专业课程设计配料计算.doc

摘要

水泥熟料粉磨是水泥生产一种至关重要环节，对水泥成品质量起核心影 响。设计目之一，就是在保证水泥产量和质量前提下，减少成本，减少电力消耗，减少污染等。
本次设计内容是年产78万吨PⅡ硅酸盐水泥粉磨系统。在设备选用上，尽量选用国内设备以便维修保养以便。设计内容详细为：

1. 配料计算

2.物料平衡

3.粉磨车间工艺流程

4. 设备选型

5.水泥粉磨车间图纸设计
在水泥粉磨环节，采用当前较为广泛使用辊压机预粉磨系统，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成成品。该系统当前运用技术已日趋成熟，具备节能高效等特点，为大多数大型水泥厂家所接受。

核心词：配料、平衡、选型、设计、水泥磨

引言

课程设计是学生完毕所有理论课和实验实习课程后一种教学环节，它是在教师指引下，由学生综合运用所学过基本知识和实践生产知识，查找工具书和各种技术资料达到计算、绘图、编写阐明书等来解决实际生产技术问题教学环节。也是从事技术工作一次演习，与先前教学过程相比，具备较强综合性、实践性和摸索性。
通过课程设计不但使学过知识得以巩固、提高，并且进一步培养咱们独立思考、设计及解决实际技术问题能力，使自己学识和工程实践能力有一种很大进步，最后完毕在校学习任务。
本设计为顺应水泥发展趋势，提高我专业学生综合素质和适应能力，重要设计水泥熟料粉磨车间工艺布置、重要设备选型、计算生料配比、物料平衡等。
1配料计算

1.1设计内容
设计课题名称：年产78万tPⅡ硅酸盐水泥粉磨车间工艺设计。
1.2原始数据
1.2.1原始材料数据
表1—1原材料数据
项目
烧失量
SiO2
AL2O3
Fe2O3
CaO
MgO
总和
石灰石
40.77
4.30
1.62
1.39
51.14
0.50
99.72
砂岩
4.74
69.82
10.44
4.95
4.28
1.08
95.31
铁质
2.72
21.75
7.86
64.06
2.02
0.15
98.56
粉煤灰
1.83
52.92
28.86
6.12
4.40
1.06
95.19
烟煤煤灰
0.00
49.93
28.60
8.7
5.05
1.81
94.09
（1） 石膏,外购；SO3：40%；W 少量 ；块度﹤300mm
（2） 石灰石（混合材）：含水量1%
（3） 燃料：烟煤；易磨系数1.36 ,块度﹤80mm
1.2.2煤工业分析
表1—2煤工业分析
名称
水分（Mar）
挥发分（Var）
灰分（Aar）
固定碳（Car）
热值（Qar）
烟煤
1.32
27.49
22.03
49.16
23731.9
无烟煤
1.43
4.84
14.41
79.32
25873.7
1.3 熟料目的率值选定
生料配料方案优选关系到水泥厂达产达标、节能降耗和长期安全运转基本保
证。普通国内工厂在生料控制方面采用三个率值，即 ；KH、SM、IM配料法。
熟料矿物构成选取，普通应依照水泥品种和级别、原料和燃料品质、生料制备和熟料煅烧工艺综合考虑，以达到优质高产低消耗和设备长期安全运转目。

表1—3采用不同步硅酸盐水泥熟料三个率值参照范畴
窑型
KH
SM（n）
IM（p）
预分解窑
湿法长窑
干法回转窑
立波尔窑
立窑（无矿化剂）
立窑（掺复合矿化剂）
0.86—0.90
0.88—0.91
0.86—0.89
0.85—0.88
0.85±0.02
0.92—0.96
2.2—2.6
1.5—2.5
2.0—2.35
1.9—2.3
2.0±0.1
1.6—2.1
1.3—1.8
1.0—1.8
1.0—1.6
1.0—1.8
1.3±0.1
1.1—1.5
表1-4国内外新型干法窑熟料率值
窑型
KH
SM（n）
IM（p）
国外新型干法
国内新型干法
0.895
0.93
2.73
2.54
1.61
1.54
综上所述参照同类型水泥厂并结合该厂原料状况。本设计建议
KH=0.9±0.01  SM=2.5±0.1 IM=1.4±0.1

本次设计三种率值分别设:KH ： 0.9
SM ： 2.5
IM ： 1.4
1.4单位熟料热耗表
1-5采用不同类型窑型时硅酸盐水泥熟料烧成热耗参照范畴
窑型
熟料热耗kJ/kg

预分解窑
湿法长窑
干法长窑
立波尔窑
立窑(无矿化剂）
立窑(掺复合矿化剂）
悬浮预热窑

2920—3750
5833—6667
5850—7520
4000—5850
4200—5430
3750—5000
3300—3600

依照表1-3数据，参照同类型水泥厂并接该厂原料状况。本设计设定熟料烧成热耗：3000kJ/kg。
1.5 计算煤灰掺入量
依照以上已知数据,由公式：GA =q.Aar.S/Qnet,ar 得:

最后得出煤灰掺入量：GA = q AarS/Qnet,ar
=3000×22.03×100÷23731.9÷100
=2.78%

其Qar—煤收到基低位发热值
q—熟料单位热耗
Aar—煤收到基灰分
S—煤灰沉降率普通取100%。
1.6 用EXCEL计算干生料配合比
为了获得较高熟料强度，良好物料易烧性以及易于控制生产，选取适当三率值是非常必要。由于其牵涉到非线性方程求解，用手工计算需重复试凑难以达到成果最优，而各种简化计算办法不容易掌握。采用办公软件EXCEL做配料计算可直接通过表格计算求解，几秒钟就可算得最优解，操作简便，成果精确。

表1—6用EXCEL计算干生料配合比

烧失量
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
其他
总和
比例
石灰石
40.77
4.3
1.62
1.39
51.14
0.5
0.28
100.00
84.58
砂岩
4.74
69.82
10.44
4.95
4.82
1.3
3.93
100.00
14.69
铁质
2.72
21.75
7.86
64.06
2.02
1.08
0.51
100.00
0.73
生料
35.2
14.052273
2.96121
2.370455
43.977016
0.621754
0.817864
100

灼烧生料

21.68541506
4.
3.
67.86516638
0.
1.
100

煤灰
0.00
49.93
28.6
8.7
5.05
1.81
5.91
100.00
97.2151408
熟料

22.47198698
5.
3.
66.11585244
0.
1.
100.00
2.78

熟料热耗（kJ/kg）
3000

煤热值（kJ/kg）
23731.90

煤灰分/%
22.03

熟料率值
目的
计算

KH
0.9
0.
0.

SM
2.5
2.48654751
0.01345249

IM
1.4
1.
0.

1.7 将干料配比折算成湿料配比
原料操作水分：石灰石1.0% 砂岩为2.0% 铁质15%

干原料配比为：石灰石84.58% 砂岩14.69% 铁质0.73%

则湿原料质量配比是：

湿石灰石=84.58÷（100-1）%=85.4%
湿砂岩=14.69÷（100-2）%=14.99%
湿铁质=0.73÷（100-15）%=0.86%
共计：101.25

将上述质量比换算为比例：

湿石灰石%=85.4÷101.25=84.3%
湿砂岩%=14.99÷101.25=14.8%
湿铁质%=0.86÷101.25=0.85%
2 物料平衡
通过物料平衡可计算得到各种原料燃烧需要量以及从原料进厂直至成品出厂，各工序所需解决物料量,根据这些数据可以进一步拟定工厂物料运送量、工艺设备选型以及堆场储库等设施规模,因而,物料平衡计算是主机平衡与储库平衡计算基本和根据。
2.1烧成车间生产能力和工厂能力计算
窑规格定位为φ4×60m窑型,产量为 2500t/d
实际熟料小时产量:
由公式:Ql = 0.37743 D2.5185L0.51861

= 0.37743×42.5185×600.51861

= 103.6t/h
孰料日产量:Qd = 24Qh =24×103.6=2486.4 t/d

经计算标定窑熟料日产量达不到2500 t/d规定,但当前回转窑实际实际生产能力以提高,可达到2500t/d~2800t/d,故可取2500t/d。

故依照计算可得：标定窑台时生产量为：104.2t/h
2.1.2 窑台数和年运用率
窑台数选取为:一台,即n= 1
窑年运用率为:η= 0.86(窑年运用率范畴为η≥0.85)
2.1.3 烧成车间生产能力和工厂生产能力计算
(1)烧成系统生产能力
①、熟料小时产量：Qh = n Ql = 104.2t/h
②、孰料日产量：Qd = 24Qh =24×108.3 =2500 t/d
③、熟料年产量：Qy=8760 ηQh = 8760×0.86×104.2=785001
⑵ 工厂生产能力计算
①、水泥小时产量：Gh =（100-p）Qh/(100-d-e)
=(100-1)×104.2÷（100-5-5）
=114.62t/h
②、水泥日产量：Gd = 24Gh =24×114.62=2750.88t/d
③、水泥年产量：Gy =8760ηGh=8760×0.86×114.62=863501.23t/y

2.2 原、燃材料消耗定额计算
2.2.1 生料消耗定额
由表3-6可知：
干料烧失量：35.20%
煤灰掺入量：2.78%

则：Kt=[(100-S)/(100-I)*[100/(100-p)]
=(100-2.78)÷(100-34.84)×100÷(100-1)
=1.52t/t熟料

式中：Kt—干生料消耗定额Kg/Kg熟料
S—煤灰掺入量%
I—干生料烧失量%，
P—生产损失，普通取1%—3%,在这里取1%

故得干生料消耗定额为：

 石灰石消耗定额：K干石灰石=Kt×X干石灰石
=84.58%×1.52
=1.29（t/t熟料）
砂岩消耗定额：K干砂岩=Kt×X干砂岩
=14.69%×1.52
=0.22（t/t熟料）
铁质消耗定额：K干铁质=Kt×X 干铁质
=0.73%×1.52
=0.011（t/t熟料）
含自然水分时湿料消耗定额为：
石灰石消耗定额：K湿石灰石=K干石灰石×100÷（100-1）
=1.30 （t/t熟料）
砂岩消耗定额：K湿砂岩=K干砂岩×100÷（100-2）
=0.22（t/t熟料））
铁质消耗定额：K湿铁质=K干铁质×100÷（100-15）
=0.012（t/t熟料)

2.2.2 干石膏消耗定额
以100㎏普通硅酸盐水泥为基准,按国标规定,普通硅酸盐水泥中三氧化硫含量不得超过3.5%,假设100㎏普通硅酸盐水泥掺入石膏为x㎏,则x×32.5%≤100×3.5%。由此可得x《10.77㎏即100㎏普通硅酸盐水泥中掺加石膏量最多不得超过10.7㎏。
对于粉煤灰硅酸盐水泥中石膏参量(以SO3计)普通为 2.0% — 3.0%，而对于这次设计以粉煤灰为重要混合材复合水泥而言石膏参（以SO3计）取为：2.0%。
则：石膏用量 =2.0%÷40%=5%
则PⅡ硅酸盐水泥石膏消耗定额：
Kd1 = 100d÷[(100-d-e)(1-P)]
=100×5÷（100-5-5）÷（100-1）
=0.056（Kg/Kg熟料）

式中：Kd—干石膏消耗定额(kg/kg熟料)
d—水泥中石膏掺入量(%)
e—水泥中混合材掺入量(%)
Pd—水泥中石膏生产损失(%)取1%。
2.2.3 混合材消耗定额

（1） 混合材掺量
混合材料加入量依照其具备活性大小而定。按中华人民共和国原则规定:普通水泥中如掺加活性混合材料（如粒化高炉矿渣、火山灰、粉煤灰等）,其掺加量按重量计不得超过15%,容许用不超过 5%窑灰（用回转窑生产硅酸盐类水泥熟料时,随气流从窑尾排出灰尘,经收尘设备收集所得干燥粉末）或不超过10%非活性混合材料代替；掺加非活性混合材料不得超过10%。普通水泥分为275、325、425、525、625和 725六个标号,广泛用于制做各种砂浆和混凝土。
（2） P•Ⅱ型硅酸盐水泥混合材可添加石灰石或粒化高炉矿渣，混合材掺量≤5%。本次设计混合材取石灰石为混合材，掺量为：5%。含水：0.5%
（3） 混合材消耗定额
干混合材消耗定额
Ke = 100e（100-d-e）/（100-P）
=100×5÷（100―5―5）÷（100―1）
= 0.056（t/t熟料）
式中：Ke—干混合材消耗定额(kg/kg熟料)
d—水泥中石膏掺入量(%)
e—水泥中混合材掺入量(%)
P—水泥中混合材生产损失(%)取1%；
湿混合材消耗定额 =（0.056×100）÷（100-0.5）= 0.056t/t熟料
2.2.4烧成用煤消耗定额
由公式：Kf = 100q/Q(100-Pf)
= 100×3000 ÷23731.9÷（100-1）
=0.128t/t熟料
式中：Kf—烘干用干煤消耗定额(t/t熟料)
q—单位熟料烧成热耗(kJ/kg熟料)
Q—煤应用基低位热值(kJ/kg干煤)
pf—煤生产损失(%)取1%
2.2.5 物料平衡表
物料名称
水分（%）
生产损失（%）
消耗定额
干料
湿料
干料
湿料
h
d
y
h
d
y
石灰石
1
1
1.29
1.30
134.4
3226
1012651
135.5
3251
1020489
砂岩
2
1
0.22
0.22
22.9
550
172700
22.9
550
172700
铁质
15
1
0.011
0.012
1.19
28.5
8946
1.25
30
9420
生料
1.28
1
1.50
1.52
156.3
3751
1177750
158.4
3801
1193201
石膏
—
1
0.056
0.56
5.84
140.0
43960
5.84
140.0
43960
混合材
0.5
1
0.056
0.56
5.84
140.0
43960
5.84
140.0
43960
熟料
—
1
1
1
104.2
2500
785001
104.2
2500
785001
水泥
—
1
1.112
1.112
115.9
2781
872956
115.9
2781
872956
烧成用煤
1.32
1
0.13
0.13
13.5
325
102050
13.5
325
102050
表2-1物料平衡表

3 工艺流程选取设备选型

3.1工艺流程选取 水泥粉磨流程重要有两种型式――开路流程和闭路流程。开路粉磨流程不设选粉机重要特点：流程简朴，投资少，操作维护简便，但物料易产生过粉碎现象，粉磨效率低，产量低。闭路粉磨流程设有选粉机，重要特点：可消除过粉碎现象，提高产量，但流程较复杂，设备多，投资大，操作维护管理相对复杂。近年来，水泥粉磨已趋于闭路流程，特别是大型磨机更是这样，在闭路流程中，又趋向于球磨机、辊压机及高效选粉机不同组合粉磨流程。对于设计日产熟料2500t小型生产线，水泥粉磨流程可以选取设有高效选粉机与辊压机闭路水泥粉磨流程，其流程图如下图示：
表3—1

3.2主机选型
水泥磨选型拟定粉磨车间工作制度
（1） 水泥粉磨车间采用三班制，每班8小时，每年工作300天。
（2） 依照车间运作班制和主机运转小时，拟定主机年运用率：
  η=k1×k2×k3/8760=3×8×300/8760=0.82

K1—每年工作日
K2—每日工作班数
K3—每班工作时数
（3） 主机规定小时产量
GH=GY/8760η=872956/(8760×0.82)=121.53t/h
(4)设备选型
选用φ4.2×13m水泥磨，该型号磨机技术性能见表：
表5—2粉末设备技术性能
磨机规格
φ4.2×13m
研磨体装载量（t）
209
转速（r/min）
15.6
入磨粒度
＜20
生产能力（t/h）
150
传动方式
中心传动
主电动机功率（Kv）
3150
主减速机型号 速比
JS140—C或MFY—320
设备重量（t）
255
3.3选粉设备选型
闭路流程干法生料磨，煤磨和水泥磨分级设备采用选粉机，它重要有如下几种型式：通过式、离心式和高效选粉机。
采用高效选粉机可使磨机系统产量提高10-30%，本次设计采用O-SEPA选粉机，下面重要简介O-SEPA选粉机状况。
O-SEPA选粉机使当前广泛采用选粉形式。该机主体是一种涡壳旋风筒，内设笼形转子，其外圈装一圈导向叶片，被选粉料从顶部喂入落到撒料盘上，靠离心力将物料抛撒。粗粉则受离心力作用而下落到下部选粉室，再经由下部吹入三次风风选后，细分随风上升，而粗粉则落入锥形斗卸出。分级选粉有三股风：从磨内排出气体为一次风（含尘），其他粉磨系统排出气体为二次风（含尘），三次风（净）由下部吹入。一次风、二次风由上壳体两侧进风口引入机内，形成水平旋流分离场，将较细颗粒带入转子内抛出，然后细粉由收尘器收集为成品。 O-SEPA选粉机重要长处：
（1） 提高选粉效率，可达74%，使磨机产量增长大概22～24%、节能约8～20%。 （2）成品粒径分布3～44μm细料所占比例较高，水泥颗粒构成合理，有利提高水泥强度。
（3）借助变速驱动装置，易于调节产品细度

(4)体积小，质量轻，只需老式式选粉机1/2或1/6空间。减少基建投资。 依照磨机标定产量135t/h，对O-SEPA选粉机进行选型:
N=1000G/60CX

其中 ，N：按选粉浓度计算O-SEPA选粉机规格，m3 /min
G:水泥磨标定产量，t/h
CX： O-SEPA选粉浓度，在0.75—0.85Kg/m3 ，取 CX =0.75Kg/m3
N1 = 1000×135/（60×0.75）
=3000m3/min
N2=1000G(1+L)/60CX
其中,N2按喂料浓度计算O-SEPA选粉机规格，m3 /min
L:O-SEPA选粉机循环符合
CX：最大喂料浓度，CX=2.5Kg/m3
N2 = 1000×135×(1+200%)÷60÷2.5
=2700m3/min
选用N—3000 O-SEPA选粉机其规格性能如表5—3所示
表5—3选粉机规格性能
型号
N—3000
风量 m3/h
18000
电机功率KW
160
解决能力t/h
540
主轴转速 r/min
70—135
比表面积 m2/Kg
300—350
水泥产量 t/h
110—190

3.4辊压机选型

辊压机属于料床粉磨，其挤压粉磨技术使粉磨技术上重大变革，因增产、节能效果明显备受水泥界关注，重要由磨辊、主机架、进料装置、传动、液压以及安全保护等装置构成。辊压机是由两个速度相似、辊面平整做相对转动辊子构成。物料由辊子上部喂入，随着两个辊子运转物体被钳入，并在高压下挤压成强度低布满裂纹扁料片，料片大某些由细分构成。辊压机粉磨时规定高压、稳定、满料。
（1） 拟定辊压机循环负荷为150%，即出辊压机粗粉回料量与进水泥磨细粉量之比为1.5：1。则规定辊压机小时解决量为：
Gh=（1+L）G =(1+150%)×135=337.5t/h

Gh ：规定辊压机小时解决量
G ：标定水泥产量
L :辊压机循环负荷
（2）辊压机拟定
选用HFCG140—180辊压机

表5—4辊压机规格性能
型号
HFCG140—180
辊子直径 mm
1400
辊子宽度 mm
800
解决能力 t/h
280—380
入机粒度 ≤mm
80
入料温度 ≤℃
120
功率 KW
2—560

3.5除尘系统
（1） 除尘设施 为了达到排放原则，且为了设备简朴化，同步满足排放高效选粉机高浓度含尘气体，本次设计选用一级收尘系统，且选用气箱脉冲袋式收尘器 （2）除尘系记录算，袋式除尘器选型，进入袋式除尘器风量，进入选粉机一次风，二次风，三次风风量比按4：4：2计算，其中磨尾进选粉机风为一次风，则选粉机风量
V1=50115/0.4=125288Nm3/h
考虑到抽风管漏风系数为1.1，则进入袋收尘风量
V2=1.1V1 (273+80)/273=178203m3/h
袋收尘风量
V3=1.1(V1+V1+V2+V3)=142616Nm3/h
考虑到管道散热，气体进入袋收尘下降70度，则风量
V4=142616(70+273）/273=179184m3/h
（3）选粉机进入袋除尘含尘浓度
C1=0.833Kg/m3
C2=C1 ×273/（273+80）=0.81Kg/m3
（4） 斗式提高机、辊压机入袋式含尘度
C3=（25+25+50）×(273+70)/273=0.126Kg/m3
因此进入袋收尘气体量
C总=0.81+0.126=0.936Kg/m3
据上状况，选用袋收尘如下表
表5—5袋收尘规格性能
型号
FMQD28—2×11
解决风量m3/h
247600
总过滤面积m2
3427
滤袋个数（个）
2856
含尘浓度g/m3
＜1300

3.6斗式提高机
（1） 磨尾斗提
型号：NSE700×33650mm
输送量：700m3/h

提高高度：75m
（2）磨头斗提
型号：NES700×33650
输送量：700m3/h
提高高度：75m

3.7输送设备

（1） 袋收尘器下方输送成品处空气输送斜槽 型号：XZ400输送能力：250t/h 槽体宽度：400 mm槽体节长： mm 需要风压：4～5.5 kPa 。
（2） 选粉机粗粉回磨头处空气输送斜槽 型号：XZ500 槽体宽度：500mm 输送能力：400 t/h槽体节长： mm 需要风压：4～5.5 kPa 需要风量：1.5～2 m3/min。
（3） 斗式提高机下带式输送机 型号：N200 EP200型 输送能力：200t/h 槽体宽度：1000mm 带速不大于或等于2.5m/s 物料粒度不大于50mm。

3.8设备明细表
代号
设备名称
技术特性
单位
数量
01
水泥磨
规格：φ4.2×13m 产量：150t/h 入料粒径：≤20mm 研磨体转载量：209t 转速：15.6 r/min 主电动机功率：3150KW 主减速机型号：JS140-C
设备重量：255t
台
2
表5—6设备明细表

02
袋收尘器下方 输送成品处空气输送斜槽

型号：XZ400 输送力：250t/h 槽体宽度：400 mm槽体节长： mm 需要风压：4～5.5kPa 需要风量：1.5～2 m3/min
台
1
03
选粉机粗粉回 磨头处空气输送斜槽
型号：XZ500 槽体宽度：500mm 输送能力：400 t/h 槽体节长： mm 需要风压：4～5.5kPa 需要风量：1.5～2 m3/min
台
1
04
O-SEPA高效选粉机
型号规格：N-3000 转子转速：70-135r/min 选粉空气量：18000m3/h 解决能力：540t/h 产量：110～190t/h 比表面积：300～350 m2/Kg
台
1

05
袋式收尘器
型号：FMQD28—2×11 解决风量：247600 m3/h 总过滤面积：3427 m2 滤袋数:2856个 进口气体含尘浓度：≤1300（g/m2标） 出口气体含尘浓度：0.1（g/m2）
台
1
06
磨头斗提机
型号：NSE700×33650mm 输送量：700m3/h 提高高度：75m
台
1
07
带式输送机
型号:N200 EP200型 输送能力：200t/h 槽体宽度：1000mm 带速不大于或等于2.5m/s 物料粒度不大于50mm
台
1
08
辊压机
型号:HFCG140-80 棍子直径：1400mm 棍子宽度：800mm 解决能力t/h：280~380入机粒度 :≤80mm入料温度 :≤120℃功率:2 - 560 kW
台
1
09
磨尾斗提机
型号：NSE700×33650mm 输送量：700m3/h 提高高度：75m
台
1
总结
课程设计是学生完毕理论课和实验实习课程后一种教学环节，在王金香指引下，由学生综合运用所学过基本知识和实践生产知识，查找工具书和各种技术资料达到计算、绘图、编写阐明书等来解决实际生产技术问题教学环节。与教学过程相比，具备较强综合性、实践性和摸索性。通过这次课程设计不但使我学过知识得以巩固、提高，并且进一步培养了我独立思考、设计及解决实际技术问题能力，使自己学识和工程实践能力有一种很大进步，总来说这次课程设计让我受益匪浅。
参照文献
[1]李坚利、周惠群，《水泥生产工艺》

[2]郑林义，《无机非金属材料工厂设计概论》，合肥工业大学出版社，.12

[3]肖争鸣，李坚利，《水泥工艺技术》，化学工业出版社，.4

[4]金容容，《水泥厂工艺设计概论》，武汉理工大学出版社，1993.3

[5]胡道和，《水泥工业热工设备》，武汉理工大学出版社，.7

[6]熊会思，熊然，《新型干法水泥厂设备选型使用手册》，中华人民共和国建材工业出版社,.1

[7]张庆今，《硅酸盐工业机械及设备》，华南理工大学出版社，1992.8