【正文】 ..................................... 52 參考文獻(xiàn) .......................................................................................................................... 53 第一部分：總體設(shè)計(jì) 1 新型干法水泥生產(chǎn)的簡述 新型干法水泥生產(chǎn)的特點(diǎn) 新型干法水泥生產(chǎn)的特點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下及反面 一 生料制備過程 現(xiàn)代化 生料制備全過程廣泛采用現(xiàn)代均化技術(shù)， 使礦山的開采，原料的預(yù)均化、原料配料及粉磨、生料均化四個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，相互銜接，形成生料制備全過程均化控制保證體系，迎合窯外分解技術(shù)，以及生產(chǎn)大型化對(duì)生料品質(zhì)的嚴(yán)格要求。操作基本自動(dòng)化，單位容積產(chǎn)量達(dá) 110 ～ 270kg /m2，勞動(dòng)生產(chǎn)率可高達(dá) 1000 ～ 4000t/ 年 三 裝備的大型化 裝備大型化 ,單機(jī)生產(chǎn)能力大，使水泥工業(yè)集約化方向發(fā)展。 四 環(huán)保 低耗 采用高效多 功能擠壓粉磨、新型粉體輸送裝置大大節(jié)約了粉磨和輸送能耗；懸浮預(yù)熱及預(yù)分解技術(shù)改變傳統(tǒng)回轉(zhuǎn)窯內(nèi)物料堆積態(tài)的預(yù)熱和分解方法，熟料的煅燒所需要的能耗下降?；沂Y源；懸浮、預(yù)分解技術(shù)及新型多通道燃燒器的應(yīng)用，有利于低質(zhì)燃料及再生燃料的利用，同時(shí)可降低系統(tǒng)廢氣排放量、排放溫度和還原窯氣中產(chǎn)生的 NOx 含量，減少了對(duì)環(huán)境的污由于 “均化鏈 ”技術(shù)的采用，可以有效地利用在傳統(tǒng)開采方式下必須丟棄的石染。 五 生產(chǎn)控制自動(dòng)化 新型干法水泥的生產(chǎn)過程環(huán)節(jié)多、連續(xù)性強(qiáng)，許多工序都是聯(lián)合操作、相互影響、相互制約。對(duì)生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制具有反映靈敏、控制及時(shí)、調(diào)整精確等特點(diǎn)，是保證現(xiàn)代化連續(xù)性生產(chǎn)安全穩(wěn)定運(yùn)行 所必不可少的工具，生產(chǎn)得規(guī)模越大，連續(xù)性越強(qiáng)，于生產(chǎn)穩(wěn)定性的要求越高，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化的必要性也越明顯。新型干法水泥生產(chǎn)是以懸浮預(yù)熱器和窯外分解技術(shù)為核心，把現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)如原料預(yù)均化、生料均化、烘干粉磨、耐磨、耐火材料以及計(jì)算機(jī)、自控技術(shù)等等，廣泛應(yīng)用于水泥生產(chǎn)的全過程，使水泥生產(chǎn)具有高效、優(yōu)質(zhì)、低耗、符合環(huán)保要求及大型化、自動(dòng)化等特征的現(xiàn)代水泥生產(chǎn)方法。該技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：傳熱迅速，熱效率高，單位容積較濕法水泥產(chǎn)量大，熱耗低。第二階段， 20 世紀(jì) 70 年代初期，是預(yù)分解技術(shù)誕生和發(fā)展階段。 一 新型干法技術(shù)的發(fā)展，使水泥生產(chǎn)裝備的單機(jī)能力和性能的可靠性大大提高，而設(shè)備的大型化又是實(shí)現(xiàn)先進(jìn)工藝技術(shù)的手段和途徑。 二 高效低壓損預(yù)熱器，理想流場的預(yù)分解爐，超短窯應(yīng)用，三通道燃燒器，可控流第三代篦冷機(jī)，中低溫余熱發(fā)電，無煙煤資源利用，立磨、輥壓機(jī)、輥筒磨終粉系統(tǒng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)球磨，高效選粉機(jī)使用， 機(jī)械輸送取代氣力輸送，變頻調(diào)速代替風(fēng)門開度等等，在水泥工業(yè)生產(chǎn)中推廣與應(yīng)用。勞動(dòng)定員大大地減少。由于在線分析儀能實(shí)時(shí)、連續(xù)、在線 在磨前進(jìn)行物料成分的分析和控制，使出磨生料成分均勻性得到提高，使生料儲(chǔ)存庫取代生料均化庫成為可能。 20 世紀(jì) 80 年代初，我國開始引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)裝備。 20 世紀(jì) 90 年代，我國 對(duì)引進(jìn)的日產(chǎn) 2020 噸、 3200 噸、 4000 噸、 7200 噸不斷地消化吸收，優(yōu)化設(shè)計(jì)，使其逐步實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化。 21 世紀(jì)在 “結(jié)構(gòu)調(diào)整為主線 ”、 “以科技進(jìn)步為動(dòng)力 ”、 “以經(jīng)濟(jì)效益為中心 ”的產(chǎn)業(yè)方針政策推動(dòng)下，我國新型干法水泥工業(yè)開始朝著 “科技含量高、資源消耗低、經(jīng)濟(jì)效益 ”的新型工業(yè)化道路的方向邁進(jìn)。他們計(jì)劃五年之內(nèi)建設(shè) 22 條生產(chǎn)線，躋身世界水泥 10 強(qiáng)之列。 2020 年全國新型干法水泥產(chǎn)量折合 級(jí)水泥約 9460 萬噸，約占全國水泥產(chǎn)量的%，比 2020 年高 的百分點(diǎn)。 2020 年全國新投產(chǎn)新型干法生產(chǎn)線 132 條，新增熟料生產(chǎn)能力 億噸，由于大噸位水泥窯數(shù)量增加，新增能 力為歷年之最 ［ 2］ 。要想使這一技術(shù)取得更大的進(jìn)步 ,趕超發(fā)達(dá)國家的先進(jìn)水平 ,就必須做到在努力提高新型干法生產(chǎn)的水泥所占的比例的同時(shí) ,繼續(xù)加強(qiáng)技術(shù)研發(fā)和信息化建設(shè) ,鼓勵(lì)企業(yè)自主創(chuàng)新 ,引進(jìn)新技術(shù) ,做好人才培養(yǎng) ,不斷推行優(yōu)化設(shè)計(jì)。因此，在生產(chǎn)控制過程中，不僅要控制熟料氧化物的含量，而且還應(yīng)控制各氧化物之 間的比例，即率值 。因此在生產(chǎn)中，常用率值作為生產(chǎn)控制的一種指標(biāo)。 KH2 S i O OFeOAlC a O ??? 石灰飽和系數(shù) KH 值是熟料中全部氧化硅生成硅酸鈣（硅酸二鈣和硅酸三鈣）所需的氧化鈣含量與全部氧化硅生成硅酸三鈣所需氧化鈣最大含量的比值，也表示熟料中氧化硅被氧化鈣飽和形成硅酸三鈣的程度。為使熟料順利的形成，不致因過多游離石灰而影響熟料質(zhì)量，通常在工廠條件下，石灰飽和系數(shù)控制在~ 之間。硅率和氧化物之間關(guān)系的數(shù)學(xué)式是： SM32322 OFeOAl SiO?? 硅率會(huì)隨著硅酸鹽礦物與溶劑礦物之比的大小而增（減）。硅率過低，則會(huì)導(dǎo)致熟料中硅酸鹽礦物太少而影響水泥強(qiáng)度，且由于液相過多，容易出現(xiàn)結(jié)大塊、結(jié)爐瘤、結(jié)圈等現(xiàn)象，影響窯的操作。鋁率的表達(dá)式是： IM3232OFeOAl? 鋁率的高低，在一定程度上反映了水泥煅燒過程中高溫液相的黏度。 確定 KH=～ ， SM=～ ， IM=～ 熟料熱耗的確定 水泥廠中 影響熟料熱耗的因素很多，國內(nèi)系統(tǒng)熱耗較高的主要原因是：結(jié)皮堵 塞現(xiàn)象嚴(yán)重，還有設(shè)備故障比較頻繁，從而導(dǎo)致窯的運(yùn)轉(zhuǎn)率不高。 以上兩個(gè)表可以看出，熟料燒成過程所消耗的燒成熱耗與煅燒全過程有關(guān)，除涉及到原料、燃料性質(zhì)和回轉(zhuǎn)窯 （包括分解窯）外、還與廢氣回收裝置有關(guān)（各類預(yù)熱器和余熱鍋爐、余熱烘干等）和熟料余熱回收裝置（各類冷卻機(jī)）等有關(guān)。 根據(jù)《新型干法水泥廠工藝設(shè)計(jì)手冊》，見表 21 及表 22 表 21 國內(nèi)部分預(yù)分解窯的規(guī)格和特性 廠名 設(shè)計(jì)能力 （ t/d） 設(shè)計(jì)熱耗 （ kJ/kg熟料 ） 回轉(zhuǎn)窯規(guī)格（ m） 分解爐型式 分解爐規(guī)格（ m） 冀東水泥廠 4000 3308 φ 74 NSF Φ 寧國水泥廠 4000 3429 φ 75 MFC Φ 6 表 22 國內(nèi)部分預(yù)分解窯的規(guī)格和特性 窯型 熟料燒成熱耗 窯型 熟料燒成熱耗 kJ/kg熟料 Kg 熟料 kJ/kg 熟料 Kg 熟料 濕法長窯 干法長窯 5000～5900 4600～5000 1200～1400 1100～1200 旋風(fēng)預(yù)熱器窯 預(yù)分解窯 3300～3600 3100～3300 180～850 740～780 礦渣、石膏加入量的確定 礦 渣的作用：礦渣是一種具有潛在水硬活性的材料，已成為水泥工業(yè)活性混合材的重要原料。 石膏的作用：一般水泥熟料磨成細(xì)粉后與水相遇會(huì)很快凝結(jié)，無法施工。 混合材的活性較高時(shí)，可以適當(dāng)增加混合材摻加量。水泥標(biāo)號(hào)不同，強(qiáng)度的等級(jí)也不同，從而摻入的礦渣不同。 根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn) GB175—2020，普通硅酸鹽水泥摻加活性混合材不得超過 15%，其中允許用不超過 5%的窯灰或不超過 10%的非活性混合材代 替。 我國生產(chǎn)的普通水泥，其石膏摻量一般波動(dòng)于 SO3 含量為 %～ %間。 3 物料平衡的計(jì)算 配料計(jì)算 原料及燃料化學(xué)成分 1. 原料化學(xué)成分 原料 Loss SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 W 石灰石 粘 土 鐵 粉 煤 灰 礦 渣 石 膏 2．燃料 煤的工業(yè)分析（ %） Mar 46. 57 22727(kJ/kg) 煤的元素分析（ %） 3 生產(chǎn)損失： 名稱 石膏 礦渣 生料 水泥 生產(chǎn)損失 /％ 3 8 5 3 Car Har Oar Nar Sar Aar Mar 合計(jì) 應(yīng)用基水分 /% 應(yīng)用基低位熱值 / kJ/kg 燒成用煤 22727 烘干用煤 21468 煤灰摻入量的確定 參考表 21 及表 22 的數(shù)據(jù)并結(jié)合《水泥工藝廠設(shè)計(jì)概論》的相關(guān)要求，綜合考慮后，確定本設(shè)計(jì)的熟料熱耗 q=3100kJ/kg 熟料 根據(jù)公式求得： 100SqAY?? YA QG= 1 002 27 27 1 10 0 ? ?? =% 式中： AG —— 熟料中煤灰摻入量， %； q—— 單位熟料熱耗， kJ/kg 熟料 ； yA —— 煤的應(yīng)用基灰分含量， %； S—— 煤灰沉落率， %，對(duì)于立窯和有完善除塵設(shè)備的回轉(zhuǎn)窯可取 100%； yQ —— 煤的應(yīng)用基低位熱值， kJ/kg 干煤 。 計(jì)算干燥原料的配合比 設(shè)定干燥物料的配合比為：石灰石 %、粘土 %、 鐵粉 %，以此計(jì)算生料的化學(xué)成分，如表 31 所示。按此計(jì)算的熟料的化學(xué)成分，如表 32 所示。h ，本設(shè)計(jì)標(biāo)定產(chǎn)量為 209t/臺(tái) .15000 0 . 9 9 6 8 12 4 2 4 2 0 9dhQn Q? ? ? ?? 式中 n——窯的臺(tái)數(shù)； Qd ——要求的熟料日產(chǎn)量（ t/d） Qh,l——所選窯的標(biāo)定臺(tái)時(shí)產(chǎn)量 [t/(臺(tái) 故本設(shè)計(jì)選用 φ 74m 窯一臺(tái)。 （ 2）考慮煤灰摻入時(shí)， 1t 熟料的干生料 消耗定額： 生生 P100100K T??K = ??? （ t/t 熟料） 式中： K 生 ——干生料消耗定額（ t/t 熟料）； P 生 ——生料的生產(chǎn)損失（ %）。 K 石灰石 =K 生 x 石灰石 = =（ t/t 熟料） K 粘土 =K 生 x 粘土 ==（ t/t 熟料） K 鐵粉 =K 生 x 鐵粉 ==（ t/t 熟料） (4) 干石膏消耗定額： Kd=)1 0 0)(1 0 0( 1 0 0 dPed d ??? )31 0 0()851 0 0( 51 0 0 ????? ??（ kg/kg 熟料） 式中： Kd——干石膏的消耗定額（ kg/kg 熟料）； Pd——石膏的生產(chǎn)損失（ %）。 (6)燒成用干煤消耗定額： QgDw =(QyDw +25Wy)yW?100100 =(22727+25) ? =Kf1=gDWQqfP100100? = )3100( 1003100 ??? =（ kg/kg 熟料） 式中： Kf1——燒成用干煤消耗定額（ kg/kg 熟料）； q——熟料燒成熱耗（ kg/kg 熟料）； gDWQ ——干煤低位熱值（ kg/kg 熟料）； Pf——煤的生產(chǎn)損失（ %），一般取 3%； QyDw ——煤的應(yīng)用基低位發(fā)熱量（ kg/kg 熟料）； Wy——煤的 水分。這些影響對(duì)大型干法回轉(zhuǎn)窯尤其敏感。另一方面，由于水泥廠 規(guī)模趨向大型化以及水泥其它工業(yè)發(fā)展，對(duì)石灰石的需求量日益增長，從而是石灰石高品位的原料不能滿足生產(chǎn)的需求，勢必要采用高低品位礦石搭配或由數(shù)個(gè)礦山的礦石搭配的方法，以充分利用礦山資源?，F(xiàn)在大多數(shù)水泥廠尤其是新廠采用的是矩形預(yù)均化堆場，故本廠石灰石、煤采用的預(yù)均化堆場是矩形。二段破碎系統(tǒng)，對(duì)規(guī)模較大，石礦提供的塊度也大 ，對(duì) 選擇一段破碎工藝有困難時(shí)，可用二段破碎工藝。 ⑵ 破碎設(shè)備 大型化 ： 大規(guī)格的破碎機(jī)，為提高破碎機(jī)的生產(chǎn)能力和放寬礦山開采塊度創(chuàng)造了條件。 ⑷ 破碎設(shè)備 多功能化 ： 某些國家發(fā)展破碎兼烘干的流程，使物料的破碎和烘干結(jié)合起來，為解決粘濕物料的破碎創(chuàng)造了條件。 水泥廠使用的煤經(jīng)常含有大塊，最大塊度可達(dá) 200300mm，煤的破碎多采用錘式破碎機(jī)，也可以采用反擊式破碎機(jī)。 生料的制備系統(tǒng) 生料制備系統(tǒng)目前按設(shè)備分為立磨和球磨。它適用于粉磨軟質(zhì)或中等硬度的物料，當(dāng)磨機(jī)內(nèi)通入熱空氣時(shí)，物料同時(shí)得到烘干和粉磨。磨內(nèi)介質(zhì)與物料相遇的機(jī)會(huì)遠(yuǎn)少于介質(zhì)本身相遇的機(jī)會(huì)，故絕大部分能量消耗于彼此的沖撞之中。 輥磨機(jī)的粉磨作用，是基于沉重的磨輥對(duì)物料層的滾壓作用而實(shí)現(xiàn)的。輥 磨機(jī)帶有空氣分級(jí)裝置（即分離機(jī)），粉磨物料從磨盤邊緣溢出，由于磨盤的慣性離心力和高速氣流作用，使物料揚(yáng)起進(jìn)行初分級(jí)，粗粉返回磨盤再粉磨，這種連續(xù)循環(huán)的粉磨是很有效的，可得到所需的細(xì)度而不發(fā)生結(jié)塊現(xiàn)象。 立磨的優(yōu)點(diǎn) : （ 1） 電耗低 輥磨機(jī)采用滾壓料層的方式粉磨物料，同時(shí)本身帶有選粉裝置，能及時(shí)排除細(xì)粉，避免了過粉碎現(xiàn)象，因而粉磨效率高，節(jié)能效果非常顯著?？沙浞掷妙A(yù)熱器和煅燒窯排出得低溫廢氣。相對(duì)的可省去二級(jí)破碎設(shè)備。而且，調(diào)節(jié)分離