日产5000吨熟料预分解煤磨车间设计概述

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日产5000吨熟料预分解煤磨车间设计概述
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学号：
毕业设计说明书
GRADUATE DESIGN
设计题目：日产5000吨熟料的预分解
煤磨车间工艺设计
学生姓名： LLL
专业：无机非金属材料工程
年级、班： 2012级材料L班
学院：材料科学与工程学
指导教师： LLL 教授
2015年06月01日
摘要
本设计的任务是日产5000t/d水泥熟料预分解窑煤磨车间工艺设计。

水泥是社会经济发展重要的建筑材料之一，从历史乃至未来都是不可替代的重要基础材料。

在煤磨重点车间的设计中，考虑到立式磨机的发展现状和优势，选取ZGM113G型立磨作为原煤粉磨设备。

其目的就是更加深刻的熟悉立磨的工作原理，从而全面了解立磨在工作过程中出现的问题，以及解决问题的办法，最终达到节约煤粉制备过程消耗的能量，使水泥厂的利润得到有效提高。

本设计依据当今新型干法水泥生产技术的设计要求进行，主要任务是煤磨部分的工艺设计，包括新型干法水泥生产对原料、燃料的质量要求，配料方案的设计和配料计算，物料平衡计算，主辅机平衡与设备选型，储库计算和煤磨车间的工艺设计以及车间设备的画图制作。

在设计过程中，通过资料查阅，与导师同学探讨，水泥厂实习参观等方式方法，在车间设计，设备选型中仔细斟酌，使整个设计科学，合理并趋于完善。

关键词：煤磨；立磨；物料平衡
ABSTRACT
This design task is to nissan 5000 t/d cement precalcining kiln coal grinding workshop process design. Cement is one of the social economy development important building material, from the history and future, is irreplaceable important basis material. In the design of coal mill key workshop, considering the current situation of the development of vertical mill and advantage, choose ZGM113G type as the original coal grinding equipment. Its purpose is to more deeply familiar with the working principle of the roller mill to fully understand the problem of roller mill in the working process, as well as the solution to the problem, finally achieve energy saving coal preparation process, the cement plant, effectively improve the profits. This design on the basis of today's design requirements of NSP cement production technology, main task is to the process design of the coal mill parts including the NSP cement production quality requirements of raw materials, fuel, dosing and solutions in the design and calculation of material balance calculation, the main auxiliary balance and equipment type selection, repository preheater process of calculation and design. In the design process, through the references, and mentor students to explore, cement plant practice visit methods, such as in the workshop design, equipment selection of carefully, make whole design science, reasonable perfect.
Key words: coal mill; Vertical mill; Material balance
目录
TOC \o "1-3" \h \z \u HYPERLINK \l "_Toc453488055" 摘要PAGEREF _Toc453488055 \h I
HYPERLINK \l "_Toc453488056" ABSTRACT PAGEREF _Toc453488056 \h II HYPERLINK \l "_Toc453488057" 第一章绪论PAGEREF _Toc453488057 \h 1
HYPERLINK \l "_Toc453488058" 1.1 引言 PAGEREF _Toc453488058 \h 1 HYPERLINK \l "_Toc453488059" 1.1.1 全球范围内水泥市场的现状及发展前景PAGEREF _Toc453488059 \h 1
HYPERLINK \l "_Toc453488060" 1.1.2 中国水泥行业发展趋势概况PAGEREF _Toc453488060 \h 1
HYPERLINK \l "_Toc453488061" 1.1.3 新型干法生产技术PAGEREF _Toc453488061 \h 2
HYPERLINK \l "_Toc453488062" 1.2 本设计的范围与要求PAGEREF _Toc453488062 \h 3
HYPERLINK \l "_Toc453488063" 第二章建厂基本资料PAGEREF
_Toc453488063 \h 5
HYPERLINK \l "_Toc453488064" 2.1 设计题目PAGEREF _Toc453488064 \h 5
HYPERLINK \l "_Toc453488065" 2.2 建厂条件PAGEREF _Toc453488065 \h 5
HYPERLINK \l "_Toc453488066" 2.2.1建厂地点及自然条件PAGEREF _Toc453488066 \h 5
HYPERLINK \l "_Toc453488067" 2.2.2主要建厂条件PAGEREF
_Toc453488067 \h 5
HYPERLINK \l "_Toc453488068" 2.3原始资料数据PAGEREF
_Toc453488068 \h 6
HYPERLINK \l "_Toc453488069" 2.3.1原、燃料的化学组成PAGEREF _Toc453488069 \h 6
HYPERLINK \l "_Toc453488070" 2.3.2原、燃料水分PAGEREF
_Toc453488070 \h 6
HYPERLINK \l "_Toc453488071" 2.3.3烟煤的工业数据分析PAGEREF _Toc453488071 \h 6
HYPERLINK \l "_Toc453488072" 第三章工艺平衡计算PAGEREF
_Toc453488072 \h 7
HYPERLINK \l "_Toc453488073" 3.1 配料计算PAGEREF _Toc453488073 \h 7
HYPERLINK \l "_Toc453488074" 3.1.1煤灰掺入量PAGEREF
_Toc453488074 \h 7
HYPERLINK \l "_Toc453488075" 3.1.2选择熟料率值PAGEREF
_Toc453488075 \h 8
HYPERLINK \l "_Toc453488076" 3.1.3生料的组分PAGEREF
_Toc453488076 \h 10
HYPERLINK \l "_Toc453488077" 3.2 全厂物料平衡PAGEREF
_Toc453488077 \h 11
HYPERLINK \l "_Toc453488078" 3.2.1 窑的选型 PAGEREF _Toc453488078 \h 11
HYPERLINK \l "_Toc453488079" 3.2.2 产量标定 PAGEREF _Toc453488079 \h 12
HYPERLINK \l "_Toc453488080" 3.2.3 烧成车间生产能力和工厂生产能力的计算PAGEREF _Toc453488080 \h 12
HYPERLINK \l "_Toc453488081" 3.3 原、燃材料消耗定额的计算PAGEREF _Toc453488081 \h 15
HYPERLINK \l "_Toc453488082" 3.3.1原料消耗定额PAGEREF
_Toc453488082 \h 15
HYPERLINK \l "_Toc453488083" 3.3.2石膏消耗定额PAGEREF
_Toc453488083 \h 16
HYPERLINK \l "_Toc453488084" 3.3.3混合材消耗定额PAGEREF
_Toc453488084 \h 16
HYPERLINK \l "_Toc453488085" 3.3.4烧成用煤消耗定额PAGEREF _Toc453488085 \h 17
HYPERLINK \l "_Toc453488086" 3.3.5 烘干用煤消耗定额PAGEREF _Toc453488086 \h 18
HYPERLINK \l "_Toc453488087" 第四章工艺设备的选型及计算PAGEREF _Toc453488087 \h 20
HYPERLINK \l "_Toc453488088" 4.1全厂主机平衡计算PAGEREF
_Toc453488088 \h 20
HYPERLINK \l "_Toc453488089" 4.1.1相关车间主机年利用率设定及工作班制安排PAGEREF _Toc453488089 \h 20
HYPERLINK \l "_Toc453488090" 4.1.2 主机选型 PAGEREF _Toc453488090 \h 21
HYPERLINK \l "_Toc453488091" 4.2堆场与储库计算选型PAGEREF _Toc453488091 \h 26
HYPERLINK \l "_Toc453488092" 4.2.1堆场（棚）的选型设计PAGEREF _Toc453488092 \h 27
HYPERLINK \l "_Toc453488093" 4.2.2储库的选型计算PAGEREF
_Toc453488093 \h 32
HYPERLINK \l "_Toc453488094" 4.3 全厂生产工艺流程 PAGEREF
_Toc453488094 \h 37
HYPERLINK \l "_Toc453488095" 第五章煤磨车间工艺设计PAGEREF _Toc453488095 \h 38
HYPERLINK \l "_Toc453488096" 5.1 设计内容简介PAGEREF
_Toc453488096 \h 38
HYPERLINK \l "_Toc453488097" 5.1.1煤磨车间设计的发展趋势PAGEREF _Toc453488097 \h 38
HYPERLINK \l "_Toc453488098" 5.1.2车间工艺流程的选择PAGEREF _Toc453488098 \h 38
HYPERLINK \l "_Toc453488099" 5.1.3立式磨磨制煤粉的工艺流程PAGEREF _Toc453488099 \h 40
HYPERLINK \l "_Toc453488100" 5.2 计算条件和依据PAGEREF
_Toc453488100 \h 44
HYPERLINK \l "_Toc453488101" 5.2.1用煤量计算PAGEREF
_Toc453488101 \h 44
HYPERLINK \l "_Toc453488102" 5.2.2 立式磨的选型计算PAGEREF _Toc453488102 \h 45
HYPERLINK \l "_Toc453488103" 5.3煤粉制备车间热工计算PAGEREF _Toc453488103 \h 45
HYPERLINK \l "_Toc453488104" 5.3.1计算辊式磨气体量和热平衡的基本条件PAGEREF _Toc453488104 \h 45
HYPERLINK \l "_Toc453488105" 5.3.2热平衡计算PAGEREF
_Toc453488105 \h 46
HYPERLINK \l "_Toc453488106" 5.4储煤仓和计量设备的选择PAGEREF _Toc453488106 \h 50
HYPERLINK \l "_Toc453488107" 5.4.1储煤仓的选择PAGEREF
_Toc453488107 \h 50
HYPERLINK \l "_Toc453488108" 5.4.2计量设备的选择PAGEREF
_Toc453488108 \h 51
HYPERLINK \l "_Toc453488109" 5.5附属设备选型PAGEREF
_Toc453488109 \h 51
HYPERLINK \l "_Toc453488110" 5.5.1收尘设备选型PAGEREF
_Toc453488110 \h 51
HYPERLINK \l "_Toc453488111" 5.5.2选用螺旋输送机PAGEREF
_Toc453488111 \h 52
HYPERLINK \l "_Toc453488112" 5.5.3风机设备的选型PAGEREF
_Toc453488112 \h 53
HYPERLINK \l "_Toc453488113" 第六章总平面布置图说明PAGEREF _Toc453488113 \h 54
HYPERLINK \l "_Toc453488114" 6.1总平面布置的设计程序PAGEREF _Toc453488114 \h 54
HYPERLINK \l "_Toc453488115" 6.2总平面布置的基本原则：PAGEREF _Toc453488115 \h 54
HYPERLINK \l "_Toc453488116" 结论 PAGEREF _Toc453488116 \h 56 HYPERLINK \l "_Toc453488117" 参考资料PAGEREF _Toc453488117 \h 57
HYPERLINK \l "_Toc453488118" 致谢 PAGEREF _Toc453488118 \h 59
第一章绪论
1.1 引言
1.1.1 全球范围内水泥市场的现状及发展前景
在全世界，水泥行业都被称为建筑业的基础。

它的价格不高，但是它在全球的建筑业中占据着不可替代的地位，在建筑成本中占有很重要的份额。

目前，水泥工业己具有很多全球化特征。

全球水泥工业预计每年增长
3％，目前随着水泥消费量以接近世界经济发展的速度稳定增长。

从水泥消费量看，中国名列第一，印度及美国紧随其后。

可以说水泥在发展中国家还是早期产业，而在发达国家的发展则是具有一定周期性的。

现在，水泥工业关注的焦点除了环境和可持续发展问题，还有新形市场同样也引起国内大企业集团的关注。

通常人们认为新形市场是位于中东/北非、亚洲、拉美及东欧地区，还有非洲的部分地区。

1.1.2 中国水泥行业发展趋势概况
水泥是国民经济建设的重要基础原材料，其产值约占建材工业的40％。

改革开放以来，随着经济建设规模的扩大，我国水泥工业快速发展，从1985年开始我国水泥产量已连续24年居世界第1位，目前产量占世界总产量的近50%左右。

水泥工业的快速发展，基本满足了国民经济持续快速发展和大规模经济建需要。

目前，我国是全球在过去10年发展最快的水泥市场，今后几年内，在中国新建的水泥厂将多于世界其他地区新建水泥厂的总和。

中国作为世界最大的水泥市场，有着巨大的投资空间。

随着中国新型干法水泥工艺的不断成熟，中国将有大型水泥企业进入世界水泥十强。

统计显示，中国水泥实物产量从1985年起已经连续18年位居世界第一，产量巨大。

但由于我国水泥工业结够不合理，普遍存在着质量差别大，能源消耗严重，劳动生产率低等问题，以至于在较长时期一些国家和水泥界同行对中国水泥从产量居世界第一位不予认可，主要是由于中国水泥高质量所占的比例太少了，但这个现状如今仍在回趋以观。

进几年，中国水泥工业出现了两个值得世界上所有人士关注的显著变化：一是中国水泥工艺与装备制造技术已经完全成熟，并且这些关键设备的技术已经达到国际先进水平。

二是中国水泥工业进入了快速调整期，伴随着技术水平的成熟，中国国内水泥的投资成本已大幅度降低，新建的生产线相对有的老厂具有极大的竞争力。

中国水泥工业的发展已经进入结构全面调整新阶段，且处于国际国内环境既有益端，又有弊端，不过中国水泥行业应当抓住其益端发展自己，加强调控，加强规划引导，以市场为导向，继续发展新型干分解法预分解窑水泥，通过先进工艺的发展带动落后工艺的淘汰，不断优化水泥工业技术结构和企业结构，我深信在不久的将来，中国水泥依然是耀眼的工业之一。

1.1.3 新型干法生产技术
窑外分解窑或称预分解窑，是一种能显著增加水泥回转窑产量的煅烧工艺设备。

其主要特点是把大量吸热的碳酸钙分解反应从窑内传热速率较低的区域移到悬浮预热器于窑之间的特殊煅烧炉（分解炉）中进行。

生料颗粒分散在煅烧炉中，处于悬浮或煅烧状态，以最小的温度差，在燃料燃烧的同时，进行高速传热过程，使生料迅速发生分解反应。

入窑生料的碳酸钙表观分解率，可从
原来悬浮预热器的40-50%提高到85-95%，从而大大减轻了回转窑的热负荷，使回转窑的生产能力成倍的增加。

新型干法窑主要包括五六十年代出现的立筒预热器窑、旋风预热器窑和70年代开发成功的预分解窑三种类型。

立筒和旋风预热器窑日产熟料能力一般不超过1000t，国内较多为180-600t，每千克熟料热耗为3971kJ-5016kJ左右。

90年代以来这两种窑型的发展已趋缓慢。

预分解窑能适应大型化要求，国外已有几条日产熟料能力9000t及以上的预分解窑，每千克熟料热耗在2926kJ以下，水泥综合电耗低于100kWh。

由于预分解窑体现了当代水泥工业的最高技术与经济水平，80年代以来在国内外得到快速发展并不断创新，成为新型干法窑的代表。

在“十五”期间，安徽海螺集团已建设2条日产8000t-10000t的熟料生产线，技术装备大多由国内开发。

这预示我国新型干法窑即将跨入世界先进水平。

分析其主要原因如下：
（1）生产工艺的先进性
（2）产品质量及对使用的影响
（3）水泥的综合能耗
（4）对环境的影响
由此可以看出新型干法生产工艺具有多方面的优势，是水泥工业的发展方向。

1.2 本设计的范围与要求
水泥工厂的设计是一项复杂的系统工程，涉及专业多，知识面广，生产又具有连续化，各环节相互制约，故设计时，需考虑到生产技术配套设备等的选择，要选择最佳方案，统筹安排。

尽量选取国内先进的工艺和设备，力求做到工艺先进，流程顺畅，设备选型合理，技术指标先进可行。

毕业设计是工艺专业的学生在学完全部课程后，模拟工艺设计的基本内容而进行的一次实际的训练。

它有助于培养学生综合运用学科基本理论、基本技能和专业知识，结合生产实际，提高分析和解决问题的能力，它有助于培养学生理论关联实际，注重
调查研究的良好作风，提高查阅文件资料，处理数据和识图、绘图技术水平，为今后的学习和工作打下良好的基础。

新型干法工艺是当代最具现代化、规模化的水泥生产方式，已被世界各国普遍采用，成为水泥生产技术的主流。

通过技术攻关和科技创新，我国相继完成了700～5000t/d的国产化装备系列生产线的设计。

通过不断技术创新，新型干法水泥工艺技术和装备的开发已形成1000～8000t/d生产线系列，10000t/d 的新型干法水泥生产线也已建成，我国的水泥生产已迈入新时代。

我国已经成为名副其实的水泥生产大国，但总体水平不高，不仍需要在减少资源浪费和环境污染上下大功夫，以保证水泥行业的可持续发展。

由此看来，走一条科技含量高，经济效益好，资源能源消耗低，环境污染少，人力资源优势得到充分发挥的新型工业化道路，才是我们水泥行业必行的。

因此我们要大力发展技术最先进，装备最精良，大型化的新型干法窑，并综合考虑经济、效益，优化生产和在资源、市场及运输条件允许下，大力投产建设5000t/d及大于5000t/d熟料生产线，创造低能耗高效益，实现水泥行业的可持续发展。

我们必须改变不适宜的传统观念，用新的思维，谋求跨越式发展。

以现代管理理念，增强质量和竞争意识，以勇于创新的精神和科学务实的态度，不断开发新工艺，新设备，加快水泥结构调整步伐，全面提高水泥生产水平。

因此，结合实际情况，本设计为5000t/d水泥熟料预分解窑煤磨设计，设计题目是煤磨系统的工艺设计，即从煤堆棚，然后经煤磨粉磨制备成煤粉，以满足窑头窑尾烧成对煤粉的要求。

第二章建厂基本资料
2.1 设计题目
日产5000t/d水泥熟料预分解窑煤磨车间工艺设计
2.2 建厂条件
2.2.1建厂地点及自然条件
(1) 地点：河北省；
(2) 厂区地形：平坦，地上无建筑物；
(3) 气温：最高30.8ºC；最低-11.5ºC；月平均最高28.2ºC；最低-2.6ºC；
(4) 降雨量：年总降雨量700㎜；最大日降雨量156.4㎜；
(5) 风频：主导风向：东南；平均风速：1.8m/s；
(6) 地耐力200kpa
2.2.2主要建厂条件
(1)交通运输条件：离铁路干线较近、公路交通方便；
(2)原材料：石灰石：矿山距厂区2.0km，储量丰富，成分稳定；
砂岩：矿山距厂区3km，储量丰富，成分稳定；
铁粉：某矿场
石膏：某矿场
矿渣：某矿场
烟煤：某煤矿厂；
(3)水源：充足；
(4)电源：充足，可稳定供电。

2.3原始资料数据
2.3.1原、燃料的化学组成
原料及煤灰的化学组成如表2-1所示；
表2-1 原料及煤灰的化学组成
2.3.2原、燃料水分
煤的工业分析如表2-2所示；
表2-2 煤的工业分析
2.3.3烟煤的工业数据分析
物料的水分如表2-3所示；
表2-3 物料的水分
第三章工艺平衡计算
3.1 配料计算
水泥的质量和性能取决于熟料的矿物组成，而熟料的性能和矿物组成取决于熟料的组成成分，熟料的成分又与生料的成分有着密切相关。

根据水泥品种、原燃料品质、工厂具体条件等选择合理的熟料矿物组成或率值，并由此计算所用原料的配合比，称为生物配料，简称配料。

因此，生料组分是水泥生产的关键。

一种天然生料成分很难满足需要，必须将各种原料按一定比例进行混合，才能满足煅烧生料成分的要求。

因此配料的合理性是水泥生料制备的主要保障，是保证熟料质量和水泥产品质量的前提。

3.1.1煤灰掺入量
则熟料中煤灰掺入量为：
GA=qAySQdw y×100=3000×19.5023864×100×100% （3-1）
=2.45%
式中：GA－熟料中煤灰的掺入量，% ；
q－单位熟料的烧成热耗，取为3000kJ/kg熟料；
Qdwy－煤的应用基低位热值 kJ/kg煤；
Ay－煤的应用基灰分 %；
S－煤灰沉落率，由于本设计采用预分解窑，无电收尘时，煤灰沉落率为90%左右；有电收尘时，煤灰沉落率为100%；本设计取S=100%。

3.1.2选择熟料率值
水泥生产中为使熟料顺利生成，又要保证熟料的质量，保持组成的稳定，应同时控制三个率值。

石灰饱和系数KH、硅率SM、铝率IM这三个率值关系着熟料质量，也关系着烧成时的热工制度和烧成操作，因而成为生产控制的中心环节，生料配料控制的目的就是保证这三个率值符合产品质量要求。

石灰饱和系数KH高，熟料矿物中C3S就多，C2S少，水泥强度高，而烧成较困难；KH 低，则水泥早期强度偏低，烧成温度也较低。

硅率SM过高烧成时液相少，烧成
困难；过低则因为硅酸盐矿物少而影响水泥强度，且易结大块和结圈而影响操作。

铝率IM关系着熟料水化速度的快慢，又关系着液相粘度而影响烧成操作表列出了不同窑型的硅酸盐水泥熟料的各率值范围，表3-1、3-2为部分生产厂家的熟料率值。

表3-1 硅酸盐水泥熟料各率值范围
表3-2 部分生产厂家的熟料率值
因此确定熟料的率值为：
KH = 0.89±0.01 SM = 2.50±0.10 IM = 1.50±0.10
根据熟料率值，估算熟料化学成分：Σ=97
Fe2O3=Σ(2.8KH+1)(IM+1)SM+2.6IM+1.35 （3-2）
=3.30
Al2O3=IM×Fe2O3
（3-3）
=1.5×3.30=5.28
SiO2=SM(Al2O3+Fe2O3) （3-4）
=2.6×(5.28+3.30)=22.31
CaO=Σ-(SiO2+Al2O3+Fe2O3) （3-5）
=97－(22.31+5.28+3.30) =66.11
其他=3
以100kg熟料为基准，递减试凑计算如表3-3。

表3-3 递减试凑表
合计（白生料）=121.5+9.3+4.1+14.2
=149.1kg/100kg
生料的干原料配合比：
干石灰石=121.5/149.1×100%=81.49%
干砂岩=14.2/149.1×100%=9.52%
干粘土=9.3/149.1×100%=1.22%
干铁粉=4.1/149.1×100%=2.75%
根据原料配合比验证率值，列生料熟料化学成分如表3-4。

表3-4生料熟料化学成分表
计算熟料率值：KH=0.900、SM=2.631、IM=1.570。

在误差允许范围内，设计符合要求。

3.1.3生料的组分
生料组分如表3-5所示
表3-5 生料的组分
2. 熟料矿物的组分
IM>0.64 C3S=3.8(3KH-2)SiO2 （3-6）
=3.8×(3×0.9-2) ×22.65%=60.25%
C2S=8.61(1-KH)SiO2=19.5% （3-7）
C3A=2.65(A-0.64F)=8.26% （3-8）
C4AF=3.04FeO3=10.18% （3-9）
3.2 全厂物料平衡
物料平衡计算以窑的熟料产量为基准，根据要的台数计算出工厂每天、每小时、的熟料产量，并按窑的年利用率计算出窑的年产量。

其它各种物料的每小时、每天和每周、每年的需要量，均按各该物料的单位熟料消耗定额进行计算，生产物料损失均按3%计算。

3.2.1 窑的选型
G=K1D1.5L （3-10）
G=K2D2.52L0.762 （3-11）
G —窑每小时产量，t/h
K1 —系数等于0.230
K2 —系数等于0.114
D —窑的内径
L —窑的长度
由公式（3-10），（3-11）解之得D=5.4m，L=73m，
Di=D-2δ （3-12）
=5.4-0.2×2=5m
3.2.2 产量标定
G1=1.5564 Di3.0762=219.93（t/h）（3-13）
G2=0.2725D2.6801L0.48912=204（t/h）（3-14）G3=0.7742D3.46281=266.07（t/h）（3-15）
G4=0.3374Di2.5185L0.51861=201.15（t/h）（3-16）（G1 +G2 +G3 +G4）/4=222.79（t/h）（3-17）3.2.3 烧成车间生产能力和工厂生产能力的计算
3.2.3.1窑的台数
n=Qd24aQhl=500024×222.79 =1 （3-18）式中 n——窑的台数；
Qd——要求的熟料日产量，t/d；
Qh1——所选窑的标定台时产量， t /台h；
24——每日小时数。

3.2.3.2 计算烧成系统的生产能力
熟料小时产量: Qh=222.79（t/h）
熟料日产量: Qd=24Qh=5347（t/d）
熟料周产量: Qw=7 Qd=7×5347=37429（t/w）
3.2.3.3 计算水泥的生产能力
1水泥中石膏的掺入量
石膏是水泥中不可缺少的一种成分，虽然含量不高，适量石膏不仅可以调节凝结时间，同时还能提高早期强度，降低干缩变形，改善耐腐蚀性、抗冻性、抗渗性等一系例性能。

当掺量少于1.3﹪时，石膏还不能阻止快凝;只有将掺量进一步增加，石膏才有明显的缓凝作用，但在掺量超过2.5﹪左右以后，凝结时间的增长很少。

更要注意的是，当石膏掺量增加过多时，不但对缓凝作用帮助不大，而且还会在后期继续形成钙钒石，产生膨胀应力，从而使浆体强度减弱，发展严重的还会造成安定性不良的后果。

我国生产的水泥一般波动于=1.5-2.5﹪间。

1）42.5Ⅱ型硅酸盐水泥掺量的计算
凡由硅酸盐水泥熟料，少量混合材料（6--15%），适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为普通硅酸盐水泥（简称普通水泥）。

普通水泥拥有早期强度高，凝结硬化快，抗冻性好等优点；同时也存在水化热较高，抗水性差等缺点；．一般适应于地上工程和不受侵蚀作用的地下工程、不受水压作用的工程、无腐蚀水中的受冻工程、早期强度要求较高的工程等。

石膏掺量以经验公式计算：
据南化公式：SO3%=0.20+0.05-（0.2or0.3) （3-19）这里取0.2×8.26%+0.05×10.18%－0.2=2.1%
原料石膏中SO3含量为42.01%，所以石膏掺入量为：
2.142.01×100%=5%
水泥中SO3总量为
SO3%=5×42.01+CaSO4=2.431<2.5
即42.5Ⅱ型硅酸盐水泥中石膏为5%。

2）42.5矿渣硅酸盐水泥掺量的计算
凡由硅酸盐水泥熟料和粒化高炉矿渣适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料
称为矿渣硅酸盐水泥（简称矿渣水泥）。

矿渣水泥的优点有几点： = 1 \* GB3 ①对磷酸盐类侵蚀的抵抗能力及抗水性较好； = 2 \* GB3 ②耐热性好； = 3 \* GB3 ③水化热低； = 4 \* GB3 ④在蒸汽养护中强度发展较快； = 5 \*
GB3 ⑤在潮湿环境中后期强度增进率较大。

矿渣水泥的最大缺点是早期强度比
普通水泥低，一般可用于对早期强度要求高的工程和低温环境中施工而无保温
措施的工程。

水泥中粒化高炉矿渣掺加量按质量百分比计为20-70%，初定掺入25%的粒
化高炉矿渣体为混合材料P·S的生产过程与PO相同，粒化矿渣烘干后与硅酸
盐水泥熟料、石膏按一定比例送入磨内共同分明，粉磨。

石膏掺入量为5%。

d=0.2C3A+0.05C4AF-SO3(熟料中)SO3（石膏中）×100% （3-20）
=0.2×8.25+0.05×10.18-0.02742.01×100%=5%
即42.5矿渣硅酸盐水泥中石膏为5%。

生产水泥熟料5347吨，42.5Ⅱ型硅酸盐水泥占30%，其中矿渣掺量5%；
42.5矿渣硅酸盐水泥，其中矿渣掺量30%。

设总共生产水泥x吨，42.5Ⅱ型硅酸盐水泥用熟料y吨，则42.5矿渣水泥
用熟料（5000-y）吨。

由石膏掺入量取5%，列方程：
30%x(1-5%-5%) =y （3-21）
70%x(1-30%-5%)=5347-y （3-22）
解方程组得：x=7375吨，y=1991吨。

即总共生产水泥7325吨水泥，其中
生产42.5Ⅱ型硅酸盐水泥用熟料1991吨，占37.2%；42.5矿渣水泥用熟料
3356吨，占62.8%。

其中，42.5Ⅱ型硅酸盐水泥：
水泥小时产量: Gh=100-p100-d-e1× Qh×37.2%=89.32(t/h)
（3-23）
水泥日产量: Gd=24×Gh=2144（t/d）
（3-24）
水泥周产量: Gw=168×Gh=15006（t/w）
（3-25）
42.5矿渣水泥：
水泥小时产量: Gh=100-p100-d-e2×Qh×62.8%=208.79 （3-26）
水泥日产量: Gd=24×Gh=5011（t/d）
（3-27）
水泥周产量: Gw=168×Gh=35077（t/w）
（3-28）
式中 d——水泥中石膏的掺入量，取5%；
e1——42.5Ⅱ型硅酸盐水泥中矿渣的掺入量，取5%；
e2——42.5矿渣硅酸盐水泥中矿渣的掺入量，取30%；
p——水泥的生产损失，可取为3%～5%，取3%。

3.3 原、燃材料消耗定额的计算
3.3.1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：
KT=100-S100-I （3-29）
=100-2.45100-35.04=1.50
式中 KT——干生料理论消耗量，t/t熟料；
I——干生料的烧失量，%；
S——煤灰掺入量，以熟料百分数表示，%。

2. 考虑生产损失时，1t熟料的干生料消耗定额：
K生=100KT100-P生=100×1.50100-3=1.546 （3-30）
式中 KT——干生料消耗量，t/t熟料；
P生——生料的生产损失，一般3～5%，取3%。

3.各种干原料消耗定额：
K原=K生x
式中 K原——某种干原料的消耗定额，t/t熟料；
x——干生料中该原料的配合比，%。

则 K石灰石=K生×81.49%=1.546×81.49%=1.260(t/tsh)
K黏土=K生×6.24%=1.546×6.24%=0.096(t/tsh)
K铁粉=K生×2.75%=1.546×2.75%=0.043(t/tsh)
K砂岩=K生×9.52%=1.546×2.43%=0.147(t/tsh)
4. 含天然水分的湿物料消耗定额：
K湿=100K干100-w0 （3-31）
式中 K湿、K干——分别表示湿物料、干物料消耗定额，t/tsh；
w0——该湿物料的天然水分，%.
则 K石灰石，湿=100×1.260100-1 =1.273（t/tsh）
K黏土，湿=100×0.096100-13=0.110（t/tsh）
K铁粉，湿=100×0.043100-9.5=0.047（t/tsh）
3.3.2石膏消耗定额
1. 干石膏消耗定额
Kd =d1100-d1-e1×37.2%100%-3%+5100-5-30×62.8%100%-3% （3-32）
=5100-5-5×37.2%100%-3%+5100-5-30×62.8%100%-3% =0.071(t/tsh)
式中 Kd——干石膏消耗定额，t/tsh；
d——分别表示水泥中石膏的掺入量，%；
e——分别表示水泥中混合材的掺入量，%； e1=5% ，e2=30%
2. 换算为湿石膏消耗定额
Kd，湿 =100Kd100-w0=100×0.071100-3 =0.073(t/tsh) （3-33）
3.3.3混合材消耗定额
1. 干矿渣消耗定额
Ke=e1100-d1-e1×37.2%100%-3%+e2100-d2-e2×62.8%100%-3% （3-34）
= 5100-5-5×37.2%100%-3%+30100-5-30×62.8%100%-3%
=0.320(t/tsh)
式中 Ke——干混合材消耗定额，t/tsh。

2. 换算为湿矿渣消耗定额
Ke，湿 =100Ke100-w0 =100×0.320100-22 =0.41（t/tsh）
（3-36）
3.3.4烧成用煤消耗定额
1烧成用干煤消耗定额：
Qdwg =Qdwy+25wy=100100-Wy （3-37）
=（23864+25×4.76）×100100-4.76=25182（kJ/kg干煤）
Kf1 = 100qQdwg（100-Pf）= 100×300025182（100-3） = 0.123
（t/tsh）（3-38）
式中 Kf1——烧成用干煤消耗定额，t/tsh；
Q——熟料烧成热耗，kJ/kgsh；
——干煤低位热值，kJ/kg干煤；
——煤的生产损失，一般取3%。

2换算为湿煤
（3-39）
3.3.5 烘干用煤消耗定额
1烘干用干煤消耗定额：
Kf2=Ke，误=w1-w2100-w1×q烘Qdwg×100100%-pf （3-40）
=0.410×22-1100-1×4750100-1×100100-3=0.017（t/tsh）
式中 Kf2——烘干用干煤消耗定额，t/t熟料；
Ke，湿——湿矿渣消耗定额；
w1、w2——分别表示烘干前、后物料的含水量，%；
q烘——蒸发1Kg水分的耗热量，kJ/kg水分，由于采用中卸烘干磨，石灰石、砂岩、粉煤灰、铁粉都无需另外烘干，石膏、煤也可以考虑充分利用窑尾废气余热烘干，所以，只需烘干矿渣。

参考烘干机热工指标，对于矿渣，q烘为4750。

2 换算为湿煤
（3-40）
将各种物料消耗定额乘以烧成系统生产能力，可求出各种物料的需要量。

计算结果汇总成物料平衡表见表3-6：
表3-6物料平衡表
第四章工艺设备的选型及计算
4.1全厂主机平衡计算
工艺设备的选型和计算也是工厂设计的重要组成部分之一。

工艺设备按照性质可分为机械设备和热工设备，按照用途又可分为主要设备和辅助设备。

水泥厂的主机包括回转窑、石灰石破碎机、生料磨、水泥磨、煤磨、烘干机、包装机，主机设备的选型计算称为主机平衡。

主机平衡即在物料平衡计算和选定车间工作制度的基础上，计算各车间主机要求的生产能力，为选定各车间主机型号、规格和数量提供依据。

工艺设备选型和计算的任务是：根据配方、生产性质、产量大小和工艺流程选择设备的型式，然后确定设备的规格大小，最后根据各工序的加工量和设备的生产能力进行计算，确定所需设备台数。

4.1.1相关车间主机年利用率设定及工作班制安排
本设计采用周平衡法：根据车间工作制度，定出主机每周运转小时数，并根据物料周平衡量，求出该主机要求的小时产量。

计算公式为：
GH=GWH （4-1）
式中 GH——要求主机的小时产量，t/h；
——物料周平衡量，t/周；
H——主机每周运转小时数，见表4-1。

表4-1 水泥厂主机周转小时数
注：1、每日运转时间为24h者，按每日三班，每班8h计算；
每日运转为22h者，是按扣除每班检修时间2h计算。

2、生产班制一栏，每班6～7h是指主机运转小时数，已扣除每班检修时间1～2h。

4.1.2 主机选型
4.1.2.1 破碎机选型
进入工厂的天然矿物原料，一般具有较大的块度（如石灰石、石膏、粘土等），需对其进行破碎，以适应下一道工序对物料粒度的要求。

1.石灰石破碎机
GH=GWH=464666 =721.91(t/h) （4-2）
生产班制：每周工作6d，每天2班，每班5.5h。

根据产量要求，选择PCF2022单段锤式破碎机，台时产量800t/h。

转子转速300r/min，转子尺寸：2018×227mm，转子重：35.875t，最大进料粒度：100×1000×1500mm，出料粒度：≤75mm 占90% 。