【文章內容簡介】 .... 84 附錄 圖紙 1 緒論 1 1 緒論 水泥是起源于膠凝材料，是在膠凝材料的發(fā)展過程中逐漸演變和發(fā)明的。水泥是指 細磨成粉末狀，加入適量水后，可成為塑性漿體，既能在空氣中硬化，又能在水中硬化，并能將砂、石等材料牢固地膠結在一起，具有一定強度的水硬性膠凝材料。 水泥 是國民經濟建設中不可缺少的三大建筑材料之一， 水泥被廣泛的應用于工業(yè)建筑、民用建筑、交通工程、水泥工程、海港工程、核電工程、國防建設等新型工業(yè)和國防建設等領域，是國家工程建設和人民生活中不可缺少的重要基本材料。在沒有新的更好的材料出來 代替水泥以前，水泥仍是主要的建筑材料，對水泥工業(yè)的研究仍然具有重要意義 [1]。 新型干法水泥技術是以懸浮預熱和預分解技術裝備為核心，以先進的環(huán)保、熱工、粉磨、均化、儲運、在線檢測、信息化等技術裝備為基礎，采用新技術和新材料，節(jié)約資源和能源，充分利用廢料、廢渣，促進循環(huán)經濟，實現(xiàn)人與自然和諧相處的現(xiàn)代化水泥生產方法 [2]。新型干法生產技術是國際公認的代表當代技術發(fā)展水平的水泥生產方法。它具有生產能力大、自動化程度高、產品質量高、能耗低、有害物排放量低、工業(yè)廢棄物利用量大等以系列優(yōu)點，成為當今世界水泥 工業(yè)生產的 主要技術。 國內外新型干法水泥生產工藝的發(fā)展現(xiàn)狀 我國新型干法水泥生產工藝發(fā)展現(xiàn)狀 新型干法水泥技術代表著當今世界水泥生產的潮流，其生產能力已經達到世界水泥生產能力的 60%。我國新型干法水泥技術與裝備研究起步于 20 世紀 70年代初。 20 世紀 80～ 90 年代中期，我國引進一批 3000 t /d、 4000 t /d 生產線，與此同時，進行國產化 4000 t /d 裝備的開發(fā)。冀東二線國產化 4000 t /d 生產線的成功運用，不但降低了工程投資，而且為更大規(guī)模的國產化裝備的開發(fā)積累了經驗。 20 世紀 90 年代以來，一些大型化的生產線相繼在國內建成投產。如山東大宇 7200t/d 熟料生產線及華新 5000t/d、京陽 5500t/d 生產線。這些生產線以其生產穩(wěn)定、產品質量好、運行成本低，在國際、國內的產品市場上占有了一定的份額，并顯示出強勁的市場競爭力。這些生產線的投產和穩(wěn)定運行，標志著我國水泥裝備現(xiàn)代化、大型化技術已成熟 [3]。 ① 原料均化技術 重慶科技學院本科生畢業(yè)設計 2 新型干法水泥生產產品質量得以保證的關鍵是原料均化技術的應用。已投入應用的技術裝備如下。 1） 礦山設計采用礦化模型系統(tǒng)（ CQMS）。以此制定的搭配開采方案保證了礦石中的主要 成分的穩(wěn)定性，同時也為低品位礦石的有效利用創(chuàng)造了條件。 2）設置具有良好均化效果的原料燃料預均化堆場。國內已具備提供滿足不同生產規(guī)模的預均化堆場技術裝備的條件（圓形堆場直徑可達 110m；矩形堆場跨度達 50m，可滿足 2020～ 10000t/d 級規(guī)模生產線的需要）。 3）配置計量精確的塊狀和粉狀物料計量裝置，并通過質量控制系統(tǒng)及時調整各種原料的喂料比例，確保出磨生料和水泥的合格率。 4）采用高均化效果、低耗電和高卸空率的生料均化庫（ H 值達 8 以上，電耗約 ?h/t，卸空率大于 98%），確保 入 窯生料的合格 率。 ② 預分解窯節(jié)能煅燒工藝和技術裝備 1）通過系統(tǒng)試驗研究，開發(fā)了系統(tǒng)壓損在 4000～ 4800Pa 的高效、低壓損的五級旋風預熱器系統(tǒng)。目前投入生產運行的有 2020t/d、 2500t/d 的單系列和2500t/d、 3200t/d、 5000t/d 的雙系列。同時，預熱器內筒、鎖風閥、耐火 襯料等的改進確保了熟料煅燒系統(tǒng)的可靠性和熱耗的降低。 2）通過對各種燃煤的燃燒特性及在窯爐工況條件下的燃燒機理研究和工業(yè)試驗，開發(fā)出使用可靠的適用于燃料特性的煅燒技術和裝備，為資源的綜合利用和降低運行成本創(chuàng)造了條件。 3）為滿足不 同規(guī)模生產線建設的需要，開發(fā)設計了回轉窯系列產品，包括二支承和三支承的回轉窯，其中三支承窯的最大規(guī)格為 74m，可滿足5000～ 6000t/d 規(guī)模生產線的需要。 4）開發(fā)并推廣了第三代 TC 系列空氣梁熟料篦式冷卻機。該技術使熟料冷卻風量下降至 ～ /kg 熟料，熱回收效率提高到 74%以上，設備可靠性確保了燒成系統(tǒng)的運轉率在 90%以上。 ③ 節(jié)能粉碎粉磨技術與裝備 1）粉碎技術與裝備 原料的單段破碎 工藝具有破碎比大、無料不易堵塞、維修方便、電耗低、工藝流程簡單等優(yōu)點。目前，已開發(fā)出臺時產量從 80～ 1800t/h的不同形式的石灰石單段破碎機，并已投入運行。適用于黏性物料破碎的齒輥式破碎機的最大產量已達 350～ 450t/h。 2）原料烘干粉磨系統(tǒng) 根據原料的易磨性、磨蝕性和烘干性的不同要求，分別開發(fā)了管磨、輥磨系統(tǒng)。新進開發(fā)的的管磨機采用了雙滑履支撐，配用了先進的邊緣傳動裝置。其規(guī)格已能滿足 3000d/t 和 5000d/t 級生產線的要求。而且國內已具備了提供滿足 5000d/t 級以下規(guī)模水泥生產線的生料和煤粉的制備用的輥 1 緒論 3 式磨系列產品的條件。 3）水泥粉磨系統(tǒng) 由高效籠型選粉機、高效布袋 收塵器和管磨機組成的水泥磨系統(tǒng)。第三代籠型選粉機的選粉效率在 80%以上：高效布袋收塵器確保在進口含塵達 800g/ m3的條件下凈化氣體含塵小于 50mg/ m3。 輥壓機作為預粉磨或半粉磨過程的主要裝備，其技術可靠性和節(jié)電優(yōu)勢已成為廣大用戶所認知和接受。與管磨系統(tǒng)相比較其粉磨電耗可降低25%。 ④ 自動控制技術 近年來我國廣泛采用國際上先進的計算機控制技術、通信技術和圖形顯示技術，采用分散控制、集中管理的集散型控制系統(tǒng)（ DCS），并開發(fā)運用了共產生產管理信息系統(tǒng)（ PMIS），實現(xiàn)了系統(tǒng)的可靠、 安全和實用的目標。 ⑤ 環(huán)境保護 作為傳統(tǒng)水泥生產的的主要污染 源 （粉塵、廢水和廢氣）已得到了系統(tǒng)的管理：粉塵排放遠低于國家標準允許的排放限度；廢水實現(xiàn)了零排放；有害氣體（ NOx）的排放也得到了有效的控制。同時也利用了工業(yè)和生活垃圾等作為原料。 國外新型干法水泥生產工藝發(fā)展現(xiàn)狀 20 世紀 90 年代國際上以預分解窯燒成技術為主，進一步優(yōu)化系統(tǒng)內各單項裝備技術，提高產量和質量，降低電耗和熱耗，以提高勞動生產效率，降低產品成本，增加經濟效益，同時擴大原燃料的適用范圍和減少粉塵及有害氣體的排放，以保持可持續(xù)發(fā)展 。 新型干法窯向大型化發(fā)展，自動化水平不斷提高，單機最大能力達 12020t/dt，噸水泥綜合電耗已降低到 90 kW?h/t 以下，熟料熱耗低于 2827kJ/kg，勞動生產率提高到 15000～ 20200t/（人 ?年）。環(huán)保日益收到重視，德國、英國、法國等一些環(huán)保國家的標準較高的國家對新建水泥廠污染物排放標準 的限值為：粉塵 40 mg/ m3， SO2200 mg/ m3， NOx500 mg/ m3。在瑞典和美國的個別水泥企業(yè)中，燒廢料的比例已有高達 80%的實例，瑞典在 2020 年全國達到 50%以上， 2020年基 本實現(xiàn) 100%[4]。 回轉窯的平均規(guī)模不斷擴大，尤其是 20 世紀 90 年代以來，投產了較多的5000t/d 和 7500t/d 以及少數 10000t/d 級的回轉窯。 在世紀之交由 F． L Smidth 公司推出被稱為第四代冷卻機的推桿式冷卻機， 把 傳統(tǒng) 蓖式冷卻機中住復移動篦床承擔的推動物料運動和供風的雙重功能分解為由一組具氣流自適應調節(jié)功能的充氣篦飯排列組成的靜止篦床實現(xiàn)供風．而讓設置于其上的一組住復移動推扦推動熟料層前進，這種新的技術組方式改善了冷卻空氣分布的均勻性如料層分布的 重慶科技學院本科生畢業(yè)設計 4 均勻性．進一步提高了冷卻機熱回收率和操作可靠 性，有效地降低了設備制造成本。該項技術有望戎為未來水泥熟抖冷卻工藝的主導技術。 物料 粉磨 方面，粉磨筒輥磨粉磨技術、輥壓磨粉磨技術和立磨粉磨技術這三種料層擠壓粉磨技術連同傳統(tǒng)的基于概率破碎原理的球磨技術預期將在相當長一段時間內以各自的優(yōu)勢共存于水泥工業(yè)粉磨技術市場上 [3]。 重慶合川鹽井地區(qū)建新型干法生產線的意義 在金融危機年過去之后，重慶水泥行業(yè)迎來了最好的光景。受國家內需的擴大和四川地震災區(qū)重建的拉動， 水泥價格也是一路走高。在經濟趨向復蘇的大環(huán)境下，國家所主導的基建投資增長及市場信心的逐步增強，將成 為今后水泥價格穩(wěn)定的重要基石 [5]。近年來 隨著重慶市經濟的加速發(fā)展和國家宏觀政策對 落后 水泥 生產 的逐步淘汰， 新型干法水 泥的市場需求日益緊張。 經濟高速發(fā)展離不開樓宇、橋梁、道路等的建設，而這些更不能缺少水泥。就西南地區(qū)的重慶而言提出的 “五個重慶 ”之中就包括 “宜居重慶 ”與 “暢通重慶 ”，工業(yè)糧食 “水泥 ”的重要性不言而喻。 目前，重慶市場對 新型干法回轉窯 水泥的年需求量在 2020 萬噸以上，而實際年產總量僅為 1200 萬噸左右。因此， 新型干法回轉窯 水泥供應還存在極大的市場缺口， 因此發(fā)展先進的新型干法工藝具有重要的現(xiàn)實意義 。 重慶 合川 市 作為規(guī)劃建設中的重慶北部區(qū)域中心城市，緊鄰主城區(qū) ， 屬于打造的一小時經濟圈 行列。 該地區(qū) 合川資源豐富，礦產資源眾多：年過境水流量730 億立方米。石灰石儲量 11 億噸、巖鹽儲量 3140 萬噸、天然氣儲量 20 億立方米、碳酸鍶儲量 10 萬噸、煤遠景儲量 億噸。 并且具有便利的水、電、交通、通訊和區(qū)域位置。 在各水泥巨頭扎堆 即將成為重慶乃至西南地區(qū)最大的水泥建材集群的合川 之時， 在重慶合川鹽井地區(qū)新建一條新型干法水泥生產線具有重大意義， 既 可以響應 打造建材城的號召， 又 可以達到緩解水泥供需市場相當突出的矛盾，解決勞動力 就業(yè)，促進該 地區(qū)經濟發(fā)展的目的，從而推動整個重慶經濟的發(fā)展。 設計的主要任務與重點內容 設計的 主 要任務包括廠址選擇、工藝方案確定、設備選型與物料平衡計算、工藝參數的確定、控制系統(tǒng)的設計、質量控制與檢測、環(huán)保與資源綜合利用規(guī)劃、繪圖以及撰寫設計說明書等。新型干法最關鍵的因素是均衡穩(wěn)定，因此重點是生料制備、熟料的煅燒以及水泥的制成等。 2 工藝流程 的確定 5 2 工藝流程的確定 此次設計采用的工藝為新型干法窯外預分解工藝，預分解窯干法工藝是新型干法的典型代表。該工藝具有優(yōu)質、低耗、高效、環(huán)保、裝備大型化、生產控制自動化、 管理科學化以及投資達、建設周期長等特點。 本設計生產線的工藝流程 來自礦山的石灰石由自卸卡車運入破碎機喂料倉，經破碎系統(tǒng)的破碎機破碎送入碎石庫，然后裙板式喂料機、皮帶輸送機定量地送往預配料的預均化場。黏土用自卸式汽車輸入，經喂料機喂入破碎機，達到細度要求之后經計量設備送入預配料的預均化場。 鐵粉由汽車運進廠卸在堆場里，后經裝載機卸入破碎機受料斗中，經板式喂料機喂入破碎機破碎，破碎后經帶式輸送機送至原料配料站。 破碎后的石灰石等原料在尺寸為（ 2～ 34） m125m 的預配料均化場自動配合，并均化成均勻的石灰石、黏土混合原料?；旌显?、石灰石以及鐵粉各自從堆場由皮帶輸送機送往生料磨的磨頭喂料倉，經定量卸料、喂料送入生料磨中，卸于烘干磨進行烘干與生料粉磨。烘干磨的熱氣由懸浮預熱器排出的廢氣供給，開啟時則借助熱風爐供熱風。 粉磨后的生料用氣力提升泵送入連續(xù)性空氣均化庫，進一步用空氣攪拌均化生料和儲存生料。 熟料煅燒 均化庫中的生料經卸料、計量、提升、定量喂料后由氣力提升泵送至窯尾懸浮預熱器和分解爐中，經預熱和分解后的物料進入回轉窯煅燒成熟料。回轉窯和分解爐所用燃料煤由原煤經烘干兼粉磨 后，制成煤粉并儲存在煤粉倉中供給。 熟料經篦式冷卻機冷卻后， 由裙板輸送機、計量秤、斗式提升機分別送入熟料庫中存儲。 水泥的制成及出廠 熟料、石膏和混合材經定量料機喂料送入水泥磨中粉磨。粉磨后的水泥經選粉機選粉，細度符合要求的水泥經倉式空氣輸送泵送至水泥庫中存儲，一部分水泥經包裝機包裝為袋裝水泥，用火車、汽車或輪船運輸出廠；另一部分由散裝專用車散裝出廠 [6]。 重慶科技學院本科生畢業(yè)設計 6 本設計生產線的工藝流程簡圖 將上述內容概括之后，可以得出一個簡單的工藝流程簡圖，如圖 所示。 圖 生產工藝流程圖 2 工藝流程 的確定 7 生產線的生產工序 從上述預分解窯水泥生產線的工藝流程可以看出，新型干法水泥生產可以概括成生料制備、熟料煅燒、水泥制成及出廠三大過程，簡言之 “兩磨一燒 ”，但是具體生產工序還包括很多。一般而言，生產主要包括以下幾大工序： ① 原料、燃料、材料的選擇及入廠； ② 原料、燃料、材料的加工處理與預均化； ③ 原材料的配合； ④ 生料粉磨； ⑤ 生料的調配、均化與儲存； ⑥ 熟料煅燒； ⑦ 熟料、石膏、混合材的儲存于準備； ⑧ 熟料、石膏、混合材的配合及粉磨（即水泥粉磨）； ⑨ 水泥儲存、包裝及發(fā)運。 在整個生產過程當中，為確保原料、燃料、材料及生料、熟料、水泥符合要求，達到硅酸鹽水泥限定的各項技術指標，在生產過程中的各