【文章內(nèi)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(xì)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(jié)在一起，具有一定強(qiáng)度的水硬性膠凝材料。 水泥 是國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中不可缺少的三大建筑材料之一， 水泥被廣泛的應(yīng)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(shè)等新型工業(yè)和國防建設(shè)等領(lǐng)域，是國家工程建設(shè)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(shù)是以懸浮預(yù)熱和預(yù)分解技術(shù)裝備為核心，以先進(jìn)的環(huán)保、熱工、粉磨、均化、儲運(yùn)、在線檢測、信息化等技術(shù)裝備為基礎(chǔ)，采用新技術(shù)和新材料，節(jié)約資源和能源，充分利用廢料、廢渣，促進(jìn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)，實(shí)現(xiàn)人與自然和諧相處的現(xiàn)代化水泥生產(chǎn)方法 [2]。新型干法生產(chǎn)技術(shù)是國際公認(rèn)的代表當(dāng)代技術(shù)發(fā)展水平的水泥生產(chǎn)方法。它具有生產(chǎn)能力大、自動化程度高、產(chǎn)品質(zhì)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(diǎn)，成為當(dāng)今世界水泥 工業(yè)生產(chǎn)的 主要技術(shù)。 國內(nèi)外新型干法水泥生產(chǎn)工藝的發(fā)展現(xiàn)狀 我國新型干法水泥生產(chǎn)工藝發(fā)展現(xiàn)狀 新型干法水泥技術(shù)代表著當(dāng)今世界水泥生產(chǎn)的潮流，其生產(chǎn)能力已經(jīng)達(dá)到世界水泥生產(chǎn)能力的 60%。我國新型干法水泥技術(shù)與裝備研究起步于 20 世紀(jì) 70年代初。 20 世紀(jì) 80～ 90 年代中期，我國引進(jìn)一批 3000 t /d、 4000 t /d 生產(chǎn)線，與此同時(shí)，進(jìn)行國產(chǎn)化 4000 t /d 裝備的開發(fā)。冀東二線國產(chǎn)化 4000 t /d 生產(chǎn)線的成功運(yùn)用，不但降低了工程投資，而且為更大規(guī)模的國產(chǎn)化裝備的開發(fā)積累了經(jīng)驗(yàn)。 20 世紀(jì) 90 年代以來，一些大型化的生產(chǎn)線相繼在國內(nèi)建成投產(chǎn)。如山東大宇 7200t/d 熟料生產(chǎn)線及華新 5000t/d、京陽 5500t/d 生產(chǎn)線。這些生產(chǎn)線以其生產(chǎn)穩(wěn)定、產(chǎn)品質(zhì)量好、運(yùn)行成本低，在國際、國內(nèi)的產(chǎn)品市場上占有了一定的份額，并顯示出強(qiáng)勁的市場競爭力。這些生產(chǎn)線的投產(chǎn)和穩(wěn)定運(yùn)行，標(biāo)志著我國水泥裝備現(xiàn)代化、大型化技術(shù)已成熟 [3]。 ① 原料均化技術(shù) 重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 新型干法水泥生產(chǎn)產(chǎn)品質(zhì)量得以保證的關(guān)鍵是原料均化技術(shù)的應(yīng)用。已投入應(yīng)用的技術(shù)裝備如下。 1） 礦山設(shè)計(jì)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(shí)也為低品位礦石的有效利用創(chuàng)造了條件。 2）設(shè)置具有良好均化效果的原料燃料預(yù)均化堆場。國內(nèi)已具備提供滿足不同生產(chǎn)規(guī)模的預(yù)均化堆場技術(shù)裝備的條件（圓形堆場直徑可達(dá) 110m；矩形堆場跨度達(dá) 50m，可滿足 2020～ 10000t/d 級規(guī)模生產(chǎn)線的需要）。 3）配置計(jì)量精確的塊狀和粉狀物料計(jì)量裝置，并通過質(zhì)量控制系統(tǒng)及時(shí)調(diào)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(dá) 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(yù)分解窯節(jié)能煅燒工藝和技術(shù)裝備 1）通過系統(tǒng)試驗(yàn)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(fēng)預(yù)熱器系統(tǒng)。目前投入生產(chǎn)運(yùn)行的有 2020t/d、 2500t/d 的單系列和2500t/d、 3200t/d、 5000t/d 的雙系列。同時(shí)，預(yù)熱器內(nèi)筒、鎖風(fēng)閥、耐火 襯料等的改進(jìn)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(jī)理研究和工業(yè)試驗(yàn)，開發(fā)出使用可靠的適用于燃料特性的煅燒技術(shù)和裝備，為資源的綜合利用和降低運(yùn)行成本創(chuàng)造了條件。 3）為滿足不 同規(guī)模生產(chǎn)線建設(shè)的需要，開發(fā)設(shè)計(jì)了回轉(zhuǎn)窯系列產(chǎn)品，包括二支承和三支承的回轉(zhuǎn)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(chǎn)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(jī)。該技術(shù)使熟料冷卻風(fēng)量下降至 ～ /kg 熟料，熱回收效率提高到 74%以上，設(shè)備可靠性確保了燒成系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)率在 90%以上。 ③ 節(jié)能粉碎粉磨技術(shù)與裝備 1）粉碎技術(shù)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(diǎn)。目前，已開發(fā)出臺時(shí)產(chǎn)量從 80～ 1800t/h的不同形式的石灰石單段破碎機(jī)，并已投入運(yùn)行。適用于黏性物料破碎的齒輥式破碎機(jī)的最大產(chǎn)量已達(dá) 350～ 450t/h。 2）原料烘干粉磨系統(tǒng) 根據(jù)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(jìn)開發(fā)的的管磨機(jī)采用了雙滑履支撐，配用了先進(jìn)的邊緣傳動裝置。其規(guī)格已能滿足 3000d/t 和 5000d/t 級生產(chǎn)線的要求。而且國內(nèi)已具備了提供滿足 5000d/t 級以下規(guī)模水泥生產(chǎn)線的生料和煤粉的制備用的輥 1 緒論 3 式磨系列產(chǎn)品的條件。 3）水泥粉磨系統(tǒng) 由高效籠型選粉機(jī)、高效布袋 收塵器和管磨機(jī)組成的水泥磨系統(tǒng)。第三代籠型選粉機(jī)的選粉效率在 80%以上：高效布袋收塵器確保在進(jìn)口含塵達(dá) 800g/ m3的條件下凈化氣體含塵小于 50mg/ m3。 輥壓機(jī)作為預(yù)粉磨或半粉磨過程的主要裝備，其技術(shù)可靠性和節(jié)電優(yōu)勢已成為廣大用戶所認(rèn)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(shù) 近年來我國廣泛采用國際上先進(jìn)的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、通信技術(shù)和圖形顯示技術(shù)，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(yùn)用了共產(chǎn)生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)（ PMIS），實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的可靠、 安全和實(shí)用的目標(biāo)。 ⑤ 環(huán)境保護(hù) 作為傳統(tǒng)水泥生產(chǎn)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(yuǎn)低于國家標(biāo)準(zhǔn)允許的排放限度；廢水實(shí)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(shí)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(chǎn)工藝發(fā)展現(xiàn)狀 20 世紀(jì) 90 年代國際上以預(yù)分解窯燒成技術(shù)為主，進(jìn)一步優(yōu)化系統(tǒng)內(nèi)各單項(xiàng)裝備技術(shù)，提高產(chǎn)量和質(zhì)量，降低電耗和熱耗，以提高勞動生產(chǎn)效率，降低產(chǎn)品成本，增加經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)擴(kuò)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(jī)最大能力達(dá) 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(chǎn)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(biāo)準(zhǔn)較高的國家對新建水泥廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn) 的限值為：粉塵 40 mg/ m3， SO2200 mg/ m3， NOx500 mg/ m3。在瑞典和美國的個(gè)別水泥企業(yè)中，燒廢料的比例已有高達(dá) 80%的實(shí)例，瑞典在 2020 年全國達(dá)到 50%以上， 2020年基 本實(shí)現(xiàn) 100%[4]。 回轉(zhuǎn)窯的平均規(guī)模不斷擴(kuò)大，尤其是 20 世紀(jì) 90 年代以來，投產(chǎn)了較多的5000t/d 和 7500t/d 以及少數(shù) 10000t/d 級的回轉(zhuǎn)窯。 在世紀(jì)之交由 F． L Smidth 公司推出被稱為第四代冷卻機(jī)的推桿式冷卻機(jī)， 把 傳統(tǒng) 蓖式冷卻機(jī)中住復(fù)移動篦床承擔(dān)的推動物料運(yùn)動和供風(fēng)的雙重功能分解為由一組具氣流自適應(yīng)調(diào)節(jié)功能的充氣篦飯排列組成的靜止篦床實(shí)現(xiàn)供風(fēng)．而讓設(shè)置于其上的一組住復(fù)移動推扦推動熟料層前進(jìn)，這種新的技術(shù)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(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 均勻性．進(jìn)一步提高了冷卻機(jī)熱回收率和操作可靠 性，有效地降低了設(shè)備制造成本。該項(xiàng)技術(shù)有望戎為未來水泥熟抖冷卻工藝的主導(dǎo)技術(shù)。 物料 粉磨 方面，粉磨筒輥磨粉磨技術(shù)、輥壓磨粉磨技術(shù)和立磨粉磨技術(shù)這三種料層擠壓粉磨技術(shù)連同傳統(tǒng)的基于概率破碎原理的球磨技術(shù)預(yù)期將在相當(dāng)長一段時(shí)間內(nèi)以各自的優(yōu)勢共存于水泥工業(yè)粉磨技術(shù)市場上 [3]。 重慶合川鹽井地區(qū)建新型干法生產(chǎn)線的意義 在金融危機(jī)年過去之后，重慶水泥行業(yè)迎來了最好的光景。受國家內(nèi)需的擴(kuò)大和四川地震災(zāi)區(qū)重建的拉動， 水泥價(jià)格也是一路走高。在經(jīng)濟(jì)趨向復(fù)蘇的大環(huán)境下，國家所主導(dǎo)的基建投資增長及市場信心的逐步增強(qiáng)，將成 為今后水泥價(jià)格穩(wěn)定的重要基石 [5]。近年來 隨著重慶市經(jīng)濟(jì)的加速發(fā)展和國家宏觀政策對 落后 水泥 生產(chǎn) 的逐步淘汰， 新型干法水 泥的市場需求日益緊張。 經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展離不開樓宇、橋梁、道路等的建設(shè)，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(gè)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(zhuǎn)窯 水泥的年需求量在 2020 萬噸以上，而實(shí)際年產(chǎn)總量僅為 1200 萬噸左右。因此， 新型干法回轉(zhuǎn)窯 水泥供應(yīng)還存在極大的市場缺口， 因此發(fā)展先進(jìn)的新型干法工藝具有重要的現(xiàn)實(shí)意義 。 重慶 合川 市 作為規(guī)劃建設(shè)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(shí)經(jīng)濟(jì)圈 行列。 該地區(qū) 合川資源豐富，礦產(chǎn)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(yuǎn)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(shí)， 在重慶合川鹽井地區(qū)新建一條新型干法水泥生產(chǎn)線具有重大意義， 既 可以響應(yīng) 打造建材城的號召， 又 可以達(dá)到緩解水泥供需市場相當(dāng)突出的矛盾，解決勞動力 就業(yè)，促進(jìn)該 地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的目的，從而推動整個(gè)重慶經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。 設(shè)計(jì)的主要任務(wù)與重點(diǎn)內(nèi)容 設(shè)計(jì)的 主 要任務(wù)包括廠址選擇、工藝方案確定、設(shè)備選型與物料平衡計(jì)算、工藝參數(shù)的確定、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、質(zhì)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(shè)計(jì)說明書等。新型干法最關(guān)鍵的因素是均衡穩(wěn)定，因此重點(diǎn)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(shè)計(jì)采用的工藝為新型干法窯外預(yù)分解工藝，預(yù)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(zhì)、低耗、高效、環(huán)保、裝備大型化、生產(chǎn)控制自動化、 管理科學(xué)化以及投資達(dá)、建設(shè)周期長等特點(diǎn)。 本設(shè)計(jì)生產(chǎn)線的工藝流程 來自礦山的石灰石由自卸卡車運(yùn)入破碎機(jī)喂料倉，經(jīng)破碎系統(tǒng)的破碎機(jī)破碎送入碎石庫，然后裙板式喂料機(jī)、皮帶輸送機(jī)定量地送往預(yù)配料的預(yù)均化場。黏土用自卸式汽車輸入，經(jīng)喂料機(jī)喂入破碎機(jī)，達(dá)到細(xì)度要求之后經(jīng)計(jì)量設(shè)備送入預(yù)配料的預(yù)均化場。 鐵粉由汽車運(yùn)進(jìn)廠卸在堆場里，后經(jīng)裝載機(jī)卸入破碎機(jī)受料斗中，經(jīng)板式喂料機(jī)喂入破碎機(jī)破碎，破碎后經(jīng)帶式輸送機(jī)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(yù)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稀⑹沂约拌F粉各自從堆場由皮帶輸送機(jī)送往生料磨的磨頭喂料倉，經(jīng)定量卸料、喂料送入生料磨中，卸于烘干磨進(jìn)行烘干與生料粉磨。烘干磨的熱氣由懸浮預(yù)熱器排出的廢氣供給，開啟時(shí)則借助熱風(fēng)爐供熱風(fēng)。 粉磨后的生料用氣力提升泵送入連續(xù)性空氣均化庫，進(jìn)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(jīng)卸料、計(jì)量、提升、定量喂料后由氣力提升泵送至窯尾懸浮預(yù)熱器和分解爐中，經(jīng)預(yù)熱和分解后的物料進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯煅燒成熟料?；剞D(zhuǎn)窯和分解爐所用燃料煤由原煤經(jīng)烘干兼粉磨 后，制成煤粉并儲存在煤粉倉中供給。 熟料經(jīng)篦式冷卻機(jī)冷卻后， 由裙板輸送機(jī)、計(jì)量秤、斗式提升機(jī)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(jīng)定量料機(jī)喂料送入水泥磨中粉磨。粉磨后的水泥經(jīng)選粉機(jī)選粉，細(xì)度符合要求的水泥經(jīng)倉式空氣輸送泵送至水泥庫中存儲，一部分水泥經(jīng)包裝機(jī)包裝為袋裝水泥，用火車、汽車或輪船運(yùn)輸出廠；另一部分由散裝專用車散裝出廠 [6]。 重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 本設(shè)計(jì)生產(chǎn)線的工藝流程簡圖 將上述內(nèi)容概括之后，可以得出一個(gè)簡單的工藝流程簡圖，如圖 所示。 圖 生產(chǎn)工藝流程圖 2 工藝流程 的確定 7 生產(chǎn)線的生產(chǎn)工序 從上述預(yù)分解窯水泥生產(chǎn)線的工藝流程可以看出，新型干法水泥生產(chǎn)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(chǎn)工序還包括很多。一般而言，生產(chǎn)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(yù)均化； ③ 原材料的配合； ④ 生料粉磨； ⑤ 生料的調(diào)配、均化與儲存； ⑥ 熟料煅燒； ⑦ 熟料、石膏、混合材的儲存于準(zhǔn)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(yùn)。 在整個(gè)生產(chǎn)過程當(dāng)中，為確保原料、燃料、材料及生料、熟料、水泥符合要求，達(dá)到硅酸鹽水泥限定的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，在生產(chǎn)過程中的各