日产3000吨水泥熟料窑尾预热器与分解炉系统设计

1前言
1.1水泥产业发展概述
我国是水泥生产大国，水泥工业是我国国民经济建设的重要基础材料产业，在国民经济可持续发展中具有举足轻重的地位。

随着现代化建设的持续、稳定发展，我国水泥工业正面临着更好更快地发展、完善自身、节能环保的重任[1]。

水泥生产过程中，最重要的工艺环节是将化学成分合格的生料煅烧成既定矿物组成的熟料的过程[2]。

此过程所使用的设备包括旋风筒预热器、分解炉、回转窑和篦冷机等，这些设备即为构成窑尾系统的主要设备。

伴随着水泥工业生产技术的发展，熟料煅烧设备经历了立窑、干法中空窑、湿法窑、立波尔窑、预热器窑以及预分解窑的变化。

对于水泥工业窑炉，国内外主要研究机构均依据水泥熟料形成热、动力学机制，研究水泥窑炉工艺过程，并对各设备子系统工作机理和料气运动、换热规律进行探讨[3]。

通过建立单级和多级粉体悬浮热交换器热力学理论模型和分解炉系统热稳定性理论模型，建立全系统的热效率模型，系统研究了悬浮预热器和分解炉的热效率及其影响因素、悬浮预热器系统特性组合流程、流场、温度场、浓度场的合理分布和碳酸盐分解及固液相反应动力学特性，并以此为理论指导，开发出新型干法水泥熟料生产技术装备[4]。

1.2国内外研究现状
天津水泥工业设计研究院有限公司开发的TDF分解炉，具有三喷腾和碰顶效应、湍流回流作用强、固气停留时间比大、温度场及浓度场均匀、物料分散及换热效果好、阻力系数低等特点[5]。

交叉料流型预分解法在保证全系统固气比不变的前提下，可使每级预热器单体的固气比提高，从而提高系统的热效率。

采用这种生产方法可提高生料入窑分解率，降低预热器出口气体温度及分解炉操作温度[6]。

整个系统在相对低温下操作可以减少钾、钠、氯盐及一些低熔点矿物形成，有利于系统稳定操作，减少预热器及分解炉结皮堵塞。

如西安建筑科技大学徐德龙院士团队发明的悬浮态高固气比预热分解技术[7]。

以Prepol和Pyro⁃clon型炉[8]为代表的管道式分解炉，主要依靠“悬浮效应”加强气固换热，炉内湍流强度较小，一般以增大炉容为主要措施，保证分解炉的功效发挥，故其单位容积热负荷及单位容积产量相对其他炉型来说，都是比较小的。

三菱公司设计的N一MFC预分解系统所用的旋风筒则采用了出口内筒加装导向叶片的方式，以减少循环气体量，从而在不降低收尘效率的前提下降低旋风筒阻力损失。

由于采用了这种低阻旋风筒，其五级旋风预热器的阻力损失相当于或略低于四级旋风预热器的水平[9]。

南京化工学院近年来开发的SWP 喷旋预热器是通过轴流取代折流而使阻力损失降至普通旋风筒的三分之一左右。

采用半椭圆截面结构，利用旋流板产生气流旋转，并通过加装弧形挡板使旋流空间与沉料空间分开。

宇部型旋风筒的出风内筒呈靴形结构，在其进口装设导流板，从而使循环气流量及“缩流”减少，大大降低了旋风筒阻力损失[10]。

天津水泥工业设计研究院在燕山水泥厂窑尾系统采用类似结构的旋风筒，使五级筒和分解炉全系统的阻力损失低于4500Pa ，达到了比较优异的指标。

神户制钢公司的KoLBoc 筒为例，加装导向叶片，使旋风筒阻力损失降低了近30%，并且能适当改善分离效果[11]。

为了降低阻力损失，川崎型旋风筒采用一种顶部呈锥形、进口按一定水平角倾斜下降的结构，其阻力损失仅为洪堡型旋风筒的65%左右，分离效率可以满足作为中间级旋风筒的要求[12]。

我国新型干法技术的发展已经处于比较完善的时期，但国产装备的能耗、控制水平、运转率及可靠性仍有待提高。

结合我国国情来看，水泥工业无疑是重污染行业。

2013年，河北省因雾霾问题压减了钢铁、水泥、玻璃等工业的产量。

所以，水泥行业务必朝着节能减排的方向发展，加快产业结构调整步伐，大力推广新型干法水泥生产工艺的节能技术。

1.3本次设计的内容及特点
本次毕业设计的内容，是依据给定的建厂条件，设计日产3000吨水泥熟料的水泥厂。

水泥生产工艺设计是工厂建设的基础，是设计是工厂设计的主要环节，是决定全局的关键。

本次毕业设计的有以下几个任务：
第一，参照同类型厂家进行数据的选择，包括适当的率值，热耗，进行配料计算。

第二，根据配料计算进行全厂工艺平衡计算，具体内容包括：根据产量计算回转窑尺寸、标定产量，然后参考同类型厂家选择回转窑窑型；进行全场物料平衡计算；根据计算出的物料平衡进行主机平衡计算，并选择出主要设备的规格和型号；根据全厂物料平衡计算出储库和堆场的尺寸。

第三，根据配料计算和全厂工艺平衡计算设计全厂工艺布置和工艺流程图。

第四，根据全厂工艺平衡进行重点车间的设计计算：包括烧成车间的工艺流程、窑尾系统的物料平衡计算、窑尾系统的热量平衡计算、窑尾系统的烟气平衡计算、窑尾系统预热器与分解炉的选型及尺寸确定。

最后依据以上内容完成毕业设计说明书及毕业设计图纸。

水泥工业每年要消耗大量的石灰石、粘土等天然资源, 排放大量的2CO 、
2SO 及粉尘等有害物质，对环境造成污染。

而粘土本身水分含量高，需要加设烘干设备，增加煤耗；铁粉的成本比较高，使用铁粉作为配合省料是一种资源的浪费[13]。

所以本次设计利用砂岩和硫酸渣分别代替粘土和铁粉。

一方面减小水泥生产的成本，减少煤耗和燃煤排放的污染物；另一方面，硫酸渣是工业废渣，在水
泥生产中得到了利用和处理，可以减少固体工业垃圾的排放，此做法也是按照国家节能减排的要求，走可持续发展之路[14]。

本次毕业设计，旨在让学生整合大学期间所学习的专业知识，同时参阅资料掌握国内外发展研究现状，与生产实践有机的结合起来。

通过这次实际的训练，使学生进一步了解水泥生产从原料配合、工艺平衡、设备选型、堆场储库计算到熟料烧成、水泥产出的整个过程，提高学生运用知识、查阅资料、处理数据和识图、绘图技术水平，加强优化方案、统筹安排的能力；结合生产实际，提高分析和解决问题的能力。

同时掌握所学专业的发展前景及就业前景，为将来的的自身发展和提升打下坚实的基础。

2 设计基础
2.1 原料化学成分
生产水泥熟料所用的原料、燃料的成分如下：
表2.1 原料与煤灰的化学成分（%）
名称 Loss
∑ 其他 石灰石 39.52 7.20 1.30 0.46 48.54 1.56 98.58 1.42 砂岩 11.52 57.61 11.50 4.64 10.60 0.88 96.75 3.25 铁铝土 9.80 30.52 37.38 15.49 1.55 0.30 95.04 4.96 硫酸渣 6.91 20.40 6.38 48.54 9.33 3.80 95.36 4.64 煤灰
50.68
29.85
4.39
7.39
2.60
94.91
5.09
2.2 原、燃料水分
生产水泥熟料所用的原料、燃料水分如下
表2.2 原、燃料的操作水分（%）
物料 石灰石 砂岩 铁铝土 硫酸渣 煤 水分
3
3.5
20
4
6
2.3 燃料的元素分析和工业分析
生产水泥熟料所用的燃料的元素及工业分析如下
表2.4 燃料的元素分析(%)
67.48
4.08
0.25
1.19
10.92
1.14
29.20
20.06
49.60
25616.00
2.4 建厂条件
2.4.1 建厂地点及自然条件
(1)建厂地点：某市郊区、靠国道 (2)厂区地形：厂区地势较平坦，
(3)交通情况：便利，附近有公路、铁路等，有利于原料、水泥等运输。

2
SiO 32O Al 3
2O Fe CaO MgO
(4)气温：最高40℃，最低10℃，月平均25℃
(5)降雨量：年总降雨量800mm,最大日降雨量100mm
(6)主导风向：东北风，平均风速1.5m/s
(7)地耐力：17.5吨/平方米，压力：750mm汞柱
2.4.2 建厂的原燃料条件
(1)石灰石：工厂自备矿山，储量丰富，火车运入
(2)砂岩：外运，储量丰富，火车运入
(3)铁铝土：外运，储量丰富，火车运入
(4)硫酸渣：某钢厂供应，汽车运入
(5)石膏：石膏矿供应，成分稳定，汽车运入
(6)混合材：某钢厂供应，汽车运入
(7)烟煤：煤矿供应，火车运入
3 配料计算
配料计算，顾名思义就是在配合生料之前，先进行配合比的计算。

在水泥生料生产过程中，配料计算为各种生料的配合，提供基础的理论依据。

只有准确的的配料计算，才能配合出合格的生料，从而煅烧出质量合格的熟料。

而生料的有效化学成分或者说能够提供出的所需矿物百分比以及三率值，则是配料计算主要影响因素。

配料计算首先要确定率值，率值的确定方法将会在下文中提到。

其次是根据建厂的原、燃料条件，通过确定好的率值，计算出配合比。

由于燃煤的沉落率为100%，所以在原料配合中要考虑煤灰的成分和掺入量；由于生料配合不是一次就能既符合熟料成分要求，又符合率值的要求，所以本次设计中配合干生料的计算运用了试凑法，即在理论值的基础上变动很小的幅度，重新计算出配合料比例，最终得到既符合熟料成分要求，又符合率值的要求的配比。

3.1 率值确定
率值是水泥熟料中各主要氧化物含量之间的比例关系，包括石灰饱和系数（KH ）、硅率（SM ）、铝率（IM ）。

石灰饱和系数是熟料中总的CaO 含量减去饱和32O Al 和32O Fe 所需的氧化钙，与2SiO 化合的CaO 的含量，比上2SiO 全部化合成S C 3所需的CaO 的含量，即2SiO 被CaO 饱和成S C 3的程度。

从实际的熟料成分来说，它表示的了S C 3和
S C 2的百分含量比例。

石灰饱和系数值越大，即硅酸盐矿物中的S C 3的含量越多，
则熟料的强度就越大；然而，石灰饱和系数过高的话，熟料的煅烧过程就必须时间要长，因为这个值偏高会使熟料煅烧变得困难，否则游离氧化钙就会出行，从而影响产量和窑内工作条件。

所以，石灰饱和系数的值需要提高，担忧不能过高，实际生产中一般规定在0.84~0.92之间。

硅率，又称硅酸率。

它反映了熟料中2SiO 含量和32O Al 与32O Fe 相加的和的比值，反映了熟料中硅酸盐矿物与熔剂矿物的相对含量。

硅率值偏低，熔剂矿物所占比例大导致液相量较大，易结大块，煅烧过程变得困难；硅率值偏低，则与
上述情况相反，同样会使煅烧过程困难，所以，硅率必须有适当的取值范围，一般为1.8~2.5.
铝率，又称铁率，表示熟料中32O Al 和32O Fe 含量的比值。

它反映了熟料中
A C 3和AF C 4的相对含量。

铝率值偏大，也就是A C 3含量偏多，会使S C 3的形成变得困
难；铝率值偏小，虽然有助于S C 3的形成，但同样易结大块，对窑造成损害。

因此，实际生产中一般取0.9~1.8。

本次设计参考同类型水泥生产厂家，取值如下[15]：
02.087.0±=KH 1.050.2±=SM
1.060.1±=IM
3.2 熟料热耗和掺入煤灰量
3.2.1 熟料热耗
熟料热耗是指烧成每千克熟料索要消耗的热量。

新型干法生产线熟料热耗约为)(2969kg kJ q =，不超过)(3200kg kJ 。

本设计设定熟料烧成热耗为：)(3177kg kJ q =。

3.2.2 掺入煤灰量
熟料中的煤灰掺入量可按下式计算：
100
100.S
PA Q S qA G ad ad net ad A ==
（3.1）
式中 A G ——熟料中的煤灰掺入量，%； q ——单位熟料热耗，kg kJ 熟料；
ad net Q .——煤的应用基低热值，kg kJ 煤； ad A ——煤的应用基灰分含量，%；
S ——煤灰沉落率，%；
P ——煤耗，kg kg 熟料。

计算煤灰沉落率 据式3.1：
2.488%25616
100100
06.203177100100.=⨯⨯⨯===
S PA Q S qA G ad ad net ad A （3.2）
3.3 配料计算过程
3.3.1 要求熟料化学成分
（1）由式计算要求熟料的化学成分
设：%5.97=∑（∑为熟料中32322O Fe O Al SiO CaO 、、、四种氧化物的总量估计值）
%
3.50235.160.16.250.2)160.1()187.08.2(35
.16.2)1)(18.2(32=+⨯+⨯+⨯+⨯∑
=
++++∑
=
IM SM IM KH O Fe （3.3） %
603.5502.360.13
232=⨯=⋅=O Fe IM O Al （3.4） %
761.22)603.5502.3(50.2)
(32322=+⨯=+=O Fe O Al SM SiO （3.5） %
65.635)502.3063.5761.22(5.97)
(32322=++-=++-∑=O Fe O Al SiO CaO （3.6） （2）以kg 100熟料为基准，列累加试凑表，见表3.1。

表3.1 累加试凑表%
计算步骤 其他
合计 备注 要求熟料成
分 22.761 5.603 3.502 65.635
97.500
煤灰（+2.48） 1.261 0.743 0.109
0.184
0.065 0.127
石灰石（+134.84) 9.708
1.753 0.620 65.451
2.103 1.915
(65.635-0.184) /48.54%=134.84 砂岩（+20.468） 11.791 2.354 0.950 2.170 0.180 0.665 (22.716-1.261-9.708) /57.61%=20.468 铁铝土（+2.015） 0.615 0.753 0.312 0.031 0.006 0.100 (5.603-0.743-1.753 -2.354)/37.38%=2.015 硫酸渣（+3.111） 0.635
0.199 1.510
0.290
0.118 0.144
(3.502-0.109-0.62-0.95 -0.312)/48.54%=3.111
累计熟料
24.011 5.801 3.502 68.126 2.473 2.951 106.863 853.0=KH ,581.2=SM
MgO 2SiO
32O Al 32O Fe
CaO
成分 657.1=IM ,热耗
=100×3177/106.863=
2972.969
石灰石（-8.040) 9.130 1.648 0.583 61.548 1.978 1.801
871.0=KH , 500.2=SM 601.1=IM
热耗=100×3177/99.952= 热耗=100×3177/106.863=
3178.519
砂岩（-2.417） 10.399 2.076 0.838 1.913 0.159 0.587 铁铝土（+0.023） 0.622 0.762 0.316 0.032 0.006 0.101 硫酸渣（+0.075） 0.650
0.203 1.547
0.297
0.121 0.148
累计熟料成
分
22.061 5.432 3.392 63.975 2.329 2.763
99.952
3.3.2 干原料料耗
计算干原料料耗（熟料料耗）
由表可知，配制100kg 熟料所需的干原料如下：
干石灰石860.126100952.99800
.126=⨯=
干砂 岩059.18100952.99050
.18=⨯=
干铁铝土039.2100952.99039
.2=⨯=
干硫酸渣188.3100952
.99186
.3=⨯=
生料的干原料配合比：
干石灰石%491.84%10018
.304.206.1886.12686
.126=⨯+++=
干砂 岩%028.12%10018
.304.206.1886.126059
.18=⨯+++=
干铁铝土%358.1%10018
.304.206.1886.126039
.2=⨯+++=
干硫酸渣%123.2%10018
.304.206.1886.126188
.3=⨯+++=
表3.2 熟料化学成分及率值校核表
名称 配合比% Loss 其他 ∑ 石灰石 84.49 33.39 6.08 1.10 0.39 41.01 1.32 1.20 84.49 砂岩 12.03 1.39 6.93 1.38 0.56 1.27 0.11 0.39 12.03 铁铝土 1.36 0.13 0.41 0.51 0.21 0.02 0.00 0.07 1.36 硫酸渣 2.12 0.15 0.43 0.14 1.03 0.20 0.08 0.10 2.12 生料 100.00 35.06 13.86 3.12 2.19 42.51 1.51 1.76 100.00 灼烧生料 100.00 21.34 4.81 3.37 65.45 2.32 2.70 100.00 灼烧生料 97.51 20.81 4.69 3.28 63.82 2.27
2.64 97.51
2SiO 32O Al 32O Fe CaO MgO
煤灰 2.49 1.26 0.74 0.11 0.18 0.06 0.13 2.49 熟料
100.00 22.07 5.43 3.39 64.01 2.33 2.76 100.00
4 全厂工艺平衡计算
就整个水泥厂的设计而言，全厂工艺平衡计算属于设计资料中的设计技术资料，是水泥厂设计和建设的基础。

全厂工艺平衡计算是以工厂规模（即水泥年产量或者熟料日产量，本设计为熟料日产量）、生产工艺流程、以及同类型厂家的生产资料为基础，进行工艺参数的选择，必须根据合理的、经过实践的理论依据，才能得出合理设计资料。

全厂工艺平衡计算包括：回转窑的相关计算、全厂物料平衡计算、全厂主机平衡及主机设备选型和储库及堆场的计算。

有了这些计算结果，才能为即将建设的水泥厂提供理论依据和全厂工艺布置图及工艺流程图。

4.1 回转窑的相关计算
4.1.1 窑规格及设计产量标定
1462
.33817.41i
D G =
（4.1）
式中 G ——窑的日产量
i D ——窑的有效内径，m D i 902.3=
回转窑的有效内径i D 和回转窑的筒体内径D 之间的关系：δ2-=D D i ，一般来说回转窑耐火衬砖的厚度δ为：mm 180=δ。

因此，m D 26.436.090.3=+=取15/=D L ，则m L 5.64= 参照国内部分回转窑的规格，本次设计采用回转窑规格为622.4⨯φ。

本次设计选用河南中材水泥装备有限公司日产3000吨水泥熟料回转窑。

运用经验公式验证要的产量：
)(3000)(77.3653622.43943.113943.114806
.06388.24806
.06388
.2d t d t L D G i
>=⨯⨯== （4.2）
4.1.2 窑的台数
182.024
.152243000
241.≈=⨯==
h d Q Q n （4.3） 式中 n ——窑的台数；
d Q ——要求的熟料日产量)(d t ；
24——每日小时数。

4.1.3 烧成系统的生产能力 （1）熟料小时产量：
)(24.15224.15211.h t nQ Q h h =⨯==
熟料日产量：
)/(77.365324.1522424d t Q Q h d =⨯==
熟料周产量：
)(39.2557624.152168168周t Q Q h w =⨯==
（2）水泥产量
水泥小时产量：
)/(69.18224.15215
51004100100100h t Q e d p G h h =⨯---=---=
水泥日产量：
)/(51.438469.1822424d t G G h d =⨯==
水泥周产量：
)/(58.30691512.4382168168周t G G h w =⨯==
式中 d ——水泥中石膏的掺入量（%）
e ——水泥中混合材的掺入量（%），取%15=e
p ——水泥的生产损失（%）
，取%4=p 。

4.2 全厂物料平衡计算
物料平衡计算是指计算从原料进厂到成品的各个环节需要处理的物料量。

它是以生产规模，工艺流程、参数等为基础，同时参考同类型生产厂家的生产实践经验，对于总物料量进行一个理论值的计算，包括所有原料、燃料、半成品的量，并且表达为年需要量，日需要量和小时需要量。

物料平衡计算的目的是为进行主机平衡计算和储库容量的计算提供依据；为原料开采和运输提供依据；为厂内外
总图设计提供依据；以及后续的重点车间的设计计算提供依据。

4.2.1 原料消耗定额
根据本次设计要求，全厂物料平衡计算以一台3000t/d 熟料窑外预分解窑为基础，生产普通硅酸盐水泥，水泥40%包装，60%散装出厂。

（1）原料、燃料、材料消耗定额
①1t 熟料的干生料理论消耗量：
501.106.35100488.2100100100=--=--=I s K 干（t 熟料） （4.4）
式中 干K ——干生料理论消耗量（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（%）。

②1t 熟料的干生料消耗定额：
564.14
100501
.1100100100=-⨯=
-=
生
干生P K K （t 熟料） （4.5）
式中生K ——干生料消耗定额（t 熟料）
生P ——水泥的生产损失（%），取%4=生P 。

③干原料消耗定额
x K K ⋅=生干原 （4.6）
式中 原K ——某种干原料的消耗定额（t 熟料）
x ——干生料中该原料的配合比（%）
代入数据得
321.1%49.84564.1=⨯=⋅=石灰石干原石灰石x K K （t t 熟料） 188.0%03.12564.1=⨯=⋅=砂岩干原砂岩x K K （t 熟料） 212.0%36.1564.1=⨯=⋅=铁铝土干原铁铝土x K K (t 熟料) 332.0%12.2564.1=⨯=⋅=硫酸渣干原硫酸渣x K K (t t 熟料)
（2）干石膏的消耗定额
0625.015
51005
100=--=--=
e d d K d （t 熟料） （4.7）
式中 d K ——干石膏消耗定额（t 熟料）
（3）干混合材消耗定额
1875.015
510015
100=--=--=
e d e K e （t 熟料） （4.8）
式中 e K ——干混合材消耗定额（t t 熟料） （4）烧成用干煤消耗定额
129.0)
3100(256163177
100)100(100.=-⨯⨯=-=
f ad net f P Q q K （t 熟料） （4.9）
式中 1f K ——烧成用干煤消耗定额（t 熟料）
q ——熟料烧成消耗（t 熟料）
ad net Q .——干煤低位热值（t t 熟料）
f P ——煤的生产损失，一般取3%。

（5）烘干用干煤消耗定额
()
()f
f f P Q q w w w Q P Q q w w w Q M K -⨯
⨯--⨯=-⨯
⨯--⨯=100100
1001001001002212212烘烧烘烧湿 （4.10）
式中 2f K ——烘干用干煤消耗定额（t t 熟料），
湿M ——需烘干的湿物料量（t ）
； 烧Q ——烧成系统的生产能力，用周平衡法时以熟料周产量表示（周t ）
； 21w w ，——分别表示烘干前后物料的含水量（%）；
烘q ——蒸发kg 1 水分的耗热量（水分kg kJ /）。

上述各种干物料消耗定额换算为含天然水分的湿物料消耗定额时，可用下式：
-100100w K K 干湿=
（4.11）
式中 干湿，K K ——分别表示湿物料、干物料消耗定额（熟料kg kg /）； 0w ——该湿物料的天然水分（%）。

所以各湿物料的消耗定额：
湿石灰石67.1303100100
86.126=-⨯
=湿石灰石K （熟料kg kg /）
湿砂 岩69.1850.3100100
06.18=-⨯=湿砂岩K （熟料kg kg /）
湿铁铝土45.220100100
04.2=-⨯=湿铁铝土K （熟料kg kg /）
湿硫酸渣315.34
100100
19.3=-⨯=湿硫酸渣K （熟料kg kg /）
4.2.2 物料平衡表
原料、燃料。

材料需要量的计算和的编制
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。

将计算结果汇总成物料平衡表：
表4.1 全厂物料平衡表
4.3 工艺设备的选型与计算
工艺设备的选型与计算是工厂设计的重要组成部分之一，在确定生产工艺流
物料名称
水分%
生产损失%
消耗定额t t 熟
料 物料平衡量/t
干料
湿料 干料
湿料 小时
日
周
小时
日
周
石灰石 3 5 1.321 1.361 201.18 4828 33798 207.21 4973 34812 砂岩 3.5 5 0.188 0.195 28.64 687 4811 29.64 711 4980 铁铝土 20 5 0.212 0.025 3.23 78 543 3.88 93 652 硫酸渣 4 5 0.332 0.035
5.06
121
849
5.26
126
883
配合生料 1.564 1.616 238.10 5714 40001 245.99 5904 41326 熟料 152.24 3654 25576
石膏 3 3 0.0625 0.0651 9.52
228.4 1598.5 9.91
237.9 1665.1
掺合料 20 3 0.188 0.244 28.55 685.1 4795.6 37.07 889.7 6228.0 水泥 182.69 4385
30692
烧成用煤 6 3 0.129 0.139 19.64 471.3 3299.3 21.12 506.8 3547.7 合计用煤
6
3
0.129
0.139
19.64 471.3 3299.3 21.12 506.8 3547.7
程并完成物料平衡后进行。

工艺设备选型计算的任务是：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。

4.3.1相关车间主机周运转小时数设定及工作班制安排
根据相关资料及同类型厂家的实践经验得到相关车间主机周运转小时数设定及工作班制安排见表4.2
表4.2 车间主机周运转小时数及工作班制安排
主机名称 每日运转时间（h/d ）
每周运转时间（t/周）
生产周制（d/周） 生产班制
石灰石破碎机 6 72 6 每日两班 生料磨 22 154 7 每日一班 回转窑 24 168 7 每日一班 煤磨 22 154 7 每日一班 水泥磨 22 154 7 每日一班 包装机
6
84
7
每日两班
4.3.2水泥厂主机设备的确定
水泥厂主机设备的选型计算称为主机平衡。

设计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，为选定各车间主机的型号、规格和台数提供依据。

本次设计利用周平衡法。

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：
H
G G W
H =
（4.12） 式中 H G ——要求主机小时产量；
W G ——物料周平衡量；
H ——主机每周运转小时数。

主机的数量可按式计算：
台时
G G n H
=
（4.12） 式中 n ——主机台数；
H G ——要求主机小时产量（h t ）； 台时
G ——主机标定台时产量（h t ）。

核算主机的实际利用率：
H nG G H H
台时
=
0 （4.13）
式中 0H ——主机每周实际运转小时数；
H ——主机平衡计算时的每周运转小时产量。

（1）石灰石破碎机
在水泥生产线上，大部分原料是需要进行破碎的。

最需要破碎的原料是石灰石，因为生料中所占比例最大的原料是石灰石，同时石灰石刚开采后粒径很大且其自身硬度较高，因此为石灰石选择合适的破碎机十分重要[18]。

破碎机械的作用是使大块无聊碎裂成小块物料，其种类有：颚式破碎机、圆锥式破碎机、辊式破碎机、锤式破碎机、反击式破碎机、复合式破碎机等
颚式破碎机主要用于对各种矿石与大块物料的中等粒度破碎，广泛运用于矿山，冶炼，建材，公路，铁路，水利和化工等行业。

被破碎物料的最高抗压强度为320MPa 。

颚式破碎机性能特点：破碎比大，产品粒度均匀，结构简单，性能可靠，维修简便，运营费用低。

反击式破碎机可分为普通型反击式破碎机和大腔型反击式破碎机两种，大腔型具有锤式和反击式两种破碎机的特点，对于大块物料可省去鄂式破碎机具有“一台顶两台”的作用,它还具有以下特点：①进料口大，破碎腔高，进料粒度大；②物料悬空，破碎功率小，产品石粉少；③产品粒度可控，颗粒形状好；④机体磨损小，生产效率高。

锤式破碎机是冶金、建材、化工和水电等工业部门中细碎石灰石、煤或其他中等硬度以下脆性物料的主要设备之一，具有破碎比大，生产能力高，产品粒度均匀等特点。

锤式反击破碎机系列产品是吸收锤式破碎机和反击式破碎机两种破碎机的优点:①进料口大,破碎腔高，适应物料硬度高、块度大，产品石粉少。

②物料悬空,破碎功耗小；③新颖锤头，冲击力大；④锤轴安装可调，锤头寿命长；⑤栅格尺寸可调，产品粒度可控，颗粒形状好；⑥机箱可翻转，检修更方便；⑦方柄螺栓，抗冲击、抗磨损；⑧结构紧凑，机器刚性强；⑨拼体结构,搬运、安装方便；⑩冲击、反击、撞击(石打石)破碎功能全,生产效率高,机件磨耗小,综合效益显著。

)(5.48372
34812
h t H G G W H ===
生产班制：每周工作6天，每天2班，每班6小时.选择其产量为250t/h
根据台时产量和入料粒度要求及生料入磨要求,综合以上各破碎机优点，选择河南中材水泥装备有限公司的锤式反击破碎机，具体参数见表4.3
表4.3 锤式反击式破碎机参数
型号
辊子直径
(mm)
辊子长度
(mm) 转子转数 (转/分)
进料粒度
(mm) 处理能力（t/h ） 功率
(kw)
重量
(不包括电
机Kg)
外型尺寸
PFC-1616 ф1600 1600
580
<1000
220-300
400
56700
2640x3014x3572
确定台数：
2934.1250
5
.483≈===
台时G G n H
取2=n （台）
核算周实际运转小时数：
)(7.6972250
25
.4830h H nG G H H =⨯⨯==
台时
（2）烘干机的选择
目前的生料磨都带有烘干设备，所以选择烘干机之间，首先要计算生料是否符合入生料磨的水分要求。

湿物料中所含水分比例=每种湿物料中所含水分比例×每种湿物料的配合比 由此可得每种湿物料中所含水分比例分别为：
湿石灰石%525.218.843=⨯= 湿砂 岩%422.005.125.3=⨯= 湿铁铝土%328.064.120=⨯= 湿硫酸渣%085.014.24=⨯=
湿物料中所含水分比例%361.3085.0328.0422.0525.2=+++=
根据下文中所选择的生料磨参数要求：生料水分%=3.3605%≤10%，可得出结论：
经计算，入磨生料的水分含量均小于所选生料磨的原料水分要求10%，而生料磨本身自带烘干功能，故无需选择烘干设备。

（3）生料磨的选择
水泥生产过程中，生料磨即为“二磨一烧”的其中“一磨”。

每种生料在都符合入磨要求后，就要进入生料磨内粉磨以及烘干了，其的作用就是将混合后的生料粉磨到可以入窑煅烧的细度，同时带走一部分生料中的水分，是生料的水分含量也能达到入窑要求。

目前的粉磨设备有球磨机、莱歇磨、立式磨、雷蒙磨、振动磨等类型。

最常用的两种生料磨是球磨机和立式磨。

而由于生料要求成品细度不高，所以大部分近几年以内建设的大厂都在用立式磨。

与球磨机相比，立式磨有以下特点：入磨
物料粒度大，大中型立磨可以省掉二级破碎；带烘干装置；有选粉装置；结构紧凑，体积小；噪声小，扬尘少；能耗低，产量高；系统运行稳定。

)(4.268154
41326
h t H G G W H ===
生产班制：每周工作7天，每天1班，每班22小时.选择其产量为270t/h 本次设计选择黎明重工科技规格型号为LM-3700的磨机，具体参数见表4.4
表4.4 生料磨参数
规格型号 处理能力
h t
原料水分% 生料细度（RO.08）% 生料水分% 主电机功率kw LM-3700 240-290
<10%
<15%
%1≤
2240
确定台数：
1995.0270
4.268≈===
台时G G n H
取1=n （台）
核算周实际运转小时数：
)(1.153154270
14.2680h H nG G H H =⨯⨯==
台时
（4）回转窑的选择
水泥生产过程可以用“两磨一烧”这个词来概括，其中的一烧就是指水泥生料在回转窑中煅烧为熟料的过程。

水泥回转窑是将水泥生料在高温状态下煅烧成熟料的热工设备，是熟料生产的极为重要的关键设备。

所以水泥熟料的质量好坏，与回转窑的选择息息相关[19]。

水泥窑回转窑主要用于煅烧水泥熟料，分干法生产水泥窑和湿法生产水泥窑两大类，现在湿法生产水泥窑已经逐渐淡出各个大中小型水泥厂了。

尔干法生产水泥窑包括：干法中空回转窑、湿法回转窑、立波尔窑、悬浮预热器窑和窑外分解窑。

最后两者又称为新型干法水泥回转窑系统，也是我国目前大多数水泥生产企业所使用的窑系统。

按计划任务书对工厂规模的要求，本次设计任务为日产3000吨水泥预分解窑，选择河南中材水泥装备有限公司日产3000吨回转窑，具体参数见表4.5
表4.5 回转窑相关参数
厂名
产品规
格 (m )
生产能力 窑体
斜度
主电机型号
额定功率
主减速机型号
主减速机速比。