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日产5000吨熟料水泥厂设计

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日产5000吨熟料水泥厂设计

1目录摘要.....................................................................................................4ABSTRACT.........................................................................................5第一章绪论........................................................................................61.1总体设计[1]..........................................................................71.2工艺设计的指导思想与原则.....................................81.2.1指导思想............................................................................................................81.2.2设计原则[2].........................................................................................................91.2.3进行车间工艺布置时应注意的问题[2].....................................................101.3厂址选择[2]..................................................................101.3.1影响厂址选择的主要因素[2].....................................................................101.4原燃材料分析.............................................................12第二章工艺计算..............................................................................122.1.配料计算........................................................................132.1.1.设计内容.........................................................................................................132.1.2原始数据......................................................................................................132.1.3计算步骤.....................................................................................................142.2物料平衡........................................................................192.2.1物料平衡计算的目的.....................................................................................192.2.2烧成车间生产能力和工厂能力的计算.....................................................202.3.主机平衡..........................................................................2522.3.1石灰石破碎机选型.........................................................................................262.3.2生料磨选型.....................................................................................................262.3.3窑外分解窑选型..........................................................................................282.3.4煤磨选型.........................................................................................................292.3.5水泥磨机选型.................................................................................................302.3.6石膏、沸石破碎的选型................................................................................312.3.7包装机选型.....................................................................................................322.4储库平衡[9][10]....................................................................332.4.1石灰石预均化堆场.........................................................................................342.4.2铁粉、碎煤库采用联合堆棚........................................................................352.4.3石膏库...........................................................................................................352.4.4粉煤灰库.......................................................................................................352.4.5生料库..............................................................................................................362.4.6熟料库...........................................................................................................362.4.7水泥库..............................................................................................................362.4.8水泥包装袋库.................................................................................................362.4.9成品库..............................................................................................................37第三章重点车间烧成窑尾.........................................................403.1.熟料烧成窑尾系统及其主机设备选型.......................403.2主要数据计算.................................................................413.2.1生料料耗.........................................................................................................413.2.2预热器飞灰量.................................................................................................413.2.3出收尘器飞灰量............................................................................................413.2.4收尘器的收下灰量........................................................................................413.2.5实际料耗.........................................................................................................413.2.6预热器喂料量.................................................................................................423.2.7气体量计算.....................................................................................................423.2.8窑尾排出废气量............................................................................................4333.2.9三次风管抽风量............................................................................................433.2.10分解炉内废气量..........................................................................................443.2.11五级预热器废气量......................................................................................443.2.12四级预热器废气量......................................................................................453.2.13三级预热器废气量......................................................................................453.2.14二级预热器废气量......................................................................................453.2.15一级预热器废气量......................................................................................463.2.16入高温风机废气量......................................................................................463.4.确定预热器型号...........................................................483.3.生产质量控制网.............................................................53本次设计评述与展望........................................................................54致谢...................................................................................................55参考书目.............................................................................................56附录一.............................................................................................574日产5000吨熟料水泥厂设计重点车间烧成窑尾摘要5本次毕业设计的题目是设计一条日产5000吨水泥熟料的新型干法水泥生产线。该生产线年运转310天,水泥品种是PO.32.5,PO.42.5水泥。本次设计的主要内容包括1.厂址选择和配料计算。2.生产过程和主机选型。3.计算和确定带悬浮预热器的新型回转窑和悬浮预热器的型号及规格,以及窑尾气体平衡得计算,同时还编写了全厂工艺流程概述、全厂质量控制表和本次毕业设计的评述及展望等。4.最后设计了整个水泥厂的工艺布局。在本次设计中,还采用了一些新的工艺技术,例如高效率立式磨和高效选粉机等。本次设计采用了利用窑尾热废气预热生料和粉煤灰的有效方法来降低系统热耗。把篦冷机出来的多余热气体作为热源来烘干粉煤灰。本次设计所有的工艺设备都能有效地降低系统热耗。关键词5000t/d熟料生产线设计新型干法水泥ABSTRACTThetitleofthegraduatingdesignistoconstructacementplantwith5000tonsperdayproductionlinethemainproductionis32.5P.Oand42.5P.O.Themaincontentofthisdesignis1.Selectionofratiosandthecalculatingandofrawmixes.2.Manufacturingprocessandselectionofthemainmachines.63.Thephasesofthisdesignistocalculateanddesignpreheatedandpre-claimerandalsothebalancingofthemainmachinesAtthesametime,Icomposethesummarizationoftechnologyflowforwhatfactoryandqualitycontrolofthewholefactoryandprospectsofthedesignprojectforgraduation,etc.。4.Thelaststepofthedesignisthelayoutofthewholeplant.Inthedesign,somenewtechnologiesandtechniquesareintroducedsuchasverticalspindlemollandhighefficiencyclassifiersandacts.Toreducethetotalenergyconsumptionanaffectionisusedtoreusethekilnexhaustedgasestopreheatrawmaterialsandcoals.Thelowtemperatureexhaustedgasesfromthecoolerisalsousedasthermalsourcesofthedriertodrypuzzling,Allthesetechniquesareeffectivetoreducethetotalthermalconsumption.KEYWORDSDesignon5000tonsperdayproductionlinedryCement第一章绪论7水泥是国民经济的基础原材料,水泥工业与经济建设密切相关,在未来相当长的时期内,水泥仍将是人类社会的主要建筑材料。改革开放以来,我国水泥工业得到较快的发展,整体素质明显提高,产量已多年居世界第一位。党的十七大提出了建设和谐社会的宏伟目标,提出了节能减排的要求,积极倡导大水泥吸收小水泥的政策,以达到“十一五”规划中要求的“十一五”末万元产值能耗下降20的目标。这对新型干法水泥的发展提供了机遇也提出了挑战。本设计为新型干法5000t/d熟料水泥厂设计重点车间烧成窑尾,烧成系统采用预分解窑。鉴于毕业设计是学生完成所有理论课和实验实习课程后的一个教学环节,是从事技术工作的一次技术演习。本人在设计过程中参考了水泥专业刊物上近几年来提出的新的设计理论和计算方法,突出了毕业设计的先进性和研究性特点。由于本人知识结构和实际生产经验有限,在设计中难免有错误和欠缺之处,恳请各位老师同学批评指正。1.1总体设计[1]任何工艺都有其特点,这些特点必然会贯穿在工大厂设计之中。水泥工业及水泥工厂设计的特点可概括如下1、水泥工业需用大量矿物原料如石灰石)等,因此水泥厂大都自行开采矿山,并靠近矿源建厂。2、产品(水泥).燃料煤等物料运输量大,且价格低,因此必然有良好的交通条件。3、水泥工业能耗较大,燃料消耗和电耗较多。因此,在水泥厂设计中要注意确保能源供应,并充分重视节约能源的问题。4、水泥厂采用的主机多属重型设备,重量大,建构筑物荷重也大。因此,一般要求在工程地质条件良好的场地建厂。85、水泥厂设备种类多,布置复杂。因此,工艺布置应同土建设计紧密结合。6、水泥厂用水量大,且用水无卫生要求。因此,一般水泥厂多建在远离城市的地方,且自备水源。7、水泥厂存在粉尘和噪音两大污染。因此,设计时必须加强收尘.除尘措施,尽量搞好厂区绿化。8、从发展来看,水泥工业的发展逐渐向大型化和自动化。因此在设计时,应尽量采用新技术、新方案,并要重点考虑节约能源。从水泥厂的整个设计来说,工艺专业是主体,它的主要任务是确定工艺流程,进行工艺设备的选型和布置。但工厂设计是各专业共同完成的一个整体。因此,工艺设计与其它专业的设计有着密切的联系,特别是工艺布置和其土建的关系更密切。生产设备的布置直接影响到建筑物的结构型式和尺寸。因此,工艺人员只有与其他人员相互配合,共同研究,才能产生较好的设计方案。1.2工艺设计的指导思想与原则1.2.1指导思想1、贯彻“生产可靠、技术先进、节省投资、提高效益”的设计指导方针。以生产可靠为前提,尽可能采用先进的生产工艺和技术方案,以降低产品成本,取得较好的经济效益。2、充分挖掘和利用现有生产设施的潜力,以进一步发挥投资效益。3、汲取相类似项目的经验和教训,确保实现“低投资、低成本、高可靠性、高效益”的目标。94、选用国内成熟、可靠、先进的技术和设备,除一些国内制造提条件尚不成熟的关键设备,其余设备均采用国产,或引进技术、国内制造的产品。5、重视节能,采用节能工艺过程和国家推荐的节能机电设备,以降低产品成本。6、在满足生产要求的前提下,以及充分考虑当地气象条件,通过设备露天化布置,优化建筑结构设计等措施,降低土建工程造价。7、采用先进、可靠的DCS集散计算机控制系统,以达到高效、节能、稳定生产、优化控制的目的。并最大程度地减少操作岗位定员,以降低成本。8、贯彻执行国家和地区对环保、劳动安全、工业卫生、计量、消防等方面的有关现行规定和标准。1.2.2设计原则[2]在新型干法水泥厂的设计中,建立采用先进技术,超前控制和连续生产的设计新概念,用技术创新来改造生产工艺,提高产品质量,降低投资,降低成本,利用三废,追求工厂建成后的最大经济效益。进行工厂总体布置设计时应注意1、应充分利用地形,适当选择标高,减少土石方工程量,长形车间注意顺着等高线布置,如地形变化大,应按生产流程利用地形来分段布置2、注意粉尘流向,扬尘点设在水泥厂的下风向,避免对其它车间发生影响。3、生产流程顺畅,避免物料倒流。4、各车间应设在有利于生产的适当位置,相关建构物应尽可能相邻或者接近。如原料车间应接近矿山来料的方向,水泥库包装车间,材料库最好设计在进厂的铁路专用线附近,压缩空气机.变电所及配电所最好在负荷的中心,修理车间.材料库及车间办公室应设在与各车间联系方便的位置。105、较大荷重的建构筑物,如水泥库、生料库、熟料库及大型设备基础等,在满足生产要求的前提下,尽量选择在工程和地质条件较好的地方。6、工厂布置要求集中紧凑,运输简捷方便,避免平面交叉。但也要注意防火.采光.通风的要求,在节约的原则下,适当地顾全工厂的整齐.美观。7、尽量考虑本车间的发展余地,相邻两车间应向外侧发展,水泥库的发展应留在铁路的尽头方向,以减少扩建时对生产的影响。1.2.3进行车间工艺布置时应注意的问题[2]1、保证生产需要,例如磨头仓有适当的高低大小,回转窑应有一定的斜度,设备操作开关和指示控制仪表应邻近操作岗位。2、便于检修,车间位置应有足够的检修面积和起重设备。3、安全措施,车间应有足够宽度的走道,安全平台和通道,并设置防爆阀和安全罩。4、便于施工,车间设计应考虑施工条件,考虑扩建。5、下雨作业,车间应考虑到防雨措施及设备在下雨天的工作情况。6、注意节约,尽量避免浪费。1.3厂址选择[2]工业企业及其所属工人村场地选择是工厂建设的重要环节。厂址选择的合理与否,将直接影响工厂建设的投资.建设进度,同时也将长期影响工厂投产后的生产.管理和工厂今后的发展。因此,新建项目根据生产建筑要求,进行经济技术比较,抓住主要条件,认真做好厂址选择的工作。1.3.1影响厂址选择的主要因素[2]1、厂址要靠近主要原料基地。生产水泥的主要原料是石灰石和粘土(本设计中不采用粘土),故水泥厂应靠近石灰石矿山,以缩短石灰石运输距离,方便采用经济可靠的运输方式,以节约投资和运输费用。但应注意厂区和住宅区不得建在有用矿藏上或处于爆破危险范围内。112、厂址有良好的交通条件。水泥生产因物料吞吐量很大,故大中型水泥厂应力求靠近铁路线,小型水泥厂靠近公路线,也应考虑敷设专用的有利地形,避免架桥和开通隧道。3、厂址尽量靠近水源。水泥厂是耗水量较大的企业,水源必须充足,水泥质量合格,保证不间断供水。4、厂址尽量靠近电源。水泥厂是耗电量很大的企业,故厂址最好靠近电力网,并有方便的供电条件和措施,以保证供电和减少输电线路的投资。5、厂址应有足够的建厂场地,但必须坚持贯彻国家节约用地方针政策,不占良田,少占良田,尽可能利用荒山野地。厂区应考虑有发展的可能,但不应过早占地。在工厂及矿山基建时,土石方的排除不得有害于农业,相反,应尽可能采取结合施工造田造地措施以支援农业。6、厂址地形。厂址地形最好宽阔平坦,并稍带倾斜,以利简化工厂的竖向布置与减少平整场的土石方量,并利于排水。矿山、厂区和住宅区应尽可能布置在铁路.公路.河流的同一侧。7、工程地质条件。应有良好的工程地质条件,土壤深度在地下1.5~2m处的耐力最好在于200kpa以上,厂址下面要避免有用矿藏,没有活断层,并应尽量避免死断层,溶洞,滑坡等.8、厂址应有良好的水文地质条件.地下水位在地表以下5m为好,且厂址不应处在水库、堤坝附近的下游.并应注意地下水位对建厂的影响.若厂址有淹没的可能时,要考虑防洪措施.9、厂址的选择必须考虑工厂的雨水、污排出厂外的方便条件,并遵守环境保护卫生规范10、选择厂址是必须确定该地区的地震烈度.一般6度以下地区可不考虑防震措施,6度以上地区要考虑设防震措施,9度以上地区不宜建厂.11、厂址选择中.必须落实大件设备的运输问题.12、合理确定工人村建设场地.一般将工人村设置在附近大城镇工厂之间为好,尽量靠近工厂.13、与其它方面的协作,最好有与临近城镇企业相互协作和充分利用各种生活设施的可能.厂址不应跨越高压输电路和各种工程管线,厂址应避开名胜、古迹、文物所在地,并应满足飞机场的通讯设施和部队驻地所要求的间距.12综上所述,在选择厂址时需要同时考虑多方面的问题,而实际上却很难找到各方都较理想的厂址.因此必须在多方面综合比较的基础上加以选择,从而得到相对而言较为理想的厂址.1.4原燃材料分析石灰质原料石灰石中氧化钙含量不低于48,石灰石中不含或少含粘土杂质,为不影响水泥的安定性,石灰石中氧化镁含量不大于3.0,为不影响煅烧和熟料质量石灰石中碱含量应小于1.0。粘土质原料为便于配料,要求粘土质原料硅率为2.5~3.5,铝率为1.5~3.0。同时,粘土中碱含量小于4.0,氧化镁含量应小于3.0。铁质校正原料要求氧化铁的含量大于50。硅质校正原料要求氧化硅的含量大于80。铝质校正原料要求氧化铝的含量大于30。回转窑用烟煤要求干燥基灰分小于28;挥发分为18~30;低热值大于20934KJ/Kg熟料。本次设计为四组分配料石灰石、砂岩、粉煤灰、铁粉。石灰石氧化钙平均含量为52.0,属于高品位石灰石,同时,石灰石中氧化镁含量为小于1.59,杂质含量为小于1.06,符合要求。砂岩SiO2含量为93.1,MgO含量为0.36,粉煤灰中SiO2含量为51.9,MgO含量为1.12,砂岩的硅率、铝率分别为41.84、0.98;粉煤灰的硅率、铝率分别为1.66、3.04;两者搭配可以达到粘土质原料的要求,故两者可代替粘土;铁粉中氧化铁含量为51,品位相当高,由此可见原料完全符合配料要求。同时用煤也满足预分解窑要求,灰分为24.20(小于28),挥发分23.85(在18~30之间),煤的热值为24485KJ/Kg煤(大于20900KJ/Kg煤),故满足设计要求。第二章工艺计算132.1.配料计算2.1.1.设计内容毕业设计题目为新型干法水泥厂5000t/d总体工艺设计、重点车间5000t/d烧成窑尾系统工艺设计。2.1.2原始数据煤的工业分析已转化为空气干燥基见表2-1-1表2-1-2表2-1-1配料设计所用的原燃料的化学成分()项目LossSiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO2合计天然水分石灰石421.770.790.29520.8397.681.6砂岩1.193.10.670.620.710.3696.560.06铁粉1.02391.9513.31.898.021.5粉煤灰1.7651.932.042.515.251.1294.583石膏3535煤灰54.231.194.323.521.5694.79表2-1-2煤的工业分析项目MarCarAarVar发热量QnetarkJ/kg吨熟料热耗kJ/kg100kg煤灰掺入量煤灰沉降率251.6124.0123.66244852967.82.91100142.1.3计算步骤为了获得较高的熟料强度,良好的物料易烧性以及易于控制生产,选择适宜的熟料三率值是非常必要的。由于其牵涉到非线性方程的求解,用手工计算需反复试凑,难以得到最优解,而各种简化计算方法不容易为大多数人掌握,一些专用的计算程序也难以满足广大水泥生产厂的要求。采用通用办公软件Excel做配料计算,可直接通过表格计算求解,这种方法在普通个人微机上,几秒钟即可算得最优解,操作简便,结果准确、极易推广。本设计配料计算参考用办公软件Excel作配料计算(南京化工大学材料学院简淼夫,张薇水泥200010)EXCEL电子表格在水泥配料中的应用(洛阳工业高等专科学校教务处刘孟贺孙孟乐许茂伟洛阳工业高等专科学校学报第11卷第2期2001年6月)用Excel计算如下表[3][4]1.建立原料化学成分表表2-1-3表2-1-42.建立计算表中各组分的配料表表2-1-5在计算表格中填入设定的掺入量初值,在对应的各种组分的格子中填入相应的计算公式,即可得到相应的数值。如在石灰石栏中.SiO2和Al2O3组分的单元格C16和D16中分别填入下列公式C16C5*G16/G20D16D5*G16/G20这表示用石灰石栏中SiO2、Al2O3组分等于乘以掺入量G16,再除以生料总量G20,即为生料中来自石灰石的SiO2、Al2O3组分的量。余下类推得生料和熟料中各化学成分量的数值。表中的生料化学成分数值为4组分的累计值。灼烧生料值为减去烧失量、考虑配入煤灰后计算得出。熟料化学成分为灼烧生料化学成分加入煤灰化学成分得出。.3在计算表中加入率值计算公式表2-1-6率值目标量在C26、D26、E26加入率值计算公式ScFcAcCcKH8.235.065.115FcAcScSMFcAcIMC26F23-1.65*D23-0.35*E23/2.8/C23D26C23/D23E23E26D23/E234.计算率值偏差和规划求解在C27、D27和E27中计算率值目标值与计算值的偏差绝对值,同样建立总量的目标值和偏差,在C28中填入三率值偏差和总量偏差的平方和。C28C27*C27D27*D27E27*E27然后在Excel菜单中拉下工具,找到规划求解后,用鼠标双击.设定目标单元格为率值偏差平方和单元C28,设定可变单元格为各组分掺入量G16~G19,在约束条件中点击相应率值单元设定率值误差限,对应KH1.381338℃L6.1F6.1*3.3120.19161450℃L3A2.25F3*5.32.25*3.3123.35基本符合预分解窑L21~24范围如需调整三率值,只要在C25、D25、E25中输入目标率值,重新规划求解即可表2-1-3原料化学成分表表2-1-4煤的工业分析ABCDEFGHI12项目MarCarAarVar发热量QnetarkJ/kg吨熟料热耗kJ/kg100kg煤灰掺入量煤灰沉降率13251.6124.0123.66244852967.82.91100ABCDEFGHIJ4项目LossSiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO2合计天然水分5石灰石421.770.790.29520.8397.681.66砂岩1.193.10.670.620.710.3696.560.067铁粉1.02391.9513.31.898.021.58粉煤灰1.7651.932.042.515.251.1294.5839石膏353510煤灰54.231.194.323.521.5694.7917表2-1-5配料计算表ABCDEFG15项目LossSiO2Al2O3Fe2O3CaO掺入量16石灰石34.630872791.4594439250.651390.23911793142.8763186982.4544590317砂岩0.0840173497.110922910.0511740.0473552330.054229387.63794082718铁粉0.0336252841.2856726410.0626351.6812642230.1087876853.29659651519粉煤灰0.1199044583.5358189572.1828060.1710001080.3576695486.8127532920生料34.8684198813.391858432.9480062.13873749543.3970053110021灼烧生料19.962858414.3945083.18815450464.6906683497.0897742322煤灰1.5773423680.9076990.1257217530.1024399472.91022577123熟料21.540200785.3022073.31387625764.7931082810018表2-1-6率值目标量表2-1-7矿物组成FGHIJ24矿物组成C3SC2SC3AC4AF25计算值59.7532429116.671567758.4305146710.07418382表2-1-8湿基配比BCD30项目湿基用量湿基配比31石灰石83.7951819482.307132砂岩7.6425263437.5068133铁粉3.3467984933.2873634粉煤灰7.0234576.8987335合计101.8079638100BCDE24目标量KHSMIM25目标值0.912.51.626计算值0.9100029562.51.60000153527率值误差-2.95636E-068.8E-07-1.53463E-0628方差1.1875E-11192.2物料平衡[5][6]物料平衡计算是质量守恒定律在水泥工厂工艺设计中的具体应用。工艺设计之初,必须先进行物料平衡计算。2.2.1物料平衡计算的目的1计算出水泥工厂物料进厂和产品出厂的需要量和生产量;2作为工艺设计中选择主机和辅机规格的依据;3作为原料矿山开采和运输设计的依据;4作为厂内外总图运输设计的依据;5作为技术经济计算产品成本的依据;6作为工厂原料、燃料以及其它材料供应量和工厂产品出厂量建厂初期的参数。物料平衡计算一般是以窑的生产能力t/t为基准的,以此算出原料、燃料、生料、熟料、混合材料、水泥等物料的需要量或生产量。参考水泥厂工艺设计中物料平衡的计算方法(北京建筑材料工业学校硅工科龚文虎水泥技术2000.1)和水泥工厂工艺设计中物料平衡计算的探讨(袁振基水泥技术2003.1)对所谓的“内掺法”和“外掺法”的讨论,“内掺法”在计算过程中以“熟料混合材料石膏100水泥,另外以分别考虑一些生产损失为出发点。此种观点以水泥厂工艺设计概

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