1、毕业设计日产5000吨水泥熟料水泥厂生料粉磨系统设计摘要本次设计的任务是日产5000吨水泥熟料水泥厂生料粉磨系统工艺设计。近年来随着我国装备制造业技术水平和生产能力的不断提高，水泥生产线的规模大型化已渐成趋势。从国内外诸多水泥厂建设过程的经历来看，主机选型特别是生料磨的选型合理与否是影响项目投资，工程进度和投产后经济效益的重要因素。目前国内采用的生料磨系统主要有球磨烘干兼粉磨，立磨和辊压机终粉磨这三种系统。粉磨效率低，能耗大是球磨机系统的缺点。辊压机系统在粒度级配，操作维修等方面有缺陷。而立磨在粉磨和烘干能力，能耗及喂料粒度等方面性能都很优越。所以立式磨属当代水泥工业原料粉磨系统的首选。基于物
2、料平衡计算和设备选型计算，此次设计选择了产量为400t/h的MLS4531立磨。关键字：工艺设计 生料粉磨系统 立磨系统 物料平衡 设备选型AbstractThe design of the task is to produce 5,000 tons of cement clinker on cement raw material grinding system process design.As Chinas equipment manufacturing industry in recent years, technological level and production capacit
3、y continues to improve, large scale cement production line technology has become the trend. The process of building a lot of cement from foreign experience point of view, the host selection in particular the selection of raw mill is reasonable or not is the impact of project investment, project prog
4、ress and put into operation an important factor in economic. At present, raw mill system used in the main drying and grinding ball mill, vertical mill and roller press finish grinding these three systems. Grinding efficiency is low, energy consumption is the ball mill system shortcomings. Roller pre
5、ss system in the particle size, operation and maintenance and so flawed. Standing mill in grinding and drying capacity, energy consumption and feed particle size, etc. are all excellent performance. So are modern cement vertical mill grinding system of choice for industrial raw materials. Based on m
6、aterial balance calculations and equipment sizing, the design options of the output of 400t / h of MLS4531 vertical mill.Keyword：Process Design Raw material grinding system Roller mill system Material balance Equipment Selection前言本设计的课题是：日产5000吨水泥熟料水泥厂新型干法生产线生料磨系统工艺设计。本次设计的主要内容是日产5000吨水泥熟料水泥厂配料设计、物料
7、平衡计算；水泥厂设备选型计算和主机生产能力平衡计算；水泥厂生料磨系统工艺设计说明书的编制；水泥厂工艺流程图及生料磨系统工艺布置图设计，因此有必要对生料磨系统及其发展进行了解。本设计的目的和意义为培养学生综合运用所学的基础理论、专业知识和基本技能，提高分析、解决实际问题能力；提高查阅文献和收集资料的能力，计算机技术和外语应用能力；使学生系统而又熟练地掌握水泥厂工艺流程，具有进行水泥厂主要车间初步设计计算、编写设计说明书等工作能力；进而培养学生创新精神和实践能力，为今后的实际工作打基础。因本设计为日产5000吨水泥熟料水泥厂新型干法生产线生料磨系统工艺设计，所以重点介绍关于日产5000吨水泥熟料水
8、泥厂新型干法生产线生料磨系统。近年来随着我国装备制造业技术水平和生产能力的不断提高，水泥生产线的规模大型化已渐成趋势。从国内外诸多水泥厂建设过程的经历来看，主机选型特别是生料磨的选型合理与否是影响项目投资，工程进度和投产后经济效益的重要因素。在出口国外的水泥项目中，以中大型水泥生产线为主。在设备选型时，合理选择各系统的主机，降低项目投资，可提升我国对外水泥单位的竞争力。水泥厂项目因地区不同，各自的自然条件也有差别，生料粉磨系统方案选择也不尽相同。在当代水泥工业生料粉磨装备的选择中，球磨系统已明显减少，现在仅剩的一个使用范围就是水泥粉磨了，即使在这个范围内球磨的选用已缩减到50%（国际）和70%
9、（国内），下降的趋势仍在继续。立式磨属当代水泥工业原料粉磨系统的首选，国际上多年的实践足以佐证。经过近一个世纪的发展，立式磨技术已经十分成熟。特别是六十年代以来，随着窑外分解技术的诞生并向大型化发展，立式磨在国内外水泥工业中得到了广泛应用，其技术水平得到了进一步的提高和完善。国内外十多家公司相继研制了各种类型的立式磨，均取得了成功。在国外，德国LOESCHE公司研制了LM立式磨、Pfeiffer公司研制了MPS立式磨、Krupp Polysius公司研制了RM立式磨、丹麦F.L.Smith公司研制了Atox立式磨；日本宇部公司生产引进德国LOESCHE公司技术，生产UB-LM立式磨.。德国LO
10、ESCHE公司目前正在制造LM69.40立式磨，主机装机容量为7000Kw，产量可达1200吨/时，将用于印度与日产10000吨熟料的水泥生产线配套粉磨水泥原料，是世界上最大的立式磨。而国内几种国产大型立式磨分别为1：HRM型立式磨：HRM型立式磨立式磨是合肥水泥研究设计院研制的能广泛用于建材、冶金、电力、化工、非矿等行业粉磨各种非金属物料的高效节能的烘干兼粉磨设备，首台HRM1250立式磨于1989年用于安徽省蒙城县水泥厂，2008年10月，中国最大的立式磨HRM4800立式磨在浙江虎山集团5000吨/日水泥熟料生产线上投入运行；2.TRM型立式磨与LGM型立式磨：TRM型立式磨和LGM型立
11、式磨的结构与LM型立式磨相同。TRM型立式磨是天津水泥工业设计研究院研制的立式磨。与日产5000吨水泥熟料生产线配套粉磨原料的TRM53.40立式磨于2008年9月投入运行；3.MLS（MPS）型立式磨：MPS型立式磨是沈阳重型机器厂引进德国非凡公司于一九八五年十二月从西德PFEIFFER公司引进技术生产的立式磨。合同规定转让八种规格产品的全部设计、制造和检验技术，以及试验选型用MPS磨机全套试验室设备，以满足700t/d、1000t/d、2000 t/d水泥厂需要。 由于合同已经到期，沈阳重型机器厂将该立式磨产品改为MLS型立式磨，并开发设计了MLS3626、MLS3626加强型以及MLS4
12、531原料立式磨，分别与2500t/d、3000 t/d和5000 t/d水泥熟料生产线配套粉磨原料。国产立式磨存在问题及其解决方案：通过几台与5000t/d水泥熟料生产线配套的大型立式磨配国产减速机的使用情况证明：国产立式磨及减速机设计、制造技术基本成熟，能够满足5000t/d水泥熟料生产线的需要，供货周期较短、价格较低。进口立式磨供货周期长、价格昂贵（比国产减速机贵50%以上），且国内以前进口的立式磨减速机在使用35年后也先后出现故障，维修周期长、更换配件费用高且难以及时到货，使整条生产线停产数月的情况也时有发生；所以建议国内生产线优先选用国产立式磨及减速机。本设计的指导思想和设计路线：我
13、国水泥工业立式磨的选用率也在不断提高之中。因此我国应加紧自主创新大型生料磨（5000t/d线）的研制、改进与完善，确保其可靠性，提高国产大型立磨的市场竞争力。此次设计为日产5000吨水泥熟料水泥厂新型干法生产线生料磨系统工艺设计，经过慎重考虑，生料磨系统首选确定为国产立式磨，相应的几种国产大型立式磨分别为HRM型立式磨、 TRM型立式磨与LGM型立式磨、MLS（MPS）型立式磨；HRM型立式磨的磨盘为盘形、磨辊为轮胎形，组成合理的研磨区域，粉磨效率高、电耗低。磨辊可以翻出机外检修，辊套可以翻面使用，能延长使用寿命，有防止磨辊辊套与磨盘衬板直接接触的限位装置，能避免磨机运行时因断料引起的剧烈振动
14、。磨辊轴承采用稀油循环强制润滑、在机外自然密封，轴承能得到良好的润滑和冷却，大大提高了轴承的使用寿命。磨辊横轴采用滚动轴承支撑，可免维护。加压油缸设计为快速拆分结构，维护、检修十分方便。HRM4800立式磨每只磨辊采用双油缸加压，减小了油缸直径，增加了油缸的可靠性。分离器为动静态高效分离器，选粉效率高、阻力小。到目前为止HRM型立式磨已经生产600多台套，而且正以100台套/年的速度高速增长。不仅能够用于粉磨水泥原料，而且能够用于磨煤、矿渣、非矿等各种非金属物料，共有水泥原料磨、煤磨、矿渣/水泥磨和非矿超细磨四个系列、三十多种规格的产品，广泛用于建材、化工、电力、冶金、非矿等行业，并出口到巴基
15、斯坦、土耳其、埃及、印度、越南、阿尔及尼亚、阿联酋等国家；HRM4800立式磨研磨区域中径为Ø4800，研磨区域外径为Ø5600，磨盘外径为 Ø6100。在粉磨原料易磨性Bond指数为15.2kWh/t的难磨物料情况下，产量仍然达到了450t/h，系统粉磨电耗为13.5kWh/t。HRM4800立式磨是按照与日产50007000吨水泥熟料生产线配套粉磨原料而设计的，只需配备不同的减速机与电机，就能满足不同水泥生产线的需要，是目前我国最大的立式磨；TRM型立式磨和LGM型立式磨主要特点与德国LOESCHE 磨相同，其磨盘为平盘、磨辊为锥台型，磨辊能翻出机
16、外检修，分离器也为动静态分离器。其特点是磨盘转速较快，因而与其他型式的立式磨相比，在规格相同条件下，产量较高，而在同样能力的条件下，规格较小，设备重量较轻，能适应于风扫式和部分物料外循环系统；MLS（MPS）型立式磨MPS型立式磨研磨区域为环槽型、磨辊为轮胎型、辊套为分瓣型结构，每台磨有3个磨辊，由液压缸通过压力框架对3个磨辊加压，而其中MLS4531立式辊磨被原国家经贸委列为国家重点新产品，该机采用了国产新技术、新结构，增强了设备运行的可靠性；增加了磨辊测温装置，起到监测磨辊内轴承温度的变化、保护磨辊轴承的作用；分离器传动采用变频电机驱动，主动、静态分离器代替了动态分离器，提高了设备的选粉能
17、力和选粉效率；进料口及喷口环处衬板采用了特殊耐磨材质，延长了磨机的使用寿命，提高了运转率。经鉴定委员会专家评审一致认为：MLS4531立式辊磨机结构设计合理、配置先进，粉磨效率高、烘干能力强、粉磨电耗低，允许入磨粒度大、流程简单、电气控制系统先进，自动化水平高，噪音低、环保节能效果好，设备运行可靠、维修费用低，满足了新型干法水泥生产大型化的要求，填补了我国大型立式辊磨机的空白，其主要性能指标达到了当代国际同类产品先进水平，性能价格比优于国外产品，可以替代进口。对应课题日产5000吨水泥熟料水泥厂新型干法生产线生料磨系统的几种立式磨分别为HRM4800、 TRM53.40、 MLS453，其中H
18、RM4800立式磨2008年10月在浙江虎山集团5000吨/日水泥熟料生产线上投入运行，主要技术经济指标达到了国际同类产品先进水平，而TRM53.40立式磨于2008年9月投入运行。MLS453立式磨在芜湖白马山海螺水泥厂投产。所以，从性能可靠，技术先进，经济实用，节能降耗,以及地理位置各方面考虑，在确保设备运行稳妥可靠,确保产品质量和环保水平的前提下，本设计初步选型方案定位为MLS453立式磨，该型号辊磨的性能参数为：生产能力: 400t/h, 入磨粒度: 110mm, 出磨细度:0.08mm筛余 10% 12%, 入磨水分:12%, 出磨水分:0.5%。本设计应解决的主要问题：1配料设计和
19、物料平衡计算并填写物料平衡表和物料贮存库（生料均化库）明细表；2破碎、生料磨系统主要设备选型计算，确定设备型号规格和主要技术参数，并填写主机设备生产能力平衡表；3绘制全厂工艺流程图和生料磨系统工艺流程图（2张）；4一套能反映主机设备安装位置和各设备连接关系的工艺布置图样56张；5手工图5张，计算机绘图23张。6编制设计计算说明书。按规定要求翻译与本专业有关论文第一章 总述1.1 设计任务：日产5000吨水泥熟料水泥厂生料粉磨系统工艺设计1.2 生产所需原材料分析：表1 原燃料化学成分（%）名称烧失量SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgO其 它石灰石41.273.451.150.4952.40
20、0.650.61100.00砂页岩4.7675.0212.484.131.050.751.81100.00硫酸渣0.3516.022.3069.715.452.543.63100.00煤灰52.4729.875.046.141.844.64100.00表2 进厂原燃料水分及粒度物料名称石灰石砂页岩硫酸渣原煤水分（%）141510粒度（mm）6004010100表3 煤的工业分析挥发分固定碳灰 分热 值25.00%46.15%25.82%23101kJ/kg单位熟料热耗：3050kJ/kg1.3新型干法水泥生产工艺流程：1.3.1新型干法水泥生产工艺流程简述1.3.1.1水泥生产原燃料及配料 生
21、产硅酸盐水泥的主要原料为石灰原料和粘土质原料，有时还要根据燃料品质和水泥品种，掺加校正原料以补充某些成分的不足，还可以利用工业废渣作为水泥的原料或混合材料进行生产。1、 石灰石原料 石灰质原料是指以碳酸钙为主要成分的石灰石、泥灰岩、白垩和贝壳等。石灰石是水泥生产的主要原料，每生产一吨熟料大约需要1.3吨石灰石，生料中80%以上是石灰石。2、 黏土质原料黏土质原料主要提供水泥熟料中的及少量的天然黏土质原料有黄土、黏土、页岩、粉砂岩及河泥等。其中黄土和黏土用得最多。此外，还有粉煤灰、煤矸石等工业废渣。黏土质为细分散的沉积岩，由不同矿物组成，如高岭土、蒙脱石、水云母及其它水化铝硅酸盐。3、 校正原料
22、当石灰质原料和黏土质原料配合所得生料成分不能满足配料方案要求时（有的 含量不足，有的 和 含量不足）必须根据所缺少的组分，掺加相应的校正原料。1.3.2工艺流程简述1.3.2.1破碎及预均化（1）破碎 水泥生产过程中，大部分原料要进行破碎，如石灰石、黏土、铁矿石及煤等。石灰石是生产水泥用量最大的原料，开采后的粒度较大，硬度较高，因此石灰石是生产水泥用量最大的原料，开采后的粒度较大，硬度较高，因此石灰石的破碎在水泥厂的物料破碎中占有比较重要的地位。 破碎过程要比粉磨过程经济而方便，合理选用破碎设备和和粉磨设备非常重要。在物料进入粉磨设备之前，尽可能将大块物料破碎至细小、均匀的粒度，以减轻粉磨设备
23、的负荷，提高黂机的产量。物料破碎后，可减少在运输和贮存过程中不同粒度物料的分离现象，有得于制得成分均匀的生料，提高配料的准确性。（2）原料预均化 预均化技术就是在原料的存、取过程中，运用科学的堆取料技术，实现原料的初步均化，使原料堆场同时具备贮存与均化的功能。 原料预均化的基本原理就是在物料堆放时，由堆料机把进来的原料连续地按一定的方式堆成尽可能多的相互平行、上下重叠和相同厚度的料层。取料时，在垂直于料层的方向，尽可能同时切取所有料层，依次切取，直到取完，即“平铺直取”。 意义：（1）均化原料成分，减少质量波动，以利于生产质量更高的熟料，并稳定烧成系统的生产。 （2）扩大矿山资源的利用，提高开
24、采效率，最大限度扩大矿山的覆盖物和夹层，在矿山开采的过程中不出或少出废石。 （3）可以放宽矿山开采的质量和控要求，降低矿山的开采成本。 （4）对黏湿物料适应性强。 （5）为工厂提供长期稳定的原料，也可以在堆场内对不同组分的原料进行配料，使其成为预配料堆场，为稳定生产和提高设备运转率创造条件。 （6）自动化程度高。1.3.2.2生料制备 水泥生产过程中，每生产1吨硅酸盐水泥至少要粉磨3吨物料（包括各种原料、燃料、熟料、混合料、石膏），据统计，干法水泥生产线粉磨作业需要消耗的动力约占全厂动力的60%以上，其中生料粉磨占30%以上，煤磨占约3%，水泥粉磨约占40%。因此，合理选择粉磨设备和工艺流程，
25、优化工艺参数，正确操作，控制作业制度，对保证产品质量、降低能耗具有重大意义。工作原理：电动机通过减速装置带动磨盘转动，物料通过锁风喂料装置经下料溜子落到磨盘中央，在离心力的作用下被甩向磨盘边缘交受到磨辊的辗压粉磨，粉碎后的物料从磨盘的边缘溢出，被来自喷嘴高速向上的热气流带起烘干，根据气流速度的不同，部分物料被气流带到高效选粉机内，粗粉经分离后返回到磨盘上，重新粉磨；细粉则随气流出磨，在系统收尘装置中收集下来，即为产品。没有被热气流带起的粗颗粒物料，溢出磨盘后被外循环的斗式提升机喂入选粉机，粗颗粒落回磨盘，再次挤压粉磨。1.3.2.3生料均化新型干法水泥生产过程中，稳定入窖生料成分是稳定熟料烧成
26、热工制度的前提，生料均化系统起着稳定入窖生料成分的最后一道把关作用。均化原理：采用空气搅拌，重力作用，产生“漏斗效应”，使生料粉在向下卸落时，尽量切割多层料面，充分混合。利用不同的流化空气，使库内平行料面发生大小不同的流化膨胀作用，有的区域卸料，有的区域流化，从而使库内料面产生倾斜，进行径向混合均化。1.3.3.4预热分解 把生料的预热和部分分解由预热器来完成，代替回转窑部分功能，达到缩短回窑长度，同时使窑内以堆积状态进行气料换热过程，移到预热器内在悬浮状态下进行，使生料能够同窑内排出的炽热气体充分混合，增大了气料接触面积，传热速度快，热交换效率高，达到提高窑系统生产效率、降低熟料烧成热耗的目
27、的。工作原理： 预热器的主要功能是充分利用回转窑和分解炉排出的废气余热加热生料，使生料预热及部分碳酸盐分解。为了最大限度提高气固间的换热效率，实现整个煅烧系统的优质、高产、低消耗，必需具备气固分散均匀、换热迅速和高效分离三个功能。（1）物料分散换热80%在入口管道内进行的。喂入预热器管道中的生料，在与高速上升气流的冲击下，物料折转向上随气流运动，同时被分散。（2）气固分离当气流携带料粉进入旋风筒后，被迫在旋风筒筒体与内筒（排气管）之间的环状空间内做旋转流动，并且一边旋转一边向下运动，由筒体到锥体，一直可以延伸到锥体的端部，然后转而向上旋转上升，由排气管排出。（3）预分解 预分解技术的出现是水泥
28、煅烧工艺的一次技术飞跃。它是在预热器和回转窑之间增设分解炉和利用窑尾上升烟道，设燃料喷入装置，使燃料燃烧的放热过程与生料的碳酸盐分解的吸热过程，在分解炉内以悬浮态或流化态下迅速进行，使入窑生料的分解率提高到90%以上。将原来在回转窑内进行的碳酸盐分解任务，移到分解炉内进行；燃料大部分从分解炉内加入，少部分由窑头加入，减轻了窑内煅烧带的热负荷，延长了衬料寿命，有利于生产大型化；由于燃料与生料混合均匀，燃料燃烧热及时传递给物料，使燃烧、换热及碳酸盐分解过程得到优化。因而具有优质、高效、低耗等一系列优良性能及特点。1.3.2.5水泥熟料的烧成生料在旋风预热器中完成预热和预分解后，下一道工序是进入回转
29、窑中进行熟料的烧成。在回转窑中碳酸盐进一步的迅速分解并发生一系列的固相反应，生成水泥熟料中的、等矿物。随着物料温度升高近时，、等矿物会变成液相，溶解于液相中的和进行反应生成大量（熟料）。熟料烧成后，温度开始降低。最后由水泥熟料冷却机将回转窑卸出的高温熟料冷却到下游输送、贮存库和水泥磨所能承受的温度，同时回收高温熟料的显热，提高系统的热效率和熟料质量。第二章 配料及配料平衡计算2.1基本条件：1）采用窑外分解窑生产熟料；2）物料参数见表13；3）要求熟料三个率值：KH=0.910.01、SM=2.600.10、IM=1.600.104）单位熟料热耗：3050kJ/kg5）生产损失：生料按1%计算
30、，其它按3%计算。表1 原燃料化学成分（%）名称烧失量SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgO其 它石灰石41.273.451.150.4952.400.650.61100.00砂页岩4.7675.0212.484.131.050.751.81100.00硫酸渣0.3516.022.3069.715.452.543.63100.00煤灰52.4729.875.046.141.844.64100.00表2 进厂原燃料水分及粒度物料名称石灰石砂页岩硫酸渣原煤水分（%）141510粒度（mm）6004010100表3 煤的工业分析挥发分固定碳灰 分热 值25.00%46.15%25.82%23101kJ/kg2.2假设原料配比石灰石:砂岩:硫酸渣=0.8432:0.141:0.01582.3计算白生料化学成分名称烧失量二氧化硅三氧化二铝三氧化二铁氧化钙氧化镁其他合计石灰石34.802.910.970.4144.180.550.5184.32砂岩0.6710.581.760.580.150.110.2614.10硫酸渣0.010.250.041.100.090.040.061.58白生料35.4813.742.772.1044.420.700.831002.4 计算灼烧基生料化学成分灼烧基成分=A/(100-L)=A/(100-35.48)名称SiO2Al2O3Fe2
