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利用电石渣生产水泥工艺设计完稿

42
2020年5月29日
文档仅供参考

学 号:

河北联合大学成人教育
毕业论文(设计说明书)

论文题目:
利用电石渣生产水泥工艺设计
学 院:
河北联合大学继续教育学院
专 业:

班 级:

姓 名:
张裕源
指导教师:

年 9 月 4 日

河北联合大学成人教育毕业论文(设计说明书)

利用电石渣生产水泥工艺设计

学 院:
河北联合大学继续教育学院
专 业:

班 级:

姓 名:

指导教师:

年 9 月 4 日

摘 要
水泥是一种重要的基本建设物质,水泥不但大量应用于工业与民用建筑,还广泛应用于交通、水利、农林以及海港等工程,水泥工业具有广阔的前景。
本文设计内蒙古某公司年产200万吨电石渣制水泥项目,本项目使用内蒙古某氯碱公司生产聚氯乙烯所产生的废料电石渣,解决了电石渣占用大量的土地,污染环境的问题。本文对该水泥企业各工艺流程进行设计并依据化工原理对水泥厂各系统化工反应及物料配比进行设计,并说明利用电石渣生产水泥各个化工参数的控制及调整。
结果表明,该项目充分利用内蒙古地区丰富的煤电优势、石灰石资源,利用附近工厂的电石渣,处理了环境污染,同时变废为宝,取得较好的经济效益。该项目技术可靠,装置布置合理,经济效益显著,建设该项目是可行的。
关键词:水泥,电石渣,化工设计,工艺设计

目 录
1 前言 6
2 硅酸盐水泥的技术指标 6
2.1制造水泥的组分材料 6
2.2硅酸盐水泥的标号 7
2.3硅酸盐水泥的技术指标(品质指标) 7
2.4硅酸盐熟料的组成 9
2.4.1硅酸盐熟料的化学成分 9
2.4.2熟料的矿物组成 10
2.4.3熟料的率值 11
3 产品概述 12
3.1设计目的 12
3.2设计规模 13
3.2.1原料路线确定的原则 13
3.2.2原料配比 14
4 水泥生产工艺及流程图 17
4.1生料工段 19
4.2烧成工段 20
4.2.1工艺流程 20
4.2.2烧成计算 22
4.3成品工段 24
5 厂房布置及水电气要求 25
5.1厂区规划 25
5.2排除雨水方式 26
5.3公用工程管网 26
5.4生产班制及企业管理体制及组织机构设置 27
6 研究结论 27
6.1 综合评价 27
6.2 存在问题及解决方案 28
参考文献 29
致谢 30

1 前言
水泥是一种重要的基本建设物质。中国是世界上最大的水泥生产国, 年水泥产量 20.6 亿吨,水泥产量占全球 50%以上。水泥是建筑工业三大基本材料之一,可广泛用于民用、工业、农业、水利、交通和军事等工程,虽然制造水泥能耗较大,但它与砂、石等材料制成的混凝土却是一种低能耗的建筑材料。例如,在相同的荷载的条件下,混凝土柱的能耗仅为钢柱的七分之一、砖柱的四分之一。
据预测,到 年乃至更长的时期内,水泥依然是主要的建筑材料。水泥有很多优点:水泥浆有很好的可塑性,可制成各种形状和尺寸的混凝土构件;适应性强,可用于海上、地下或干热、严寒地区以及耐侵蚀、防辐射等特殊要求的工程;耐久性好,水泥混凝土既没有钢材的生锈问题,也没有木材的腐朽等特点,更没有塑料制品的老化、污染等问题。因此,水泥不但大量应用于工业与民用建筑,还广泛应用于交通、水利、农林以及海港等工程,宇航工业、核工业以及其它新型工业的建设也需要各种无机非金属材料,其中最为基本的都是以水泥基为主的新型复合材料。因此,水泥工业具有广阔的前景。
2 硅酸盐水泥的技术指标
2.1 制造水泥的组分材料
1、硅酸盐水泥熟料:凡以适当成分的生料烧至部分熔融,所得以硅酸钙为主要成分的产物称为硅酸盐水泥熟料(简称熟料)。
2、石膏:包括天然石膏和工业副产石膏,质量必须符合国家标准。
3、活性混合材:指具有火山灰性或潜在水硬性的混合材料。如高炉矿渣、火山灰和粉煤灰等。
4、非活性混合材:指活性指标不符合标准要求的潜在水硬性或火山灰性的水泥混合材料,如砂岩或石灰石。
5、窑灰:从水泥回转窑窑尾废气中收集下的粉尘。
6、助磨剂:水泥粉磨时允许加入起助磨作用而不损害水泥性能的助磨剂。其加入量不得超过水泥质量的0.5%。
2.2 硅酸盐水泥的标号
国家标准中把硅酸盐水泥的标号设置为325、325R;425、425R;525、525R;625、625R;725、725R几等。标号是根据水泥28天抗压强值确定的。
2.3 硅酸盐水泥的技术指标(品质指标)
1、化学指标:是保证水泥质量和性能的重要依据
(1)氧化镁含量:在水泥熟料中,常含有少量与其它矿物结合的游离氧化镁,它是高温时形成的方镁石,它水化为氢氧化镁的速度很慢,常在水泥硬化以后才开始水化,在水化时产生体积膨胀,可导致水泥石结构产生裂缝甚至破坏,因此,它是引起水泥安定性不良的原因之一。国家标准(GB175- )规定,水泥中氧化镁的含量不得超过5%。如果水泥经压蒸安定性试验合格,则水泥中氧化镁的含量允许放宽到6%。
(2)三氧化硫含量:水泥中的S03主要是在生产时为调节凝结时间加入石膏而带来的,也可能是煅烧熟料时加入石膏矿化剂而带入熟料的。适量石膏虽能改进水泥性能(如提高水泥强度、降低收缩性、改进抗冻耐蚀和抗渗性等),但石膏超过一定含量后,水泥性能会变差,甚至引起硬化水泥石膨胀,导致结构破坏。因此水泥中S03的含量必须加以限制。现行国家标准规定,水泥中S03的含量不得超过3.5%。
4、烧失量:水泥煅烧不佳或受潮后,均会导致烧失量增加。烧失量测定是以水泥试样在950-1000℃下灼烧15-20min,冷至室温称量。如此重复灼烧直至恒重,按下式计算烧失量:
Xℓ＝(m0-m1)/m0×100
式中:Xℓ——烧失量,%
m0——灼烧前试样质量,g
m1——灼烧后试样质量,g
2、物理指标
(1)细度:水泥细度是表示水泥磨细后的程度或水泥分散度的指标。它对水泥的水化硬化速度、水泥需水量、和易性、放热速率及强度都有影响。水泥细度可用筛析法和比表面积法表示。现行标准规定,普通水泥、矿渣水泥、火山灰水泥和粉煤灰水泥,在0.08mm方孔筛上筛余量不得超过10%;硅酸盐水泥比表面积不少于300cm2/g。
(2)凝结时间:是指水泥从加水开始,到水泥浆失去可塑性所需的时间。凝结时间分为初凝时间和终凝时间。
初凝时间是从水泥加水开始到水泥浆失去可塑性所需的时间;终凝时间是从水泥加水开始到水泥浆完全失去塑性的时间。中国标准规定,采用凝结时间测定仪来测定,硅酸盐水泥初凝时间不得早于45分钟,终凝时间不得迟于360分钟(6小时);普通硅酸盐水泥初凝时间不得早于45分钟,终凝时间不得迟于10小时。
(3)安定性:安定性是指水泥在凝结硬化过程中体积变化的均匀性。水泥与水拌制成的水泥浆体,在凝结硬化过程中,一般都会发生体积变化。如果这种体积变化是在凝结硬化过程中,则对建筑的质量并没有什么影响。可是如果混凝土硬化后,由于水泥中某些有害成分的作用,在水泥石内部产了剧烈的、不均匀的体积变化时,在建筑物内部产生破坏应力,导致建设物强度降低,甚至会引起建筑物开裂,崩塌等严重事故。
水泥体积安定性不良的原因在于:水泥熟料中游离CaO、MgO含量过多或掺入的石膏含量过多。熟料中的游离CaO、MgO经过高温煅烧后均呈”过烧”状态,水化十分缓慢。在水泥已经硬化后才进行水化,体积膨胀引起不均匀的体积变化,使水泥石开裂。石膏含量过多时,在水泥硬化后,它还会与固体的水化铝酸钙反应,生成高硫型水化硫铝酸钙,体积约增大1.5倍,引起水泥石开裂。
安定性的检验方法:
①沸煮法:(不常见)主要用来检验由游离CaO引起的体积变化。
②试饼法。
③雷氏法:用雷氏夹测定,试件两指针尖端距离增加的平均值≤5mm时,安定性合格。
④压蒸法:主要用来检验由游离MgO引起的体积变化。
(4)强度:强度是水泥技术中最基本的指标,它直接反映了水泥的质量水平和使用价值。国际上都采用砂浆法作为水泥强度的标准检验方法。中国亦采用水泥胶砂来评定水泥强度。
中国现行标准(GB177-1999)规定,以1∶3的水泥和ISO标准砂,按规定的水灰比0.50,用标准制作方法制成4cm×4cm×16cm的标准试件。在标准养护条件下,达到规定龄期(3d、28d)时,测定其抗折和抗压强度,按国家标准规定的最低强度值来评定其所属的强度等级。
为提高水泥的早期强度,中国现行标准将水泥分为普通型和早强型(R)。早强型水泥的3d抗压强度较同强度等级的普通型强度提高10-24%,可达28d抗压强度的50%。道路水泥多用早强水泥。
2.4 硅酸盐熟料的组成
2.4.1硅酸盐熟料的化学成分
水泥的质量主要决定熟料的质量。优质的熟料应该具有合适的矿物组成和岩相结构。因此控制熟料的化学成分,是水泥生产的中心环节之一。
硅酸盐水泥熟料的主要化学组成为氧化钙(CaO),一般范围为62-67%;二氧化硅(SiO2),一般范围为20-24%;三氧化二铝(Al2O3)一般范围为4-7%;三氧化二铁(Fe2O3),一般范围为2.5-6.0%。这四种氧化物组成一般在熟料中占95%以上,同时含有5%以下的少数氧化物,如氧化镁(MgO)、硫酐(SO3)、氧化钛(TiO2)、氧化磷(P2O5)以及碱(K2O、Na2O) 等。
这四种氧化物构成水泥熟料的最主要的化学成分。它们在水泥熟料生产中是按一定含量和一定比例进行配比生产的。配比不恰当,都会直接影响到熟料的质量进而影响到水泥的质量。如熟料中若CaO含量过高,则CaO不能充分与硅酸性氧化物化合,部分呈现游离状态存在于熟料中,成”死烧状态”。这种”死烧状态”的氧化钙,其水化作用非常缓慢,常发生在水泥凝结硬化过程之后的水泥石中,致使水泥石膨胀变形、破裂。如氧化铝和氧化铁,它们是熟料烧成过程中产生液相的主要氧化物,如果它们的含量过高,则产生的液相量过多,使物料易结大块而影响操作;如果含量过低,则产生液相量过少,使烧成困难,熟料易于”粉化”。因此在熟料生产中化验人员要对原料进行认真分析计算,作出科学合理的配料方案,指导熟料生产。
2.4.2 熟料的矿物组成
原料中CaO、SiO2、Al2O3和Fe2O3,这四种氧化物,经过高温煅烧后发生化合反应。
硅酸盐矿物:硅酸二钙(2CaO·SiO2),简写为C2S和硅酸三钙(3CaO·SiO2),可简写为C3S,合计占75%左右。
熔剂矿物:铝酸三钙(3CaO·Al2O3),可简写为C3A、铁铝酸四钙(4CaO·Al2O3·Fe2O3)简写为C4AF,合计占22%左右。
另外还有少量的游离氧化钙(f-CaO)、方镁石、含碱矿物(RO2)以及玻璃体等。
从以上熟料的矿物组成中能够看出,在水泥熟料中,CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3这四种氧化物,不是以单独的氧物形式存在,而是经过高温煅烧后,两种或两种以上的氧化物反应生成的多种矿物集合体,其结晶细小,一般为30-60μm。因此水泥熟料是一种多矿物组成的结晶细小的人造岩石。
2.4.3熟料的率值
硅酸盐水泥熟料中各氧化物不是以单独状态存在,而是由两种或两种以上的氧化物合成的多矿物集合体。因此,在水泥生产中不但要控制各氧化物的含量,还要控制多氧化物之间的比例,即率值。这样更能表示出水泥的性质及对煅烧的影响。
(1)水硬率
表示水泥熟料中氧化钙与酸性氧化物(SiO2、Al2O3、 Fe2O3)之和的质量百分数的比值,用HM或m表示。
计算公式如下:HM(m)=CaO/(SiO2+ Al2O3+ Fe2O3)
一般波动值在1.8－2.4之间。
(2) 硅率
表示熟料中氧化硅含量与氧化铝、氧化铁之和的质量比。也表示熟料中硅酸盐矿物与溶剂矿物的比例。用SM或n表示:计算公式如下:
SM(n)= SiO2/(Al2O3+ Fe2O3)
一般硅酸盐水泥熟料的硅率在1.7－2.7之间。
(3)铝率
铝率又称铁率或铝氧率。表示熟料中氧化铝和氧化铁含量的质量比,液表示熟料溶剂矿物中铝酸三钙与铁铝四钙的比例,用IM或者p表示。计算公式如下:
IM(p)= Al2O3/ Fe2O3
一般硅酸盐水泥熟料的铝率在0.9－1.7之间。
(4)石灰饱和系数KH值
为熟料中全部氧化硅生成硅酸钙(C2S和C3S)所需的氧化钙含量与全部氧化硅生成硅酸三钙所需氧化钙含量的比值,也即表示熟料中氧化硅被氧化钙饱和形成硅酸三钙的程度。计算公式为:
KH=(CaO–1.65Al2O3-0.35Fe2O3)/2.8SiO2
为使熟料顺利形成,不出现过量游离石灰,一般KH值控制在0.82－0.96之间。
3 产品概述
3.1 设计目的
为解决内蒙古某氯碱公司年产60万聚氯乙烯所产生的大约每年130万吨的废料电石渣(含水份),实现资源的综合利用,并根据国家(氯碱行业(烧碱、聚氯乙烯)准入条件)的规定,特配套建设电石渣生产水泥项目。电石法聚氯乙烯每生产1吨聚氯乙烯就要产生1.5～1.9吨固态的氢氧化钙,不但需要占用大量的土地,还会造成水源污染。生产聚氯乙烯所产生的废料电石渣,正是生产水泥所需要的主要原料,本项目建成后,一个完全按照”资源—生产—产品—消费—废弃物—再资源化”模式进行生产的新型水泥生产企业将正式诞生,每年可节省石灰石原料142.18 万吨,对电石渣的综合利用将达到最大化。本工程建设具有如下有利条件:
采用的工艺技术成熟、可靠。
原材料成本低。
厂址周边运输条件优越,水、电供应充分。
项目建设符合国家节能降耗综合利用废料,保护环境政策。
3.2 设计规模
内蒙古某公司年产200万吨电石渣制水泥项目使用内蒙古某氯碱公司生产聚氯乙烯所产生的废料电石渣,解决了电石渣占用大量的土地,污染环境的问题。该项目能够充分利用内蒙古地区丰富的煤电优势,为项目提供价格较为低廉的原料,经过采用新型干法电石渣生产水泥工艺,建成废渣制水泥生产线,该项目建成后将按”资源—生产—产品—消费—废弃物—再资源化”模式,形成较为完整的产业链,符合循环经济发展的要求。该项目的建设对提高和扩展企业的技术水平和规模效益,进一步提高企业的经济效益和抗风险能力。该项目的建设可促进本地区基础化工产业的发展。同时也带动西部地区的繁荣发展,因而建设该项目意义重大。
该项目的工艺技术先进、可靠,全部设备的制造能够立足于国内,节省项目投资费用。
本项目在正常生产情况下每年废气排放量902517万立方米;由于本项目废水成分简单经处理后可全部用于厂区绿化和其它生产用水。装置总平面布置充分考虑规划用地,实现装置集中布置,运输顺畅。本项目总投资50116万元,正常年份销售收入53704万元,投资利润率25.77%,税前投资回收期 5年,有较强的抗风险能力。
本项目产品:30%P.C 32.5型复合硅酸盐水泥,70%P.O42.5型普通硅酸盐水泥。
3.3 原料方案
3.3.1 原料路线确定的原则
水泥行业是消耗资源和能源的产业,它所用的石灰石、硅质原料即粘土或砂石岩是不可再生资源,而且往往会占用大量农田和山林,它所消耗的煤炭也属国家最重要的一次性能源,每吨水泥需要消耗 1t石灰石,200kg粘土,消耗煤炭230kg,电100kWh。由于水泥的主要成分是硅酸盐矿物质,水泥业可消化利用许多其它工业产生的废旧废料如粉煤灰等,把它们作为生产原料或改造成调节性材料,也可利用煤矸石、矿渣、粉煤灰、磷石膏、赤泥、铬渣、铜渣、电石渣以及某些低品位矿石、尾矿等工业废渣,研究开发城市建筑垃圾、生活垃圾等利用途径,拓宽水泥生产的原料来源,节约传统的资源和能源消耗,以达到在保护环境的同时,实现资源的综合利用。本项目为以生产废料电石渣为原料,解决环境污染,同时取得较好的经济效益。
3.3.2原料配比
本项目的配料方案设计为:采用电石渣、石灰石、粘土、砂页岩、铜矿渣五组份配料。
配料设计所用原、燃料化学成分见表 3－1、表 3－2。
表3-1 煤工业分析数据
Mad(%)
Ad(%)
Vdaf(%)
Cf(%)
Std(%)
Qtd.ar(kJ/kg)
1.35
33.55
22.36
42.7
0.43
21220.55

表3-2 配料所用原燃料化学成分
物料
石灰石
电石渣
粘土
砂页岩
铜矿渣
LOSS
41.21
26.68
12.79
2.57
1.70
CaO
50.39
64.34
0.30
0.34
4.37
SiO2
5.21
4.70
46.28
83.72
13.26
Al2O3
0.89
2.54
37.41
6.56
2.8
Fe2O3
0.11
0.4
0.78
4.95
71.16
MgO
1.25
0.54
0.10
0.36
2.25
K2O
0.23
0.04
2.51
0.60
0.50
N2O
0.03
0.08
0.23
0.03
0.13
SO3
0.00
0.66
0.03
0.00
3.54
Cl
0.0012
0.02
0.0012
0.00071
0.0091
合计
99.32
99.72
100.44
99.14
99.56
根据电石渣生产水泥的特点,参考新型干法水泥厂的实际生产情况,本项目熟料率值设定为:
KH=0.91±0.01 n=2.6±0.1 p=1.6±0.1
待工厂投产后,可根据进厂原、燃料实际成分和回转窑煅烧熟料的反应状况,及时调整熟料率值。
原料配合比(干基)、生料与熟料化学成分、熟料率值、熟料矿物组成见表3-3、3-4、3-5
表3-3原料配比表(干基)(%)
电石渣
石灰石
粘土
砂页岩
铜矿渣
49.4
30.6
7.2
8.7
4.1
表3-4 生料的化学成分 (%)
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
SO3
Na2O当量
烧失量
17.26
3.98
2.68
53.59
0.72
0.78
0.19
20.50

表4－5 2500t/d石灰石、电石渣共同配料物料平衡表
物料名称
天然水份
物料配比
消耗定额
物料平衡量(t)
(t/t_cal)
干料
含天然水份料
(%)
(%)
干料
湿料
小时
日
年
小时
日
年
电石渣
5
49.4
0.662
0.697
69.0
1655
513000
72.6
1742
540000
石灰石
3
30.6
0.41
0.422
42.7
1025
317800
44.1
1057
327630
砂页岩
3
8.7
0.117
0.121
12.2
291.5
90350
12.5
300
93144
铜矿渣
3
4.1
0.055
0.0567
5.76
138.2
42580
5.9
141.6
43900
粘土
3
7.2

0.096
10.05
241.2
74770
10.35
248.4
77000
生 料

100
1.34

167.5
3350
1038500

烧成用煤
8

0.144
0.157
15.0
360
111600
16.3
391.2
121272
熟 料

104.17
2500
775000

水泥
熟料

68.7

98.0
2352
467000

脱硫石膏

4.0

5.6
122.4
27200

矿渣
5
7.3

7.0
168
50000
7.4
176.8
53000
粉煤灰
2
20.0

29.4
705.6
136000

水泥

100

140
3360
680000

水泥2
熟料

80

123.2
2755
00

石膏
3
2

1.4
33.6
5000
1.47
35.7
5155
脱硫石膏

2

4.2
100.8
5000

粉煤灰

16

18.2
470.4
40000

水泥

100

140
3360
250000

水泥3
熟料

90

114.4
2957
108000

石膏
3
2

4.2
101
2400
3.7
89.1
2470
脱硫石膏

2

1.4
33.6
2400

粉煤灰

6

11.2
269
7200

水泥

100

140
3360
1 0

合计

熟料

775000

石膏
3

7400

7600
脱硫石膏

37000

矿渣
5

50000

53000
粉煤灰

183200

水泥

1050000

注:1、燃料低位热值:21750J/kg(5259kcal/kg);2、熟料热耗:3135kJ/kg.cl;
4 、水泥生产工艺及流程图
4.1生料工段
1、石灰石及电石渣的预均化
石灰石或者电石渣由胶带式输送机输从矿山送入厂区预均化堆场。经带式输送机送至预均化堆场中心的石灰石或电石渣,由悬臂堆料皮带机进行连续人字形堆料,由刮板取料机横切取料。预均化后的石灰石及电石渣从堆场中心漏斗卸出,经带式输送机输送至石灰石配料库或电石渣配料库。堆场内下部设有备用卸料坑,当堆场检修或取料机发生故障时,可由此旁路暂时卸料。
圆形预均化堆场石灰石及电石渣储存量为7 吨,储存期 9.2天。
2、辅料预均化
生料配料用铜矿渣、粘土、砂页岩等生产辅助原料由汽车运输进厂,用装载机送入辅助原料堆棚。由取料机取出的物料经带式输送机分别送入原料配料站的三座配料库中。
3 原煤破碎及预均化
原煤经过汽车运输入厂,计量后卸入堆棚,并由装载机分别喂入原煤仓,经过皮带称按比例搭配后,经锤式破碎机破碎的原煤经过皮带机输送至原煤预均化堆场内贮存。设置一座矩型预均化堆场对原煤实施预均化。在预均化堆场内,原煤由侧悬臂堆料机进行布料。均化后的原煤由一台桥式刮板取料机取料,取出的物料经带式输送机送入原煤仓中。
4 原料配料
原料配料站共设五个配料库,分别储存电石渣、石灰石、粘土、砂页岩及铜矿渣。为确保原料库卸料顺畅(特别是在雨季时节),后3种原料库库内均贴聚脂衬板,库底均采用板喂机强制卸料,长且宽的出料口可避免库内原料结拱。参与配料的原料分别由库底调速板喂机、电子皮带秤按设定配比卸出。为保证立磨的安全运转,在入磨带式输送机上设有除铁器和金属探测器,防止铁件进入生料磨内。
5 生料粉磨
电石渣、石灰石、粘土、砂页岩及铜矿渣经各自库底微机自动配比系统配料后,经胶带输送机喂入中卸生料磨内粉磨。出磨生料经选粉机选粉后,粗粉回磨内继续粉磨,成品细粉经提升机输送至生料均化库储存。生料磨烘干用热源来自窑尾高温风机出口250℃废热烟气,并设备用热风炉一座,在窑停运时,提供热源。热风炉产生的废渣可作为混合材使用。
6 窑、磨废气处理
一般生产情况下,出窑尾的高温废气经余热锅炉后,然后经过窑尾高温风机后,大部分废气流向生料制备系统;其余部分废气经旁路与来自生料粉磨系统循环风机的大部分出磨废气一起进入窑尾袋收尘器净化处理,最后经烟囱排入大气,烟气的正常排放浓度为≤50mg/Nm3。小部分出磨废气在生料磨系统循环使用。由袋收尘器收下的粉尘,经链运机、空气输送斜槽,随同合格生料一起由提升机喂进生料库内。生料磨停开时,窑尾高温废气全部经旁路流向热交换器,经烟囱排入大气。袋收尘器收下的窑灰可直接进入窑尾提升机,喂入预热器系统,也可入生料库。在系统布置上,窑磨废气处理系统与生料磨和预热器塔架呈环状矩形布置,排废气的钢烟囱依附在预热器塔架上,不但布置紧凑、占地少,而且废气管道短,节省投资。
4.2 烧成工段
4.2.1 工艺流程
1、生料均化及窑尾喂料系统
生料均化采用多料流连续式均化库。生料经过库顶输送设备送入库内,入库的生料在库内呈水平层状分布。库底分为六个充气区,轮换分区充气进行搅拌。每区由电动流量控制阀控制卸料。在同一时间内至少有两个卸料口同时充气卸料,每个卸料口在卸料过程中都形成漏斗状料流,切割料层,产生重力混合均化作用。库内卸出来的生料经过六条空气输送斜槽送入计量均化仓,计量均化仓内同样布有充气区轮换分区充气进行搅拌,以取得更好的均化效果。计量均化仓设置三点式压力传感器进行称重计量。计量均化仓同样设有电动流量控制阀进行控制卸料,生料卸出后经固体流量计计量由空气输送斜槽、专用斗式提升机送入窑尾一级旋风筒。连续式生料均化库充气用气由库底罗茨鼓风机供应。库顶及计量均化仓收尘均采用气箱脉冲袋收尘器。
2、 烧成系统
熟料烧成采用一套预分解系统、回转窑和第四代新型空气梁篦式冷却机等设备组成的窑外分解煅烧系统。熟料烧成热耗 3176.8kJ/kg,日产水泥熟料2500t。
来自均化库的合格生料计量后进入预热器,逐级预热进入分解炉,预分解后的生料进入回转窑内煅烧。分解炉所用的三次风来自窑头罩;为了达到良好的煅烧操作和保证熟料质量的稳定,窑头煤粉燃烧器采用多通道喷煤管,具有一次风用量少、风煤混合充分、火焰调整方便、对劣质煤适应性强等优点,有利于提高熟料质量,降低烧成热耗。出预热器气体经窑尾高温风机排出,进入生料磨作为烘干热源。熟料冷却采用第四代充气梁式篦冷机,冷却能力2500t/d,熟料出冷却机的温度为环境温度+65℃。为破碎大块熟料,冷却机出口处设有锤式破碎机,保证出冷却机熟料粒度≤25mm。出篦冷机的熟料经链斗输送机送至熟料库。
出篦冷机高温废气一部分作为窑用二次空气入窑;一部分由三次风管送到分解炉作为燃烧空气;另一部分送入煤磨作为烘干热源;剩余废气由收尘器净化处理后排入大气。
3、熟料储存
设置一座圆库储存熟料,储存量为60000t,储存期6.8天。熟料经库底扇形阀卸出,经过皮带秤计量由输送机输送至水泥配料库底。圆库设有两台熟料散装系统。
4、煤粉制备
煤粉制备采用一套辊式磨系统。当原煤粒度≤25mm,原煤水分≤10%,煤粉细度为80μm,筛余10%,出磨水分≤1%时,磨机产量为 20t/h,年利用率85%。煤磨设置在窑头附近,利用篦冷机废气作为烘干热源。原煤由原煤仓下的定量给料机喂入磨内进行烘干、粉磨,合格的细粉随气流由专用防爆袋收尘器收集下来后经螺旋输送机分别送入窑和分解炉的煤粉仓中。经收尘器净化后的的废气排入大气,烟气的正常排放浓度为≤50mg/Nm3。煤粉仓下设有2套煤粉计量输送装置,计量后的煤粉由罗茨风机分别送入窑头多通道喷煤管、窑尾分解炉燃烧。
为保证系统的安全运转,煤粉制备系统设置有严格的安全措施,如防爆阀、CO2灭火系统、消防水系统等。
4.2.2 烧成计算
生料经煅烧,产生一系列的物理和化学变化,生成熟料。煅烧是影响水泥质量的重要环节。对煅烧过程简述如下:
①生料的烘干和脱水:生料以石灰石和粘土为主,粘土中的主要矿物是各种水化硅酸铝-高岭石(Al2O3·2SiO2·2H2O)和蒙脱石(Al2O3·4SiO2·9H2O)。高岭石受热,在 300℃以下失去机械结合水;在450－600℃失去结晶水,变为偏高岭石(Al2O3·2SiO2),进一步再分解为无定形的新生态SiO2和Al2O3。
Al2O3·2SiO2·2H2O→Al2O3·2SiO2+2H2O
Al2O3·2SiO2→SiO2 +Al2O3
②碳酸盐分解:温度升高到600℃以上,碳酸盐开始分解,MgCO3在750℃左右迅速分解,CaCO3在900℃以上迅速分解,到1000℃左右分解结束。该分解是重要的耗热过程。
MgCO3→MgO+CO2
CaCO3→CaO+ CO2
③固相反应:由于粘土和碳酸盐的分解,产生了单独存在活性强的SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO 等氧化物。随温度升高它们在固体微粒表面、靠离子振动,相互交换进行固相反应。其多级反应式如下:
800-900℃:
CaO+ Fe2O3→CaO·Fe2O3
CaO+ Al2O3→CaO·Al2O3
900-1000℃:
3(CaO·Al2O3)+2 CaO→5 CaO·3Al2O3
2CaO+ SiO2→2CaO·SiO2
CaO·Fe2O3+ CaO→2CaO·Fe2O3
1000-1200℃:
5 CaO·3Al2O3+4 CaO→3(3CaO·Al2O3)
5 CaO·3Al2O3+3(2CaO·Fe2O3) →3(4CaO·Al2O3·Fe2O3)
④熟料烧成:温度进一步升高到1300℃左右时,C3A与C4AF熔融,物料中出现液相。CaO、2CaO•SiO2(C2S)溶于液相,进一步生成3CaO•SiO2(C3S)。
在实际生产中,温度控制在1350～1450℃范围内,促使反应尽可能完全。熟料各阶段烧成温度见于表 4－1。

表4－1 熟料烧成各阶段温度表
温度/℃
反应阶段
热性质
100
自由水蒸发
吸热
400-500
粘土脱水分解
吸热
600
碳酸镁分解
吸热
900
碳酸钙分解
吸热
900-1200
固相反应
放热
1250-1300
生成部分液相
放热
1450-1300
熟料烧成
微吸热
⑤熟料冷却:熟料急速冷却,可防止水硬性好的β-C2S转变成几乎没有水硬性的γ-C2S;使熔融的MgO、游离CaO以玻璃态存在于水泥中,改进水泥的安定性,还能够防止熟料矿物结晶过大,提高水泥易磨性。
4.3 成品工段
1、水泥制成
石膏、混合材由汽车运输进厂,经全电子汽车衡计量后卸入各自堆场。石膏、混合材进料粒度≤200mm。存放在堆场内的石膏、混合材经过倒运后,由颚式破碎机、破碎至≤30mm的粒度后,经胶带输送机、板链斗式提升机送至一座石膏配料库和二座混合材配料库内。熟料、石膏、混合材均经各自配料储存库库底微机自动配比系统按比例配料后,由微机控制调速定量给料秤计量后,由皮带机送入辊压机喂料小仓,经辊压机挤压出的物料经打散分级机打散分级,大于一定粒径(2.5mm)的物料返回辊压机重新挤压,小于一定粒径的物料送入水泥磨内进行粉磨。研磨后的水泥粉从磨尾卸出,经空气输送斜槽、板链斗式提升机送入高效选粉机内进行分选。粗粉由空气输送斜槽送回磨头随着喂入的原物料一起再回到磨内继续粉磨。选粉机分选出的成品水泥随着出磨尾气体进入气箱脉冲除尘器。经气箱脉冲除尘器收集后成品水泥经空气输送斜槽、板链斗式提升机送入水泥库内储存。经过气箱脉冲除尘器净化处理后的气体经过系统风机排入大气。本工程共设2闭路粉磨系统。
本工程设四座水泥库,水泥储存库内设有充气系统。充气用气体由专门配置的罗茨鼓风机提供。库内水泥由库底卸料器卸出,经空气输送斜槽、板链斗式提升机送入包装系统。
2 水泥包装系统
进入包装系统的水泥首先经提升机入振动筛,去除杂质后存入包装仓,由两台八嘴回转式包装机进行包装作业。袋装水泥由带式输送机送入成品库储存,再由汽车运输出厂。水泥散装设在水泥库侧,共6个,散装车经过全电子汽车衡计量后出厂。熟料库、石膏、混合材破碎系统,熟料配料储存库,水泥粉磨、水泥储存库、包装及散装系统的收尘均采用气箱脉冲袋收尘器。
3 空气压缩机站
根据各生产车间用气点的用气要求,设置了一个空气压缩机站,站内3 台离心式空气压缩机,用于全厂的压缩空气供气,离心式空气压缩机每台空压机排气量为150m3/min,排气压力为0.8MPa,可满足各车间的吹扫阀门、窑尾预热器吹堵、脉冲袋式收尘器等对压缩空气的需要。
4 中央化验室
厂区内设一座中央化验室(设在中控楼内),负责进出厂原料、燃料、半成品和成品的常规化学分析及物理检验,以保证全厂各生产环节的产品质量,对水泥产品质量进行调度、管理和监督。
5 厂房布置及水电气要求
5.1 厂区划分
根据工艺流程及布置要求,将规划厂区划分为:
① 原辅料存储区:包括石灰石堆场、电石渣堆场、铜矿渣堆场、粘土堆场等。
② 水泥生产装置区:石灰石破碎、电石渣烘干、煤磨粉区,生料均化、预分解炉、回转窑、熟料均化、控制室及车间化验室等。
③ 成品储运区:熟料储存、水泥配料、水泥装运包装等。
④ 余热利用区:余热锅炉。
⑤公用工程区:一次水泵房、空气站、循环水站及开关变电站等。
⑥厂前区:行政办公大楼
厂前区布置于整个厂区西南角,位于生产区年主导风向的上风向。行政办公大楼布置于西南角,并规划有停车场等,在厂前区集中绿化,形成良好的办公环境及外部形象。 根据风向频率,主要装置布置厂区东南侧,原料供应堆场布置在厂区西面。
5.2 排除雨水方式
①生产废水及办公楼废水排水系统 生产循环冷却水系统与仪表冷却排放的清净下水,除了盐度升高外,水质较洁净,排入集水池。办公楼废水主要来冲洗水、自盥洗用水与粪便污水,有机污染物较多,排至厂内污水处理站深度处理后用于绿化和道路以及喷洒原料堆场。本项目全厂(一期)日消耗新鲜水220m3/h,生产循环冷却用水共计约3396m3/h,其中约3294.12m3/h回用67.92m3/h经冷却塔损耗,生活及辅助用水约30.5m3/d,经污水处理站处理后全部回用于道路洒水抑尘和绿化用水。
②雨水排水系统
厂区内沿道路两侧设置矩形浆砌片石明沟,平均沟宽 0.50m,深0.60m。局部加设盖板。根据地形,雨水由西北向东南排至厂外排园区绿化带。
5.3 公用工程管网
公用工程管道主要包括:消防水管、循环水管、压缩空气管道、给排水管道等。其中,消防水管直径DN120,沿厂区道路环形地铺设,埋地深度应大于当地冻土深度,铺设长度大约为2252米,循环水管道管径约为DN1400,采用埋地方式铺设。给排水管道采用埋地方式铺设。压缩空气管道选用优质的无缝钢管,沿皮带通廊铺设。埋地管道埋深应大于冻土深度。
5.4 生产班制及企业管理体制及组织机构设置
公司设办公室、生产部、财务部等职能部门及下属车间(装置),即本工程实行集团公司领导,统一调度,分公司管理,车间(装置)核算的管理体制。因此,设计本着减员增效的精神,只考虑公司、车间(装置)必要的管理人员、生产人员和辅助人员。
本项目生产装置及公用工程生产工人操作班制均按实行四班三运转,每天工作8小时,每周5天工作制。生产管理人员实行白班兼值班制。生产车间实行年操作约3300(8000小时)工作制。
6 研究结论
6.1 综合评价
该项目充分利用内蒙古地区