[能源化工]5000td新型干法水泥厂煤粉制备车间工艺设计

[能源化工]5000td新型干法水泥厂煤粉制备车间工艺设计内容摘要：

的矿物组成是 C3S、 C3A、 C4AF，无 C2S 生成；当石灰饱和系数等于 时，形成的矿物组成为 C2S、 C3A 和 C4AF，无 C3S 生成。 并且 KH 的计算式只适用于 IM≥ 的熟料。 如 IM＜ ，则熟料的矿物组成为 C3S、 C2S、 C2F 和 C4AF，故由此导 出的是一个不同的式子。 同时，在煅烧熟料时使用氟、硫等矿化剂的情况下，由于会生成另外的一些含铝相，计算式也必须做出相应的调整。 为使熟料顺利的形成，不致因过多游离石灰而影响熟料质量，通常在工厂条件下，石灰饱和系数控制在 ~ 之间。 硅率是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。 硅率和氧化物之间关系的数学式是： SM32322 OFeOAl SiO 硅率会随着硅酸盐矿物与溶剂矿物之比的变化而变化。 如果熟料中硅率过高，在煅烧时液相量会显著减 少，熟料煅烧困难；特别是当氧化钙含量低硅酸二钙含量多时，熟料易于粉化。 硅率过低，则会导致熟料中硅酸盐矿物太少而影响水泥强度，且由于液相过多，容易出现结大块、结炉瘤、结圈等现象，影响窑的操作。 铝率表示的是熟料中氧化铝和氧化铁含量的质量比，也表示熟料溶剂矿物中铝酸三钙和 铁铝 酸四钙的比值。 铝率的表达式是： 唐山学院毕业设计 4 IM3232OFeOAl 铝率的高低，在一定程度上反映了水泥煅烧过程中高温液相的黏度。 铝率高，熟料中铝酸三钙多，相应的铁铝酸四钙就较少，液相黏度大，物料就难烧；铝率过低，虽然液相黏度 小了，液相中质点易于扩散，对硅酸三钙的形成有利，但烧结的范围变窄了，窑内易结大块，不利于窑的操作 ［ 2］。 确定 KH=～ ， SM=～ ， IM=～。 熟料热耗的确定 水泥厂 影响熟料热耗的因素很多，国内系统热耗较高的主要原因是：结皮堵塞现象严重，还有设备故障较频繁，从而导致窑的运转率不高。 而国外水泥厂家通过采用低阻高效的多级预热系统，以及新型篦式冷却机和多通道喷煤管等先进工艺，降低了水泥生产的熟料热耗 [3]。 工厂实例如表 21 所示： 表 21 实际厂家的例子 厂名 设计能力 （ t/d） 设计热耗 （ kJ/kg 熟料） 回转窑规格 （ m） 分解炉型式 分解炉规格（ m） 冀东水泥厂 4000 3308 74 NSF  宁国水泥厂 4000 3349 75 MFC  从上表可以看出，熟料烧成过程所消耗的实际热量与煅烧全过程有关，除涉及到原、燃料性质和回转窑（包括分解炉）外，还与废气热回收装 置（各类预热器或余热锅炉、余热烘干等）和熟料余热回收装置（各类冷却机）等有关。 结合《水泥厂设计规范》的相关要求后，综合考虑确定热耗为 3350kJ/kg。 熟料强度是决定水泥质量的重要因素。 熟料标号是以其 28 天抗压强度的值来划分等级的。 熟料标号与原料的品质、燃料的品质、燃料的性能、熟料的率值以及生料成分的均匀性、窑型与规格、生料的易烧性有关。 众所周知，水泥熟料是由 SiO2 、 Al20 Fe20 CaO 等主要氧化物， 按一定比例化合而成的多矿物集合体。 一般用 C3S、 C2S、 C3A、 C4AF、 fCaO 等来表示。 作为熟料组成主体的这些矿物，它们与熟料率有如下关系： 56CSC 38CSCKH 23 23  ① 唐山学院毕业设计 5 AF2. 046 4CA1. 434 1C S1. 325 4CSCSM 43 23  ② 4  ③ 将式 ① ② (③ +1)整理，得：   AFC SC0 . 8 8 3 8AFC SC1pn1 . 2 5 K HL 4 24 3  图 21熟料 28d抗压强度与 L值相关图 通过计算确定熟料的标号为。 矿渣与石膏掺入量的确定 矿渣是一种可以在碱性激发剂，硫酸盐激发剂的作用下表现出水硬性且活性指标要超过国家标准的活性混合材，已成为水泥工业活性混合材的重要原料。 具有扩大水泥品种，改进水泥性能，调节水泥标号，增加水泥产量，改善水泥安定性能等性能 ［ 4］。 根据国家标准 GB175—2020，普通硅酸盐水泥掺加活性混合材＞ 5%且≤20%。 设计的水泥品种是 的普通硅酸盐水泥则矿渣的掺入量定为 15%。 一般水泥熟料磨成细粉后与水相遇会很快凝结，无法施工。 掺加适量的石膏不仅可调节凝结时间，还能提高水泥的早 期强度，降低干缩变形，改善耐蚀性，抗渗性，抗冻性等一系列性能。 我国生产的普通水泥，其石膏掺量一般波动于 SO3 含量为 %～ %间。 石膏中 SO3 含量为 %，由此算出石膏的掺量为 %～ %。 设计的水泥品种是 的普通硅酸盐水泥则石膏的掺入量定为 %。 配料计算 原始数据包括：原料的化学组成如表 22 所示、煤的工业分析如表 23 所示以及煤灰的沉降率为 100%，熟料的热耗为 3350KJ/Kg。 唐山学院毕业设计 6 表 22 原料的化学成分 原料 Loss 结晶水 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 W 石灰石 粘 土 镁 渣 铁 渣 煤 灰 粉煤灰 矿 渣 无水石膏 表 23 煤的工业分析 名称 水分 Mar/% 挥发分 Var/% 灰分 Aar/% 固定碳 Car/% 热值 Oar/KJ•kg 烟煤 计算煤灰的掺入量 根据以下公式计算煤灰的掺入量： 100SqAY YA QG= 100 3350100 =% 计算干燥原料的配合比 设定干燥物料的配合比为：石灰石 %、粘土 %、 镁渣 %铁渣 %粉煤灰 %，以此计算生料的化学成分，如表 24 所示。 表 24 生料的化学成分 原料 配合比 烧失量 氧化硅 氧化铝 氧化铁 氧化钙 水 石灰石 粘 土 镁 渣 铁 渣 粉煤灰 生 料 100 灼烧生料 煤灰掺入量 %，则灼烧生料配合比为 100%－ %=%。 按此计算的 唐山学院毕业设计 7 熟料的化学成分，如表 25 所 示。 表 25 熟料的化学成分 名 称 配合比 氧化硅 氧化铝 氧化铁 氧化钙 灼烧生料 煤 灰 熟 料 100 则熟料的率值计算如下：  C CCS FAKH C    CC FASM CS   CFIM CA  由以上的结果可知 KH， IM 接近， SM 偏低。 为此根据经验统计，每增减 1%石灰石相应减增 1%粘土，约增减 KH=，则 1  X 则 X=，配比： 石灰石 %，粘土 %，煤渣 %，铁渣 %，粉煤灰 %。 此时生料的化学成分如表 26 所示。 表 26 生料的化学成分 原料 配合比 烧失量 氧化硅 氧化铝 氧化铁 氧化钙 水 石灰石 粘 土 煤 渣 铁 渣 粉煤灰 生 料 灼烧生料 煤灰掺入量 %，则灼烧生料配合比为 100%－ %=%。 按此计算的熟料的化学成分，如表 27 所示。 表 27 熟料的化学成分 名 称 配合比 氧化硅 氧化铝 氧化铁 氧化钙 灼烧生料 煤 灰 熟 料 100 唐山学院毕业设计 8 则熟料的率值计算如下：  C CCS FAKH C    CC FASM CS ＋   CFIM CA  率值符合设计的要求可按此比例生产。 计算湿物料的配合比 原料的水分为：石灰石为 %，粘土为 %，镁渣为 %，铁渣为 %则湿原料质量配合比为： 湿石灰石 = 76 .31 %10 0% 0  湿粘土 = 1 6. 3 1 %1 00 % 00  湿镁渣 = 4. 03 %100%  湿铁渣 = 3. 92%10 0% 0  将上述质量比换算成百分比 ： 湿石灰石 = 7 3 .6 8 %1 0 0%  湿粘土 = %100%  湿镁渣 = 3 .8 9 %1 0 0%  湿铁渣 = 3 .7 8 %1 0 0%  湿粉煤灰 = 2. 9 0%10 0 %  物料平衡 工厂生产能力 窑的台数的计算： 本设计采用周平衡法计算，参照石家庄冀中水泥有限公司，选用 72m 的回转窑，台时产量为 h ，本设计标定产量为 223t/台 h。 唐山学院毕业设计 9 n= 1≈9 3 4 2 2 324 5 0 0 024 1h  d 式中： n——窑的台数； dQ ——要求的熟料日产量（ t/d） 1hQ ——所选窑的标定台时产量 [t/(台 h)]。 故本设计选用 72m窑一台。 熟料周产量： wQ =168 1hQ =168223=37464(t/周 ) 水泥小时产量： 用于生产 普通硅酸盐水泥的熟料的水泥小时产量： = edp100100 = 1hQ 3100   223= (t/h) 式中： p——水泥的生产损失； d——水泥中石膏的掺入量 (%)； e——水泥中矿渣的掺入量 (%)。 水泥的小时产量： Gh = =(t/h) 水泥周产量： Gw =168Gh=168=(t/周 ) 原料消耗定额 （ 1）考虑煤灰掺入时， 1t 熟料的干生料理论消耗量： lsKT  100100 =  （ t/t 熟料） 式中： KT——干生料理论消耗量（ t/t 熟料）； l——干生料的烧失量（ %）； s——煤灰掺入量，以熟料百分数表示（ %）。 （ 2）考虑煤灰掺入时， 1t 熟料的干生料消耗定额： 生生 P100100K TK =  （ t/t 熟料） 式中： K 生 ——干生料消耗定额（ t/t 熟料）； P 生 ——生料的生产损失（ %）。 （ 3）各种干原料消耗定额： K 原 =K 生 x 式中： K 原 ——各种干原料的消耗定额（ t/t 熟料）； K 生 ——干生料消耗定额（ t/t 熟料）； x——干生料中该原料的配合比（ %）。 唐山学院毕业设计 10 K 石灰石 =K 生 x 石灰石 ==（ t/t 熟料） K 粘土 =K 生 x 粘土 ==（ t/t 熟料） K 镁渣 =K 镁渣 x 镁渣 ==（ t/t 熟料） K 粉煤灰 =K 粉煤灰 x 粉煤灰 ==（ t/t 熟料） K 铁渣 =K 生 x 铁渣 ==（ t/t 熟料） (4) 干石膏消耗定额： Kd1=)100)(100( 100 dPed d = )31 0 0() 0 0( 0 0  （ kg/kg 熟料） 式中： Kd1——干石膏的消耗定额（ kg/kg 熟料）； Pd——石膏的生产损失（ %）。 (5)干矿渣消耗定额： Ke1=)1 0 0)(1 0 0( 1 0 0 ePed e =)81 0 0() 0 0( 151 0 0  =（ kg/kg 熟料） 式中： Ke1——干矿渣的消耗定额（ kg/kg 熟料）； Pe——矿渣的生产损失（ %）。 (6)烧成用干煤消耗定额： QgDw =(QyDw +25Wy)yW100100 =(+25)  = Kf1=gDWQqfP100100 = )3100( 1003350  =（ kg/kg 熟料） 式中： Kf1——烧成用干煤消耗定额（ kg/kg 熟料）； q——熟料烧成热耗（ kg/kg 熟料）； gDWQ ——干煤低位热值（ kg/kg 熟料）； Pf——煤的生产损失（ %），一般取 3%； Q yDw——煤的应用基低位发热量（ kg/kg 熟料）； Wy——煤的 水分。 (7)湿物料消耗定额： K 湿 =0100100WK干 式中： W0——物料天然含水量（ %）； K 湿石灰石 =  =（ t/t 熟料） 唐山学院毕业设计 11 K 湿粘土 =  = （ t/t 熟料） K 镁渣 =  =（ t/t 熟料） K 铁渣 =  =（ t/t 熟料） K 湿 d= 2100  =（ t/t 熟料） K 湿 e= 20200  =（ t/t 熟料） （ 8）物料平衡表 表 28 物料平衡表 消耗定额 t/t 熟料 物料平衡表 (t) 干料 含天然水分料 干料 含天然水分料 小时 日 周 小时 日 周 石灰石 粘土 镁渣 铁渣 粉煤灰 —— —— —— —— 生料 —— —— —— —— 熟料 223 37464 —— —— —— 无水石 膏 矿渣 水泥 — —— —— —— —— 用煤 确定全厂工艺流程 全厂工艺流程的选择 1. 石灰石 与石膏和煤的破碎工艺 石灰石破碎系统有以下几种形式： ① 一段破碎系统，石灰石只经过一次破碎即能达到入磨粒度要求的选用一段破碎系统。 ② 二段破碎系统，对规模较大，矿石提供的块度也大，对选择一段破碎工艺有困难的，可采用二段破碎工艺 ［ 5］。 由于二段破碎系统占地面积大，设备投资大，噪声污染大，因此通过控制进场原料的粒度来尽可能的多采用一段破碎。 并且参考《水泥厂设计手册》，本设计石灰石破碎采用一段破碎系统，单转子反击式破碎机，其特点是流程简单，占地少，投资小。 石膏和煤采用一段破碎系统，细碎颚式破碎机。 唐山学院毕业设计 12 2. 石灰石和煤 的预均化 原料的预均化有利于稳定水泥窑入窑生料成分稳定，有利于扩大资源利用范围，有利于利用矿山夹层废石、扩大矿山使用年限，满足矿山储存及均化双重要求，节约建设资源。 煤的预均化有利于稳定入窑煤粉质量有利于扩大资源利用的范围，有利于利用低品质的煤粉。 原燃料预均化的基本原理在于 “平铺直取 ”。 即在进行原料堆放时，尽可能以最多的相互平行和上下重叠的同厚度的料层构成料堆；取料时则设法垂直于料层的方向，尽可能同时切取所有料层，依次切取，直到取尽。 预均化堆场的布置形式有矩形和圆形两种。 矩形和圆形预均化堆场的比较： （ 1） 占地面积：同样的有效储存容积，矩形堆场的占地面积比圆形堆场多30%~40%。 （ 2）需要投资：圆形堆场设备购置费较低，比距形堆场节约 25%，总投资可减少 30%~40%。 （ 3）均化效果：矩形堆场的布料比较均匀，而且可以用各种堆料方法，圆形堆场一般都用人字形或圆锥体和人字形料堆结合的方法。 由于料堆呈圆环形，内外圈相差很大，物料分布不如矩形对称和均匀。 （ 4）设备操作和维护使用：矩形堆场的堆、取料机分别对两个堆场作业，操作不方便，操作不当，容易发生事故。 圆形堆场的堆、取料机永远不用移动场地，总是一前一后 ，保持一定的距离，连续围绕中心运转。 操作简单，有利于自动控制，但由于圆形堆场的出料经中心卸料斗转运，在均化粘性物料时，要防止发生堵塞。 （ 5）企业建设扩建：矩形堆场可以根据需要和场地条件予以扩建，而圆形堆场无法在原有基础上扩大，只能另建新堆场。 经过上面的比较，本设计石灰石和煤均选择矩形预均化堆场。 3. 生料制备系统 生。