水泥厂的设计.doc
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材料科学与工程学院
无机非金属材料工程
无机非金属材料工厂工艺设计说明书
设计题目:
年产II型硅酸盐水泥100万t水泥厂设计
姓名:
杜杰
班级:
无机非金属11-1
学号:
14号
指导教师:
张俊才
设计日期:
2014.10.20-11.14
设计题目:
年产II型硅酸盐水泥100万t水泥厂设计
时间:
2014年 10 月20至2014年 11 月 14日
无机非金属11-1专业 14 学号学生姓名 杜杰指导教师 张俊才
设
计
内
容
一、初始条件
(一)预分解窑系统资料
1、原料的原始资料
烧失量
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
SO3
K2O
Na2O
H2O
石灰石
48.13
1.95
0.85
0.45
47.32
0.30
1.00
粘土
4.25
65.82
15.14
5.92
5.16
0.97
0.62
1.12
0.85
铁粉
1.40
39.27
2.26
48.57
3.46
1.54
3.5
煤灰
58.62
25.38
9.05
3.13
1.58
2.24
2、各种物料损失均按3%计算
(二)烘干机系统资料
1、煤初水分3%,;粘土初水分6%;矿渣初水分8%。
应用基水分均为0.2%。
2、热源为热风炉产生的热空气或冷却机的回收热空气。
3、燃料煤的原始资料
烘干用煤元素分析结果:
【收到基(ar):
进行煤质分析化验时,煤样所处的状态为收到该批煤所处的状态。
A为灰分;M为水分。
】
成分
Car
Har
Nar
Oar
Sar
Aar
Mar
含量
70.2
5.3
1.0
7.2
0.3
14.8
1.2
4、根据处理风量合理选择收尘系统。
二要求完成的主要任务
1、设计计算说明书应包括以下内容:
厂址选择;当地气象、厂区地质信息(可结合资料信息进行合理假设);全厂配料计算、物料平衡计算、设备的选型计算或结构尺寸计算、有关性能指标计算及一览表、设计评述、参考资料。
总平面布置和全厂工艺布置的计算说明。
2、画出有全厂的总平面布置图和工艺布置图(A1图纸2~3张)。
鼓励用CAD绘图,但至少要有1张手工绘图。
设
计
要
求
1、要求每个人独立完成,允许讨论,但不能抄袭,鼓励创新。
2、说明书要求
(1)设计说明书必须包括有关计算部分的方法、公式、步骤和结果。
(2)有关设备的选型,设计说明书中英说明其选取依据,有关经验数据的选取,亦应说明其来源。
设计图应符合图纸设计规范,尺寸标注、文字说明清楚。
3、图纸的要求
(1)图纸必须按工程图标准绘制,尺寸标注、文字说明清楚。
鼓励用计算机绘图。
(2)图纸上必须注明设备主要尺寸及有关说明,图纸应整洁。
4、时间安排
第1周:
查阅有关资料,看懂相关文献的设计和说明,进行有关设计计算。
完成相关计算。
第2周:
绘制相关的图纸。
整理计算说明书、图纸以及其它设计资料。
目录
一、厂址的选择 3
二﹑原料配比过程 3
(一).煤灰参入量计算 5
(二)燃料煤的
原始组成 5
(三)累加试凑法计算原料配合比 6
三﹑物料平衡计算 7
(一)烧成车间生产能力和工厂生产能力的计算 7
四﹑主机平衡计算 11
(一)年平衡法 11
五﹑储库计算 12
六﹑熟料烧成系统几个主要设备的选型 13
(一)回转窑 13
(二)旋风式预热器 14
(三)分解炉 15
(四)除尘机设备的选择 16
(五)冷却机 16
(六)破碎机 17
(七)烘干机 17
七、参考文献 19
年产普通和矿渣硅酸盐水泥100万t水泥厂设计
一、厂址的选择
厂址选在宁夏回族自治区银川市永宁县。
二﹑原料配比过程
(一).煤灰参入量计算
查阅参考资料[1]29~32页,选取单位熟料耗热q为3350kJ/kg熟料。
(二)燃料煤的原始组成
燃料煤元素分析结果:
收到基(ar):
进行煤质分析化验时,煤样所处的状态为收到该批煤所处的状态。
A为灰分;M为水分。
表1燃料煤的收到基组成
成分
Car
Har
Nar
Oar
Sar
Aar
Mar
含量
70.2
5.3
1.0
7.2
0.3
14.8
1.2
将燃料ar基转换为ad基
换算系数为(100-Md)/(100-War)=1.01
Cad=Car×1.01=70.2×1.01=70.902
Had=Har×1.01=5.3×1.01=5.353
Nad=Nar×1.01=1.0×1.01=1.01
Oad=Oar×1.01=7.2×1.01=7.272
Sad=Sar×1.01=0.3×1.01=0.303
Aad=Aar×1.01=14.8×1.01=14.948
Mad=Mar×1.01=1.2×1.01=1.212
查阅参考资料,根据设计任务中给出的元素分析结果计算的,煤的热值:
Qnet.ad=339Cad+1030Had109(OadSad)25Mad
=339×70.902+1030×5.353109×(7.2720.303)25×1.212
=24035.778+5513.59759.62128.025
=28761.724
计算煤灰参入量Ga=QaADS/100Qnet,ad=PAadS/100
=(3350×14.948×100%)/(100×28761.724)
=1.741%
煤灰沉落率S取100%
(三)累加试凑法计算原料配合比
表2原料化学组成
成分
原料
烧失量
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
SO3
K2O
Na2O
H2O
石灰石
48.13
1.95
0.85
0.45
47.32
0.30
—
—
—
1.00
粘土
4.25
65.82
15.14
5.92
5.16
0.97
0.62
1.12
—
0.85
铁粉
1.40
39.27
2.26
48.57
3.46
1.54
—
—
—
3.50
煤灰
—
58.62
25.38
9.05
3.13
1.58
2.24
—
—
—
根据参考文献[武汉]P142,表10.2预KH=0.89,SM=0.25,IM=1.5,Σ=99%
Fe2O3=Σ/((2.8KH+1)(IM+1)SM+2.65IM+1.35)
=99%/((2.8×0.89+1)×(1.5+1)×0.25+2.65×1.5+1.35)=3.65%
Al2O3=IM×Fe2O3=1.5×3.65%=5.475%
SiO2=SM(Al2O3+Fe2O3)=2.5×(5.475%+3.65%)=22.8125%
CaO=Σ(Al2O3+Fe2O3+SiO2)=99%(5.475%+3.65%+33.8125%)=67.0625%
考虑物料损失3%计算得出原料与煤灰的化学成分。
如下表
表3原料与煤灰的化学成分
成分
原料
烧失量
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
SO3
K2O
Na2O
H2O
石灰石
49.57
2.02
0.88
0.46
48.74
0.31
—
—
—
1.03
粘土
4.38
67.79
15.59
6.10
5.31
1.00
0.64
1.15
—
0.88
铁粉
1.44
40.45
2.33
50.03
3.56
1.59
—
—
—
3.61
煤灰
—
60.36
26.57
9.32
3.22
1.63
2.31
—
—
—
以100kg熟料为基准。
结果如下表:
表4累计试凑过程
计算步骤
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
SO3
K2O
H2O
合计
备注
设计熟料成分
22.81
53.47
3.65
67.06
98
煤灰(+1.742)
1.05
0.46
0.16
0.06
0.03
石灰石(+140.96)
2.76
1.21
0.64
67.06
0.43
0.14
(67.06-0.05)/0.4873
=137.58
粘土(+28.56)
18.99
4.37
1.70
1.71
1.49
0.18
0.32
0.24
(22.81-1.05-2.75)/
0.678=28.03
铁粉(+1.75)
0.92
0.05
0.14
0.08
0.03
0.08
(3.65-0.16-0.63-1.71)/0.5=2.28
累计熟料成分
23.72
6.09
3.65
68.69
0.77
0.18
0.32
0.47
103.89
KH=0.89,SM=2.44,
IM=1.67
铁(+0.74)
2
0.1
0.3
0.2
0.1
0.03
0.05
0.05
KH=0.89,SM=236
IM=1.56
累计熟料成分
23.92
3.19
3.95
68.71
0.78
0.21
0.37
0.52
104.65
注:
SM=SiO2/(Al2O3+Fe2O3)
IM=Al2O/Fe2O3
CaO=Σ-(Al2O3+SiO2+Fe2O3)
Fe2O3=Σ/((2.8KH+1)(IM+1)SM+2.65IM+1.35)
三﹑物料平衡计算
(一)烧成车间生产能力和工厂生产能力的计算
1.年平衡法
(1)要求的熟料的年产量:
Qy=Gy
式中Qy-要求的熟料年产量(t熟料/年)
Gy-工厂规模(t水泥/年)
d-水泥中石膏掺入量(%)
e-水泥中混合材的掺入量(%)
P-水泥的生产损失(%),可取为3~5%
100万吨普通和矿渣硅酸盐水泥,石膏掺入量为3.5%,矿渣的参入量为46.5%。
水泥的生产损失取为4%。
100万吨普通和矿渣硅酸盐水泥熟料量为1000000×(1-0.035-0.465)=500000吨
水泥厂每年除去检修的日子生产水泥的天数为330天
日产熟料量为500000/330=1515t/d
Qy=Gy=(100-3.5-46.5)·1000000/(100-4)=520833(t熟料/年)
(2)窑的台数:
n=
式中n-窑的台数
Qy-要求的熟料年产量(t熟料/年)
Qh,l-所选窑的标定台时产量(t/台•h)
η-窑的年利用率,以小时表示。
不同窑的年利用率可参考下列数值:
湿法窑0.90;传统干法窑0.85;机立窑0.8~0.85;悬浮预热器窑、预分解窑0.85;
7920-全年除去检修日子外窑工作的小时数,全年的工作日为330天。
表5干燥器工艺参数
参
数
项目
方案
生产能力
操作
转速
r/min
停留
时间
min
物料
负荷率%
窑内
物料量t
物料运动功耗
KWh/h
单位熟料
物料耗功KWh/t
计算窑衬厚mm
单位有效容积产量
t/m3·D
计算简式
t/d
t/h
φ3.2×52m
斜度:
3.5%
L/D=16.3
1500
62.5
4.5
21.3
6.6
23.6
116.0
1.86
180
4.56
n==520833/(7920×0.85×62.5)=1.24≈1
(3)烧成系统的生产能力可按下列各各式计算:
熟料小时产量:
=1×62.5=62.5(t/h)
熟料日产量:
=24×62.5=1500(t/d)
熟料年产量:
=7920×0.85×62.5=420750(t/y)
(4)工厂的生产能力可按下列各式由烧成车间的生产能力求得:
水泥小时产量:
=(100-4)62.5/(100-3.5-46.5)=120(t/h)
水泥日产量:
=24×120=2880(t/d)
水泥年产量:
=7920×0.85×120=807840(t/y)
2.原、燃材料消耗定额的计算
(1)、材料消耗定额
①考虑煤灰掺入时,1t熟料的干生料理论消耗量
式中K干——干生料理论消耗量(t/t熟料)
I——干生料的烧失量(%)
S——煤灰掺入量,以熟料百分数表示(%)
单位熟料耗煤量为myr=1.19kg/kg-熟料
S=GA×myr=1.741×1.19×1000/84.03=20.7%(t/t熟料)
I=[49.57×135.73+4.378×(28.24-0.2)+1.442×2.31]/(1.741+135.73+28.24+2.31-0.2)
=41.27%
=(100-20.7)/(100-41.27)=1.35(t/t熟料)
②考虑煤灰掺入时,1t熟料的干生料理论消耗定额:
=(100×1.35)/(100-4)=1.41(t/t熟料)
式中K生——干生料消耗定额(t/t熟料)
P生——生料的生产损失(%),一般3%~5%
③各种干原料消耗定额
式中K——某种干原料的消耗定额(t/t熟料)
X——干生料中该原料的配合比
表6生料消耗定额
名称
石灰石
粘土
铁粉
煤灰
干生料中该原料的配合比(%)
81.73
16.88
1.39
1.05
干原料的消耗定额
1.15
0.24
0.02
0.015
(2)干石膏消耗定额
=3.5/(100-3.5-46.5)=0.07
式中Kd——干石膏消耗定额(t/t熟料)
d、e——分别表示水泥中石膏、混合材的掺入量(%)。
(3)干混合材消耗定额
=46.5/(100-3.5-46.5)=0.93
式中Ke——干混合材消耗定额(t/t熟料)
(4)烧成用干煤消耗定额
式中Kf1——烧成用干煤消耗定额(t/t熟料)
q——熟料烧成消耗(kJ/kg熟料)
QgDW——干煤低位热值(kJ/kg干煤)
Pf——煤的生产损失(%),一般取3%。
(5)烘干用干煤的消耗定额
式中Kf——烘干某种湿物料用干煤消耗定额(t/t熟料)
M湿——需烘干的湿物料量,用年平衡法时以t/a表示。
Q烧——烧成系统生产能力,用年平衡法时以熟料年产量表示。
ω1、ω2——分别表示烘干前、后物料的含水量(%)
q烘——蒸发1kg水分的消耗量(kJ/kg水分),可参考烘干机经验数据,而准确的数据应通过具体烘干机的热工计算求得。
蒸发1千克水的耗煤量q=lI2/HQyDW=2.56×1940/0.85×20700=0.28kg/kg水
①烘干粘土用干煤的消耗定额
M粘=28.04Q烧/100
=[0.2804×(6-0.2)×0.28×100]/[(100-0.2)×2813.263×(100-4)]
=0.0000163(t/t熟料)
②烘干矿渣用干煤的消耗定额
M矿=0.082×1220107.68=100048.83(t/y)
=0.00056(t/t熟料)
③烘干煤用干煤的消耗定额
M煤=myr×Q烧
(t/t熟料)
④烘干石膏用干煤的消耗定额
(t/t熟料)
上述各种干物料消耗定额换算为含天然水分的湿物料消耗定额时,可用下式计算:
式中K湿,K干——分别表示湿物料、干物料消耗定额(kJ/kg熟料)
ω1——该湿物料的天然水分(%)。
3.、原料、燃料、材料需要量的计算和物料平衡表的编制
将各种物料消耗定额乘以烧成系统生产能力,可求出各种物料的需要量。
例如,将湿石灰石消耗定额乘以熟料周产量,便得出石灰石每周需要量;乘以熟料年产量,便得出湿石灰石每年需要量。
将计算结果汇总成物料平衡表,其格式见表7
表7水泥厂物料平衡表
物料名称
天然水泥
生产损失
消耗定额
(t/t熟料)
物料平衡
备注
干料
含天然水分料
干料
含天然
水分料
h
d
a
h
d
a
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
石灰石
14.17
55.03
1.15
1.152
71.875
1725
483862.5
72
1728
484704
粘土
2.38
11.21
0.24
0.25
15
360
118800
15.625
375
123750
铁粉
0.798
0.912
0.019
0.02
1.19
28.5
9405
1.25
30
9900
生料
17.18
67.36
1.38
1.4
143.2
3444.48
966176.64
145.6
3640
9801792
石膏
0.0004
0.0014
0.06
0.06
6.24
149.76
42007.68
6.24
149.76
4200768
矿渣
0.024
0.012
0.71
0.77
73.8
1772.16
497090.88
80.08
1921.92
539098.56
熟料
0.002
0.04
1
1.002
104
2496
700128
104.28
2501.00
701528.26
水泥
0.026
0.054
1.77
1.832
184.1
4417.92
1239226.56
190.53
4572.67
1282634.50
烧成用煤
17.18
67.36
1.38
1.4
143.2
3444.48
966176.64
145.6
3640
9801792
烘干用煤
0.0004
0.0014
0.06
0.06
6.24
149.76
42007.68
6.24
149.76
4200768
燃煤合计
0.024
0.012
0.71
0.77
73.8
1772.16
497090.88
80.08
1921.92
539098.56
注:
1、采用年平衡法,可不列第8栏和第12栏;采用周平衡法,可不列第9栏和第13栏。
2、备注中可列出:
生料组分、物料配合比、生熟料消耗定额、烧成热耗和烘干热耗、煤的热值等。
四﹑主机平衡计算
(一)年平衡法
计算步骤:
根据车间工作制度,选取主机的年利用率,并根据物料年平衡量,求出该主机要求的小时产量。
式中GH——主机要求小时产量(t/h);
Gy——物料年平衡量(t/年)
η——预定的主机年利用率(以小数表示)
预定的主机年利用率可根据车间工作制度和主机运转时间用下式求出:
或
式中K0——每年工作周数(周/年)
K1——每周工作日数(日/周)
K2——每日工作班数(班/日)
K3——每班主机运转小时数(小时/班)
K——每年工作日数(日/年)
水泥厂主机年利用率可参考文献6第43页表3-4。
表8主机要求生产能力平衡表
主机名称
主机年利用率
以小数表示
年平衡量
(t/年)
要求主机小时产量
(t/h)
石灰石破碎机
0.65
12681113
2463.31
生料磨
0.75
5601.12
0.97
悬浮预热器
0.85
1122224.4
166.7
回转窑
0.87
1122224.4
162.87
煤磨
0.72
12344.47
2.16
回转烘干机
0.46
13813631
4791.62
篦式冷却机
0.88
1122224.4
161.02
包装机
0.77
1279335.8
209.78
五﹑储库计算
表9圆库
物料名称
规格/m
个数
单容(t)
储存量(t)
面积/m2
生料
140
2
8602
17346
50
水泥
115
6
5412
32325
42
熟料
105
4
5701
22861.7
50
表10矩形预均化堆场
物料名称
规格/m
个数
单容(t)
储存量(t)
面积/m2
石灰石
24
2
13900
27821
530
煤粉
4
2
670
1349.4
190
表11堆棚
物料名称
料堆a×b×c/m
储存量(t)
面积/m2
干粘土
9.2×6×45.5
2509.6
55.2
铁粉
8.4×2×39.7
2000.5
50.4
石膏
17.2×5.6×48
4667.5
96.3
矿渣
14×5.6×28
2200.4
78.4
表12堆场
物料名称
料堆a×b×c/m
储存量(t)
面积/m2
湿矿渣
21×6×52
6546.8
126
湿粘土
13×6.2×28.5
2300.5
80.6
六﹑熟料烧成系统几个主要设备的选型
(一)回转窑
1.回转窑规格的计算
在综合考虑了工厂规模、产品种类、原燃料情况及其它条件,确定了生产方法和窑的类型后,根据所选窑的规格,标定窑的产量,然后根据熟料要求小时产量,确定窑的台数。
标定回转窑产量时,可参考设备说明和用下式计算的结果:
D=(G/Ky)0.303
式中G——回转窑的产量(吨/小时);G=1500/24=62.5t/h
D——回转窑的筒体直径(米)
L——回转窑的有效长度(米);
Ky——经验系数,可参考下列数值:
预分解窑0.94~1取Ky=1
根据参考文献可知日产1500吨的回转窑的L/D可选为16,
解得:
D=4mL=64m
根据手册可查得下表
表13回转窑工艺参数
参
数
项目
方案
生产能力
操作
转速
r/min
停留
时间
min
物料
负荷率%
窑内
物料量t
物料运动功耗
KWh/h
单位熟料
物料耗功KWh/t
计算窑衬厚mm
单位有效容积产量
t/m3·D
计算简式
t/d
t/h
φ3.2×52m
斜度:
3.5%
L/D=16.3
1500
6
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