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第一章 绪论 1.1 概述
水泥工厂设计是水泥工厂土建施工、投产后正常生产和未来发展的前提基础，最直接关系到水泥厂的投资成本和效益回报，具有至关重要的低位和意义。而水泥工厂设计的核心就是工艺设计，包括生产工艺流程的选择和工艺设备的选型及布置。
新型干法水泥生产经过多年的技术攻关和生产实践，在我国已经实现了5000T/D的国产化，并在投产后迅速达标。各设计院利用自己的核心技术优化烧成系统，能耗均能达到国际先进水平的。新型干法是以旋风预热器-分解炉-回转窑-篦冷机系统（既“筒-管-炉-窑-机”）为核心，使水泥生产过程具有高效、低耗、绿色环保和大型化、自动化的特征。同时有效降解利用生活垃圾、工业废渣和有毒有害废弃物，促使水泥工业实现清洁生产和可持续发展的战略目标。这在德国一些为发达国家已逐步显露。
我国水泥产量已经连续18年居世界各国首位，但产品质量不高、生产水平落后、污染严重的问题也十分突出，急需进行产业调整。新型干法水泥生产的水泥仅占水泥总量的55%，而发展国家都在90%以上。目前我国水泥生产企业有一定规模的近5000多家，国内十大水泥集团水泥产量仅达到全国总产量的23%，而世界十大水泥集团的产量占世界水泥总产量的1/3以上。另外我国的水泥散装率也非常低，2007年仅达到了40%，而世界发达国家水泥在上世纪60年代末就完成了从袋装到散装的改革，实现了水泥散装，散装率达到并保持在90%以上。因此，我国水泥工业的发展任重而道远。
经过5212汶川大地震和国家大力发展西部的政策性引导，四川水泥出现了前所未有的火爆，国内水泥巨头纷纷在四川投产新生产线，随着大量中小立窑的淘汰，四川水泥资源配置正逐渐优化，步入良好的发展轨道。放到全国，中国水泥正发生着翻天覆地的变化。在2009年中国国际水泥峰会上中国水泥协会会长雷前治透露，有关部门正在酝酿制定水泥工业发展规划，推动产业联合重组将是主要内容之一。所以，中国水泥的前景值得期待。 1.2 本设计简介
本设计是5000t/d水泥熟料预分解窑烧成窑尾工艺设计，采用目前国内外水泥行业相对比较先进的技术和设备，特别结合我国原燃料条件，在设备选型上尽量考虑国产，最大限度的降低基建投资和能耗，同时又最大限度的提高产量和质量，做到技术经济指标先进、合理，生产过程绿色环保。
本设计采用4组分（石灰石、铝矾土、砂岩、硫酸渣）配料生产，因交通便利，离峨眉山市约12KM，铝矾土、砂岩、硫酸渣来源丰富、运距短，因此采用火车和汽车结合的运输方式。页岩配料仓底下设Centrex筒仓卸料器，以便湿物料的顺利排出。
本设计中石灰石的预均化采用圆形预均化堆场，相对矩形预均化堆场具有占地面积少、基建投资省、操作维护方便且均化效果相差不大等优势。其规模为φ110 m。石灰石矿山矿化学成分稳定，品质优良，均匀性好，全矿CaCO3 标准偏差只有3个台段超过3.0%，最大为3.5%，平均为2.25%。配料用石灰石存储圆库规格为1-φ8×18m，有效储量为1360t，实际存储时间为5.1h，能满足生产的正常进行。
原煤在预均化方式选择时亦采用圆形预均化堆场，原煤成分波动对外购煤而言质量很难预先控制，同时考虑到可能存在多点供煤，设置预均化堆场非常有必要。其规格为φ90m，有效储量为6207t。回转悬臂堆料机生产能力150t/h，桥式刮板取料机取料能力为60t/h。预均化堆场外设置一堆棚，作为原煤进厂的临时堆放地，也起缓冲作用。
生料磨采用TRM53.4的立磨一台，生产能力430 t/h，设有物料外循环系统。该生料磨2008年9月1日在辽宁富山水泥5000t/d生产线上投产运行，台时产量稳定在430 t/h，无论是产、质量均能满足5000t/d生产线的生产要求。
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生料均化库采用IBAU库，规格为φ22.5352m，存储量为18000t。IBAU库均化效果好、电耗低、操作维护简便。库内分8个卸料区，生料按照一定的顺序分别由各个卸料区卸出进入均化小仓(兼窑喂料仓)，均化作用主要由库内重力切割和均化小仓的搅拌来实现。且考虑到只有一台配套生料磨，为保证生产持续稳定，储量选择较一般生料均化库稍偏大。均化库底部采用固体流量计DLM6.5，控制进入入窑提升机生料量。
窑尾喂料采用国外进口的提升机，单段提升100m，布置紧凑，设备运转可靠，入窑生料采用申克皮带秤计量，计量准确可靠。
烧成系统采用带TDF炉的五级双系列旋风预热器。TDF炉完全能适应本设计所烧原煤（挥发份为25.30%），如果以后燃用较低品味的原煤，可以通过加长分解炉出口与C5级旋风筒的连接管道来保证煤的完全燃烧。窑尾预热器采用4-2-2-2-2组合，预热器规格：C1：4-φ4.7m，C2：2-φ6.5m，C3、C4：2-φ6.7m，C5：2-φ6.8m。TDF分解炉规格为φ7.4327m，回转窑为φ4.8372m，斜度为3.54%，正常运转转速为3.5r/min。窑头选用PYROJET多通道燃烧器和LBT36356NC-Ⅲ型空气梁推动篦式冷却机，保证窑头煤燃烧形式的最优化和熟料的冷却，降低能耗。窑炉燃料比为40%与60%。窑尾废气处理采用低压长袋脉冲收尘器，降低粉尘排放和保护环境。
熟料储库采用单帐篷库，规格：φ60340.6m，有效储量为12520t。单库工艺布置更简洁，便于维护。同时设有一2000t的黄料库，规格为φ8313m。在熟料库与水泥制成车间之间设有一规格为353200m的矩形熟料堆场，储存过剩的熟料，以保证生产的连续进行，同时也可以直接销售熟料。
煤磨系统采用现今比较成熟的立磨系统：立式磨+袋收尘。根据本设计选用HRM2200立磨，处理量45t/h，通过风量为120000m3/h，入磨粒度≤50mm，出磨粒度为200目筛余<20%，入磨水分<10%，袋收尘器为FGM96-2310(M)，处理风量为110000 m3/h。原煤经稳料仓下的全密闭定量给料机给立磨供料，热风从窑头篦冷机抽风。该方案较前者节省了投资设备，减少了建筑占地面积，并且操作简单稳定，充分利用了余热。此设备搭配方案在都江堰拉法基水泥厂从投产效果看，振动极小，运转平稳可靠。设有煤粉仓2个，1个放置于煤磨车间为分解炉供煤，一个放置于窑头车间为回转窑供煤。窑头和分解炉喂煤采用申克科里奥力秤计量。
本设计原料矿渣和石膏含水量分别为8%和4%，因此选用φ2.4318m的回转烘干机两台用以烘干原料，处理量为24.4t/h，初水分≤10%，终水分≤1%。烘干热耗5780kg/kg水
采用8座水泥圆库存储水泥，规格为φ15330m的平底库，有效容积4720m3，4个卸料口，单库储量7786t。围绕水泥库两边分别为散装车间和袋装车间，袋装车间采用4条BX-8WY型八咀回转包装机包装水泥，台时产量为80~100t/h,完全能满足生产的要求，并设有电子校正称、破包机及破包清理等装置，具有称量精度高（袋误差为±0.1kg）、密封性能好、扬尘小、自动化程度高及操作简便等优点。
全厂布置复合当前主要采用的集散控制布置，在窑中旁修建生产控制楼，包括中央控制室、化验室、物检室、分析室。中控采用施耐德的Quantum和Momentum PLC控制系统控制，行政办公楼布置在进厂主大门旁，离生产区较远，风向玫瑰图的上风区，工作环境较好。 设半露天布置总降压站1座，分别向厂区和矿山供电。
设置给水处理系统满足生产生活需要。生活、消防给水管网和生产给水管网皆设计为环状管网。设置污水处理场对生活污水、生产废水进行处理。办公楼、生产楼采用中央空调机组调节空气流量和温度；电气室、变电所、总降压站等处采用柜式空调机调节空气流量和温度。
设计全厂收尘器均为袋收尘器。最大限度地保护当地的自然环境，对环境的污染降到最小。 设计是工厂建设的灵魂，工艺设计是工厂设计的主要环节，是决定全局的关键。工艺设计的主要任务是确定生产方法、选择生产工艺流程；确定生产设备的类型、规格、数量，选取各项工艺参数及定额指标。本次设计根据现代新型干法的发展趋势，结合国内同类型的新型干法水泥生产线
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的设计，采用了目前比较先进的生产工艺和技术装备，进行技术经济综合分析，切合实际，经济合理，选择最合适的熟料烧成车间工艺布置流程。设计力求做到“清洁生产”，并且节约能源、提高生产效率、产品质量和劳动生产率，使水泥生产向集约化、高质量的现代化工业方向发展。 第二章 原料与燃料 2.1 原料的质量要求
2.1.1 水泥原料（普通硅酸盐水泥）
原料的成分和性能直接影响配料、粉磨、煅烧和熟料的质量，最终也影响水泥的质量。水泥的原料应满足以下工艺要求：
1）化学成分必须满足配料的要求，以能制得成分合适的熟料，否则会使配料困难，甚至无法配料。
2）有害杂质的含量应尽量少，以利于工艺操作和水泥的质量。
3）应有良好的工艺性能，如易磨性、易烧性、热稳定性、易混合性等。
表2-1 原料化学成分（%） 成分名称 石灰石 铝矾土 砂岩 硫酸渣 煤灰 Loss 41.98 13.37 3.53 0.58 - SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 - ∑ 94.95 3.20 31.42 83.83 5.00 56.12 0.52 33.21 8.66 5.29 26.40 0.11 15.16 1.65 68.21 10.00 53.10 0.48 0.15 5.96 1.12 0.53 0.05 99.62 1.13 0.16 3.12 1.19 0.02 99.60 8.59 97.03 3.02 98.25 1、石灰质原料
凡以碳酸钙为主要成分的原料都叫石灰质原料，是水泥生产中用量最大的一种原料，一般生产1吨熟料约需1.2~1.3吨石灰质干原料。
本设计采用的石灰石各项指标都达到了一级品（CaO>48%, MgO<2.5%）的要求，所以该石灰石是生产水泥的优质原料，据了解该矿山储量丰富，据初步勘测其储存量能服务5000t/d熟料生产线30年以上，成分稳定性好，距建厂位置有4公里，采用自建长皮带运输，方便且供料稳定，是生产水泥的最佳选择。 2、辅助校正原料
传统的水泥生产的辅助原料主要是粘土质原料，校正原料是铁粉和砂岩。粘土质原料是含碱和碱土的铝硅酸盐，主要化学成分是SiO2，其次Al2O3，还有Fe2O3，一般生产1吨熟料用0.3~0.4吨粘土质原料。但是粘土资源越来越紧缺，如果用来生产水泥则会提高水泥成本同时还造成较大的浪费，所以决定不使用粘土，而改用铝矾土和砂岩来代替。铁粉则选用硫酸渣。铝矾土距厂约65km，可满足本厂30年以上的生产需要。砂岩距厂15km，其中SiO2含量在80%以上，且有害成分低，化学成分稳定。 2.1.2 混合材及石膏 1、混合材
本设计采用的粒化高炉矿渣活性较高，同时掺加适量石灰石，在保证水泥质量的条件下尽量降低成本。石灰石的掺入还可以增加早期强度，从而提高水泥质量。 2、石膏
石膏来源丰富，天然水分为4%。其化学成分分析如下表：
表 2-2 石膏化学成分(%) loss SiO2 Fe2O3 Al2O3 CaO MgO K2O Na2O SO3 IR（不溶物） ∑ 3
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石膏 9.12 16.75 0.97 4.85 25.12 1.02 0.88 0.50 39.64 0.95 99.80 2.2 燃料的质量要求 2.2.1 原煤
我国水泥工业一般使用煤做为燃料，回转窑水泥厂一般使用烟煤，燃料品质既影响煅烧过程又影响熟料质量，发热量高的优质燃料，其火焰温度高，熟料KH值可高些，若燃料质量差，除了火焰温度低外，还会因煤灰的沉落不均匀，降低熟料质量。
对回转窑来说，采用的煤的发热量高，挥发分低，则因挥发分低，火焰黑火头长，燃烧部分短，热力集中，熟料易结大块，游离氧化钙增加，耐火砖寿命缩短。 1、水泥工业用燃料的质量分析
1)热值: 对燃煤的热值希望越高越好，可有效地提高发热能力和煅烧温度.热值较低的煤使煅烧熟料的单位热耗增加，同时窑的单位产量降低。因此对于预分解窑一般要求煤的低位发热量大于21000kJ/kg煤。本设计用煤热质为24368kJ/kg煤。
2)挥发分：煤的固定碳和挥发分是可燃成分, 挥发分低的煤不易着火，窑内会出现较长的黑火头，高温带比较集中。综合考虑燃料成本和技术条件，本设计中的使用的是无烟煤，其挥发分较低，为9.24%。
3)灰分:煤的灰分是水泥工业用煤的主要指标之一。如果灰分过高将导致煤的着火点后移，辐射传热效率下降;导致熟料颗粒的成分不均匀，从而影响窑热工制度的稳定和窑熟料产、质量的提高。在新型干法中，煤灰分过高，热值过低，不仅会降低预分解窑生产效率，同时造成燃料不完全燃烧，预分解系统黏结堵塞，降低熟料质量。一般要小于25%-30%，本设计中所用煤品质较差，灰分为20.01%。
4)水分:水分是影响煤粉制备和燃烧的不利因素之一。对于燃烧，水分越高，煤粉滞后起燃越严重，相应的热耗增大。对于粉磨，则由于流动性变差，使其运输、喂料不畅，粉磨困难，相应的煤磨的产量降低和电耗会增加。生产中对煤粉的水分应控制在1%-1.5%。
5)煤粉的细度:煤粉的细度直接影响火焰的长度及形状。国内生产、设计采用的煤粉细度，通常80μm筛余为8-10%，煤粉越细比表面积越大，与空气中氧气接触的机会越多，燃烧速度快，燃烧越完全，单位时间放出的热量也多，可以提高窑内火焰的温度；煤粉太粗时，黑火头长，难着火，燃烧速度慢，火力不集中，烧成温度低，太粗时也会造成煤灰的不均匀掺入。这些因素都会使熟料质量降低，窑内热工制度不稳定，操作困难。特别是当煤粉太细时，其自燃的几率也增大。 本设计采用原煤工业分析如下：
表2-3 原煤工业分析（﹪） Mar Mad 1.10 Vad 25.30 Aad 28.80 FCad 44.10 Qnet,ad 24368 原煤(沐川烟煤） 5.30 烟煤煤质较好，挥发份高，着火点低，特别适合水泥生产，亦便于生产控制，且原煤供应量大。但考虑到能源的最大化利用，所以本设计仍考虑烟煤和无烟煤的搭配混合使用，既利用了无烟煤，又降低原煤成本，符合科学发展观的可持续发展战略。 2.2.2 熟料热耗的选择
随着新型干法在我国的迅速发展和普及，5000t/d级别生产线无论是设备还是生产工艺控制都已经接近国际先进水平，预分解窑的熟料烧成热耗已经达到700~72034.18kJ/kg熟料，故本设计选取70834.18kJ/kg。
本设计所采用原燃料的天然水分如下：
表3 原料的天然水分（%）
石灰石 铝矾土 铁粉 煤 矿渣 石膏 砂岩 4
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1.50 1.00 17.60 8.00 8.00 4.00 15.00 第三章 配料计算与物料平衡 3.1 配料计算 3.1.1 原料选择
表3-1 原料化学成分（%）
成分名称 石灰石 铝矾土 砂岩 硫酸渣 煤灰 Loss 41.98 13.37 3.53 0.58 - Mar 5.30 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 - ∑ 94.95 3.20 31.42 83.83 5.00 56.12 Mad 1.10 0.52 33.21 8.66 5.29 26.40 Vad 0.11 15.16 1.65 68.21 10.00 53.10 0.48 0.15 5.96 1.12 Aad 28.80 0.53 0.05 99.62 1.13 0.16 3.12 1.19 FCad 44.10 0.02 99.60 8.59 97.03 3.02 98.25 Qnet,ad 24368 表3-2 原煤工业分析（﹪） 原煤(沐川烟煤） 25.30 熟料热耗：70834.18 kJ/kg 3.1.2 水泥配料方案
目标率值参考冀东和拉法基，强化预分解系统实现“三高”。取KH=0.92, SM=2.6±0.1， IM=1.6±0.1
1、煤灰掺入量：
2960?28.80?100qAys==3.498% GA?y24368?100Q?100q----熟料热耗，KJ/Kg-cl；
Ay--燃料空气干燥基（有的用收到基Aar）的灰分，%；
s----煤灰沉落率，带电收尘的取100%，%；
Qy--燃料空气干燥基（或收到基）低位热值。KJ/Kg煤。
2、配比计算
采用尝试误差法计算配比，计算在Excel表格中进行，由目标率值检验和调整配合比，灼烧生料计算结果如下表所示：
表3-3 灼烧生料成分计算值 原材料 石灰石 铝矾土 砂岩 硫酸渣 干生料 灼烧生料 灼烧基生料=
比例 0.832 0.040 0.113 0.015 1.000 —— Loss 0.535 0.399 0.009 —— SiO2 1.257 9.473 0.075 Al2O3 1.328 0.979 0.079 Fe2O3 0.092 0.606 0.186 1.023 1.908 2.990 CaO 0.019 0.017 0.089 MgO 0.045 0.018 0.047 SO3 0.050 0.000 0.002 0.129 0.173 0.271 ∑ 82.776 3.791 11.074 1.451 99.092 99.048 34.927 2.662 0.433 44.179 0.530 35.870 13.467 2.819 21.108 4.418 44.305 0.551 69.442 0.864 1001003干生料中各氧化物含量 =3干生料中各氧化物含量
100-35.870100-Ls5