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1、摘 要“十一五”规划明确提出：全面落实科学发展观，建设资源节约型、环境友好型社会，大力发展循环经济，加强资源综合利用，全面推行清洁生产，形成低投入、低消耗、低排放和高效率的节约型增长方式；加大环境保护力度，降低污染物排放，切实保护好自然生态。本设计在遵循这一原则的基础上，结合大量水泥厂的现实数据，对新型干法窑烧成系统进行了初步设计。本文包括总体设计和预分解窑窑尾设计两部分。在总体设计中，主要进行了配料计算，全场物料平衡，主机平衡和储库计算。在车间设计中则包括分解炉和预热器系统热工计算和窑尾工艺设备选型。该设计主要的特点应用了预分解窑。预分解窑是在悬浮预热窑的预热器和回转窑之间增设了一个分解炉作
2、为第二热源，使燃料燃烧的放热过程与生料的碳酸盐分解的吸热过程，在悬浮态或流化态条件下及其迅速地进行，从而减轻了回转窑的热力强度，并使入窑生料的碳酸盐分解率提高到85%-95%，使窑的生产能力成倍增长。关键词：新型干法；预分解窑；旋风预热器；工厂设计Abstract“Eleveth Five-year Plan” made clear:the full implementation of the scientific development concept and building a resource-saving and environment-friendly society;vigoro
3、usly develop the circular economy and strengthen the comprehensive utilization of resources,the full implementatiom of clean production,the formation of low-input,low consumption,low emissions and efficient-saving mode of growth;intensify environmental protection,and reduced pollutant emissions,and
4、effectively protect the natural ecology.In this paper, including the design and pre-kiln back-end design in two parts. In the overall design, the main ingredients for the calculation, the material balance of the audience, the host computing balance and storage. Design in the workshop include preheat
5、er and calciner system thermal calculation and back-end process equipment selection. The design of the main features of the application of the pre-kiln. Precalciner kiln is preheated in the suspension preheater kilns and between the addition of a rotary kiln calciner as a second heat source, so that
6、 the exothermic fuel combustion process and raw materials endothermic carbonate decomposition process, in the suspended state or fluidization conditions and rapid manner, so as to reduce the heat intensity of the rotary kiln.Raw materials into the kiln and the carbonate decomposition rate to 85 % -9
7、5%, so the kiln production capacity doubled.Key words: NSP; Suspension preheater; Cyclone preheater ;Plant design目 录摘 要IAbstractII第1章 绪论11.1 水泥工业及水泥行业形势11.2 国内外烧成技术现状21.2.1 国际烧成技术现状21.2.2 国内烧成系统现状31.2.3 新型节能烧成系统41.3 烧成系统发展趋势51.4 本设计的意义7第2章 物料平衡计算92.1 水泥熟料成分设定92.2 物料平衡的计算102.2.1 物料平衡计算102.2.2 原料消耗定额1
8、12.2.3 烧成用干煤的消耗定额112.3 全厂物料平衡计算122.3.1 相关参数的确定122.3.2 计算步骤及计算公式142.3.3 全厂物料平衡表17第3章 主机平衡19第4章 烧成系统热平衡计算204.1 原始资料204.2 物料平衡计算214.3 热量平衡计算22第5章 主要设备及设备的选型265.1 主机设备选型265.1.1 石灰石破碎机选型265.1.2 生料粉磨系统选型285.1.3 预热器及分解炉选型295.1.4 回转窑305.1.5 篦冷机选型325.1.6 煤磨335.1.7 水泥磨355.1.8 包装机365.2 预分解窑主要设备的设计计算375.2.1 回转窑
9、规格的确定375.2.2 回转率所需功率375.2.3 电机功率385.2.4 回转窑内物料运动速度385.2.5 窑内物料负荷率38第6章 回转窑的规格设计及附属设备的选型计算396.1 确定各段窑长396.2 回转窑厚度396.3 回转窑的技术性能396.3.1 回转窑的技术性能396.3.2 分解炉规格的确定406.3.3 熟料篦冷却机的选型计算416.4 附属设备的选型计算416.4.1 旋风筒的设计计算416.4.2 风机的计算及选型426.4.3 入分解炉专用风管直径(三次风管)426.4.4 烟囱的设计计算436.4.5 增湿塔的设计计算436.4.6 电收尘器436.4.7 煤
10、粉制备系统的计算43致谢44参考文献45附录11附录22附录33附录411第1章 绪论1.1 水泥工业及水泥行业形势水泥生产工艺主要过程是原料破碎粉磨后制成生料，然后再把生料送入高温窑炉中用燃料将其煅烧成熟料，最后将熟料与适量石膏磨细制成水泥。水泥工业的生产技术与装备在发展过程中：高温窑炉经历了立窑，干法中空回转窑，湿法窑，立波尔窑，悬浮预热器窑以及窑外分解窑。粉磨设备从小型简单球磨机发展为大型球磨机、立式磨、辊压机以及与选粉机、打散机、大型球磨机等组合成的高效粉磨系统，其规模从19世纪的日产几吨，发展到目前日产1万吨，增加了1000倍以上。在此变化中经历了几次重大技术攻关：在20世纪初湿法回
11、转窑出现并得到全面推广，提高了水泥产量和质量，奠定了水泥工业作为现代化工业的基础；第二是在20世纪5070年代悬浮预热和预分解技术的出现，大大提高了水泥窑的热效率和单机生产能力，促进了水泥工业向大型化，现代化的进一步发展；第三次是80年代以后计算机信息化和网络化技术在水泥工业中得到了广泛应用，使得水泥工业真正进入现代化阶段；另外，从90年代中期开始废弃物再利用的水泥生态化技术，在工业发达国家取得了很大进展。2008年，我国水泥工业发展循环经济在认识上有了新的更高层次的飞跃，水泥工业不仅仅是能源、资源高消耗型产业，也是在资源化利用和无害化处置工业固体废物，城市生活垃圾、下水道污泥处理方面不可或缺
12、的产业。发展循环经济是水泥工业走新型工业化道路，发展节约型、环保型产业，实现经济增长方式根本性转变的必由之路。现代水泥工业对经济社会与生态环境和谐发展负有重要的现实责任和历史使命。2008年下半年以来，全国水泥生产增长下行趋势更加明显，库存增加。预计全年全国水泥产量14亿吨，比2007增长3%。为了积极应对世界经济金融危机，为抵御国际经济环境对我国的不利影响，促进我国经济平稳增长，中央及时出台了扩大内需、促进经济增长十项措施，到2010年底前投资4万亿元，2008年第四季度增加中央投资1000亿元。这笔投资可望带动4000亿元社会投资，将对就业和相关行业产生积极的拉动作用，对我国水泥工业的确是
13、则好消息。1.2 国内外烧成技术现状1.2.1 国际烧成技术现状( 1) 预热器、预分解系统预热器系统初期为4 级，系统阻力较高，随着技术优化，出现了高效低阻预热器，在系统阻力不增加或有所降低的情况下，80 年代出现了5 级预热器,而后逐步发展为90 年代的6 级预热器，还出现了超过6 级热交换的多级热交换预热器，预热器的废气温度从4 级的380400，下降至5 级的320340，6 级的260280，多级则降至260以下。单系列与双系列预热器相比，操作相对简单，筒体散热损失有所降低，因而采用单系列的规模逐年增加，90 年代初为3000t/d，目前达6000t/d。随着预热器系统降阻技术的使用
14、合理，技术先进的窑尾预分解系统阻力已降至5 级4 500Pa、6 级5 200Pa 以下，预热器的高度随技术优化而下降，虽然增加了级数，但总体高度增加不多。值得一提的是，6 级预热器虽然增加了1 级预热器的基建投资，但废气温度有较大下降。在大型生产线，原料综合水含量较低、燃料价格昂贵或水资源缺乏的国家和地区，已开始大量应用。技术先进的分解炉可大量燃烧低挥发份低热值的燃料、工业废弃物、城市生活垃圾，NOX 排放值低于500mg/Nm3，占系统烧成燃料比例超过65%，入窑物料分解率超过92%。 ( 2) 回转窑 预分解窑在发展初期，均采用长度与直径的比例L/D15的回转窑来满足熟料煅烧的热工需求。
15、随着预热器、分解炉性能的优化，入窑物料分解率的提高，多风道燃烧器和高效篦冷机的应用，在确保生产优质熟料的前提下，窑的长径比L/D从常规的15的三档窑缩短至1013的二档窑。随着窑的产量提高，窑的容积产量从3.0t/dm3逐步上升至6.0t/dm3。回转窑筒体散热损失从三档窑的大于35kcal/kg 下降至二档窑的2630kcal/kg。窑速从3r/min提高至4r/min以上, 物料在窑内停留时间从40min逐步下降至30min以下。二档窑和三档窑相比，设备重量降低约10%左右，此外还具有运行平稳、安装简单、维护方便等优点。上世纪80年代初，第一台L/D45t/m3d。同时，该篦冷机具有结构紧
16、凑，机内无输送部件，篦板不与热熟料直接接触，磨蚀量少，熟料输送无阻碍，输送效率稳定，模块化设计，安装维护方便，篦下无漏料，不需设置拉链机，整机高度低等一系列优点。(4) 熟料烧成系统由6 级或多级预热器、低NOX分解炉系统、二档短窑、高效燃烧器、步进式无漏料冷却机组成的5000t/d熟料烧成系统，设计热耗低于690kcal/kg( 长期运行生产热耗730kcal/kg)，电耗低于1719kWh/t，预热器和冷却机废气热量可烘干综合水分8%左右的原料2。1.2.2 国内烧成系统现状( 1) 预热器、分解炉系统国内除少量引进的6000t/d以上规模生产线为6级预热器外，国产装备绝大部分为5 级预热
17、器，生产线最大规模为6000t/d，单系列最大为3000t/d，技术先进的大型预热器分解炉系统阻力为4800Pa300Pa，废气温度接近320，分解炉可大量煅烧低挥发无烟煤，工业废弃物作燃料已起步，NOX 排放值高于800mg/Nm3，入窑物料分解率超过90%，但生产平均数据较上述数据差。( 2) 回转窑、燃烧器多年来，我国引进了10 余台二档窑，但投入生产的数百台不同规模的国产装备均为L/D15 的三档窑，采用齿轮传动、浮动轮带等常规技术。生产情况较好时，大型窑的容积产量一般低于5.0t/dm3，筒体散热损失约35kcal/kg，窑速3.5r/min。国内的三通道、四通道燃烧器均采用内旋流，
18、主要使用于不同性能的煤粉燃烧，NOX 的排放量难于降低。由于煤粉输送风量过大，一般一次风量在15%左右或以上。( 3) 冷却机 新型干法生产线投入生产的6000t/d级及以下规格的国产装备基本为第三代空气梁冷却机，在生产较为正常时，热回收效率平均68%左右，运转率相对较低，熟料冷却效果较差，废气温度偏高。( 4) 烧成系统生产线由5级预热器、三档长窑、常规的三通道或四通道燃烧器、第三代篦冷机，组成技术较为先进的2000t/d以上规模生产线，经过对近20 余条生产线现场标定，预热器系统实际废气温度超过345，2000t/d 以上回转窑筒体表面散热平均高达35.844.1816kJ/kgcl，篦冷
19、机的热回收效率低于70%，平均生产热耗约8004.1816kJ/kgcl，电耗25kWh/t 熟料，生料烘干后多余的废气一般排至大气， 少数用来发电( 需增设锅炉、汽轮机、发电机组)2。1.2.3 新型节能烧成系统目前，天津院研发的由六级新型预热器分解系统、两档支撑回转窑、行进式稳流冷却机、高效燃烧器等组成的5500t/d新一代烧成系统已经投产运行。新一代烧成系统在低阻、低耗、能效指标不断提高的前提下，降低了预分解系统的投资费用和N0X、SO2等废气中有害成分的排放，全面提升了水尼生产线的性能，其熟料热耗可降低至2885kJ/kg，预热器出口废气温度可降至280，NOx排放量小于500mg/N
20、m3，工艺、环保性能达到国际先进水平。六级预热器技术是在五级基础上优化和扩展的，预热器级数增加，有利于系统热交换，降低预热器出口废气温度。与此同时，完善预分解系统，优化分解炉结构和流场，延长分解炉内部不同性能燃料燃烧时间，提高燃料的燃尽率，避免燃料在预热器内继续燃烧而增加废气温度。实施上述措施后，预热器出口废气温度可降至280，仍可满足原料综合水分4%的烘干要求，降低预热器出口温度3050，热耗降低约熟料83.6kJ/kg1 04.5kJ/kg。2008年，由天津院自主研发设计制造的中国首台具有国际最先进水平的第四代行进式稳流冷却机投入运行并达标。第四代行进式稳流冷却机采用先进的Walking
21、 floor行进式原理，应用全新篦板结构等多项专利技术，具有热回收率高、能耗低、使用寿命长、易于维护、模块化设计、便于施工安装、土建投资省等优点。经初步测定，第四代冷却机热回收效率可达73%75%；熟料出料温度8295；三次风温可达1000，冷却机运转率达到100%。第四代冷却机与第三代冷却机相比，熟料可降低热耗10kca1/kg18kcal/kg，土建投资可节省25%，维护费用可节省70%80%。采用新一代烧成系统，将在现有干法水泥生产技术基础上，大大提高节能降耗水平3。1.3 烧成系统发展趋势（1） 预分解窑近年来，预分解窑生产工艺不断完善和优化，单线规模越来越大，日产熟料大都在75001
22、0000t，热耗28983024kJ/kg，前世界上最大的预分解窑是美国正在新建的由POLYSIUS公司提供的6.2105m，采用5级4列预热器和双分解炉的预分解窑生产线，设计能力为2000t/d，熟料烧成热耗为2864kJ/kg。国外新建的预分解窑仍以三挡支承的较多，两挡支承的短窑较少，但有逐渐发展之势。如新型槽齿轮带、托轮自位调整等新结构、新技术，为预分解窑大型化提供了技术保障。（2） 预热器国外各大公司采用的多级预热器，各有其特点，为实现节能高效，一般都从结构上和工作参数上进行优化，以降低压力损失，提高分离效率，预热器系统压损最终已降到4kPa以下。根据原料综合水分及余热利用的要求不同，
23、一般都设计46级，多数为5级，按照回转窑生产能力大小可设计14列，多数为双系列预热器。（3） 分解炉国外各大公司的分解炉也各具特色，达数十种之多，为适应不同燃料燃烧的需要和低NOX的排放，各大公司对炉型都进行了改造，使人窑物料碳酸钙分解率达到90%以上。为适应低挥发份劣质煤和无烟煤燃烧的需要，出现了多种在分解炉外增加预燃炉或后燃烧装置的组合式分解炉；通过炉型改进，调整喂煤点和三次风进入的位置，使在分解炉初始阶段造成还原气氛，以实现低NOx的排放。分解炉有单炉和双炉之分，5000t/d以下多采用单炉，5000t/d以上多采用双炉，但也有8000t/d以上采用单炉的。（4） 冷却机新型干法窑多采用
24、推动蓖式冷却机。第三代蓖式冷却机采用的是控制空气流动的高阻力蓖板，保证熟料均匀分布在蓖床全宽上，蓖板可以每一侧、每一排、每一区单独供风，使蓖床上熟料层中空气分布得到很大改善，大大降低冷却用风量，提高二次、三次风的温度，从而提高冷却机热回收效率；蓖板表面可得到充分冷却，大大降低蓖板热负荷，延长蓖板使用寿命，一般可达3年以上。阻力蓖板还可防止熟料细粉漏人蓖下室，现在FLS公司又开发了COOLER(库勒)更新式蓖式冷却机，在蓖板上加一个十字交叉棒，由于不存在蓖下漏料漏风，其冷却效率进一步提高，冷却风量可降到2Nm3/kgcl以下，电耗也会进一步下降，预计会有较好的发展前景。（5） 流态化烧成技术日本
25、煤炭利用中心200t/d流态化烧成窑的扩大试验，于1997年底取得了连续一个月运转试验参数，据介绍它具有降低熟料烧成热耗、可以燃烧劣质煤、能有效降低CO2和NOx排放量、提高熟料质量、节省建设投资、运转和维修费用少等一系列优点，目前熟料锻烧电耗还比较高。下一步准备扩大到I000t/d的工业性试验。如果取得突破，有可能引起熟料烧成技术的重大变革。国内外新型干法烧成系统装备在未来若干年内发展的主流是由多级热交换预热器，适应煅烧各种低品位燃料、NOX 等有害物排放值低的分解炉，L/D 为1012 的二档短窑，新一代无漏料新型冷却机组成的烧成系统，预热器分解炉系统阻力降至5500Pa 以内，同级预热器
26、的窑尾塔架高度将比现有高度降低10m，生产中废气排放量降至1.45Nm3/kg 以下，入窑物料分解率提高至94%，分解炉与窑的煅烧比率提高至6535，燃料在分解炉燃烧时间较大增加，以满足各种热值的工业废弃物的燃烧。回转窑的容积负荷将提高至5.56.5t/dm3，窑速将进一步提高，填充率提高至8%12%，物料在窑内停留时间将有所下降，窑的筒体散热量将进一步下降。冷却机的热效率提高至76%以上，冷却风量将下降至约1.6Nm3/kg。由上述装备组成的4000t/d 级烧成系统热耗降至670680kcal/kg ( 生产热耗710720kcal/kg) , 电耗低于18kWh/tcl2。1.4 本设计
27、的意义现在水泥已广泛的应用于工业建筑、民用建筑、水工建筑、农田水利建设和军事工程等方面。有水泥制成的各种水泥制品，如坑木、轨枕、水泥船和石棉水泥制品等广发应用于工业、交通等部门，在代钢、代木方面，也越来越显示出技术经济上的优越性。由于钢筋混凝土、预应力混凝土和钢结构材料的混合使用，才有高层、超高层、大跨度以及各种特殊功能的建筑物。新的产业革命，又为水泥行业提出了扩大水泥品种和扩大应用范围的新课题。开发占地球面积71%的海洋是人类进步的标志，而海洋工程的建造，如海洋平台、海洋工厂，其主要建筑材料就是水泥。此外，如宇航工业、核工业以及其他新型工业的建设也需要各种无机非金属材料，其中最为基本的是以水
28、泥为主的复合材料。因此水泥的发展对保证国家建设的顺利进行起着十分重要的作用。今年来利用水泥新型干法窑来焚烧处理城市固态废弃物，既可以利用可燃废弃物解决部分原燃料来源，又可以固化危险废弃物中的重金属离子，从而实现城市固体废弃物的有效处理与重金属离子的合理固化，意义重大。近年来，随着社会的不断进步，经济的不断发展，人口的不断增加，对交通、住房、基础设施的需求正在不断的增加。在交通方面，不同地区之间的贸易往来日益频繁，面对不断发展的经济，我国的交通面临着前所未有的挑战，公路、铁路的兴建，要消耗大量的水泥。据报道仅铁路一项将带动1.26亿吨的水泥需求；另一方面，近年来随着灾难的不断频发，像汶川地震、舟
29、曲泥石流等毁灭性的灾难。需要有大量的房屋，公路等公共设施需要建设，我国未来两年灾后复建的水泥需求为8400万吨。不断发展的房地产业，这些都需要水泥这一重要的建筑材料。面对日益增加的对水泥的需求，水泥厂的数量也在不断的增加。我国的水泥厂主要有立窑和回转窑两种窑型，立窑由于其能耗高、熟料质量差正在逐渐被淘汰；回转窑是目前水泥生产中最先进的窑型，特备是带有悬浮预热的回转窑，是目前水泥厂的首选。本设计是在目前水泥需求量极大的情况下，依据当前的形式和国家政策的要求，建设一日产4000吨水泥熟料的水泥工厂。本设计主要是对水泥厂的核心部分烧成车间进行设计。作为整个工厂的能耗大户，烧成工艺的好坏既决定这产品质
30、量的好坏，又对整个工厂的低碳与否起着重要的作用。在厂址所在地，在近些年来该市以加快推进“一主四化”进程为主攻方向，大力实施“工业强市”、“产业富民”、“城市牵动”、发展战略，不断加大项目建设、改革开放、结构调整和环境优化力度。工业经济基础雄厚，有着储量丰富、品质上乘的矿产资源和丰富的农产品深加工资源，境内“凌汽“和”凌钢“两大省市营企业对地方工业具有强大的辐射和带动作用，已经形成了冶金、铸造、汽车、建材、轻工业等门类齐全的工业体系。近年来，凌源坚持工业强市核心战略不动摇，以园区建设为载体，把招商引资为手段，以项目建设为支撑，着力培育立市骨干企业，工业经济呈现快速发展的良好态势。以钢达100万吨
31、铁粉精选及20万吨H型钢、嘉能30万吨合金钢、天源矿治25万吨海绵铁及5万吨冶金粉未、海西矿业7万吨酸级萤石粉、海联7万吨油母页岩采选等项目为龙头的治金矿业产业集群核心竞争力不断提高，以10万台汽车车架总成、20万根曲轴生产、1万辆重型车组装和3万辆轻型车组装等项目为龙头的汽车及零部件产业集群群体规模不断壮大，以源泉160万吨新型干法水泥、世明428万重箱玻璃、鸿凌砌块彩砖等项目为龙头的新型建材产业集群正在加快形成。以上的发展均离不开水泥这一重要的建筑材料。伴随着经济的不断进步，该地区及其周边地区水泥的需求量必然会不断增加。在全国水泥需求量不断攀升的大背景下，在该地区水泥的销售必将会异常的火热
32、，供不应求的状况也必然会发生。厂址选择在这个地方就是看好了当地独特的优势，当地虽然有丰富的石灰石矿产资源，却没有什么水泥生产企业。当地的经济发展较晚，所以一切都在发展与建设中。面对这样的市场，建设好的企业必定有一个光明的未来。第2章 物料平衡计算在水泥厂设计过程中，应进行两次系统的配料计算：第一次是在矿山初步设计之前的初步配料计算，其目的是：（a）确定所勘探的原料能否符合计划任务书所规定的水泥品种和水泥标号；（b）确定原料的品种和大致的配合比及合适的生产方法；（c）从原料质量上提出对矿山开采设计的要求。第二次是在矿山开采初步设计之后，工艺初步设计之前，其目的是：（a）提供工艺设备中物料平衡计算
33、和主机平衡选型所需要的资料；（b）结合矿山开采设计核算每一台段的矿山质量能否满足正常生产的要求。2.1 水泥熟料成分设定生产水泥熟料所用的原料、燃料的成分见表2-1和表2-2。表2-1原料与煤灰的化学成分（wt%）名称I.LSiO2Al2O3Fe2O3CaOMgO合计石灰石42.662.420.310.1953.130.5799.28粘土5.2770.2514.725.481.410.9298.05铁粉34.4211.5348.273.530.0997.84煤灰53.5235.344.464.791.1999.30表2-2 煤的工业分析（mol%）挥发物%固定碳%灰分%热值kJ/kg22.42
34、49.0228.5620 930根据有资料表明，我们采用两高一中的方案是比较合适的，因此可以确定本设计的水泥熟料的三个率值分别是：KH=0.89，SM=2.5，IM=1.5。石灰饱和系数(KH)：是水泥中总的氧化钙含量减去饱和酸性氧化物(Al2O3、Fe2O3、SO3)所需氧化钙的量后，所剩下的氧化钙与理论上二氧化硅全部化合成硅酸三钙所需的氧化钙的量比。石灰饱和系数表示了二氧化硅被氧化钙饱和成硅酸三钙的程度，KH=1时，熟料中的硅酸盐矿物全部为C3S。如果KH=0.667是，硅酸盐矿物全部为C2S。所以KH介于0.6671.00之间。实际生产条件下，为了使煅烧过程中不致出现很多f-CaO，石灰
35、饱和系数一般控制在0.860.95范围内。KH愈高，C3S含量越多，C2S含量越少，此时生料难烧成，如果煅烧充分，这种熟料制成的水泥硬化较快，强度高。KH愈低，C3S含量越少，C2S含量越多，此时生料不耐火，这种熟料制成的水泥硬化较慢，早期强度低。硅酸率(SM)：水泥熟料中SiO2与Al2O3及Fe2O3之和的比值。根据硅酸率的大小，可以表示熟料中生成硅酸盐矿物(硅酸三钙与硅酸二钙之和)与溶剂矿物(硅酸三钙与铁铝酸四钙之和)的相对含量。硅酸率过高时，即溶剂矿物减少，烧成温度要提高，立窑煅烧是，易产生风洞，回转窑煅烧时不易挂窑皮；提高硅酸率，还会减慢水泥的凝结核硬化。硅酸率过低时，即溶剂矿物过高
36、，硅酸盐矿物减少，会减低熟料强度；在煅烧时易结大块。硅酸盐水泥熟料的硅酸率波动在1.72.7内。铝氧率(IM)是水泥熟料中三氧化二铝和三氧化二铁之比值。铝氧率是控制铝酸盐矿物与铁铝酸盐矿物相对含量的比率系数。当Al2O3与Fe2O3的总和一定是，铝氧率提高说明C3A增高，C4AF降低，水泥趋于早凝早强，水泥中石膏掺加量也需相应增加。熟料煅烧时，液相粘度增加，不利于C2S进一步与CaO化合成C3S。反之，但铝氧率过低时，说明C3A降低，C4AF提高，水泥趋于缓凝，早强低；熟料煅烧时，液相粘度小，有利于C3S的形成，但液相粘度过小，在回转窑内不利于熟料正常结粒和窑皮粘挂。在立窑煅烧中，若铝氧率过低
37、，即Fe2O3过高时，在立窑中部通风不良的情况下，Fe2O3容易还原成FeO，在熟料烧结温度下，有相当数量的FeO会进入C3S晶格中，是C3S稳定性大大降低，在冷却过程中，又使它分解为C2S和CaO，导致熟料强度和体积稳定性降低。当Fe2O3被还原成FeO时，料球过早出现液相，易结大块。硅酸盐水泥熟料铝氧率波动在0.91.7范围内。依据生产的情况确定生产时的率值范围为：KH=0.890.02，SM=2.50.1，IM=1.50.1。根据原料的化学成分、选用石灰石、粘土、铁粉为原材料，干的原料配合比：石灰石80.73%，粘土15.00%，铁粉4.27%。物料的天然水分：石灰石 1%，粘土 15%
38、，煤 2.44%，铁粉 1%。根据有关工厂的实际生产情况，熟料烧成热耗约为3345kJ/kg，煤的沉降率S=100%，煤灰的掺入量：GA=Qas/100Q=4.564%。2.2 物料平衡的计算2.2.1 物料平衡计算(1)要求熟料的产量：Qd =4000t/d；Qy=Qd365=1460000t/y；Qh= Qd/24=166.67t/h (2-1)Qd：熟料日产量 Qd=熟料年产量 Qh=熟料每小时产量(2) 窑台数：n=Qd/24Qh.1=1 (2-2)(3) 烧成车间的生产能力：熟料的小时产量：Qh=nQh.1=166.67t/h (2-3)熟料的日产量：Qd=24Qh=4000t/d
39、(2-4)熟料的周产量：Qw=168Qh=28000t/w (2-5)2.2.2 原料消耗定额(1) 1吨熟料的干生料理论消耗量：KT=(100-GA)/(100-L)=1.47t/t熟料 (2-6) GA煤灰的掺入量（%） L表示烧失量（%）(2) 1吨熟料的干生料消耗定额：K生=100KT/(100-P)=1.55 t/t熟料 (2-7)(3) 各种干的原料的消耗定额：K原=XK生 (2-8)即： K石灰石=1.5580.73%=1.25 t/t熟料K粘土=1.5515%=0.23 t/t熟料K铁粉=1.551.27%=0.20 t/t熟料(4) 湿的原料的消耗定额：K湿=100K干/（1
40、00-W湿） (2-9)即：K石灰石=1001.25/（100-1.0）= 1.26t/t熟料K粘土=1000.23/（100-15）=0.27 t/t熟料K铁粉=1000.023/（100-0.3）=0.20t/t熟料2.2.3 烧成用干煤的消耗定额 Kf1=100q/QDWg (100-Pf) (2-10) QDWg=（QDWg+25Wy）100/（100- Wy）式中 Kf1烧成用干煤消耗定额，t/t熟料； QDWg煤的干燥基低位热值，kJ/kg干煤； Wy煤的应用基水分，%； Pf煤的生产损失，%，定为0.1%；所以 QDWg=（20930+252.44）100/（100-2.44）
41、=21516kJ/kg干煤 Kf1=3345/21516100/（100-0.1） =0.156 t/t熟料2.3 全厂物料平衡计算物料平衡计算是从原料进厂到产品出厂各个生产环节需要处理的物料量。包括所有原料、燃料、半成品、成品的量并表达为小时、日、年需要量，作为确定工厂各种物料需要量，运输量，工艺设备选型和计算储存设施的依据。物料平衡计算是以熟料产量为基准的，物料平衡依据为：（a）工厂规模：用水泥年产量（万t/a），或窑规格，台数，或熟料日产量（t/d），年运行天数，或熟料年产量（万t/a）来表示；（b）生料各组份干配比（由配料计算决定），物料天然水份；（c）水泥各组分配比（由水泥品种，强度
42、等级，混合材种类和质量决定），物料天然水分；（d）燃料品种，工业及元素分析，热值和燃料水分等；（e）熟料的烧成热耗或表煤耗；（f）烘干热耗；（g）生料料耗和各种物料生产损失；（h）工作制度。2.3.1 相关参数的确定（1）预分解窑的年利用率影响回转窑年利用率的因素：原料品质，原料的均化不好，也会使窑的反应分散。热工制度不稳定会造成窑的年利用率低；燃料品质及细度情况也影响窑的利用率。窑的煅烧工艺也将影响窑的年利用率。优质的耐火材料及良好的密封性有利于提高窑的年利用率。国外预分解窑年利用率一般水平在80%到90%，本设计定年利用率85%（2）矿渣掺入量确定影响矿渣的质量评定：利用化学分析法评定矿渣
43、质量是目前国内外粒化高炉矿渣的主要方法。我国国家标准GB203-78对高炉矿渣的质量系数（K）评定：不得小于1.2代入本设计中各成分： (2-11)质量系数为1.8，活性较高。影响矿渣掺入量的因数：（A）矿渣活性性较高时，可适当加掺量。（B）熟料标号越高，矿渣掺量越高。（C）水泥标号不同，混合材参量不同。；国际规定，矿渣硅酸盐水泥矿渣掺入量为2070%，42.5硅酸盐水泥混合材为不超过5%，由于熟料理论计算值较高，可适当提高混合材参量。综上所述，最后确定混合材掺入量为：强度等级为42.5矿渣硅酸盐水泥矿渣掺入量为40%；强度等级为42.5型硅酸盐水泥矿渣掺入量为3%。（3）熟料强度等级的确定影
44、响熟料标号的因数有：（A）熟料矿物组成，C3S多有利于提高熟料的标号。（B）原料配合比及均化情况。生料均化措施良好，均匀性越高，其成分的稳定性越好，煅烧后熟料质量越好，相应熟料强度等级就越高，可生产水泥强度等级也就越高。同时还要保证生料的细度，细度越大，混合均匀性越好，固相反应速度就越快越充分，煅烧容易，熟料质量也就越好。（C）所采用煅烧设备情况，一般来说，回转窑要比立窑标号高，带预热分解炉的回转窑比普通回转窑生产的熟料标号高。表 2-3国内部分水泥厂熟料标号厂名规模（t/d）窑型标号(MPa)新疆水泥公司5000预分解窑63.7溧阳天山水泥5000预分解窑60.0华新水泥厂2500预分解窑59.8（4）水泥比表面积的确定通常水泥的细度高，比表面积大，水化速度越快，越易水化完全，对水泥凝胶性质有效利用率就高；水泥强度特别是早期强度高。水泥越细，标准稠度需水量和石膏产量都将增大，所以细度增大时石膏掺入量应增大。不同的粉磨细度对水泥性能的影响是显著的，适当提高水泥比表面积对其提高强度是有利的。在一定范围内提高比表面积降低细度可以大幅提高水泥产品实物水平，但达到一定值时影响程度将减小。随着水泥粉磨细度的提高，磨机产量下降，电耗，球段，衬板的消耗也在增加。随着比
