日产5000t新型干法水泥熟料生产线本科生毕业设计计算说明书.docx
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日产5000t新型干法水泥熟料生产线本科生毕业设计计算说明书
日产5000t新型干法水泥熟料生产线本科生毕业设计计算说明书
前言
一、生料粉磨作业的功能和意义
生料粉磨是水泥生产地重要工序,其主要功能在于为熟料煅烧提供性能优良的粉状生料。
对粉磨生料要求:
一是要达到规定的颗粒大小;二是不同化学成分的原料混合均匀;三是粉磨效率高、能耗少、工艺简单、易于大型化、形成规模化得生产能力。
由于生料粉磨设备、土建等建设投资高,消耗能量大(一般占水泥综合电耗的1/4以上),因此采用高新技术,优化生料粉磨工艺,对水泥工业现代化建设有着十分重要的作用和意义。
二、粉磨的基本原理
物料的粉磨是在外力作用下,通过冲击、挤压、研磨克服物料晶体内部各质点及警惕之间的内聚力,使大块物料变成小块以至细粉的过程。
粉磨功一部分用于物料生成新的表面,变成固体的自由表面能;大部分则转变为热量散失于空间中。
三、现代生料粉磨技术发展的特点
随着新型干法水泥技术日趋完善,生料粉磨工艺取得了重大进展,
其发展历程经历两大阶段:
第一阶段,20世纪50年代至70年代,烘干兼粉碎钢球磨机发展阶段(包括:
风扫磨及尾卸、中卸提升循环磨);第二阶段,20世纪70年代至今,辊式磨及辊压机发展阶段。
其发展特点如下:
(1)原料的烘干和粉磨作业一体化,烘干兼粉磨系统得到了广泛的应用。
并且由于结构及材质方面的改进,辊式磨获得新的发展。
(2)磨机与新型高效的选分、输送设备相匹配,组成各种新型干法闭路粉磨系统,以提高粉磨效率,增加粉磨功的有效利用率。
(3)设备日趋大型化,以简化设备和工艺流程,同窑的大型化相匹配。
钢球磨机直径已达5.5m以上,电功率6500kw台时产量300t以上,辊式磨系列中磨盘直径已达5m以上电机功率5000kw以上,台时产量500吨以上。
(4)采用电子计量称喂料、X荧光分析仪或γ-射线分析仪、电子计算机自动调节系统,控制原料配料,为入窑生料成分均齐稳定创造条件。
(5)磨机系统操作自动化,应用自动调节回路及电子计算机控制生产,带他人工操作,力求生产稳定。
四、中卸提升循环磨系统
本次设计主要是5000t/d熟料的水泥厂的生料磨工艺流程设计,采用的是中卸烘干磨系统。
用球磨机来粉磨生料、煤和水泥已经有100多年的历史了,尽管其相对能耗较高,但仍是应用广泛和可靠的方法。
中卸烘干磨系统是烘干兼粉磨系统中最重要的方法,从烘干作用来说是风扫磨与尾卸磨提升循环系统的相结合;从粉磨作用来说实际上相当于两级圈流。
此系统与立磨系统相比较维修费用低,投资少,并且能够适用于较难磨、腐蚀性强的物料。
对于日产5000吨水泥熟料的生产线来说,中卸烘干磨系统已经能满足产量的要求。
1.中卸烘干磨系统的特点:
(1)热风从两端进磨,通风量较大,有良好的烘干效果。
由于90%的热风从磨头进入,10%的热风从磨尾进入,故粗磨仓风速较大,细磨仓风速较小,不致产生磨内料面过低的现象,同时有利于出去物料中残余的水分和提高细磨仓的温度,防止冷凝。
这种磨机系统,利用窑尾废气可烘干含水分8%以下的原料。
(2)磨机粗、细磨分开,有利于最佳配球,对原料的硬度及粒度的适应性较好。
原料配合料进入磨头粗磨仓,烘干粉磨后从中部卸料罩卸出,并由提升机喂入O-sepa选粉机,分级后的粗粉回料大部分进入中卸磨得细磨仓,少部分进入粗磨仓,以提高粗磨仓内物料的流动性。
粗粉回料分配比例一般为2:
1,经细磨仓粉磨后的物料也经由中间卸料罩、提升机喂入O-sepa选粉机,选出后的细粉即为合格生料,送入生料库中。
(3)循环负荷大,磨内过粉碎少,粉磨效率高,消除了过粉磨现象。
2.本次设计选用中卸烘干磨系统的依据:
(1)任务书中提供的粘土质原料为砂岩,砂岩的硬度较高,具有一定得腐蚀性。
如果生料磨选用立磨,则对立磨的磨辊套和磨盘衬板的磨损较大,从而影响运转率和磨机产量。
(2)此系统与立磨系统相比较维修费用低,投资少。
五、世界水泥工业的发展趋势
1生产线能力的大型化
目前5000t/d上的生产线已成主流,10000t/d的生产线工艺也已成熟。
随着单机生产能力的大型化,形成了年产数百万吨至千万吨的水泥厂,大型水泥集团的能力也达到数千万吨到一亿吨以上。
2生产与管理信息化
主要的成绩是运用信息技术,开发各种工艺过程的专家系统和数字网络系统,实现大型化水泥企业远程操作,保证水泥生产稳定和良好的质量。
此外,进行科学管理和商务活动是近年来国外水泥工业在信息化、自动化、网络化、智能化领域中所进行的另一方面主要工作,从而使得现代水泥生产企业的生产与管理达到了前所未有的水平,并且使工厂资本运作达到最佳化。
3水泥生态化的发展
水泥工业进一步与环境相容,不但降低粉尘的排放,而且采用新技术使气体中的CO2、NOx、SO2的排放量达到最小。
今后水泥企业在环保上的目标做到“三零一负”,即在水泥生产过程中实现对环境的零污染;对电能和天然矿物的零消耗;对废渣、废料的零排放,最大限度的减轻社会环境负荷。
此外,水泥企业还能治理和循环利用部分有毒、有害废气物和城市垃圾等作为二次原燃料,减轻社会的环境问题,实现水泥工业的可持续发展。
第一章日产5000吨水泥熟料生产线系统
配料计算
1.1基本条件和数据:
(1)采用窑外分炉生产熟料;
(2)水泥品种:
P.O42.5级;
(3)物料参数见表1-1~1-3;
(4)要求熟料三个率值:
KH=0.89±0.01、SM=2.60±0.1、IM=1.60±0.1;
(5)单位熟料热耗:
3095KJ/Kg;
(6)生产损失:
生料、水泥按1﹪计算,其他按3﹪计算。
表1-1原燃料化学成分(﹪)
名称
烧失量
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
其它
∑
石灰石
41.63
2.44
1.21
0.44
52.38
0.95
0.95
100.00
砂岩
2.53
77.71
12.16
4.09
0.25
0.53
2.73
100.00
铁粉
3.89
10.96
4.90
68.66
4.07
1.73
5.79
100.00
煤灰
51.98
33.47
3.02
4.56
0.61
6.36
100.00
表1-2进厂原燃料水分及粒度
物料名称
石灰石
粘土
铁粉
矿渣
石膏
原煤
水分(﹪)
1
8
15
18
2
8
粒度(mm)
≦600
≦40
≦10
≦10
≦20
≦100
表1-3煤的工业分析
挥发分
固定碳
灰分
热值
29.77﹪
41.82﹪
25.72﹪
25360J/kg
1.2配料计算:
(1)假设干基原料配比:
石灰石:
粘土:
铁粉=83.30:
15.10:
1.60
(2)计算生料化学成分(﹪)
表1-4生料化学成分
名称
烧失量
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
其它
∑
石灰石
34.6778
2.0325
1.0079
0.3665
43.6325
0.7914
0.7914
83.30
砂岩
0.3820
11.7342
1.8362
0.6176
0.0378
0.0800
0.4122
15.10
铁粉
0.0622
0.1754
0.0784
1.0986
0.0651
0.0277
0.0926
1.60
白生料
35.1220
13.9421
2.9225
2.0827
43.7354
0.8991
1.2962
100.00
(3)计算灼烧基生料成分
C灼=C白/(1-生料烧失量)
表1-5灼烧基生料成分
名称
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
其它
∑
含量(﹪)
21.4897
4.5046
3.2102
67.4118
1.3858
1.9979
100.00
(4)计算熟料中的标准煤耗
标准煤耗:
P=单位熟料热耗/热值
P=3095/25360=0.12204Kg/Kg熟料
(5)计算煤灰掺入量
Ga=灰分×沉降率×标准煤耗/100
Ga=25.72×100﹪×0.12204/100=3.1389﹪
(6)计算熟料化学成分
表1-6熟料化学成分
名称
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
其它
∑
灼烧基×(1-Ga﹪)
20.8149
4.3632
3.1094
65.2951
1.3423
1.9352
96.86
煤灰×Ga﹪
1.6316
1.0506
0.0948
0.1431
0.0191
0.1996
3.14
熟料
22.4465
5.4138
3.2042
65.4382
1.3614
2.1348
100.00
(7)计算率值
KH=(CaO-1.65Al2O3-0.35Fe2O3)/0.28SiO2KH=0.8812
SM=SiO2/(Al2O3+Fe2O3)SM=2.6050
IM=Al2O3/Fe2O3IM=1.6900
结论:
三率值均符合要求。
配合比合适。
(8)计算理论料耗
Hl=(100-Ga)/(100-生料烧失量)
(9)计算实际料耗
Hs=Hl/(1-生料生产损失)
(10)计算实际煤耗
P′=P/(1-煤生产损失)
(11)干基消耗定额
干石灰石=Hs×x/(1-石灰石生产损失)
=1.5081×0.8330/(1-0.03)
=1.2951Kg/Kg熟料
干粘土=Hs×y/(1-粘土生产损失)
干铁粉=Hs×z/(1-铁粉生产损失)
(12)计算湿基消耗定额
湿石灰石=干石灰石/(1-石灰石含水率)
湿粘土=干粘土/(1-粘土含水率)
湿铁粉=干铁粉/(1-铁粉含水率)
(13)计算湿基配比
石灰石=湿石灰石/湿物料总量
粘土=湿粘土/湿物料总量
铁粉=湿铁粉/湿物料总量
=(0.0294/1.5928)×100﹪
=1.8458﹪
(14)水泥配料计算、
PO42.5级水泥配比
名称
熟料
石灰石
矿渣
石膏
百分比(%)
81
4
10
5
干石膏消耗定额=1×5%/81%
=0.0617kg/kg熟料
干石灰石消耗定额=1×4%/81%
=0.494kg/kg熟料
干矿渣消耗定额=1×10%/81%
=0.1235kg/kg熟料
(15)计算实际消耗定额
石膏=干石膏/(1-生产损失)
=0.0617/(1-3%)
=0.0636kg/kg熟料
石灰石=干石灰石/(1-生产损失)
=0.0494/(1-3%)
=0.0509kg/kg熟料
矿渣=干矿渣/(1-生产损失)
=0.1235/(1-3%)
=0.1273kg/kg熟料
(16)计算湿基消耗定额
湿石膏=石膏实际消耗定额/(1-含水率)
=0.0636/(1-2%)
=0.0650kg/kg熟料
湿石灰石=石灰石实际消耗定额/(1-含水率)
=0.0509/(1-1%)
=0.514kg/kg熟料
湿矿渣=矿渣实际消耗定额/(1-含水率)
=0.1273/(1-18%)
=0.1552kg/kg熟料
(18)水泥产量
日产量=5000/81%=6172.84t/d
时产量=6172.84/24=257.20t/h
年产量=日产量×310=1.914×106t/y
第2章物料平衡表
序
号
物料
名称
配合
比
%
含
水
率%
生产
损失
%
消耗定额
总物料
备注
干物料
湿物料
干基
湿基
时(t)
日(t)
年(t)
时(t)
日(t)
年(t)
1
石灰石
83.13
1
3
1.2951
1.3082
1)窑运转天数:
310天
2)熟料热耗:
3095KJ/Kg
3)理论料耗:
1.4930Kg/Kg熟料
4)煤热值:
25360KJ/Kg
5)石膏掺入量:
5%
6)矿渣掺入量:
10%
7)石灰石掺入量:
4%
8)水泥品种:
P.O42.5
2
砂岩
16.02
8
3
0.2348
0.2552
3
铁粉
1.08
15
3
0.0250
0.0294
4
原煤
8
3
0.1220
0.1284
5
生料
1
1.5081
6
熟料
81
7
石膏
2
2
3
0.0650
0.0650
8
石灰石
4
1
3
0.0509
0.0514
9
矿渣
10
18
3
0.1273
0.1552
10
水泥
100
1
1.2346
表2-15000t/d水泥熟料全厂物料平衡表
第3章工艺流程简述
3.1全厂工艺流程简述:
从矿山开采下来的石灰石块平均粒径≦600mm,经单段锤式破碎机破碎成粒度≦25mm的块状物料,进入石灰石预均化堆场。
粘土也经破碎后进入预均化堆场,另一种原料铁粉直接进厂送到铁砂棚。
三种原料都通过皮带输送机输送到斗式提升机的下端入口,分别提升到原料仓中,其中粘土和铁粉共用一台提升机。
进入原料仓的三种物料经仓底皮带秤的称量进行配比,经皮带输送机送至中卸烘干磨的磨头喂料,物料经粉磨后,进入到DSM高效组合式选粉机,不合格的物料下至到螺旋输送机上送至磨头、磨尾喂料,经选粉合格的物料通过提升机提升到生料均化库的库顶的空气输送斜槽,进入到库中均化。
从均化库下来的物料经失重仓后,用气力输送泵打入悬浮预热器顶部的空气输送斜槽,物料分成两股分别喂入C1-C2级筒的连接管道中,随后物料被由C2的热风带入C1中进行分离,如此反复,经逐级加热和分离,到C4筒分离的物料从分解炉的下部进入,同时从分解炉锥部两侧喷入煤粉,然后物料进入C5进行分离入窑。
经预热器、分解炉后基本完成了碳酸盐分解的物料进入窑内,经煅烧形成熟料,进入篦冷机冷却、破碎机破碎后,由熟料输送机输送到熟料库。
在整个窑系统中,可以利用窑头、窑尾的废气进行余热发电,废气也可送至磨头磨尾来烘干原料及水泥粉磨系统中矿渣的烘干。
石膏入厂后经破碎后进入石膏仓,矿渣经回转烘干机烘干后进入干矿渣仓。
熟料、石膏、矿渣经仓底配料后用螺旋输送机送至辊压机预粉碎,再进入水泥磨球磨。
经选粉机选粉后,不合格的物料再进入磨中继续粉磨,合格的产品通过螺旋输送机送至水泥库,可供散装和包装出厂。
3.2全厂生产车间工艺布置的要求:
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.对本车间将来的发展和厂房的扩建留有余地;
5.本车间所采用的劳动安全和工业卫生等措施应符合有关的规定和规范;
6.本车间与相关车间在总平面图布置要适当,力求做到布置紧凑、缩短运输的距离;
7.避免人流和物流平面的交叉;
8.充分注意建厂地区的气象、地质、水文等条件对车间工艺布置的特殊要求;
9.征求和了解其它专业对车间工艺布置的要求。
3.3全厂生产车间工艺布置的特点:
1.石灰石破碎机使用TITAN72D100型单段锤式破碎机,进料粒度≤1300mm,出料粒度≤25mm,生产能力为600t/h。
2.生料磨采用中卸磨。
磨内物料的烘干热源,由窑尾废气和另设高温热风炉提供,可节约部分能源;磨内通风量较大,风速以粗磨仓高于细磨仓,既有良好的烘干效果,也不致于产生过粉磨现象;中卸磨的维修较立磨要简单,费用要低;电耗低。
3.生料粉磨的选粉机采用天津水泥研究设计院开发的O-sepa高效选粉机,具有高效的选粉性能,不致于产生过粉磨现象。
4.充分利用窑尾废气和冷却机的废气作为原料的烘干热源以及窑头、窑尾余热发电节约能源,同时产生的电能供给全厂使用,实现了可持续发展之路。
5.熟料粉磨系统采用辊压机预粉磨系统,先在辊压机中预粉磨,用以降低入磨物料粒度,提高工作量,节约电耗。
6.由于干法水泥回转窑的废气,因温度高,湿含量低,粉尘比电阻超过1011Ω·cm,致使电收尘效率不高。
为了降低粉尘比电阻值,在废气进入电收尘器之前采用喷雾增湿调质处理,将雾化后的液滴喷入含尘高湿废气,雾化水在热废气中蒸发,粉尘的比电阻则降到合适的范围。
7.矿渣含水分高,故单独对矿渣进行烘干,采用回转烘干机,以降低矿渣的水分,给原料储存、输送、配料及粉磨带来方便,提高工作效率。
第四章主机设备选型计算
与主机能力平衡计算
4.1设备选型与主机能力平衡计算的依据
设备的选择是根据工艺设计的原则进行的,是对工艺设计的原则的具体运用。
主机平衡计算是根据物料平衡计算的结果和车间或生产环节的工作制度或年利用率,计算各车间或生产环节要求主机小时产量,然后确定车间的工艺流程,选定主机的型号、规格,标定主机的产量和台数。
4.2车间工艺设备选型的基本方法
工艺设备选型的一般步骤可概括如下:
1.确定这件的工作制度,选定设备的年利用率,根据有关公式计算出设备年利用率及主机要求的小时产量。
2.选择主机的型式和规格
根据车间要求的小时产量、进料性质、产品质量要求以及其它技术条件,选择适当型式和规格的主机设备,务必使所选的主机技术先进、管理方便,能适应进料的情况,能生产出质量符合要求的产品。
同时,还应考虑设备的来源有保证。
3.标定主机的生产能力
标定主机的生产能力的主要依据是:
定型设备的技术性能说明;经验公式的推算;与同类型同规格生产设备的实际生产数据对比。
务必使标定的设备生产能力,既是先进的又是可靠的。
4.计算主机的数量
主机的数量可按下式计算:
N=Gh/Gh,1(式4.1)
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)。
5.核算主机的年利用率
主机的实际年利用率可用下式计算:
η0=(Gh/nGh,1)*η(式4.2)
式中η0——主机的实际年利用率;
η——预定主机的年利用率。
4.3破碎机的选择计算:
名称:
石灰石破碎机
表4—1破碎机的选择计算
序号
项目
单位
计算公式及依据
计算结果
1
需破碎物料
破碎石灰石
《物料平衡表》
石灰石
时产量Gh
t/h
272.54
日产量Gd
t/d
6541.00
年产量Gy
t/y
2.03×106
2
破碎粒度
石灰石开采粒度
mm
任务书
D≤600
磨机喂入粒度
mm
《手册》表4-3
d≤25
破碎粒度
mm
球磨机的入磨粒度≤25
≤25
3
破碎比
i=D/d
24
24
4
破碎系统的产量计算
要求破碎系统的产量G
t/h
G=g*G0/(d·n·t·k)
《手册》P92
公式4-4
554.93
烧成车间年产熟料量G0
t/y
《物料平衡表》
1.55×106
每吨熟料的石灰石消耗量g
t/t
1.3082
破碎系统的全年工作日d
天
根据经验
290
每天的工作班数n
两班制
2
每班的工作小时数t
h
《手册》P92
7
供料不均衡系数k
在0.8~1之间取值
《手册》P92
0.9
续表4—1
序号
项目
单位
计算公式及依据
计算结果
5
确定粉磨工艺方案
粉磨工艺方案
根据工艺布置要求
及任务书
方案Ⅰ
方案Ⅱ
一级破碎
一级破碎
6
破碎机选择
名称、规格
生产公司
《新型干法水泥生产技术及设备》
P25表3-1
KRUPP公司
TITAN72D100
KHD公司
HDS1800×2070
7
破碎机的结构性能
转子规格
mm
《新型干法水泥生产技术及设备》
P25表3-1
φ1800×2030
φ1800×2030
生产能力Qh
t/h
600
800
电动机功率
kw
2*450
2*600
8
计算破碎机的数量
破碎机的数量N
台
N=G/Qh
水泥工艺设计概论
1
1
要求破碎系统的产量G
t/h
序号4
554.93
破碎机产量
t/h
序号7
600
800
9
验算设备年利用率
计算设备年利用率
η=Gy/(8760QhN)
《手册》公式2-37
0.38
0.28
适宜年利用率
《手册》表2-10
0.40~0.56
10
综合分析
方案一与方案二均能满足设计生产需要。
方案二的生产能力偏大,年利用率低,造成设备资源浪费。
故要舍弃方案二,选择方案一
表4—2TITAN72D100单段锤式破碎机的技术性能参数
项目
转子规格
出料粒度(mm)
生产能力t/h
电动机功率(kw)
总质量(t)
参数
φ1800×2030
《25
600
2×450
116.3
4.4生料粉磨设备:
表4—3中卸烘干磨的选择计算
序号
项目
单位
计算公式及依据
计算结果
1
需粉磨物料量
时产量Gh
t/h
查表《物料平衡表》得:
314.19
日产量Gd
t/d
7540.50
年产量Gy
t/y
2.34×106
2
喂入物料性质
喂入物料
根据中卸磨机的入磨物料的要求
生料
粒度
mm
≤25
3
初
选
磨
机
粉磨机
类型名称
《手册》
P165表6-18
方案一
方案二
中卸烘
干磨
中卸烘
干磨
型号、规格
4.2×14
4×12.5
有效容积V
m3
153
116.5
研磨体装载量GT
t
146
155
粉磨产品种类
生料
生料
生料
产品细度
0.08mm方孔筛筛余<8%
生产能力Qh
t/h
193
185
磨机传动方式、转速n
r/min
14.8
15
初选磨机台数N
台
N=Gd/Qh
2
2
续表4—3
序号
项目
单位
计算公式及依据
计算结果
4
磨机的需要功率
磨机需要功率计算N0
kW
N0=0.2VDin(GT/V)0.8
《手册》公式(6—1)
1788.53
1712.84
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