水泥熟料生产线资料.docx
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水泥熟料生产线资料
设计总说明
水泥熟料的粉磨是水泥生产的一个至关重要的环节,对水泥成品的质量起关键的影响,也是水泥工业生产中耗电最多的一个工序。
随着新型干法水泥生产技术的发展,水泥粉磨设备在大型化的同时,各国在节约资源、提高粉磨效率方面也得到了较大的发展。
本次设计的内容是日产3000吨水泥熟料生产线水泥粉磨车间的工艺设计,设计包含的内容有:
水泥磨、辊压机特点、配料计算、物料平衡、储库平衡及主机设备能力平衡计算、水泥磨设备选型计算,并附有图纸±0.000平面及各层平面、各主要剖面、设备基础放大图、输送设备订货单和工艺设备表。
目前采用最广泛的是辊压机预粉磨系统,该粉磨系统系将物料先经辊压机辊压后送入后续球磨机粉磨然后经选粉机、袋收尘成为成品。
该系统目前运用技术趋成熟,具有节能高效等特点,为大多数大型水泥厂家所应用。
因此本设计采用“辊压机预粉磨+球磨机”水泥粉磨系统。
关键词:
水泥,粉磨,辊压机,物料平衡
Description
Thegrindingofcementclinkerisavitalpartofthecementproduction,playacriticalimpactonthequalityofnewdrycementrotarykiln,andisthemostpowerconsumptionprocessinthecementindustryproduction.Withthedevelopmentofnewdrycementproduction,cementgrindingequipmentisinthelarge-scale,atthesametimemanylargercountriesaboutconservingresourcesandimprovinggrindingefficiencyhasalsoreceivedgreaterdevelopment.
Theworkisaboutcementgrindingplantprocessofcementclinkerproductionlineof3000t/d.Itconsistsofcharacteristicsofmillofcementoffan,thecalculationofequilibriumaboutingredients,material,reservoirofmaterial,andthesystemheatbalance,includingdrawingsof±0.000planeandeachlevel,themainsection,equipmentfoundationEnlargement,transportationequipment,ordersandprocessequipmenttable.
Currently,themostwidelyusedsystemofrollerpressisthepre-grindingcycleflowsystem,ofwhichtheprocessisfeedingtherawmaterialtotherollerpresstobegroundbytheballmilling,followedbyseparatinganddustcollectingtobethefinalproduct.Nowtheapplicationofthissystemismature,withthefeathersofenergy-savingandhighefficiency,thusappliedbymanycementfactory.Asaresult,the"rollerpresspre-grindingmill+ballgrinding"cement-grindingsystemisadoptedinthework
Keywords:
cement,grinding,rollerpresses,balance
1.引言
1.1水泥粉磨系统概述
1.1.1水泥粉磨流程
水泥粉磨流程主要有以下几种:
a.开流粉磨系统
开流粉磨是水泥生产中最普遍的粉磨系统。
它具有工艺流程简单、附属设备少、建设投资省、操作管理方便和较易实现自动化控制等优点,但物料必须达到产品要求细度后才能出磨,因此,在生产高细度(比表面积高于3000~3500cm2/g)水泥时物料细粉容易聚集,影响粉磨作业,电耗增加。
为了克服这一缺点,丹麦史密斯公司开发了小钢段磨的开流粉磨系统。
该系统采用两台磨机,一台为粗磨机,一台为单仓细磨机,内装平均直径为3~4mm的刚段。
物料先经粗磨机粉磨至比表面积为2500~3000cm2/g,再到细粉磨机继续粉磨至比表面积1000~6000cm2/g的细粉。
为了控制粉磨温度,粗粉和细粉机内部都要采用喷水冷却,并使用助磨剂。
该系统与生产条件基本相同的圈流粉磨系统想比,其能耗较低,水泥强度较高。
b.圈流粉磨系统
水泥圈流系统是当前世界各国所采用的主要装备方式。
与开流磨系统相比,它具有减少过粉磨现象,避免放生物料颗粒聚集、粘仓和粘研磨体等优点,可提高粉磨效率,改变产品细度较方便,有利于生产高细度水泥。
在生产高细度水泥时,其能耗较开流磨系统较低。
随着生产的大型化,磨机规格也取向大型化,选粉机的规格也也必须相应扩大,而选粉机规格过大在工艺布置及安装方面都会带来困难。
为此,可将两台选粉机串联,第一次选粉后的回料,进入第二台选粉机再次选粉。
这样就避免单选粉机回料中细粉的循环,改善生产状况,避免出现细粉聚集,使选粉机总的选粉效率提高,磨机产量也得到提高,并有利于生产高细度水泥。
我国天津水泥工业设计研究院曾在Ø2.2×6.5m磨机及Ø3m离心式选粉机粉磨系统中,增加一台风动式选粉机与之串联,形成二次选粉系统进行工业试验。
结果证明,两级圈流比比一级圈流系统可增产20~25%,节能10%左右。
因此,可以认为两级串联圈流粉磨系统,能较大幅度地提高粉磨效率,增加产量,降低能耗。
c.康比丹磨系统
康比丹磨是丹麦史密斯公司在小刚段磨基础上发展起来的,它将粗磨机和细磨机两级磨机合并为一台磨,开流和圈刘粉磨都能用。
该磨还采用了高效筛分隔仓板,它可将粗颗粒物料阻挡在粗磨仓中,从而保证细磨仓可以最佳尺寸的研磨体的操作(细磨仓的研磨体平均单重为5~7g)。
该磨机和普通磨机相比较,粉末效率可提高12~27%,每吨水泥电耗降低11~34MJ。
我国珠江、柳州和顺昌水泥厂水泥粉磨都采用引进康比丹磨。
珠江厂为Ø4.4×14m开流系统,柳州厂为Ø4×11m开溜系统,顺昌厂为Ø3.6×12m圈流系统。
南京水泥工业设计研究院在消化吸收康比丹磨的基础上,研制开发了微介质水泥磨。
d.辊式磨系统
辊式磨具有粉末效率高、电耗低、投资少等优点,在生料磨系统中已得到广泛应用。
但用于水泥粉磨时,由于铲平颗粒级配范围狭窄,小于3μm的细粉较少,影响水泥产品的质量。
此外,由于水泥熟料比生料难磨,且耗电量大,部件的磨损和大功率减速机的问题,比磨制生料时更加突出。
这些都使辊式磨用于水泥粉磨作业收到一定影响。
近年来,各国对辊式磨用于水泥粉磨重新引起重视,并取得了很大的发展。
辊式磨用于水泥磨系统也将会得到更快的发展。
e.辊压机粉磨系统
辊压机是80年代发展并推广的一种高效粉磨机,现已被广泛地应用于生料和水泥粉磨。
它是在高压条件下,对物料层实施挤压,使其产生粒间粉碎,从能量利用上大大高于其他类型的粉磨设备。
与普通粉磨系统相比,他具有以下优点:
可节能20~50%,产量最多可提高一倍,结构简单、紧凑,工作可靠,维修容易(辊面寿命可达到6500~10000小时),占地面积少,既可用于新建项目,也可用于改建项目,粉磨后的物料有利于后续工序的加工和应用。
辊压机粉磨系统由辊压机、高效选粉机、球磨机和输送机构成,一般有以下几种流程。
图1-1辊压机粉磨系统流程图
G—系统新喂料量(等于成品量)R—料饼循环量
F—进入粉磨部分的料饼量Z—辊压机的出嘹亮
1)预粉磨辊压机不止在球磨机前,排出的物料可全部喂入球磨机,也可部分喂入球磨机,部分返回辊压机,辊压机的吞吐量(新喂料+循环料)约等于新喂料的1.5~3倍。
对现有车间的改造,常采用辊压机同一个或多个管磨机配套的预粉磨系统。
通常在不对现有粉磨系统进行大改动的情况下,可提高生产能力20~30%,单位能耗降低4~8kW۰h/t,且辊压机不需要调速而节省投资。
2)混合粉磨辊压机设于球磨机之前,新喂料和选粉机的部分粗粉喂入辊压机,其排出的料饼和选粉机的另一部分粗粉喂入球磨机,粉磨后送入选粉机分选,我国双阳水泥厂水泥粉磨采用了这种粉磨系统。
料饼返回辊压机的循环量不得超过辊压机吞吐量的30%,否则辊压机喂料粒度过细。
这种粉磨系统通常产量可提高30~100%,单位电耗可降低15~50%。
3)联合粉磨辊压机预选分级自成一个圈流系统,分选后的细粉喂入球磨机,粉磨后送入另一选粉机分选。
4)部分终粉磨辊压机排出的料饼,一部分返回辊压机,一部分喂入选粉机,选粉后的细粉为最终产品,粗粉部分返回辊压机,部分进入球磨机,粉磨后再送入选粉机分选。
我国新疆水泥厂和启新水泥厂采用了这种粉磨系统。
5)终粉磨在该系统中,全部粉磨工作由辊压机来完成,因而省去了球磨机,是最为节能的一种粉磨系统,可节省50%以上。
1.1.2水泥粉磨流程设备发展情况
近年来,为了提高水泥粉磨效率,节约能源,提高经济效应,水泥粉磨设备在大型化的同时,还得到了不断地改进和发展,其发展情况是:
a.设备大型化的同时,力求选用高效、节能型磨机。
用于水泥粉磨的钢球磨机直径已达5m以上,电机功率达700kw以上,台时产量达300t/h以上。
丹麦史密斯公司开发的微刚段节能康比丹磨、辊式磨也开始用于水泥粉磨;西德研制了新型节能水泥粉末设备——辊压机。
b.采用高效选粉机
为了适应磨机大型化的要求,闭路流程的选分设备也得到了较大发展。
选粉效率达74%的日本小野田重工业公司的旋风筒式的O-SEPA、丹麦史密斯公司的SEPAX和美国斯特蒂文特的SD等高效选粉机相继出现。
机械旋转式空气选粉机,目前其最大的直径已达11m以上,选粉能力达300t/h以上;旋风式选粉机其最大选粉能力已达500t/h。
c.采用新型衬板:
改善磨机部件及研磨件材质
目前水泥磨常用衬板有压条式凸棱衬板、大凸波形衬板、曲面环向阶梯衬板、锥面分级衬板、螺旋凸棱形分级衬板、角螺旋分级衬板、圆角方形衬板、环沟衬板、橡胶衬板、无螺旋衬板等。
在改善易磨部件及材质方面,则日益广泛地采用各种合金刚材料,提高耐磨性能,降低磨耗率,提高部件及研磨体使用寿命。
原来使用耐磨性低的普通钢材时,每吨水泥磨耗的衬板及研磨体达1000g之多,目前一般可降到100g以下。
李荣,丹麦使用一种含铬28%的铸钢,可是衬板使用寿命达2~4万小时,瑞典研制的一种铬-锰-硅合金钢,强度高,耐磨性优良,比利时马格托公司的研磨体也是铬合金钢,其性能良好。
d.添加助磨剂,提高粉磨效率
助磨剂能搞消除水泥粉磨时物料的结块和消除物料黏糊研磨体及衬板的弊端,改善粉末作用,有效地体改粉末效率。
常用的助磨剂有三乙醇胺、多缩乙二醇等,一般从磨头加入,参加量约为0.008~0.08%。
e.降低水泥温度,提高粉磨效率,改善水泥品质
在水泥粉磨作业中,为防止石膏脱水,降低水泥粉磨的温度,提高粉磨效率,改善水泥品质,除已广泛采用的磨体淋水,加强磨内通风等措施外,近年来采用向磨内喷水。
在选粉机内通冷风和采用水泥冷却器对出磨水泥进行冷却等方法。
f.实现操作自动化
目前,水泥粉磨已广泛采用电子定量喂料称、自动化仪表及电子计算机控制生产,实现操作自动化,以进一步稳定磨机生产,提高生产效率。
磨内作业主要利用电耳和提升机负荷、选粉机回料量等参数进行磨机的负荷控制;对石膏掺加量等亦可用X荧光分析仪、电子计算机进行配料控制。
2.配料计算
生料配料计算的方法很多,有代数法、图解法、尝试误差法(包括递减试凑法)、矿物组成法、最小二乘法等。
随着科学技术的发展,电子计算机的应用已逐渐普及到各个领域。
现主要介绍应用比较广泛,也是本文中用到的尝试误差法。
尝试误差法计算方法很多,但原理都相同。
其中一种方法是:
先按照假定的原料配比计算熟料组成,若计算结果不符合要求,则要求调整原料配比,再进行计算,重复至符合为止。
另一种方法是从熟料化学成分中一次递减假定配合比的原料成分,试凑之符合要求为止。
2.1设计基础资料
设计计算基础资料如下表:
表2-1石灰石、砂岩化学成分(%)
Loss
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
∑
石灰石
42.53
1.06
0.67
0.56
53.35
0.87
99.04
砂岩
6.81
72.42
10.48
3.27
2.88
1.09
96.95
表2-2铁粉、粉煤灰的化学成分(%)
Loss
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
R2O
SO3
Cl-
铁粉
8.79
7.15
5.03
57.93
9.68
4.51
1.0
5.90
0.010
粉煤灰
5.24
52.60
21.73
11.23
5.02
2.16
1.74
0.27
0.004
表2-3煤的工业分析
Mad(%)
Ad(%)
Vdaf(%)
CF(%)
Std(%)
Qnet.ad(kJ/kg)
0.26
21.68
21.71
54.68
1.67
22900
表2-4煤灰的化学成分(%)
Loss
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
K2O
Na2O
SO3
Cl-
0
61.57
28.18
4.38
0.99
1.37
3.01
0.60
0.41
0.0021
烧成热耗:
3260kJ/kg-cli;
日产熟料3000t。
2.2配料计算
a.确定熟料率值
根据水泥生产经验,定熟料率值为:
KH=0.89,SM=2.40,IM=1.60.
b.计算煤灰参入量
假设煤的含水量Mar=10%,则煤应用基灰分
Ay=(1-Mar)×Ad=90%×21.58=19.51
煤灰参入量
式中:
q——水泥熟料烧成热耗;
GA——煤灰掺入量,以熟料百分数表示(100%);
——煤的应用基低热值(kJ/kg煤);
Ay——煤的应用基灰分含量(%);
S——煤灰沉落度(%),当窑后有收尘器且窑灰入窑时取100%。
c.计算干燥原料配合比
设干燥原料配合比为:
石灰石81%、砂岩16%、铁粉2%、粉煤灰1%,以此计算生料的化学成分。
表2-5生料化学成分
名称
配合比(%)
烧失量
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
石灰石
81.0
34.45
0.86
0.54
0.45
13.21
砂岩
16.0
1.09
11.59
1.68
0.52
0.46
铁粉
2.0
0.18
0.14
0.43
1.16
0.19
粉煤灰
1.0
0.05
0.23
0.22
0.11
0.05
生料
100.0
35.77
13.11
2.87
2.25
43.91
灼烧生料
-
-
20.41
4.47
3.50
68.36
煤灰参入量GA=2.78%,则灼烧生料配合比为100%-2.78%=97.22%。
按此计算熟料的化学成分。
表2-6熟料化学成分
名称
配合比(%)
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
煤灰
2.78
1.71
0.78
0.12
0.03
灼烧生料
97.22
12.75
2.87
2.18
42.70
熟料
100.0
14.46
3.65
2.30
42.73
由此计算熟料率值为:
上述计算结果中,由于计算结果与熟料要求率值的绝对误差在±0.02之内,所以率值均符合要求,因此,可按此配合比进行生产。
d.计算湿原料的配比
设原料操作水分:
石灰石1.5%;砂岩3%;铁粉8%.则湿原料质量配比为:
湿石灰石=81.0/(100-1.5)=82.23
湿砂岩=16/(100-3)=16.49
湿铁粉=2/(100-8)=2.08
将上述质量比换算为百分比:
湿石灰石=82.23/(82.02+16.49+2.08+1)×100%=80.94%
湿砂岩=16.49/(82.02+16.49+2.08+1)×100%=16.23%
湿铁粉=2.08/(82.02+16.49+2.08+1)×100%=2.05%
湿粉煤灰=1.00/(82.02+16.49+2.08+1)×100%=1.00%
3.物料平衡计算
可通过物料平衡计算得到各种原料、燃料、材料的需要量以及从原料进厂直至成品出厂各工序所需处理的物料量。
依据这些数据可以进一步确定工厂的物料运输量、工艺设备选型以及堆场、储库等设施的规模。
因而物料计算是水泥厂设计必不可少的工艺计算内容之一。
是主机平衡与储库计算的基础和依据。
3.1原料燃料消耗定额计算
3.1.1原料消耗定额
一吨熟料为基准计算:
a.考虑煤灰掺入时,干生料消耗定额
式中:
GA——煤灰掺入量(%);
K生——干生料消耗定额(t/t熟料);
I——干生料的烧失量(%);
P生——生料的生产损失,一般取3%~5%。
b.各种干原料消耗定额
Kx=K生×x
式中:
Kx——原料消耗定额(t/t熟料);
X——原料配比(以小数表示)
由此可得
K石灰石=1.51×0.81=1.22t/t熟料
K砂岩=1.51×0.16=0.24t/t熟料
K铁粉=1.51×0.02=0.030t/t熟料
K粉煤灰=1.51×0.01=0.015t/t熟料
c.各种湿原料消耗定额
式中:
K湿x、KX——分别表示湿物料、干物料的消耗定额(t/t熟料);
W——各物料含水量
由此可得
3.1.2烧成用煤消耗定额
a.烧成用干煤消耗定额
由此可得
b。
烧成用湿煤消耗定额
3.1.3石膏、混合材消耗定额
设每天生产60%的32.5水泥,40%的42.5R水泥,石膏的掺入量均为4%,32.5水泥的混合材掺入量为44%,42.5R水泥的混合材掺入量为9%,设每天生产32.5水泥X吨,42.5R水泥Y吨,则
X/Y=3/2
X×(100%-4%-44%)+Y×(100%-4%-9%)=3000
由此可解得
X=2727t
Y=1818t
以一吨熟料为基础,可生产32.5、42.5R水泥分别为
K32.5=1.92t/t熟料
K42.5R=1.15t/t熟料
所以干石膏的消耗定额为
K石膏=(1.92+1.15)×4%=0.12t/t熟料
干混合材的消耗定额为
K混合材=1.15×9%+1.92×44%=0.95t/t熟料
3.1.4物料平衡表
以每天生产24h每年生产310天为标准,编制物料平衡表。
表3-1物料平衡表
物料名称
水分
%
配比
%
消耗定额
t/t熟料
物料平衡量
干料
湿料
干料/t
湿料/t
小时
日
年
小时
日
年
石灰石
1.5
81
1.22
1.24
152.5
3660
1134600
155
3720
1153200
砂岩
3
16
0.24
0.25
30
720
223200
31.25
750
232500
铁粉
8
2
0.03
0.033
3.75
90
27900
4.13
99
30690
粉煤灰
-
1
0.015
-
1.88
45.12
1398.72
-
-
-
生料
-
-
1.51
1.54
188.75
4530
1404300
192.5
4620
1432200
烧成用煤
10
-
0.15
0.17
18.75
450
139500
21.25
510
158100
石膏
-
-
0.12
-
15
360
111600
-
-
-
混合材
-
-
0.95
-
118.75
2844
881640
-
-
-
熟料
-
-
1
1
125
3000
930000
125
3000
930000
燃料低位热值为22900KJ/kg
4.主机平衡计算
4.1计算条件
主机平衡计算是根据物料平衡计算的结果和车间的工作制度(或年利用率),计算各车间要求主机小时产量。
然后确定车间的工艺流程,选定主机的型号、规格,标定主机的产量和需要台数。
4.2主机平衡计算
水泥厂主机年利用率参考如下表
表4-1水泥厂主机年利用率(以小数表示)
主机名称
适宜年利用率
生产周制(d/w)
生产班制(班/d)
每班运转时数(h/班)
石灰石破碎机
0.20~0.28
6或7
1
6~7
生料磨(圈流)
0.70~0.78
7
-
-
回转窑
0.80~0.85
7
-
-
水泥磨(圈流)
0.70~0.85
7
-
-
煤磨
0.65~0.75
7
-
-
包装机
0.40~0.26
6或7
2
6~7
a.取石灰石年利用率为η=0.28,则其小时产量为
b.取生料磨年利用率为η=0.70,则其小时产量为
c.取煤磨年利用率为η=0.70,则其小时产量为
d.取回转窑年利用率为η=0.85,则其小时产量为
e.取水泥磨年利用率η=0.70,则小时产量为
f.取包装机年利用率为η=0.40
4.3选择主机及全场主机平衡表编制
根据计算出的要求主机小时产量GH值,对该车间的工艺流程及主机进行分析论证,选择总产量与值相近似的主机的规格和台数,再结合该设计的具体技术条件标定该主机的设计产量GH1。
汇总全厂主机平衡计算结果,编制全厂主机平衡表。
表4-2主机平衡表
主机名称
主机规格、型号
主机
产量
t/h
主机
数量
(台)
要求主机小时产量
t/h
主机生产能力t/h
主机工作制度
每周运转
小时
年利
用率
石灰石破碎机
PEJ-1200×1500简摆
250~350
2
470
500~700
7×12
0.28
生料磨
MLS3726
250
1
234
250
7×20
0.70
煤磨
3400×7580mm
30
1
26
30
7×20
0.70
回转窑
Ø4
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