....67/72摘要為了對大學(xué)本科所學(xué)知識進(jìn)行系統(tǒng)的考查和實(shí)踐，我選擇了“富強(qiáng)水泥廠日產(chǎn)4000噸水泥熟料窯尾系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)”這個課題。該課題是在省市郊區(qū)建一座日產(chǎn)4000噸熟料水泥廠，重點(diǎn)車間是窯尾系統(tǒng)。我在設(shè)計(jì)過程中參考了許多水泥廠設(shè)計(jì)實(shí)例，并通過理論和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)相結(jié)合的方法完成了整個設(shè)計(jì)。課程的主要容包括生料配料計(jì)算，全廠工藝平衡計(jì)算，重點(diǎn)車間的設(shè)計(jì)計(jì)算，進(jìn)而給出一個全廠工藝流程圖和全廠工藝布置圖。在設(shè)計(jì)中，我盡可能的使用比較新的技術(shù)和思想，比如采用高效立式輥磨，利用窯尾廢氣預(yù)熱物料，使用工業(yè)礦渣作為原料等。此外，我本著合理可行、經(jīng)濟(jì)高效、環(huán)保的原則設(shè)計(jì)了全廠總平面布置圖。在符合最新生產(chǎn)發(fā)展要求的基礎(chǔ)上，達(dá)到最大程度節(jié)約資源、能源，做到既降低生產(chǎn)成本又能穩(wěn)定生產(chǎn)，經(jīng)濟(jì)效益和社會效益雙贏的可持續(xù)生產(chǎn)。關(guān)鍵詞：水泥廠；窯尾系統(tǒng)；新型干法窯ABSTRACTInordertoexamineandpracticetheuniversityknowledge,Ichose“Technologicaldesignofkilnsystemwith4000tonscementclinkerouputperdayforFuQiangcementplant”asmyproject.Thegraduatingprojectisconstructingaproductionlinedwith4000tonscementclinkerperdayinthesuburbandistrictofGuiyangCityofGuizhouProvinceThemaincontentsofthisdesignarethecalculationofrawmixproportions,theprocessequilibriumcalculation,andthecalculationofthekeyworkshop,andthen,givingaflowchartoftheprocessandprocessarrangementlayoutplans.Inthisdesign,Itryingtoworkwithrelativelynewtechnologiesandconceptionsuchasadoptinghighefficiencyverticalrollermill,utilizingthewastegasintherotarykilntopreheatrawmaterials，andusingindustrialwasteslagasrawmeal,etc.Furthermore，Ifollowtheprincipleinreasonableandachievable，economicalandefficient,andenvironmentalinmyworkforgenerallayoutofpowerplant.Inaccordedwiththerequirementsofthedevelopmentofthelatestproduction,wereachmaximumconservationresourcesandenergies,andtomeetbothreduceproductioncostandstableproduction,thusbenefitingbotheconomicandsocialtowin-winsustainableproduction.Keywords：Cementplant；Kilnsystem；Newdryprocesskiln目錄摘要IABSTRACTII1前言11.1國際現(xiàn)狀11.2國現(xiàn)狀21.3選題的目的與意義32基礎(chǔ)資料42.1設(shè)計(jì)題目42.2建廠條件42.3原始數(shù)據(jù)43配料計(jì)算63.1計(jì)算目的63.2率值確定63.3熱耗確定73.4計(jì)算過程73.4.1根據(jù)燃料組成計(jì)算發(fā)熱量73.4.2計(jì)算煤灰摻入量73.4.3計(jì)算要求熟料的化學(xué)成分83.4.4生料配料計(jì)算93.4.5計(jì)算干原料料耗93.4.6計(jì)算生料的干原料配合比93.4.7根據(jù)原料配合比驗(yàn)證率值104全廠工藝平衡計(jì)算114.1窯規(guī)格的設(shè)計(jì)與產(chǎn)量標(biāo)定114.1.1窯尺寸的計(jì)算114.1.2產(chǎn)量標(biāo)定124.2全廠物料平衡計(jì)算134.2.1計(jì)算窯的臺數(shù)134.2.2燒成系統(tǒng)的生產(chǎn)能力144.2.3水泥的生產(chǎn)能力144.2.4原、燃料消耗定額計(jì)算144.2.5編制物料平衡表194.3全廠主機(jī)平衡計(jì)算和主機(jī)選型204.3.1破碎機(jī)選型204.3.2回轉(zhuǎn)窯設(shè)備選型224.3.3烘干機(jī)選型224.3.4磨機(jī)選型224.3.5主機(jī)平衡表254.4儲存設(shè)施的計(jì)算254.4.1堆場的設(shè)計(jì)264.4.2堆棚的設(shè)計(jì)294.4.3圓庫的設(shè)計(jì)304.4.4物料儲存庫、堆場選型表355全廠工藝布置和工藝流程圖365.1全廠工藝布置365.2工藝流程圖376重點(diǎn)車間的設(shè)計(jì)計(jì)算386.1燒成車間的工藝流程386.2窯尾系統(tǒng)的物料平衡計(jì)算396.2.1收入物料406.2.5支出物料446.3窯尾系統(tǒng)的熱量平衡計(jì)算496.3.1收入熱量496.3.2支出熱量516.3.3燃料消耗量526.4物料平衡表與熱量平衡表536.5窯尾系統(tǒng)煙氣平衡計(jì)算546.5.1系統(tǒng)各部位煙氣量計(jì)算556.6窯尾系統(tǒng)預(yù)熱器與分解爐的選型與尺寸確定596.6.1懸浮預(yù)熱器596.6.2分解爐61參考文獻(xiàn)62致631前言水泥是當(dāng)今世界上最重要的建筑材料之一。水泥窯的發(fā)展經(jīng)歷了五個階段,分別是立窯、干法中空窯、濕法窯、懸浮預(yù)熱器窯、預(yù)分解窯。如今以預(yù)分解窯為代表的新型干法水泥生產(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)技術(shù)。它憑借著生產(chǎn)能力大、自動化程度高、產(chǎn)品質(zhì)量高、低能耗、有害物排放低、廣業(yè)廢棄物利用量大等一系列優(yōu)點(diǎn)成為世界水泥工業(yè)生產(chǎn)的主要技術(shù)。1.1國際現(xiàn)狀20世紀(jì)90年代，國際上圍繞著預(yù)分解燒成技術(shù)，對系統(tǒng)各單項(xiàng)裝備技術(shù)進(jìn)一步優(yōu)化，提高產(chǎn)量和質(zhì)量，降低熱耗和電耗，進(jìn)而提高勞動生產(chǎn)率，降低產(chǎn)品成本，增加經(jīng)濟(jì)效益，同時擴(kuò)大原料試用圍，減少粉塵與有害氣體的排放，以保持可持續(xù)發(fā)展[1]。新型干法窯大型化發(fā)展，自動化水平不斷提高，單機(jī)最大能力達(dá)12000t/d，噸水泥綜合電耗已降低到90kW·h以下，熟料熱耗低于2827kJ/kg（700kcal/kg），勞動生產(chǎn)率（水泥）提高到15000~20000t/（人·年）[2]。環(huán)保日益受到重視，在德國、英國、法國等一些環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)較高的國家，對新建水泥廠污染物排放的限值為：粉塵（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下）＜40mg/m3，SO2（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下）＜200mg/m3，NOx（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下）＜500mg/m3。在燒廢料方面，1999年德國和瑞典已取代了熟料煅燒用燃料的18%~20%，北歐各國為10%~14%，英國為8%，美國為5%。在瑞典和美國的個別水泥企業(yè)中，燒廢料的比例已有高達(dá)80%的實(shí)例，瑞典計(jì)劃2008年全國達(dá)到50%以上，2020年基本實(shí)現(xiàn)100%[3]。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5500t/d和7500t/d以與少數(shù)10000t/d級的回轉(zhuǎn)窯。進(jìn)入21世紀(jì)以來，國際水泥工業(yè)的發(fā)展特點(diǎn)主要表現(xiàn)在：（1）設(shè)備大型化。回轉(zhuǎn)窯的單機(jī)最大能力達(dá)12000噸/天，用于生料粉磨輥式磨的最大能力可達(dá)800噸/小時，且運(yùn)轉(zhuǎn)率與窯匹配，與之相適應(yīng)的材料與加工方法同步發(fā)展，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、有限元分析、計(jì)算流體力學(xué)、計(jì)算機(jī)仿真手段可確保大型化設(shè)備的設(shè)計(jì)更可靠有效。（2）操作與維護(hù)成本低。大型化燒成熟料熱耗可低于2717kJ/kg（650kcal/kg）。噸水泥電耗可低于80kW·h/t（水泥）。余熱、替代原料的利用、有害有毒廢物利用，使產(chǎn)品成本進(jìn)一步降低，擴(kuò)大了資源的有效利用[4,5]。（3）自動化程度高。生產(chǎn)過程控制（各種專家系統(tǒng)），產(chǎn)品質(zhì)量的全方位控制，生產(chǎn)、銷售的網(wǎng)絡(luò)化管理、使工廠資本運(yùn)作達(dá)到最佳化。（4）環(huán)境效應(yīng)。水泥工業(yè)進(jìn)一步與環(huán)境相容，不但降低粉塵的排放，而且采用新技術(shù)使氣體中得CO2、NOx、SO2的排放量達(dá)到最小。21世紀(jì)水泥企業(yè)在環(huán)保上的目標(biāo)做到“三零一負(fù)”，即在水泥生產(chǎn)過程中實(shí)現(xiàn)對環(huán)境的零污染；對電能和天然礦物燃料的零消耗；對廢渣、廢料的零排放，最大限度減輕社會環(huán)境負(fù)荷。此外，水泥企業(yè)還能治理和循環(huán)利用部分有毒，有害廢棄物和城市垃圾等作為二次原料，減輕全社會的環(huán)境問題，實(shí)現(xiàn)水泥工業(yè)可持續(xù)發(fā)展[6]。1.2國現(xiàn)狀21世紀(jì)以來，我國新型干法水泥生產(chǎn)技術(shù)飛速發(fā)展。2004年水泥總產(chǎn)量公報(bào)數(shù)為9.7億噸，同比增長12.4%。經(jīng)中國水泥協(xié)會統(tǒng)計(jì)計(jì)算，其中新型干法水泥產(chǎn)量為3.15億噸，同比增長67.9%。占水泥總產(chǎn)量的比例達(dá)到32.5%。就是說新型干法水泥產(chǎn)量達(dá)到了總量的三分之一[7]。2010年底我國新型干法生產(chǎn)線已達(dá)到1432條，產(chǎn)能總量占水泥總產(chǎn)量的80%左右[8]，到2012年底，我國新型干法生產(chǎn)線將達(dá)到1600條[9]。在新型干法水泥生產(chǎn)線所占比重快速增長同時，我國新型干法水泥技術(shù)的發(fā)展也從單純的數(shù)量增長型不斷地向質(zhì)量效益型轉(zhuǎn)變。在原料預(yù)均化技術(shù)，預(yù)分解窯節(jié)能煅燒工藝和技術(shù)裝備，節(jié)能粉碎粉磨技術(shù)與裝備，自動控制技術(shù)，環(huán)境保護(hù)等方面取得了很大進(jìn)步。例如，院在4000t/d規(guī)模新型干法水泥工程設(shè)計(jì)和裝備開發(fā)上，系統(tǒng)的開發(fā)了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的、完整的5000t/d水泥生產(chǎn)的技術(shù)與裝備[10]。以海螺集團(tuán)池州一線5000t/d項(xiàng)目為代表的國產(chǎn)化示生產(chǎn)線于2002年6月順利投產(chǎn)以后，冀東，亞泰明城、中國聯(lián)合水泥等三十余條5000t/d國產(chǎn)化生產(chǎn)線相繼投產(chǎn)[11]。大批5000t/d新型干法水泥生產(chǎn)線的建成、投產(chǎn)，標(biāo)志著我國新型干法水泥生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)成熟。在國家產(chǎn)業(yè)技術(shù)政策指導(dǎo)下，近10年，以預(yù)分解技術(shù)為核心的新型干法水泥生產(chǎn)技術(shù)得到迅速發(fā)展。我國成功研發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的新型高效、低阻、低NOx的預(yù)分解系統(tǒng)，主要技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國際先進(jìn)水平，全面提升了中國新型干法水泥熟料燒成系統(tǒng)的國產(chǎn)化、大型化技術(shù)水平[12]。預(yù)熱器作為預(yù)分解技術(shù)的主要部分。現(xiàn)如今，為實(shí)現(xiàn)節(jié)能、高效，降低預(yù)熱器的壓損，提高分高效率，預(yù)熱器不斷地從結(jié)構(gòu)或工作參數(shù)上進(jìn)行優(yōu)化，采用的多級預(yù)熱器結(jié)構(gòu)形式[13]。旋風(fēng)預(yù)熱器系統(tǒng)是目前普遍采用一種預(yù)熱器，一般采用雙列五級旋風(fēng)筒結(jié)構(gòu)，大型窯系統(tǒng)還采用雙列六級旋風(fēng)筒結(jié)構(gòu)，其中間級旋風(fēng)筒為低阻高效旋風(fēng)筒，這可有效地降低旋風(fēng)筒的壓損，從而對于提高旋風(fēng)筒的風(fēng)速有利（目前先進(jìn)的旋風(fēng)筒表面截面風(fēng)速已達(dá)6m/s）[14]。同時，旋風(fēng)筒筒瓷化，使用碳化硅瓷做成筒，有效的降低了熱耗并使旋風(fēng)筒的筒長壽化[15]隨著分解技術(shù)的進(jìn)步和煤粉燃燒力學(xué)的研究，為適應(yīng)不同燃料燃燒的需要和低NOx排放，作為預(yù)分解系統(tǒng)核心的分解爐爐型，已達(dá)數(shù)10種之多，使入窯物料碳酸鈣分解率達(dá)到90％－95％[16]。為適低揮發(fā)省質(zhì)煤和無煙煤的燃燒，出現(xiàn)了多種在主爐外增加預(yù)燃爐或后燃燒裝置的組合型分解爐。為減少Nox排放，采用在分解爐初始段造成還原氣氛的技術(shù)手段[17]。分解爐的容積可使物料在其的平均停留時間一般達(dá)到12秒以上，從而保證燃料完全燃燒與生料從分分解，也能適應(yīng)利用劣質(zhì)燃料和可燃廢棄物的需求[18]。隨著新型干法生產(chǎn)工藝各環(huán)節(jié)的不斷發(fā)展、完善與優(yōu)化，我國新型干法水泥生產(chǎn)技術(shù)和裝備水平已與國際水平相接近。盡管如此，在整體水平上我國還存在較大差距。原料均化技術(shù)，預(yù)熱預(yù)分解系統(tǒng)的技術(shù)性能改進(jìn)，生料粉磨系統(tǒng)以與用于水泥預(yù)粉磨、終粉磨的粉磨系統(tǒng)的開發(fā)推廣，電耗降低，現(xiàn)代信息化管理系統(tǒng)的推廣，個性化設(shè)計(jì)方案，技術(shù)裝備的開發(fā)和應(yīng)用，功能材料，生態(tài)化工程設(shè)計(jì)，替代燃料，環(huán)境保護(hù)，水泥相關(guān)產(chǎn)品，新裝備等仍是我國水泥工業(yè)面臨的重要研究課題。1.3選題的目的與意義在環(huán)境保護(hù)問題越來越受到社會的重視的今天，一個產(chǎn)業(yè)的環(huán)境保護(hù)意識和環(huán)保效率已成為衡量其社會效益的重要標(biāo)準(zhǔn)之一。水泥工業(yè)是污染環(huán)境最為嚴(yán)重的工業(yè)部門之一，其主要污染物是粉塵。水泥廠最大的粉塵污染源是回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)系統(tǒng)，包括窯的喂料、鍛燒和熟料冷卻等。新型干法水泥生產(chǎn)技術(shù)均將窯尾煙氣用來烘干原料，并與窯尾共用一臺收塵器。因而，窯尾系統(tǒng)的粉塵排放量占到整個生產(chǎn)線的二分之一，是水泥廠環(huán)保控制的重點(diǎn)[19]。新型干法水泥生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，使得水泥生產(chǎn)新工藝、新技術(shù)、新設(shè)備與操作控制手段日益更新。新型干法水泥生產(chǎn)技術(shù)代表著當(dāng)今世界水泥生產(chǎn)的潮流，其生產(chǎn)能力已達(dá)到世界水泥生產(chǎn)能力的60%[20]。對于材料科學(xué)與工程專業(yè)的大四學(xué)生，通過對“富強(qiáng)水泥廠日產(chǎn)4000噸水泥熟料窯尾系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)”課題的實(shí)踐，模擬工藝設(shè)計(jì)的基本容進(jìn)行一次較為深入的專業(yè)的訓(xùn)練，將幫助我全面了解水泥生產(chǎn)新技術(shù)、新設(shè)備和新工藝，綜合運(yùn)用所學(xué)專業(yè)知識，熟練掌握設(shè)計(jì)過程中所涉與的理論與實(shí)際知識。提高查閱文件資料，處理數(shù)據(jù)和識圖、繪圖技術(shù)水平。為今后的學(xué)習(xí)和工作打下良好的基礎(chǔ)。而且基于窯尾系統(tǒng)工藝流程所具有的多樣性，以與水泥工廠設(shè)計(jì)復(fù)雜、涉與專業(yè)多、知識面廣、各環(huán)節(jié)相互制約、生產(chǎn)連續(xù)化的特點(diǎn)。這個課程設(shè)計(jì)更有助于培養(yǎng)我綜合運(yùn)用該學(xué)科基本理論、基本技能和專業(yè)知識的能力。提高我結(jié)合生產(chǎn)，分析和解決問題的能力。促使我養(yǎng)成理論聯(lián)系實(shí)際，注重調(diào)查研究的良好作風(fēng)。2基礎(chǔ)資料2.1設(shè)計(jì)題目富強(qiáng)水泥廠日產(chǎn)4000噸水泥熟料窯尾系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)2.2建廠條件建廠地點(diǎn)：省市郊區(qū)，靠國道；廠區(qū)地形：廠區(qū)地勢較平坦；交通情況：便利，有國道、鐵路等，有利于原料、水泥等運(yùn)輸；氣溫：年平均氣溫15.3℃，月平均最低氣溫4.6℃，月平均最高氣溫降雨量：年平均總降雨量1129.5mm主導(dǎo)風(fēng)向：東南風(fēng)，平均風(fēng)速2.1m/s；地耐力：17.5噸/平方米，壓力：750mm汞柱。2.3原始數(shù)據(jù)石灰石：工廠自備礦山，儲量豐富，火車運(yùn)入；砂巖：外運(yùn)，儲量豐富，火車運(yùn)入；硫酸渣：某廠供應(yīng)，汽車運(yùn)入；石膏：石膏礦供應(yīng)，成分穩(wěn)定，汽車運(yùn)入；礦渣：某鋼廠供應(yīng)，汽車運(yùn)入；煙煤：煤礦供應(yīng)，火車運(yùn)入。表2.1原、燃料化學(xué)成分（%）名稱燒失量SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOK2ONa2OSO3Cl-合計(jì)石灰石40.286.161.260.6748.432.000.530.010.020.0099.37砂巖5.7970.6021.451.801.400.280.00100.00硫酸渣2.2223.0018.1147.493.991.682.430.590.150.0099.66煤灰0.0054.5825.325.267.314.730.000.002.440.0099.64表2.2原、燃料水分（%）原料石灰石砂巖硫酸渣礦渣石膏煤天然水分1.52.561031.5表2.3燃料組成（%）MadAadVadCad工業(yè)分析1.623.3613.5761.47表2.4元素分析（%）CarHarOarNarSarAMar∑元素分析61.534.227.401.620.3023.381.5099.953配料計(jì)算3.1計(jì)算目的制造水泥熟料的主要原料是石灰石（主要提供氧化鈣）、黏土或砂巖（主要提供氧化硅、氧化鋁）、鐵礦石或硫酸渣（主要提供氧化鐵）。為了準(zhǔn)確地控制熟料的礦物組成，這些原料必須按一定的配比進(jìn)行混合、粉磨。配料計(jì)算的目的就是根據(jù)水泥品種、原燃料條件、生料制備與煅燒工藝確定水泥熟料的率值，求出合乎熟料率值要求的原料配合比。3.2率值確定水泥熟料是一種由四種主要氧化物化合而成的多礦物集合體，因此在生產(chǎn)中要控制熟料中各氧化物含量和各氧化物之間的比例，即率值。我國目前采用的是石灰飽和系數(shù)KH、硅率SM和鋁率IM三個率值。KH值表示熟料中SiO2被CaO飽和形成C3S的程度。水泥熟料強(qiáng)度主要來源于硅酸鹽礦物，而C3S又是硅酸鹽礦物強(qiáng)度的主要提供者。在實(shí)際生產(chǎn)中，為了使水泥具有較好的力學(xué)性能，應(yīng)適當(dāng)提高C3S在熟料中的含量，KH一般控制在0.82~0.94。SM值表示熟料中氧化硅含量與氧化鋁、氧化鐵之和的質(zhì)量比，也表示了熟料中氧化鹽礦物與溶劑礦物的比例。如果熟料中硅率過高，煅燒時由于液相量顯著減少，熟料煅燒困難。特別當(dāng)氧化鈣含量低，硅酸二鈣含量多時，熟料易于粉化。硅率過低，則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，易出現(xiàn)結(jié)大塊、結(jié)爐瘤、結(jié)圈等，影響窯的操作。通常硅酸鹽水泥熟料的硅率在1.7~2.7之間。IM值表示熟料中氧化鋁和氧化鐵含量的質(zhì)量比，也表示熟料溶劑礦物中鋁酸三鈣與鐵酸四鈣的比例。鋁率高，熟料中鋁酸三鈣多，相應(yīng)鐵鋁酸四鈣就較少，則液相黏度大，物料難燒；鋁率過低，雖然液相黏度較小，液相中質(zhì)點(diǎn)易于擴(kuò)散，對硅酸三鈣的形成有利，但燒結(jié)圍變窄，窯易結(jié)大塊，不利于窯的操作。硅酸鹽水泥的鋁率在0.8~1.7之間。為使熟料既順利燒成，又保證質(zhì)量，保持礦物組成穩(wěn)定，應(yīng)根據(jù)各廠的原料、燃料和設(shè)備等具體條件來選擇三個率值，使之互相適當(dāng)配合，不能單獨(dú)強(qiáng)調(diào)某一率值。通常，不能三個率值同時都高，或同時都低。本設(shè)計(jì)采用新型干法生產(chǎn)，預(yù)分解窯生料預(yù)熱好，分解率高。另外，由于單位產(chǎn)量窯筒體散熱損失少，以與耗熱量最大的碳酸鹽分解帶已移到窯外，因此窯氣流溫度高。為了有利于掛窯皮和防止結(jié)皮、堵塞、結(jié)大塊，目前趨于低液相量的配料方案。我國大型預(yù)分解窯大多采用高硅率、高鋁率、中飽和比的配料方案。根據(jù)新型干法窯的生產(chǎn)實(shí)踐,建議為：KH：0.89±0.02；SM：2.5±0.2；IM：1.6±0.2。因而本設(shè)計(jì)選取率值KH=0.89±0.02，SM=2.6±0.1，IM=1.6±0.1[21]。3.3熱耗確定如今我國已經(jīng)擁有較成熟、可靠的熟料煅燒系統(tǒng),且新型干法生產(chǎn)技術(shù)仍在不斷發(fā)展。我國4000ｔ/ｄ新型干法水泥生產(chǎn)線不論是從裝備水平上、還是從所達(dá)到的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)上來看,與國外提供的生產(chǎn)線相比已經(jīng)沒有太大差距。本設(shè)計(jì)中取單位熟料熱耗q=3150kJ/kg（熟料）。3.4計(jì)算過程3.4.1根據(jù)燃料組成計(jì)算發(fā)熱量對于固體（液體）燃料，當(dāng)已知燃料元素分析值時，有以下經(jīng)驗(yàn)公式：（3.1）式中：Qnet,ar——煤收到基低熱值，kJ/kg；Car、Har、Oar、Sar、Mar——收到基時燃料中C、H、O、S與水的百分含量。所以：3.4.2計(jì)算煤灰摻入量熟料中煤灰摻入量可按下式計(jì)算:（3.2）式中:GA——熟料中煤灰摻入量，%；q——單位熟料熱耗，kJ/kg；Qnet,ar——煤收到基低熱值，kJ/kg；Aar——煤收到基灰分含量，%；S——煤灰沉落率，該設(shè)計(jì)中使用電收塵器裝置，煤灰沉落率S=100%。所以：3.4.3計(jì)算要求熟料的化學(xué)成分∑為熟料中CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3四種氧化物的總量估計(jì)值，一般在95~97%，這里設(shè)∑=98%。（3.3）（3.4）（3.5）（3.6）3.4.4生料配料計(jì)算以100kg熟料為基準(zhǔn)，列累加試湊表：表2.1累加試湊表（%）計(jì)算步驟SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgO其他合計(jì)備注要求熟料成分22.585.563.4766.3898.00煤灰（+3.02）1.6480.7650.1590.2210.1430.074石灰石（+137）8.4161.7210.91566.1642.7320.773砂巖（+17.7）12.5182.1670.5740.5710.2570.617硫酸渣（+3.84）0.8840.6961.8260.1530.0650.122KH=0.869，SM=2.660，IM=1.540；熱耗=3024kJ/kg熟料累計(jì)熟料成分23.4665.3493.47467.1093.1971.586104.18砂巖（-0.5）0.3530.0610.0160.0160.0070.017KH=0.883，SM=2.643，IM=1.529；熱耗=3037kJ/kg熟料累計(jì)熟料成分23.1135.2883.45867.0933.1901.569103.71表2.1中，第一個累計(jì)熟料值所對應(yīng)的KH值偏低，經(jīng)過在excel表格中試湊，最后減少表中所示的砂巖量，得到最后一個累計(jì)熟料成分，也即是所配熟料的實(shí)際化學(xué)成分，備注欄中得三個率值和熱耗即為所配熟料的實(shí)際率值和熱耗，可見此時完全滿足要求值。3.4.5計(jì)算干原料料耗由表2.1可知，配制100kg熟料所需的干原料如下：石灰石=137×100/103.71=131.73(kg)砂巖=（17.7-1）×100/103.71=16.61(kg)硫酸渣=3.84×100/103.71=3.71(kg)3.4.6計(jì)算生料的干原料配合比石灰石=131.73/(131.73+16.61+3.71)=86.64%砂巖=16.61/(131.73+16.61+3.71)=10.93%硫酸渣=3.71/(131.73+16.61+3.71)=2.44%3.4.7根據(jù)原料配合比驗(yàn)證率值表6生料、熟料的化學(xué)成分（%）配合比燒失量SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3其他合計(jì)石灰石86.6434.905.341.090.5841.961.730.010.4786.08砂巖10.930.637.711.340.350.3511.05硫酸渣2.440.050.560.440.010.072.44生料100.0035.5813.612.872.0942.411.930.180.8999.57灼燒生料100.0021.274.483.2766.283.020.281.40100.00灼燒生料96.9820.634.353.1764.282.930.271.3596.98煤灰3.021.650.740.000.022.96熟料100.0022.285.113.3364.503.070.271.3899.94熟料率值：KH=0.90，SM=2.64，IM=1.54，符合設(shè)計(jì)要求。4全廠工藝平衡計(jì)算4.1窯規(guī)格的設(shè)計(jì)與產(chǎn)量標(biāo)定本設(shè)計(jì)采用預(yù)分解窯，該技術(shù)是在懸浮預(yù)熱器和回轉(zhuǎn)窯之間，增設(shè)一個分解爐或利用窯尾煙室管道，在其中加入30～60%的燃料，使燃料的燃燒放熱過程與生料的吸熱分解過程同時在懸浮態(tài)或流化態(tài)下極其迅速地進(jìn)行，使生料在入回轉(zhuǎn)窯之前基本上完成碳酸鹽的分解反應(yīng)，因而窯系統(tǒng)的煅燒效率大幅度提高。窯的熱負(fù)荷大為減輕，而產(chǎn)量卻成倍的增長。4.1.1窯尺寸的計(jì)算（1）回轉(zhuǎn)窯的基本要求回轉(zhuǎn)窯的額定產(chǎn)量：G=4000（t/d）回轉(zhuǎn)窯的最續(xù)產(chǎn)量Gmax=1.2×G=1.2×4000=4800(t/d)回轉(zhuǎn)窯的最小連續(xù)產(chǎn)量Gmin=0.95×G=0.95×4000=3800(t/d)（2）回轉(zhuǎn)窯的規(guī)格回轉(zhuǎn)窯的有效徑:（4.1）式中：Di——回轉(zhuǎn)窯的有效徑，單位m；G——回轉(zhuǎn)窯的額定產(chǎn)量，單位t/d；K——與回轉(zhuǎn)窯有關(guān)的系數(shù)，本設(shè)計(jì)使用預(yù)分解窯，取55，單位(t/dm3)。回轉(zhuǎn)窯的直徑:（4.2）式中：D——回轉(zhuǎn)窯的直徑；Di——回轉(zhuǎn)窯有效徑；δ——耐火磚的厚度，參考現(xiàn)有同類型窯的實(shí)際情況取220mm。基于設(shè)計(jì)過程中所掌握的回轉(zhuǎn)窯技術(shù)參數(shù)，以與華新水泥4000t/d，主、輔機(jī)設(shè)備均按5000t/d熟料能力來配置的實(shí)例，本設(shè)計(jì)選用的回轉(zhuǎn)窯規(guī)格為Φ4.8×74，斜度4.0%，轉(zhuǎn)速3.5r/min，有效徑為4.31m。4.1.2產(chǎn)量標(biāo)定水泥設(shè)計(jì)研究院公式[22]：（4.2）水泥工業(yè)設(shè)計(jì)研究院統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果，窯徑為3.75~6.2m時，熟料產(chǎn)量為2500~13000t/d，公式：（4.4）（4.5）根據(jù)窯物料的負(fù)荷率反求計(jì)算，公式：（4.6）式中：φ——窯物料負(fù)荷率，參考《水泥預(yù)分解技術(shù)與熱工系統(tǒng)工程》，當(dāng)斜度=4%時，φ一般取10%；M——窯的小時產(chǎn)量t/h；Di——窯的有效徑；Vm——物料在窯運(yùn)行的速度，Vm=L/（60τ）=0.035(m/s)，τ為物料在窯停留時間，取35min；R——燃燒每千克熟料所需窯物料量，kg/(kgcl)；（4.7）λ為表觀分解率（預(yù)分解窯的表觀分解率為0.85～0.95，取0.95）,Ks為生料料耗，這里取1.5計(jì)算，即（4.8）γm——窯物料平均容重，㎏/m3；（4.9）那么當(dāng)φ=10%時，由：（4.10）知M=195.12（t/h）所以Gd=M×24=4682.9（t/d）反求計(jì)算是根據(jù)近年來窯的實(shí)際生產(chǎn)能力來標(biāo)定窯的產(chǎn)量的計(jì)算方法，并且有一定的生產(chǎn)基礎(chǔ)，可靠性較大。依據(jù)理論熟料產(chǎn)量5255.5（t/d）與反求計(jì)算結(jié)果4682.9（t/d），最后選定Φ4.8×74的窯型。并根據(jù)前面幾種公式的計(jì)算結(jié)果綜合考慮，最終標(biāo)定熟料產(chǎn)量為195（t/h），即4680（t/d）。4.2全廠物料平衡計(jì)算物料平衡計(jì)算是計(jì)算從原料進(jìn)廠到成品出廠各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)需要處理的物料量，包括所有原料、燃料、半成品、成品的量，并表達(dá)為小時、日、周、需要量，作為確定工廠各種物料需要量、運(yùn)輸量、工藝設(shè)備選型和計(jì)算儲存設(shè)施容量的依據(jù)。物料平衡計(jì)算是以熟料產(chǎn)量為基準(zhǔn)的。4.2.1計(jì)算窯的臺數(shù)采用周平衡法：（4.11）式中：n——回轉(zhuǎn)窯的臺數(shù)；Qd——要求熟料的日產(chǎn)量，t/d；Qh1——所選窯型的時產(chǎn)量，195t/h。即：4.2.2燒成系統(tǒng)的生產(chǎn)能力熟料的小時產(chǎn)量：熟料的日產(chǎn)量：熟料的周產(chǎn)量：4.2.3水泥的生產(chǎn)能力設(shè)計(jì)生產(chǎn)普通硅酸鹽水泥，標(biāo)號為42.5#，水泥的小時產(chǎn)量：（4.12）式中：P——水泥的生產(chǎn)損失，取4%；d——水泥中石膏摻量，取4%；e——水泥中混合材摻量，取10%；Qh——熟料的小時產(chǎn)量為195t。所以：4.2.4原、燃料消耗定額計(jì)算（1）原料消耗定額考慮煤灰摻入量，干生料消耗定額：（4.13）式中：K生——干生料消耗定額，t/t熟料；S——煤灰摻入量，%；l——干生料的燒失量，%；P生——干生料的生產(chǎn)損失，取3.5%；所以：各種干原料的消耗定額：（4.14）式中：Kx——干原料的消耗定額，t/t熟料；X——干生料中該原料的配合比；K生——干生料的消耗定額，t/t熟料。所以：干石灰石消耗定額，干砂巖消耗定額，干硫酸渣消耗定額，各種濕原料的消耗定額：式中：K濕、K干——表示濕、干物料的消耗定額，t/t熟料；W0——該物料的水分含量，%。所以：濕石灰石消耗定額，濕砂巖消耗定額，濕硫酸渣消耗定額，（2）石膏消耗定額干石膏：（4.15）式中：Kd——干石膏消耗額，t/t熟料；Pd——石膏生產(chǎn)損失，取3%；d、e——分別表示石膏、混合材摻入量，%。所以：濕石膏：（4.16）式中：K濕、Kd——表示濕、干石膏消耗定額，t/t熟料；W0——石膏的水分含量，%；所以：（3）混合材（礦渣）的消耗定額干混合材：（4.17）式中：Ke——干混合材消耗額，t/t熟料；Pe——混合材生產(chǎn)損失，取3%；d、e——分別表示石膏、混合材摻入量，%；所以：濕混合材：（4.18）式中：K濕、Ke——表示濕、干混合材消耗定額，t/t熟料；W0——混合材的水分含量，%；所以：（4）燒成用煤消耗定額燒成用干煤消耗定額：（4.19）（4.20）式中：Kf——燒成用干煤消耗定額，t/t熟料；q——熟料燒成熱耗，3150kJ/kg熟料；Qnet,d、Qnet,ar——煤的干燥基低位熱值、煤的收到基低位熱值，kJ/kg煤；Pf——煤的生產(chǎn)損失，取3%。所以：燒成用濕煤消耗定額：（4.21）式中：K濕——燒成用干煤消耗定額，t/t熟料；Pf——煤生產(chǎn)損失，取3%；Qnet,ar——煤的收到基低位熱值，KJ/kg煤。所以：（5）烘干用煤消耗定額（4.22）式中：Kf2——烘干用干煤消耗定額，t/t熟料；K濕——需烘干的濕物料消耗定額，t/熟料；w1、w2——分別表示需烘干的濕物料烘干前、后的含水量，%；q烘——蒸發(fā)1Kg水分的耗熱量，kJ/kg水分；Qnet,d——煤的干燥基低位熱值，KJ/kg煤；Pf——煤生產(chǎn)損失，取3%。本設(shè)計(jì)選用的原、燃料有石灰石、砂巖、硫酸渣、礦渣、石膏、煤（水分含量見表2）。目前，隨著預(yù)熱器窯和預(yù)分解窯的不斷發(fā)展，干法水泥廠的原料烘干與粉磨，廣泛采用烘干磨，充分利用窯尾廢氣作為烘干介質(zhì)。物料在磨進(jìn)行研磨、烘干，因此在本設(shè)計(jì)中只需單獨(dú)烘干礦渣。參考烘干機(jī)熱工指標(biāo)，這里的q烘=4750kJ/kg水分。所以，烘干用干煤消耗定額：同理，烘干用濕煤消耗定額：4.2.5編制物料平衡表將各種物料（干、濕）消耗定額分別乘以相應(yīng)的熟料產(chǎn)量，即求出各種物料的小時、日年的需要量，結(jié)果匯總成下面的物料平衡表。表4.1物料平衡表項(xiàng)目名稱水分%生產(chǎn)損失%消耗定額物料平衡量（t）干料含天然水分料干料含天然水分料小時日周小時日周石灰石601.381265.26364.844553.6269.36463.145241.6砂巖720.17633.5805.05634.734.3823.75765.8硫酸渣63.50.0380.0407.4177.81244.97.8187.21310.4配合生料3.51.5701.597306.27347.651433.2311.47474.052317.7熟料195.04680.032760.0石膏33.00.0480.0499.4224.61572.59.6229.31605.2混合材103.00.1200.12423.4561.63931.224.2580.34062.2水泥217.75224.136568.6燒成用煤1.53.00.1310.13325.5613.14291.625.9622.44357.1烘干用煤1.53.00.0020.0020.49.465.5用煤合計(jì)1.53.00.1330.13525.9622.44357.126.3631.84422.64.3全廠主機(jī)平衡計(jì)算和主機(jī)選型主機(jī)平衡計(jì)算是根據(jù)物料平衡計(jì)算的結(jié)果和車間（或生產(chǎn)環(huán)節(jié)）的工作制度（或年利用率），計(jì)算各車間（或生產(chǎn)環(huán)節(jié)）要求主機(jī)小時產(chǎn)量，然后確定車間的工藝流程，選定主機(jī)的型號、規(guī)格、標(biāo)定主機(jī)的產(chǎn)量和需用臺數(shù)。計(jì)算方法：根據(jù)車間工作制度，定出主機(jī)每周運(yùn)轉(zhuǎn)小時數(shù)，并根據(jù)物料周平衡，求出該主機(jī)要求的小時數(shù)[23]。主機(jī)產(chǎn)量計(jì)算公式：（4.23）式中：GH——要求主機(jī)產(chǎn)量，t/h；GW——物料平衡量；H——主機(jī)每周運(yùn)轉(zhuǎn)小時數(shù)。4.3.1破碎機(jī)選型（1）石灰石破碎設(shè)備選型石灰石破碎機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)量計(jì)算：生產(chǎn)班制：每周工作6天，每天2班，每班6小時。選用型號為DLPC2022-2的單段錘式破碎機(jī)。設(shè)備優(yōu)點(diǎn)：破碎比大，錘頭壽命長，防堵性好，電耗低。技術(shù)參數(shù)：生產(chǎn)能力700~900t/h，功率800kW，進(jìn)料塊度<1500mm，出料粒度<75mm（占90%）。核算每周實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)小時數(shù)：式中：GH、GM——要求石灰石的小時產(chǎn)量、所選破碎設(shè)備的小時產(chǎn)量。（2）砂巖破碎設(shè)備選型生產(chǎn)班制：每周工作6天，每天1班，每班7小時。選用型號為PF-1315V的反擊式破碎機(jī)。設(shè)備優(yōu)點(diǎn)：破碎腔高、適應(yīng)物料硬度高，塊度大、產(chǎn)品石粉少；反擊板與板錘間隙能方便調(diào)節(jié)，有效控制出料粒度，顆粒形狀好；結(jié)構(gòu)緊湊、機(jī)器剛性強(qiáng)、轉(zhuǎn)子具有大的轉(zhuǎn)動慣量；反擊破高鉻板錘，抗沖擊、抗磨損、沖擊力大；無鍵連接，檢修方便，經(jīng)濟(jì)可靠；破碎功能全、生產(chǎn)率高、機(jī)件磨耗小、綜合效益高。技術(shù)參數(shù)：生產(chǎn)能力150~220t/h，功率200kW，進(jìn)料塊度<250mm，出料粒度<50mm。核算每周實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)小時數(shù)：式中：GH、GM——要求砂巖的小時產(chǎn)量、所選破碎設(shè)備的小時產(chǎn)量。（3）石膏破碎設(shè)備選型生產(chǎn)班制：每周工作6天，每天1班，每班6小時。選用型號為PCH0808的錘式破碎機(jī)。設(shè)備優(yōu)點(diǎn)：工作錘頭耐磨、耐沖擊；錘破可根據(jù)需要調(diào)節(jié)需要的粒度；機(jī)體結(jié)構(gòu)密封，解決了破碎車間的粉塵污染和機(jī)體漏灰問題；易損件少，維修方便。技術(shù)參數(shù)：生產(chǎn)能力70~105t/h，功率45kW，進(jìn)料塊度<200mm，出料粒度<30mm。核算每周實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)小時數(shù)：式中：GH、GM——要求石膏的小時產(chǎn)量、所選破碎設(shè)備的小時產(chǎn)量。4.3.2回轉(zhuǎn)窯設(shè)備選型采用華新水泥廠Φ4.75×74回轉(zhuǎn)窯，單傳動，功率630kW。（詳見4.1.1）4.3.3烘干機(jī)選型含水的物料一般都要進(jìn)行烘干才能保證粉磨正常工作。烘干系統(tǒng)可分為兩種：一種是烘干磨，即物料在粉磨過程中同時進(jìn)行烘干，另一種是用單獨(dú)的烘干設(shè)備烘干。本設(shè)計(jì)采用烘干磨系統(tǒng)，需單獨(dú)烘干的物料只有礦渣，其水分含量是10%。要求礦渣的小時產(chǎn)量：生產(chǎn)班制：每周工作7天，每天22小時。選用Φ2.4×20m回轉(zhuǎn)烘干機(jī)技術(shù)參數(shù)：生產(chǎn)能力32~36t/h，功率37kW，物料終水分<1%，轉(zhuǎn)速3r/min。核算每周實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)小時數(shù)：式中：GH、GM——要求礦渣的小時產(chǎn)量、所選烘干機(jī)的小時產(chǎn)量。4.3.4磨機(jī)選型（1）生料磨選型目前輥式磨作為較理想的原料粉磨設(shè)備已在國外得到共識。這種集研磨、烘干、選粉于一體的設(shè)備，具有土建費(fèi)用省、占地面積小、粉磨效率高、運(yùn)行噪音低、系統(tǒng)操作簡便、節(jié)能、低消耗等多種優(yōu)點(diǎn)，尤其適宜于磨蝕性小、易磨性差、綜合水分高的脆性原料，是粉磨工藝重要的發(fā)展方向。生產(chǎn)班制：每周工作7天，每天22小時。選擇Atox50輥式磨。技術(shù)參數(shù)：生產(chǎn)能力351t/h，入料粒度<175mm，入磨水分<12%，出磨水分<0.5%。核算每周實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)小時數(shù)：式中：GH、GM——要求生料的小時產(chǎn)量、所選輥式磨的小時產(chǎn)量。（2）煤磨選型生產(chǎn)班制：每周工作7天，每天22小時。選用規(guī)格為φ3.4×5.25的風(fēng)掃煤磨。技術(shù)參數(shù)：生產(chǎn)能力30t/h，入料粒度<30mm，物料入磨水分<8%，出磨水分<1%。核算每周實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)小時數(shù)：（3）水泥磨選型水泥粉磨分為開路和閉路粉磨工藝流程。在開路工藝流程中水泥通過磨機(jī)后即為產(chǎn)品，流程簡單、設(shè)備少、投資少，但容易產(chǎn)生過粉磨現(xiàn)象。在閉路粉磨工藝流程中，物料出磨后經(jīng)過選粉機(jī)系統(tǒng)選出產(chǎn)品，粗粉返回磨機(jī)再磨。減少過粉磨現(xiàn)象，可以提高產(chǎn)量、降低電耗，產(chǎn)品細(xì)度易控制，但系統(tǒng)設(shè)備投資大，操作維護(hù)較復(fù)雜。生產(chǎn)班制：每周工作7天，每天22小時。選用2臺規(guī)格為φ3.8×1.2管磨機(jī)（配合2臺N-3500選粉機(jī)）。技術(shù)參數(shù)：生產(chǎn)能力133t/d，功率2000kW，轉(zhuǎn)速16.6r/min，入料粒度<25mm。核算每周實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)小時數(shù)：（4）水泥包裝機(jī)選型水泥的出廠水泥形式有兩種，袋裝和散裝。目前水泥包裝機(jī)可分兩大類，一類是回轉(zhuǎn)式包裝機(jī)，一類是固定式包裝機(jī)。在本次設(shè)計(jì)中，40%的水泥袋裝出廠，60%散裝。生產(chǎn)班制：每周工作7天，每天2班，每班7小時。選取2臺RS14嘴回轉(zhuǎn)包裝機(jī)，生產(chǎn)能力為96t/h。核算每周實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)小時數(shù)：4.3.5主機(jī)平衡表表4.2主機(jī)設(shè)備與工作制度名稱型號、規(guī)格產(chǎn)量（t/h）數(shù)量（臺）要求小時產(chǎn)量（t/h）工作制度每周實(shí)際運(yùn)行時間（小時）石灰石破碎機(jī)單段錘式破碎機(jī)700~9001628.4每周工作6天，每天2班，每班6小時64.6砂巖破碎機(jī)反擊式破碎機(jī)150~2201137.3每周工作6天，每天1班，每班7小時38.4石膏破碎機(jī)錘式破碎機(jī)70~105144.6每周工作6天，每天一班，每班6小時22.9烘干機(jī)Φ2.4×20m回轉(zhuǎn)烘干機(jī)32~36126.4每周工作7天，每天22小時。127．1生料磨Atox50輥式磨3511339.7每周工作7天，每天22小時149.0煤磨Φ3.4×5.25風(fēng)掃煤磨30128.7每周工作7天，每天22小時147.3回轉(zhuǎn)窯Φ4.75×74回轉(zhuǎn)窯2081195.0每周工作7天，每天24小時157.5水泥磨φ3.8×1.2管磨機(jī)1332237.5每周工作7天，每天22小時137.5水泥包裝機(jī)RS14嘴回轉(zhuǎn)包裝機(jī)962149.3每周工作7天，每天2班，每班7小時76.24.4儲存設(shè)施的計(jì)算為了保證工廠連續(xù)生產(chǎn)，避免由于外部運(yùn)輸?shù)牟痪狻⒃O(shè)備之間生產(chǎn)能力的不平衡，或由于前后段生產(chǎn)工序的工作班制不同，以與由于其他原因造成物料供應(yīng)的中斷或物料滯留堆積而堵塞，保證工廠生產(chǎn)連續(xù)均勻地進(jìn)行和產(chǎn)品均衡出廠，以與為了滿足生產(chǎn)過程中生產(chǎn)控制和產(chǎn)品檢驗(yàn)的需要，工廠必須設(shè)置各種儲存設(shè)施來儲存生產(chǎn)過程中各種物料。各種物料所需的儲存量取決于該物料的日用量和該物料的儲存期。某物料的儲存量能滿足工廠生產(chǎn)需要的天數(shù)，稱為該物料的儲存期。儲存期的計(jì)算均以燒成車間的生產(chǎn)能力為基準(zhǔn)。影響儲存期的因素有：物料供應(yīng)點(diǎn)的遠(yuǎn)近和外部運(yùn)輸情況，物料成分波動情況，均化工藝要求，質(zhì)量控制要求等等。物料儲存期的長短應(yīng)適當(dāng)，過短將影響生產(chǎn)，過長會增加基建投資和經(jīng)營費(fèi)用。本設(shè)計(jì)中各種物料的最低存儲期T和最低貯存量Q見下表：表4.3物料的最低存儲期和最低貯存量物料名稱最低儲存期(d)每天需要量(t)要求最低儲存量(t)石灰石76463.145241.7砂巖10823.78237硫酸渣10187.21872石膏30229.36879礦渣10580.35803原煤10631.86318生料2747414948熟料5468023400水泥75224.136568.7最低儲存號Q為最低儲存期和每天需要量的乘積。表4.4相關(guān)物料的容積密度γ和休止角α物料名稱容積密度（t/m3）休止角（度）石灰石1.4538砂巖1.536硫酸渣1.536石膏1.436礦渣0.6536煤粉0.938生料1.2熟料1.45水泥1.454.4.1堆場的設(shè)計(jì)堆場的形式確定后，料堆高度即可確定，根據(jù)料堆高度和寬度即可計(jì)算料堆的長度（適用條件：B≥2Hctgα）。（4.24）式中：L——某種物料料堆的底邊長度，m；Q——該物料在露天堆場的儲存量，t；H——料堆高度，m；B——料堆底邊寬度，m；γ——該物料的堆積密度，t/m3；α——該物料的休止角，度。求出堆場各種物料料堆的占地面積之和，并考慮堆場面積利用系數(shù)（一般為0.60~0.75）后即可計(jì)算出露天堆場占地總面積。（1）石灰石預(yù)均化堆場石灰石在水泥生產(chǎn)的原料配比中占的比例最大，其對水泥質(zhì)量的影響極大，需采取一定的預(yù)均化措施。預(yù)均化堆場按布置型式可分為矩形和圓形，本設(shè)計(jì)使用圓形預(yù)均化堆場，其占地面積小，購置費(fèi)、營費(fèi)較低。取石膏儲存期為T=7天，則Q=45242t。參考海螺水泥選用Φ90的石灰石均化庫，儲存能力為47000t，則實(shí)際儲存期為：（2）石膏堆場取石膏儲存期為T=30天，則Q=6879（t）。對于石膏γ=1.4t/m3，α=36°取H=10m；由于B≥2Hctgα=2×10×ctg36°=27.53m，取B=28m，則：考慮堆場面積利用系數(shù)，取0.75，則堆場面積：最后取石膏堆場的實(shí)際規(guī)格為：L=59m，B=28m（3）礦渣堆場取礦渣儲存期為T=10天，則Q=5803(t)。對于礦渣γ=0.65t/m3，α=36°取H=10m；由于B≥2Hctgα=2×10×ctg36°=27.53m，取B=28m，則：考慮堆場面積利用系數(shù)，取0.75，則堆場面積：最后取礦渣堆場的實(shí)際規(guī)格為：L=96m，B=28m（4）硫酸渣堆場取硫酸渣儲存期為T=10天，則Q=1872(t)。對于硫酸渣γ=1.5t/m3，α=35°取H=10m；由于B≥2Hctgα=2×10×ctg35°=27.53m，取B=28m，則：考慮堆場面積利用系數(shù)，取0.75，則堆場面積：最后取硫酸渣堆場的實(shí)際規(guī)格為：L=24m，B=28m。4.4.2堆棚的設(shè)計(jì)堆棚所需面積取決于被儲存物料的種類、堆積密度與料堆的高度。一般情況下原料的存放面積可按下式計(jì)算。（4.25）式中：S——原料的存放面積，㎡；Q——原料的儲存量，t；h——原料堆的高度，m；ρ——料堆的有效體積系數(shù)，一般在0.7～0.8圍，取0.8；γ——原料的堆積密度，t/m3。（1）砂巖堆棚取砂巖儲存期為T=10天，則Q=8237(t)對于砂巖γ=1.5t/m3，料堆ρ=0.8，取h=8m，則：可取堆棚規(guī)格為：L=31m，B=28m，S實(shí)際=868m2實(shí)際儲存期為：（2）煤粉堆棚取煤粉儲存期為T=10天，則Q=6318t。對于煤粉γ=0.9t/m3，料堆ρ=0.8，取h=8m，則：可取堆棚規(guī)格為：L=40m，B=28m，S實(shí)際=1120m2實(shí)際儲存期為：4.4.3圓庫的設(shè)計(jì)圓庫的大小按物料要求的儲存量而定，其型式隨儲存物料的不同和直徑的大小而不同，主要區(qū)別在于圓庫底部形狀，常見的有平底圓庫與帶有錐形漏斗的圓庫。物料要求儲存量計(jì)算公式：（4.26）式中：Q——某物料要求的儲存量，t；Gd——該物料的日平衡量（見物料平衡表），t/d；T——該物料的儲存期，d。物料要求有效容積可按照下式計(jì)算：（4.27）式中：V——物料要求有效容積 ，m3；Q——該物料要求儲存量，t；γ——該物料的容積密度，t/m3。（1）石灰石圓庫取石灰石存儲期為1天，則：物料要求有效容積：選擇規(guī)格為Φ15×30的圓庫，有效容積為4720m3實(shí)際儲存期：（2）砂巖配料庫取砂巖存儲期為2天，則：物料要求有效容積：選擇規(guī)格為Φ8×25的圓庫，有效容積為1180m3實(shí)際儲存期：（3）硫酸渣配料庫取硫酸渣存儲期為2天，則：物料要求有效容積：選擇規(guī)格為Φ7×18的圓庫，有效容積為650m3實(shí)際儲存期：（4）生料庫取生料存儲期為2天，則：參考海螺水泥，選擇規(guī)格為Φ22.5×54生料庫，其有效儲存量為16000t。實(shí)際儲存期：（5）熟料庫由于生產(chǎn)技術(shù)的提高水泥熟料的穩(wěn)定性大大提高，這就使長時間保存熟料變成了可能，這樣有利于水泥產(chǎn)品的銷售。目前國水泥生產(chǎn)線的熟料庫的存儲期一般為15~20天，這里取存儲期為15天，則：參考海螺水泥，選擇規(guī)格為Φ60×41熟料庫，其有效儲存量為90000t。實(shí)際儲存期：（6）石膏庫取石膏存儲期為3天，則：選用規(guī)格為Φ10×22m，有效存儲量700t。實(shí)際儲存期：（7）礦渣配料庫取礦渣存儲期為2天，則：物料要求有效容積：選用規(guī)格為Φ10×24m，有效容積為1740m3實(shí)際儲存期：（8）水泥庫取水泥儲存期為10天，則：選擇規(guī)格為Φ22.5×54水泥儲存庫，其庫容量為16000t。庫的數(shù)量：取3個，則實(shí)際存儲量：實(shí)際儲存期：（9）成品庫成品庫的面積可用下列公式計(jì)算（4.28）式中：F——要求成品庫的面積，m2；η——成品庫有效利用系數(shù)，一般取0.7；t——單位面積上水泥堆入量（t/m2），一般取2；φ——袋裝水泥量占日產(chǎn)水泥的百分量，40%。C——取儲存期為3天，C=Gd×3=5224.1×3=15672。所以：最后設(shè)計(jì)成品庫的規(guī)格為100×48m，實(shí)際面積為4800實(shí)際儲存期4.4.4物料儲存庫、堆場選型表表4.5物料儲存庫、堆場選型表儲庫名稱規(guī)格數(shù)量庫容量（t）儲存期（天）石灰石預(yù)均化堆場Φ901470007.3石膏堆場59×28×101687930礦渣堆場96×28×101580310硫酸渣堆場24×28×101187210砂巖堆棚31×28×81823710.1煤粉堆棚40×28×81631810.2石灰石庫Φ15×30164631.1砂巖庫Φ8×25116472.1硫酸渣庫Φ7×1813742.3生料庫Φ22.5×541160002.1熟料庫Φ60×4119000016石膏庫Φ10×22m17003.1礦渣庫Φ10×24m111311.9水泥庫Φ22.5×5433×160009.2成品庫100×48m162693.25全廠工藝布置和工藝流程圖5.1全廠工藝布置水泥廠平面布置的任務(wù)是根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求，結(jié)合具體的場地自然條件，合理的布置全廠的所有的建筑物、預(yù)均化堆場、生料磨、均化庫、窯尾設(shè)備、窯頭設(shè)備、熟料庫、各配料站、水泥粉磨車間、水泥庫等，確定它們的平面和豎向的相互關(guān)系和位置，使它們成為一個聯(lián)合的整體。

設(shè)計(jì)的總思路是：首先確定好水泥的生產(chǎn)流程；再根據(jù)風(fēng)向頻率玫瑰圖，確定好各種原料的堆場、預(yù)均化堆場的位置，將其設(shè)在下風(fēng)向處；再根據(jù)各皮帶機(jī)的走向確定好原料配料庫和立磨的位置；立磨和均化庫設(shè)在窯尾系統(tǒng)的附近，生料庫的原料通過提升機(jī)進(jìn)入窯尾系統(tǒng)；窯尾系統(tǒng)周圍設(shè)置有增濕塔、煙囪、電收塵和預(yù)熱發(fā)電裝置；通過回轉(zhuǎn)窯到達(dá)窯頭，生料煅燒成熟料，熟料經(jīng)過篦冷機(jī)冷卻和初破碎后運(yùn)輸?shù)绞炝蠋欤皇炝蠋炫赃呍僭O(shè)有石膏和礦渣的配料庫，組成水泥配料站，水泥配料站旁邊設(shè)有水泥粉磨車間，經(jīng)粉磨后的水泥進(jìn)入水泥粉磨車間附近的水泥庫，水泥庫旁邊設(shè)有水泥的包裝車間，水泥散裝或包裝后出廠；全廠大門正對國道，生活區(qū)和娛樂區(qū)設(shè)在正大門的旁邊，并且位于風(fēng)頻率較小的方向上，此外布置有綠化帶將其與廠區(qū)隔開，不僅出入方便，而且工作和生活一分為二；原料儲存區(qū)靠近鐵路，方便原料的進(jìn)廠。

總的說本設(shè)計(jì)的全廠平面布置設(shè)計(jì)本著合理可行、經(jīng)濟(jì)高效、環(huán)保的原則。5.2工藝流程圖6重點(diǎn)車間的設(shè)計(jì)計(jì)算6.1燒成車間的工藝流程6.2窯尾系統(tǒng)的物料平衡計(jì)算物料平衡是根據(jù)國設(shè)備制造水平和操作水平對窯尾系統(tǒng)物料用量進(jìn)行計(jì)算，將此做為選擇輔機(jī)和計(jì)算煤量依據(jù)。圍：從熟料冷卻機(jī)的出口到預(yù)熱器廢氣的出口，即包括回轉(zhuǎn)窯、冷卻機(jī)、分解爐與預(yù)熱器系統(tǒng)，并考慮窯灰回窯、燃料制備和窯按閉路循環(huán)操作的情況。已知數(shù)據(jù)：（1）回轉(zhuǎn)窯的產(chǎn)量5000t/d（2）環(huán)境溫度t=20（3）熟料出冷卻機(jī)溫度tLsh=（65+環(huán)境溫度）℃（4）入窯煤粉溫度tr=40（5）一次空氣入窯溫度ty1k=36（6）入冷卻機(jī)冷空氣溫度tk=36（7）窯頭漏風(fēng)溫度tyLOk=36（8）入冷卻機(jī)冷空氣量VLK=2.14Nm3/kg（9）入窯風(fēng)量比(%)一次空氣:二次空氣:窯頭漏風(fēng)=29:64:7（10）燃燒比（%）回轉(zhuǎn)窯:分解爐=47:53（11）出預(yù)熱器廢氣溫度tf=320（12）出預(yù)熱器飛灰量mfh=0.141kg/kg熟料（13）電收塵器和增濕塔收塵?=99.9%（14）回收飛灰入窯溫度tyh=50（15）氣力提升泵料風(fēng)比14.1kJ/Nm3（16）喂料帶入空氣溫度ts=50（17）窯尾過剩空氣系數(shù)αy=1.05（18）分解爐漏風(fēng)占分解爐燃料燃燒用理論空氣用量的5%（19）分解爐出口過剩空氣系數(shù)αF=1.25（20）系統(tǒng)散熱損失QB=540kJ/kg熟料（21）熟料中燃料煤灰分摻入百分比α=100%（22）生料中的水分含量Ws=0（23）冷卻機(jī)煙筒排出空氣溫度tPK=220（24）冷卻水帶出熱量QLs=170kJ/kg熟料圖6.1窯系統(tǒng)物料收入支出示意圖溫度基準(zhǔn)：0物料基準(zhǔn)：1kg熟料6.2.1收入物料（1）燃料消耗量（5.1）式中：myr——回轉(zhuǎn)窯，0.4mrmfr——分解爐，0.6mr（2）生料消耗量①干生料的理論消耗（5.2）②出預(yù)熱器飛灰量：③煙囪飛損飛灰量：（5.3）④入窯回灰量：（5.4）⑤考慮飛損后干生料實(shí)際消耗量：（5.5）⑥考慮飛損后含物理水生料實(shí)際消耗量：（5.6）（3）入預(yù)熱器生料量（5.7）（4）空氣消耗量①理論空氣用量（5.8）（5.9）②窯頭用實(shí)際干空氣量當(dāng)過剩空氣系αy=1.05，窯頭用燃料占47%時，窯頭用實(shí)際干空氣量：（5.10）（5.11）其中：一次空氣（5.12）（5.13）二次空氣（5.14）（5.15）窯頭漏風(fēng)（5.16）（5.17）③分解爐從三次風(fēng)管抽風(fēng)量分解爐出口過剩空氣系數(shù)：出分解爐過剩空氣量：（5.18）分解爐用燃料燃料理論空氣量（5.19）窯尾廢氣中過剩空氣量：（5.20）分解爐漏風(fēng)量：（5.21）（5.22）分解爐從三次風(fēng)管抽風(fēng)量：（5.23）（5.24）④旋風(fēng)預(yù)熱器系統(tǒng)漏風(fēng)量：（5.25）（5.26）⑤氣體提升泵喂料帶入空氣量（5.27）（5.28）⑥進(jìn)入冷卻機(jī)冷空氣量：（5.29）物料總收入：（5.30）6.2.5支出物料（1）出冷卻機(jī)熟料量（2）預(yù)熱器出口飛灰量（3）冷卻機(jī)煙囪排出空氣量（5.31）（5.32）（4）預(yù)熱器出口廢氣量①生料中的物理水：②生料中的化合水：生料中生成CO2的百分含量（5.33）生料中化合水的百分含量（5.34）生料中的化合水量（5.35）（5.36）③生料中分解的CO2（5.37）（5.38）④燃料燃燒生成的理論煙氣量（5.39）（5.40）（5.41）（5.42）（5.43）（5.44）⑤煙氣中過剩空氣量（5.45）其中：（5.46）（5.47）（5.48）（5.49）⑥氣力提升泵喂料用空氣（5.50）（5.51）其中：（5.52）（5.53）（5.54）（5.55）廢氣總量（5.56）（5.57）物料總支出（5.58）6.3窯尾系統(tǒng)的熱量平衡計(jì)算圖6.2窯尾系統(tǒng)熱量收入支出示意圖6.3.1收入熱量（1）燃料燃燒熱（5.59）（2）燃料帶入顯熱：（5.60）（3）生料帶入顯熱：（5.61）（4）入窯回灰?guī)腼@熱（5.62）（5）空氣帶入顯熱：①入窯一次空氣帶入顯熱：（5.63）②進(jìn)入冷卻機(jī)冷空氣帶入顯熱：（5.64）③氣力提升泵喂料帶入空氣顯熱：（5.65）④窯頭漏風(fēng)帶入顯熱：（5.66）⑤分解爐漏風(fēng)帶入顯熱：（5.67）⑥旋風(fēng)預(yù)熱器系統(tǒng)漏風(fēng)帶入顯熱：（5.68）熱量總收入：（5.69）6.3.2支出熱量（1）熟料形成熱可用下列簡易公式進(jìn)行計(jì)算：（5.70）式中：Xsh—熟料中X的含量；XA—煤灰中X的含量；mA—生成1kg熟料，煤灰的摻入量。（2）出冷卻機(jī)熟料帶走顯熱（5.71）（3）預(yù)熱器出口廢氣帶走顯熱（5.72）（4）預(yù)熱器出口飛灰?guī)ё唢@熱（5.73）（5）飛損飛灰脫水與碳酸鹽分解耗熱（5.74）（6）冷卻機(jī)煙囪排出空氣帶走顯熱（5.75）（7）系統(tǒng)表面散熱損失熱量總支出：（5.76）6.3.3燃料消耗量收入熱量=支出熱量（5.77）即：求得：6.4物料平衡表與熱量平衡表表6.1物料平衡表收入項(xiàng)目數(shù)量（kg/kg熟料）%支出項(xiàng)目數(shù)量（kg/kg熟料）%燃料消耗量0.1342.60出冷卻機(jī)熟料量1.00019.38入預(yù)熱器生料量1.64431.90預(yù)熱器出口飛灰量0.1412.73一次空氣量0.1703.30預(yù)熱器出口廢氣量2.49248.29入冷卻機(jī)冷空氣量2.76753.69冷卻機(jī)煙囪排出空氣量1.52829.61生料帶入空氣量0.1372.66系統(tǒng)漏入空氣量0.3025.86合計(jì)5.154100合計(jì)5.161100表6.2熱量平衡表(kJ/kg熟料)收入項(xiàng)目數(shù)量(kJ/kg熟料)%支出項(xiàng)目數(shù)量(kJ/kg熟料)%燃料燃燒熱3268.494.13熟料形成熱1785.749.02燃料帶入顯熱6.20.18出冷卻機(jī)熟料帶走顯熱91.62.51生料帶入顯熱67.71.95預(yù)熱器出口廢氣帶走顯熱824.822.64入窯回灰?guī)腼@熱5.90.17預(yù)熱器出口飛灰?guī)ё唢@熱41.01.13入窯一次空氣帶入顯熱6.10.18飛損飛灰脫水與分解耗熱0.10.00入冷卻機(jī)冷空氣帶入顯熱99.92.88冷卻機(jī)煙囪排出空氣顯熱309.78.50生料帶入空氣顯熱6.90.20系統(tǒng)表面散熱損失420.011.53系統(tǒng)漏入空氣顯熱11.20.32冷卻水帶走熱量1704.67合計(jì)3472.3100合計(jì)3642.9100由圖表可以看出，物料平衡與熱量平衡總收支絕對誤差值占總收入量的比例分別為0.14%和4.91%，不大于5%，則認(rèn)定物料平衡和熱量平衡有效。此外熟料單位熱耗：（5.78），也符合要求。6.5窯尾系統(tǒng)煙氣平衡計(jì)算煙氣平衡指計(jì)算出進(jìn)出某一設(shè)備的煙氣在標(biāo)況下和工況下的大小，得出氣體量，工作狀態(tài)下溫度、壓強(qiáng)與風(fēng)速，進(jìn)而根據(jù)這些數(shù)據(jù)來初設(shè)計(jì)某一設(shè)備的基本尺寸。總之，煙氣平衡是為了設(shè)計(jì)設(shè)備的規(guī)格尺寸所做的基本依據(jù)。工藝流程：圖6.3工藝流程相關(guān)參數(shù)：(1)自然條件氣溫：最高40℃，最低-10℃降雨量：年總降雨量850mm,最大日降雨量110mm主導(dǎo)風(fēng)向：東南風(fēng)，平均風(fēng)速2.1m(2)熟料單位熱耗：QRr=3268.4kJ/kg熟料(3)系統(tǒng)各處的分解率：分解爐：LF=86%；V級預(yù)熱器：LV=4.5%；回轉(zhuǎn)窯：LY=11%(4)燃料比：窯/分解爐=40/60(5)窯系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)：表6.3窯系統(tǒng)各部分溫度、壓力與過剩空氣系數(shù)部位溫度（℃）壓強(qiáng)（Pa）漏風(fēng)量（%）窯尾煙氣1050-5005分解爐出口890-12005五級出口850-18505四級出口780-25005三級出口660-31505二級出口520-38005一級出口350-550056.5.1系統(tǒng)各部位煙氣量計(jì)算（1）窯尾煙室的氣體（5.79）每小時抽風(fēng)量：工作態(tài)：工作態(tài)每小時的抽風(fēng)量：（2）分解爐出口煙氣的量分解爐出口總廢氣量：（5.80）每小時抽風(fēng)量：工作態(tài)：工作態(tài)每小時的抽風(fēng)量：（3）五級旋風(fēng)筒出口廢氣量（5.81）每小時抽風(fēng)量：工作態(tài)：工作態(tài)每小時的抽風(fēng)量：（4）四級旋風(fēng)筒出口廢氣量（5.82）每小時抽風(fēng)量：工作態(tài)：工作態(tài)每小時的抽風(fēng)量：（5）三級旋風(fēng)筒出口廢氣量（5.83）每小時抽風(fēng)量：工作態(tài)：工作態(tài)每小時的抽風(fēng)量：（6）二級旋風(fēng)筒出口廢氣量（5.84）每小時抽風(fēng)量：工作態(tài)：工作態(tài)每小時的抽風(fēng)量：（7）一級旋風(fēng)筒出口廢氣量（5.85）每小時抽風(fēng)量：工作態(tài)：工作態(tài)每小時的抽風(fēng)量：把以上各工作狀態(tài)數(shù)據(jù)列表，得到氣體平衡表：表6.4氣體平衡表位置標(biāo)準(zhǔn)態(tài)工作態(tài)Nm3/kg熟料Nm3/hm3/kg熟料m3/h窯尾煙室0.3937.66×1041.9403.78×105分解爐出口1.5373.00×1056.7181.31×106五級出口1.5923.10×1056.8841.34×106四級出口1.6343.19×1056.5531.28×106三級出口1.6753.27×1055.9911.17×106二級出口1.7163.35×1055.2521.02×106一級出口1.7573.43×1054.3018.39×1056.6窯尾系統(tǒng)預(yù)熱器與分解爐的選型與尺寸確定在本設(shè)計(jì)中，分解爐與預(yù)熱器的選型與尺寸確定方法是從已知的工藝設(shè)計(jì)圖上取得分解爐和旋風(fēng)筒的有效徑，然后應(yīng)用相關(guān)公式分別校核物料在分解爐的停留時間和旋風(fēng)筒處風(fēng)速大小是否合理，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)分解爐與預(yù)熱器的選型與尺寸確定目的。設(shè)計(jì)中五種低壓損旋風(fēng)筒采取雙系列“4-2-2-2-2”排列組合方式，尺寸見下表：表6.5氣體平衡表分解爐五級筒四級筒三級筒二級筒一級筒外徑750072007200690069005000有效直徑7200680068006500650046006.6.1懸浮預(yù)熱器計(jì)算公式：（5.89）所以：（5.90）式中：Q—各級旋風(fēng)筒處風(fēng)量；n—各級旋風(fēng)筒個數(shù)；ω—各級旋風(fēng)筒處風(fēng)速。現(xiàn)代旋風(fēng)筒截面風(fēng)速一般為3.5~8.5（m/s）。（1）第五級旋風(fēng)筒（2）第四級旋風(fēng)筒（3）第三級旋風(fēng)筒（4）第二級旋風(fēng)筒（5）第一級旋風(fēng)筒經(jīng)校核，以上所有值均在合理圍。6.6.2分解爐已知分解爐有效容積Q=1105m分解爐截面風(fēng)速：（5.86）分解爐有效截面積：（5.87）則氣體在爐停留時間為：（5.88）由以上數(shù)值判斷所選分解爐是合理的。參考文獻(xiàn)[1]TastriBT.Cementdevelopment.AmericanRomanePress[J]，2005(3):32-35[2]海濤.新型干法水泥生產(chǎn)技術(shù)與設(shè)備[M].:化學(xué)工業(yè),2005.10：1[3]嘉如,梁三定.國外水泥工業(yè)發(fā)展概況[J].建材發(fā)展導(dǎo)向,2003,(2):32-34[4]Huckauf,B.Sankol.UsingtheORCProcessforwasteheatutilizationwhenburningcementclinker[J].ZKGInternational,