日产5000吨熟料水泥制成车间工艺设计毕业论文Word文档下载推荐.doc
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5.3储库计算 29
5.3.1生料配料站 29
5.3.2生料均化库(IBAU库) 32
5.3.3熟料储存库 33
5.3.4水泥配料站 33
5.3.5水泥库 36
5.4储库一览表 37
第6章水泥制成车间设计计算 38
6.1水泥制成车间介绍 38
6.1.1水泥粉磨的功能和意义 38
6.1.2现代水泥粉磨技术发展的特点 38
6.1.3水泥粉磨流程发展情况 40
6.1.4辊压机粉磨系统的发展 41
6.1.5辊压机水泥粉磨工艺方案 41
6.1.6本设计工艺流程 44
6.2制成车间选型计算 46
6.2.1球磨机的设计计算 46
6.2.2水泥球磨机的热平衡计算 53
6.3辊压机系统选型计算 55
6.3.1辊压机选型计算 55
6.3.2V型选粉机、旋风筒选型及其他设备选型 56
6.4其他附属设备的选型计算 58
6.4.1O-SEPA选粉机 58
6.4.2收尘器 59
6.4.3水泥磨排风机 60
6.4.4喂料计量设备 61
6.4.5输送设备 61
第7章制成车间成本及技术经济分析 65
7.1制成车间成本 65
7.1.1建筑工程费 65
7.1.2安装工程费 65
7.1.3设备购置费 65
7.1.4其他费用 65
7.2制成车间主要技术经济指标 66
7.3影响水泥企业成本的因素分析 68
7.4降低生产成本,提高经济效益的生产管理措施 69
第8章水泥制成车间工艺布置 70
第9章全厂平面工艺布置 71
9.1全厂总平面设计的基本原则 71
9.2全厂工艺平面布置说明 72
结语 74
致谢 75
参考文献 76
III
本科生毕业论文
第1章绪论
1.1引言
新型干法水泥生产自问世以来倍受世界各国的关注,特别是上世纪80年代以来得到了突飞猛进的发展,国际水泥工业以预分解技术为核心,将现代科学技术和工业化生产的最新成果广泛应用于水泥生产的全过程,形成了一套具有现代高科技为特征和符合优质、高效、节能、环保以及大型化、自动化的现代生产方法。
新型干法水泥技术代表了现阶段最高的水泥烧成技术,可以提高窑单位容积产量、提高窑砖衬寿命和运转率,且自动化水平高、生产规模大,可以选用低质燃料或低价废物燃料,节省燃料,降低热耗和电耗,减小设备和基建投资费用、CO和NOx生成量少和事故率低,操作稳定。
发展新型干法水泥技术是环境保护和资源综合利用的必然结果。
同时,新型干法水泥技术涵盖了许多丰富的理论和科研成果,指导着水泥工业设计、研发、生产等工作的不断完善、优化和提升。
近年来,我国新型干法水泥生产技术也得到了飞速发展。
尤其是进入21世纪,大批4000,5000t/d熟料新型干法水泥生产线的建成、投产,标志着我国新型干法水泥生产技术已经成熟。
水泥生产主要工艺过程简要包括为“两磨一烧”。
按主要生产环节论述为:
矿山采运(自备矿山时,包括矿山开采、破碎、均化)、生料制备(包括物料破碎、原料预均化、原料的配比、生料的粉磨和均化等)、熟料煅烧(包括煤粉制备、熟料煅烧和冷却等)、水泥的粉磨(包括粉磨站)与水泥包装(包括散装)等。
新型干法是以悬浮预热和预分解技术装备为核心,以先进的环保、热工、粉磨、均化、储运、在线检测、信息化等技术装备未能基础;
采用新技术和新材料;
节约资源和能源,充分利用废料、矿渣,促进环境经济,实现人与自然和谐相处的现代化水泥生产方法。
1.2设计简介
本设计是5000t/d水泥熟料窑外分解窑水泥制成车间的工艺设计,参考国内同等规模新型干法水泥厂水泥制成车间工艺设计,采用国内较成熟的先进经验和先进技术和设备,最大限度的降低能耗、降低基建投资,又最大限度的提高产、质量,做到环保,技术经济指标先进、合理。
本设计石灰石设置圆形预均化堆场,其规模Φ120m,有效储量34109.65t。
石灰石矿山化学成分稳定,品质优良,均匀性好,储量丰富。
厂区设3个Φ12×
30m圆库储存石灰石用于生料配料,库有效储量13618.12t,实际储存时间为2.03d,能满足生产的正常进行。
同时对原煤设置矩形预均化堆场,原煤成分的波动对烧成工艺、热工制度的稳定性及熟料质量等影响极大,外购煤的质量难以完全预先控制,同时多点供应原煤的可能性是存在的,并且考虑将来使用低品位原煤的需要,故设置原煤预均化设施。
原煤预均化堆场规格为45×
75m,堆场有效储量9172.57t。
采用3组分(石灰石、粘土、铁粉)配料,粘土配料仓下设板喂机和震动电机,以顺利排出粘湿物料;
在生料的破碎方面,采用目前普遍采用的一级单段锤式破碎系统;
在生料粉磨方面,采用烘干兼粉磨的ATOX50立磨系统;
此磨在国内几家新建干法水泥生产线运行正常,其台时产量为:
400t/h。
入磨水分<6%,出磨水分<0.5%,入磨粒度允许2%>100mm,出磨细度:
80μm筛余≤10%,主电机功率3800kw。
为了减小磨机风环风速,降低磨内压降,节约粉磨电耗,设有物料外循环系统。
生料均化库采用IBAU型均化库,其规格为Ø
22.5m×
60m,有效储量17000t,储期2.21d。
该库集生料储存、均化和喂料于一体,具有均化效果好、电耗低、系统简单、操作管理方便等优点。
库内分8个卸料区,生料按照一定的顺序分别由各个卸料区卸出进入均化小仓(兼窑喂料仓),均化作用主要由库内重力切割和均化小仓的搅拌来实现。
出库生料经流量控制阀送至生料喂料计量仓,该仓下部设有荷重传感器,内部设有充气装置,集混合、称量、喂料功能与一体。
出混合仓生料经流量计计量,由空气输送斜槽送至窑尾斗式提升机,送到预热器顶部后再经过分料阀分别喂入双系列预热器的两个进料口。
熟料烧成采用带DD分解炉的双系列五级旋风预热器,DD分解炉特别适合于低挥发分煤的完全燃烧;
旋风预热器结构优化,系统阻力低,节能效果显著。
燃烧器和篦冷机分别采用NC-15型四通道燃烧器和控制流空气梁篦冷机系统。
日产熟料正常生产能力5000t,目标生产能力5300t/d,熟料热耗3050kJ/kg。
窑尾预热器采用4-2-2-2-2组合。
预热器规格:
C1为4-Ø
4900mm,C2~C3均为2-Ø
6500mm,C4为2-Ø
6800mm,C5为2-Ø
7200mm。
出C1废气量为1.81Nm3/kg熟料。
DD分解炉:
直径Ø
8560mm,有效高度26.4m。
窑与分解炉用煤比例为40%和60%。
回转窑规格为:
Ø
4.8m×
72m,斜度3.5%,正常转速3.5r/min。
窑尾收尘采用增湿塔加收尘效率高的低压长袋脉冲袋收尘器。
熟料储存库参考烟台东源日产5000熟料生产线,采用Ø
60×
42圆库储存熟料,储量100000t。
此圆库为帐篷库,与同类库相比,减薄了库壁的厚度,同时节约了钢材。
另设有2个Ø
15×
34m的熟料汽车散装库,储量为4987.52t。
配有4套熟料散装装置,可库底或库侧散装发运熟料。
在水泥销售淡季,储存过剩的熟料,以保证生产的连续进行,同时也可以直接销售熟料。
煤粉制备系统设计采用HRM2200M型辊式磨,其生产能力为43t/h,
该系统具有易操作、使用维护简单的特点,原煤经全密闭计量给煤机喂入辊式磨烘干粉磨。
烘干所需要的热源取自窑头篦冷机的废气。
在入磨物料粒度≤50mm,水分≤10%,出磨物料细度200目筛80%通过,水分≤1%的条件下,系统设计产量为40~48t/h,配置电机功率500KW。
设有煤粉仓2个,1个为分解炉供煤,1个为回转窑供煤。
窑头和分解炉喂煤采用菲斯特秤计量。
本设计选用混合材(矿渣)初水分为23.0%,要求终水分达到1%,因此选择2台Φ3×
20m的回转烘干机,其台时产量(矿渣初水分为23%,要求终水分达到1%)可达20t/h,烘干热耗为4810kJ/kg水分。
水泥粉磨参照***水泥厂,采用联合粉磨工艺粉磨熟料,熟料经水泥配料站后经辊压机初步粉磨,由V型选粉机选出的熟料颗粒再送至水泥磨细磨,部分细颗粒经旋风收尘器收尘后入磨细磨,V选后的粗颗粒回称重稳流仓至辊压机再次粉磨,以保证生产的连续性和稳定性。
水泥粉磨采用2套带O-SepaN-3500选粉机的闭路球磨机粉磨系统,简单实用、运转率高,调节水泥细度方便,能同时生产不同品种水泥。
磨机选用了Φ4.2×
13m球磨机,其传动采用了中心传动系统,具有传递功率大、投资省、占地面积小等优点。
O-Sepa选粉机所需一次风来自出旋风收尘器的一部分气体,二次风来自磨尾含尘气体和磨系统各个收尘点提供,三次风来自空气,大大改进水泥质量、提高粉磨系统产量。
台时产量最高可达210t/h,电机功率160kW/台。
磨出水泥细度比表面积达350m2/kg左右。
水泥成品经斜槽、提升机输送入水泥库,系统废气经袋收尘器净化后的废气排入大气,正常排放浓度≤50mg/m3(标)。
8座Φ15×
34m圆型水泥库用于储存和发运水泥,每库储量7870.60t,来自水泥粉磨系统的水泥经斗式提升机、空气输送斜槽送入水泥库内,水泥库底可直接发运散装水泥。
水泥库底设有减压锥及充气装置,由罗茨鼓风机供气。
出库水泥经库底卸料装置、空气输送斜槽、斗式提升机送往水泥包装系统。
采用3台BX-8WY型八咀回转包装机包装水泥,台时产量为100t/h,完全能满足生产的要求,并设有电子校正称、破包机及破包清理等装置,具有称量精度高(袋误差为±
0.1kg)、密封性能好、扬尘小、自动化程度高及操作简便等优点。
全厂的中央地带修建生产控制楼,生产楼内设置中央控制室,采用施耐德的Quantum和MomentumPLC控制系统控制,同时生产楼内设置车间办公室。
化验室与中央控制室在同一栋楼,负责全厂原、燃材料、半成品和成品的物理检验、化学分析及质量控制。
设半露天布置总降压站1座,分别向厂区和矿山供电。
设置给水处理系统满足生产生活需要。
生活、消防给水管网和生产给水管网皆设计为环状管网。
设置污水处理场对生活污水、生产废水进行处理。
办公楼、生产楼采用中央空调机组调节空气流量和温度;
电气室、变电所、总降压站等处采用柜式空调机调节空气流量和温度。
设计全厂收尘器均为袋收尘器。
最大限度地保护当地的自然环境,对环境的污染降到最小。
第2章原料与燃料
2.1原料的质量要求
2.1.1水泥原料(普通硅酸盐水泥)
原料的成分和性能直接影响配料、粉磨、煅烧和熟料的质量,最终也影响水泥的质量。
生产硅酸盐水泥的主要原料是石灰质原料(主要提供氧化钙)和粘土质原料(主要提供氧化硅和氧化铝,也提供部分氧化铁)。
我国粘土原料及煤炭灰分中一般含氧化铝较高,而含氧化铁不足,因此需要加入铁质校正原料。
当粘土中氧化硅或氧化铝含量偏低时,可加入硅质或铝质校正原料。
水泥的原料应满足以下工艺要求:
a化学成分必须满足配料的要求,以能制得成分合适的熟料,否则会使配料困难,甚至无法配料。
b有害杂质的含量应尽量少,以利于工艺操作和水泥的质量。
c应有良好的工艺性能,如易磨性、易烧性、热稳定性、易混合性等。
1)石灰质原料
凡以碳酸钙为主要成分的原料都叫石灰质原料,主要有石灰岩、泥灰岩、白垩、贝壳等。
是水泥生产中用量最大的一种原料,一般生产1吨熟料约需1.3吨左右的石灰质干原料。
在本此设计中所使用的石灰石化学分析结果如下:
表2-1石灰石化学成分(%)
石灰石
loss
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
SO3
R2O
∑
39.55
5.75
1.75
0.47
50.32
1.22
——
0.31
99.37
本设计采用的石灰石各项指标都达到了一级品(CaO>
48%,MgO<2.5%,R2O<1.0%)的要求,该石灰石属于生产水泥的优质原料。
据了解,该矿山在厂区东北方,距厂5公里,储量丰富。
初步勘测其储存量能服务5000t/d熟料生产线30年以上,矿石成分稳定性好,交通方便。
2)辅助校正原料
传统的水泥生产的辅助原料主要是粘土质原料,校正原料是铁粉和砂岩。
粘土质原料是含碱和碱土的铝硅酸盐,主要化学成分是SiO2,其次Al2O3,还有Fe2O3,一般生产1吨熟料用0.3~0.4吨粘土质原料。
天然的粘土质原料有黄土、粘土、页岩、泥岩及河泥等,其中黄土和粘土使用最广。
本设计采用的校正原料化学成分分析如下:
表2-2粘土化学成分(%)
粘土
5.10
69.06
11.84
8.27
3.23
1.19
98.69
表2-3铁粉化学成分(%)
铁粉
1.60
19.63
4.54
66.75
5.02
2.18
99.72
2.1.2混合材及石膏
1)混合材
本设计的混合材主要采用矿渣,同时搭配少量的石灰石,通过对本设计的石灰石原料的化学成分分析后的评价,此石灰石同时也是优质的混合材原料,这样加入少量的石灰石作为混合材,不仅提高水泥早期强度从而提高了水泥质量,而且还减小了粒化高炉矿渣的消耗量,减小了成本投入,为企业带来显著的经济效益。
本设计所使用的矿渣化学成分分析如下:
表2-4矿渣化学成分(%)
矿渣
38.27
10.31
1.23
43.05
3.29
0.41
96.56
矿渣含水量23.0%
2)石膏
本此设计所使用的石膏其化学成分分析如下:
表2-5石膏化学成分(%)
石膏
23.22
1.17
0.77
34.19
0.27
39.66
99.28
石膏含水量为2.5%
2.2燃料的质量要求
2.2.1煤
煤炭是水泥工业生产中使用最为广泛的一种燃料,我国水泥工业主要使用煤做为燃料。
燃料品质既影响煅烧过程又影响熟料质量,发热量高的优质燃料,其火焰温度高,熟料KH值可高些,若燃料质量差,灰分含量多,热值过低,会降低与分解窑的生产效率,同时容易造成燃料燃烧不完全,预热分解系统粘结堵塞,降低熟料质量。
低品位煤除了火焰温度低外,还会因煤灰的沉落不均匀,对熟料质量影响极大。
对回转窑来说,采用的煤的发热量高,挥发分低,则因挥发分低,火焰黑火头长,燃烧部分短,热力集中,熟料易结大块,游离氧化钙增加,耐火砖寿命缩短。
水泥工业用燃料的质量分析包括以下几个方面:
(1)热值:
对燃煤的热值希望越高越好,可有效地提高发热能力和煅烧温度。
热值较低的煤使煅烧熟料的单位热耗增加,同时窑的单位产量降低。
因此对于预分解窑一般要求煤的低位发热量大于21000kJ/kg煤。
本设计用煤热质为21029kJ/kg煤。
(2)挥发分:
煤的固定碳和挥发分是可燃成分,挥发分低的煤不易着火,窑内会出现较长的黑火头,高温带比较集中,易形成“短焰急烧”。
综合考虑燃料成本和技术条件,本设计中的使用的是烟煤,其挥发分相对较高,为25.74%。
(3)灰分:
煤的灰分是水泥工业用煤的主要指标之一。
如果灰分过高将导致煤的着火点后移,辐射传热效率下降;
导致熟料颗粒的成分不均匀,从而影响窑热工制度的稳定和窑熟料产、质量的提高。
在新型干法中,煤灰分过高,热值过低,不仅会降低预分解窑生产效率,同时造成燃料不完全燃烧,预分解系统黏结堵塞,降低熟料质量。
一般要小于25%-30%,本设计中所用煤的灰分为13.92%。
(4)水分:
水分是影响煤粉制备和燃烧的不利因素之一。
对于燃烧,水分越高,煤粉滞后起燃越严重,相应的热耗增大。
对于粉磨,则由于流动性变差,使其运输、喂料不畅,粉磨困难,相应的煤磨的产量降低,电耗也会增加。
生产中对煤粉的水分应控制在1%-1.5%。
(5)煤粉的细度:
煤粉的细度直接影响火焰的长度及形状。
国内生产、设计采用的煤粉细度,通常80μm筛余为8-10%,煤粉越细比表面积越大,在空气中与氧气接触的机会越多,燃烧速度快,燃烧越完全,单位时间放出的热量越多,可以提高窑内火焰的温度;
煤粉太粗时,黑火头长,难着火,燃烧速度慢,火力不集中,烧成温度低,太粗时也会造成煤灰的不均匀掺入。
这些因素都会使熟料质量降低,窑内热工制度不稳定,操作困难。
但是当煤粉太细时,其自燃的几率也增大(见《新型干法水泥技术》P116)。
本次设计所使用的煤是烟煤,其元素分析和工业分析结果如下:
表2-6煤的工业分析
原煤(烟煤)
W
A
V
C
Q
3.32%
13.92%
25.74%
57.02%
21029kJ/kg
表2-7煤灰化学分析(%)
煤灰
50.41
28.15
8.99
2.77
2.11
98.18
2.2.2熟料热耗的选择
我国的预分解窑的熟料烧成热耗一般为3100—3300kJ/kg熟料,但现有技术已经使得水泥熟料烧成热耗有所下降,本设计选取单位熟料烧成热耗为3050kJ/kg熟料。
第3章配料计算与物料平衡
3.1配料计算
3.1.1原料选择
表3-1原料化学成分(%)
成分名称
Loss
表3-2煤的工业分析
单位熟料热耗为:
q=3050kJ/kg。
3.1.2率值及率值确定
1)硅率SM
硅酸率SM的大小表示熟料在煅烧过程中生成硅酸盐矿物和溶剂矿物的相对含量。
SM值过高,溶剂矿物减少,烧成温度需要相对提高,热耗高,且不利于C3S的形成。
SM值过低,则熟料因硅酸盐矿物少而强度低,并且由于液相量过多易出现大块、结圈等,影响要的操作,通常硅酸盐水泥的硅率在1.7—2.8之间。
2)铝率IM
铝率表示熟料中氧化铝与氧化铁的质量百分比,也表示熟料中C3A与C4AF的比例关系,因而也关系到熟料的凝结快慢。
同时还关系到熟料液相黏度,从而影响到熟料的煅烧难易,铝率高,熟料中C3A多,液相黏度大,物料难烧,水泥凝结快。
但铝率过低,虽然液相黏度小,液相中质点容易扩散C3S形成有利,但烧结范围窄,窑内易结大块,不利于窑的操作。
铝率一般是在0.9—1.9之间取得。
3)石灰饱和系数KH
KH表示的是熟料中氧化钙被氧化硅饱和成硅酸三钙的程度。
KH实际上表示了熟料中C3S与C2S百分含量的比例,KH越大,则硅酸盐矿物中的C3S的比例越高,熟料质量越好,故提高KH有利于提高水泥质量,但KH过高,熟料煅烧困难,保温时间长,否则会出现游离CaO,同时窑的产量低,热耗高,窑衬工作条件恶化。
工厂中KH值一般在0.82—0.94之间取得。
预分解窑生料预热好,分解率高,另外由于单位产量窑体的散热损失少以及耗热最大的碳酸盐分解带已移到窑外,因此窑内的气流温度高,为了有利于挂窑皮和防止结皮、堵塞、结大块,目前趋于低液相量的配料方案。
熟料率值的确定,首先要满足产品方案的要求,并在生产中逐步摸索适合本厂设备和资源条件的指标。
若原料易烧性较好,烧成熟料游离钙<1%,即可提高率值,以取得高强度熟料,从而增加混合材掺加量;
若生产硅酸盐水泥,买方又不需要高标号,即可在满足产品质量要求的前提下,适当降低率值,以减少煤耗,这就是经济率值。
参考国内外大型预分解窑熟料率值的配料方案,结合本设计的原料品质,
本次设计的初始率值目标值定为:
KH=0.90,SM=2.6,IM=1.6。
3.1.3水泥配料方案
1)计算熟料中煤灰掺入量GA
GA=(S:
煤灰沉落率,带电收尘器的窑为:
100%)
=(3050×
13.92×
100)/(100×
21029)
=2.02%
2)假设原料配比,计算配料数据及生料成分
设干燥基原料配比为:
表3-3假设干燥基原料配比
86.00%
11.00%
3.00%
计算各原料带入白生料中的成分量:
原料配比×
该原料化学成分中各氧化物含量,如:
石灰石带入白生料中的SiO2的百分含量为:
SiO2=86.00%×
5.75%=4.945%
用此法计算所有原料带入白生料中各氧化物百分含量列于表3-4:
表3-4化学成分(%)
原料名称
配比
86
34.013
4.945
1.505
0.404
43.275
1.049
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