日产2200吨熟料的预分解窑水泥厂生料磨车间工艺设计开题报告

河北联合大学本科生毕业设计开题报告题目：日产2200吨熟料的预分解窑水泥厂生料粉磨车间工艺设计一、文献综述1.1水泥基材料简介水泥，粉状水硬性无机胶凝材料,加水搅拌后成浆体，能在空气中硬化或者在水中更好的硬化，并能把砂、石等材料牢固地胶结在一起[1]。长期以来，水泥作为一种重要的胶凝材料，广泛应用于土木建筑、水利、国防等工程。水泥的种类很多，按其用途和性能可分为通用水泥、专用水泥及特性水泥三大类[2]。通用水泥为用于大多土木建筑工程一般用途的水泥，如硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥等。专用水泥是指有专门用途的水泥。如油井水泥、大坝水泥、砌筑水泥等。特性水泥是某种性能比较突出的水泥，如快硬硅酸盐水泥、低热矿渣硅酸盐水泥、抗硫酸盐硅酸盐水泥、膨胀硫铝酸盐水泥、自应力铝酸盐水泥等。按照主要的水硬矿物，水泥又可分为硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、氟铝酸盐水泥以及少熟料和无熟料水泥等[3]。1756年，英国工程师J.斯米顿在研究某些石灰在水中硬化的特性时发现：要获得水硬性石灰，必须采用含有粘土的石灰石来烧制；用于水下建筑的砌筑砂浆，最理想的成分是由水硬性石灰和火山灰配成。这个重要的发现为近代水泥的研制和发展奠定了理论基础[4]。1824年，英国建筑工人约瑟夫·阿斯谱丁发明了水泥并取得了波特兰水泥的专利权。他用石灰石和粘土为原料，按一定比例配合后，在类似于烧石灰的立窑内煅烧成熟料，再经磨细制成水泥。因水泥硬化后的颜色与英格兰岛上波特兰地方用于建筑的石头相似，被命名为波特兰水泥。它具有优良的建筑性能，在水泥史上具有划时代意义。1889年，中国河北唐山开平煤矿附近，设立了用立窑生产的唐山“细绵土”厂。1906年在该厂的基础上建立了启新洋灰公司，年产水泥4万吨[5]。20世纪，人们在不断改进波特兰水泥性能的同时，研制成功了一批适用于特殊建筑工程的水泥，如高铝水泥，特种水泥等。全世界的水泥品种已发展到100多种，2007年水泥年产量约20亿吨。中国在1952年制订了第一个全国统一标准，确定水泥生产以多品种多标号为原则，并将波特兰水泥按其所含的主要矿物组成改称为矽酸盐水泥，后又改称为硅酸盐水泥至今[6]。2012年，中国水泥产量达到21.84亿吨，产量占比全球50%以上。1.2国内外水泥工业发展状况进入新世纪以来，我国水泥工业发生了突破性的变化。从单纯的数量增长型转向质量效益增长型；从技术装备落后型转向技术装备先进型；从劳动密集型转向投资密集型；从管理粗放型转向管理集约型；从资源浪费型转向资源节约型。实现上述根本转变的原因，是进入新世纪以来新型干法水泥生产技术的快速发展和应用[7]。在产业政策的引导下，体现出以下特点：（1）结构调整步伐加快，全面进入新型干法水泥时代；（2）兼并重组步伐加快，水泥产业向大型企业集团集中；（3）节能减排，发展余热发电取得明显成效；（4）水泥粉磨企业迅速发展；（5）在产能迅速增长的宏观布局上，出现结构性、地区性产能过剩。发展趋势：（1）大企业集团的“雪球”将越滚越大，产业集中度将进一步提升；（2）废渣资源化利用，发展循环经济渐成主流趋势；（3）节能减排，发展低碳经济方兴未艾；（4）由水泥出口转向成套装备出口及工程总承包越做越大；（5）由单一的水泥生产向多元产业发展初见端倪。20世纪60~80年代，世界水泥工业发生了一系列重大革命。新型干法水泥生产新技术的出现、应用和发展．极大地提高了劳动生产率和产品质量，扩大了生产规模，降低了产品热耗、有效控制了烟尘、粉尘、有害气体的排放，世界水泥工业的快速发展，满足了全球对水泥产品的大量需求[8]。近10年来，国际水泥界在工艺方面并未取得新的突破性进展，新技术绝大部分是在上世纪几大创新技术的基础上开发或发展的，这些新技术包括降低热耗、提高自动化程度、扩大生产规模、废物利用、环境保护、产品深加工等方面，都是对原有创新技术的完善和提高，总体上还未出现重大的技术创新[9]。当今世界水泥仍将作为全球房地产和基础设施现代化建设的关键材料[10]。但全球水泥行业面临节约材料、能源紧张和减少CO2排放量的挑战日益增加。水泥工业中熟料生产仍是一个最为关键的因素。主要杠杆是提高能源效率和使用替代燃料的使用替代材料，已经在近几年显着增加，但仍有增加的可能性。新材料已经取得巨大的成就，但他们的可用性是有限的。适当的材料可能在未来发挥作用，但在何种程度上代替硅酸盐水泥还有待观察。1.3生料磨车间工艺流程及主要设备发展概况生料粉磨可分为开路粉磨、闭路粉磨，湿法粉磨、干法粉磨等工艺流程[11]。由于湿法粉磨能耗太高已被大多数水泥生产企业淘汰。在物料粉磨过程中要考虑物料性质、粒度、温度、含水、产品粒度、助磨剂等因素对粉磨的影响。开路粉磨流程优点有：流程简单、设备少，操作简便，基建投资少；缺点有：由干物料必须全部达到产品细度后才能出磨，所以当要求产品细度较细时，已被磨细的物料将会产生过粉磨现象，从而降低了粉磨效率，产量低，电耗高。闭路粉磨流程优点有：可以消除过粉磨现象，同时出磨物料经过输送和分级设备时可散失一部分热量，粗粉再回磨重磨可降低磨内温度，因而粉磨效率高，产量高，一般产量可提高15～25％；可用调节分级设备的方法来控制产品的细度，因而能够保证产品的细度，适用于生产多品种水泥；缺点有：流程复杂，设备多，操作管理技术要求也高，基建投资大[12]。生料粉磨水泥生产过程中的一个重要环节，出预均化堆场的石灰石、粘土、铁粉，在生料磨车间原料被磨得更细以保证高质量的混合。在此阶段使用了立磨和球磨前者利用滚筒外泄的压力将通过的材料碾碎后者则依靠钢球对材料进行研磨[13]。至今为止生料磨所消耗电能的大部分并未被用来破碎材料而是转化成了热能损耗。因此这里就存在一种经济化的需求希望能够对生料磨车间进行调节将能量损失保持在尽可能低的水平。球磨机的优越性有：(1)粉碎比大，粉碎段数少，流程简单，设备数量少，投资低；(2)由于设备数量少，厂房面积小，基建投资少；(3)由于设备数量少，操作人员少，劳动成本低；(4)不受物料水分的影响，可处理含水、含泥量多的矿石；(5)衬板和介质钢耗少。其缺点主要包括：(1)球磨机易受给矿粒度和性质波动的影响；(2)主要用矿石作为介质，粉碎效率较低，单位电耗较高；(3)最初投产时的调试周期长；(4)维修工作量较大，作业率较低。与球磨机相比，立磨具有以下明显的优势：(1)生产用电成本大幅降低；(2)生产效率高，节能环保；(3)物料烘干能力强；(4)操作简便，维修方便；(5)产品质量稳定[14]。但立磨的磨辊、磨盘衬板易磨损、磨辊轴承室易磨损、立磨减速机渗漏治理、建设投资成本巨大等是其明显的缺点。结合上述两种磨机的特点与设计题目的实际，初步选定球磨机作为生料磨车间主机。1.4设计的目的和意义生产水泥虽需较多能源，但是水泥与砂、石等集料所制成的混凝土则是一种低能耗性的建筑材料，其单位质量的能耗，只有钢的1/5-1/6，铝合金的1/25，比红砖还低35%[15]。尽管目前我国的新型干法生产技术已经成熟，但因种种原因使已投产的新型预分解窑存在一些问题，久久不能达标、达产，如果不引起重视，必影响效益。这些问题主要体现在：（1）生料均化系统的不合理；如石灰石、煤、入窑生料质量波动较大的省掉预均化库与均化库；或者上一个简易的预均化库；或者预均化库容量小，造成投产后产质量波动大。（2）设备问题，包括设备的选型和各主要设备的工艺布置不合理；如石灰石中游离SiO2指20μm的结晶石英、燧石含量要4％，如4％破碎机的锤耗会增大，而且很难参加化学反应，实践表明：90μm的结晶石英含量6％，不能用辊式磨。如90μm的燧石含量为1％，辊护皮寿命下降3/5[16]。（3）热耗问题；目前我国1000~2500t/d的预分解窑设计熟料热耗指标一半在3135~3344kJ/kg，但实际上大部分厂达不到设计值，而世界先进水平是2926kJ/kg，差距明显[17]。本次设计的目的就在于合理生料均化系统；选取适宜的设备，合理的工艺；降低生料磨车间能耗。二、设计主要内容与方案2.1设计的主要内容本设计的主要内容包括：（1）总体设计。完成配料计算、全厂物料平衡、主机设备选型；（2）车间工艺设计。包括车间热平衡计算、车间工艺图布置与设计等内容。2.2设计技术路线设计的技术路线如下：（1）查阅文献，完成开题报告；（2）确定干湿原料配合比；（3）全厂物料平衡计算；（4）明确生料系统各主要设备的工艺布置与生产效能之间的关系；（5）分析窑磨之间良好匹配的关系；（6）生料粉磨系统的设计；（7）绘制车间工艺图，准备答辩。2.3设计原始数据（1）原料及煤灰的化学组成原料及煤灰的化学组成见表2-1。表2-1原料及煤灰的化学组成/wt.%名称LossSiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3R2O石灰石43.230.50.140.1655.230.38--粘土6.4872.0017.243.851.901.01-2.85铁粉0.4530.924.6642.579.402.54--矿渣1.2538.0310.150.9048.215.68--石膏14.943.480.250.1434.880.6742.10-煤灰-46.7531.623.988.340.952.56-（2）煤的工业分析煤的工业分析见表2-2。表2-2煤的工业分析/wt.%War/%Var/%Car/%Aar/%Qnet,ar(kJ/kg)1.2029.3051.4018.1026200（3）物料的水分物料的水分见表2-3。表2-3物料的水分/wt.%成分石灰石粘土铁粉石膏煤矿渣含水量1.0013.007.004.006.0022.002.4设计的要求通过生料配比，优化各主要设备的工艺布置。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至成品出厂各工序所需处理的物料量。物料平衡计算是水泥厂设计必不可少的工艺计算内容之一，是主机平衡和储库平衡计算的基础和依据。生产车间工艺流程的选择、工艺设备选型与生产车间的工艺布置密切相关，优良的工艺布置投入生产，可延长设备使用寿命，提高生产效率，节约资源，降低能耗。通过对原料、生料采取有效的均化措施，以满足生料化学成分均匀性的要求。把以上内容撰写成不少于2万字的设计说明书，并完成生料制备车间设计图包括车间主要的剖面图、车间中部分平面及平面基础图。三、进度安排第1周－第2周查阅文献、外文翻译、工艺论证、撰写开题报告；第3周－第4周配料计算、全厂物料平衡及主机选型、储库计算；第5周毕业实习、撰写实习报告；第6周－第8周车间工艺计算；第9周－第13周车间工艺布置草图；第14周－第15周审图，完成正式图；第16周－第17周撰写正式设计说明书，递交说明书及图纸，准备答辩。四、参考文献[1]沈威.水泥工艺学[M].武汉：武汉理工大学出版社，2005年.[2]白礼楙,等.水泥厂工艺设计实用手册[M].北京：中国建筑工业出版社,1997年.[3]曽志明,等.新型干法水泥生产培训教材[M].北京：中国建材工业出版社，1998年.[4]沈威,黄文熙,闵盘荣.水泥工艺学[M].武汉：武汉工业大学出版社，2003年.[5]于润如,严生.水泥厂工艺设计[M].北京：中国建材工业出版社，1994年.[6]王燕谋.中国水泥发展史[M].北京：中国建材工业出版社，2005年.[7金容容.水泥厂工艺设计概论[M].武汉：武汉理工大学出版社，1992年.[8]孙嘉如，梁三定.国外水泥工业发展概况[J].建材发展导向，2003（2）：32-34.[9]C.Chen,G.Habert,Y.Bouzidi,A.Jullien.Environmentalimpactofcementproduction:detailofthedifferentprocessesandcementplantvariabilityevaluation[J].J.CleanerProduction,2010(18):478-485.[10]M