100％ >90％ 100％ 合格率 >90％ >85％ >85％ >70％ >75％ >75％ 100％ 合格率 100％ 100％ 100％ >85％ >85％ >80％ >90％ 100％ 100％ 100％ 熟料：输送机 1h 混合材：堆棚 每堆／批 >2．0％ 水泥：出磨 1h 1h 2h 4h 8 h 24h 指标土1％ >300 (2.2±0.3)％ <4.0％ 达国标 达国标 达国标 SO3 烧失量 氧化镁 混合材掺量 物化检验

5结论

6谢辞

7参考文献

[1] 沈威主编，水泥工艺学 武汉：武汉工业大学出版社，1991 [2] 刘述祖编，水泥工业热工基础 武汉：武汉工业出版社，1993 [3] 金容容主编，水泥厂工艺概论 武汉：武汉工业大学出版社，1993 [4] 张庆今主编，硅酸盐工业机械及设备 广州：华南理工大学出版社，1992 [5] 严生、常捷、程麟主编，新型干法水泥厂工艺设计手册 北京：中国建材工业出版社，2007

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