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1、 中北大学课程设计说明书2010/2011学年第 一 学期学 院： 材料科学与工程学院 专 业： 无机非金属材料工程 学 生 姓 名： 学 号： 0703024126 课程设计题目：日产1000吨熟料生产线的石灰石破碎 车间设计 起 迄 日 期： 12月20日1月 17 日 课程设计地点： 中北大学 指 导 教 师： 系 主 任： 2010年 1月 18日目录1 绪论21.1我国水泥行业发展现状及展望21.2水泥厂工艺设计的基本原则3 1.3设计要求42配料和物料平衡计算42.1配料计算42.2物料平衡计算73主机平衡的计算和设备的选型9 3.1主机平衡计算93.2破碎设备的选型104 辅助设
2、备的选型10 4.1输送设备的选型10 4.2喂料设备的选型12 4.3除尘设备的选型124.4压气设备和通气设备的选型134.5起重设备的选型135车间布置146结束语1 绪论1.1 我国水泥行业发展现状及展望水泥建筑工业三大基本材料之一，素有“建筑工业的粮食”之称。水泥工业的发展对保证国家建设计划的顺利进行、人民生活水平的提高，具有十分重要的意义。2009年,中国的水泥产量为16.3亿吨；2010年1-11月，全国水泥产量170051万吨，同比增长15.6。据数据显示，每生产1t水泥要消耗1.3t石灰石、0.3t粘土、50kg石膏和115kg标准煤，每吨水泥熟料产生1tCO2。这对我国的矿
3、产资源和能源是极大的消耗，同时对环境产生严重的污染。因此，开展节能减排，开发新技术，延长建筑物的寿命是我们当代人面临的艰巨任务。上世纪5060年代，中国水泥厂是黑烟蔽日、粉尘弥漫，立窑是绝对的主流。数量不多的回转窑以湿法生产为主。那时，礼会普遍认为水泥工业是赃、乱、差、粗、笨为特点的行。7080年代，中国开始引进了几条湿法生产线(如华新窑等)，水泥工业的生产面貌有了初步改变和发展，但立窑的主流地位仍未动摇。当时世界舆论有人认为：随着化工新品的不断涌观，未来将用人造新材料(如特种塑料)代替传统的建筑材料。一度水泥工业曾被贬为“夕阳工业”。90年代，随着改革开放的不断深化和发展，中国经济得到了飞速
4、发展。我们拥有了大批自丰知识产权的新设备、新工艺、新技术。期间立窑比重虽仍偏大，但新型干法窑得到了迅速发展，水泥产撞连续居世界首位；同时相应专业人才也得到锻炼、培养并渐趋成熟。但按照西方统计规律认为：当时我国人均水泥产量已接近“饱和”，因此没有多大发展空间；加上全行业平均资源和能量消耗都比较大，污染较严重，即总体技术经济指标仍然落后。因此水泥工业的可持续发展确实还存在有众多的困难和众多的不确定性。新世纪第一个十年，我国水泥产量突破了西方所谓“饱和”的规律，继续大幅度提高。工程建设更是走出了国门，进军中东、欧、美、非洲等40余个国家，打出了中国水泥工业的品牌。尤其引人注目的是先进的新型干法生产线
5、的高速发展，据2009年的统计数据，我国新型干法水泥比重已上升到70以上。另外，在回转窑热耗不断降低的同时，又开发出了利用废弃物、有害毒物、城市垃圾等替代化石燃料生产水泥，以及纯余热发电节能新技术等，从而基本改变了我国水泥工业的落后面貌。但是能源枯竭的预警，温室CO2气体排放使全球气候变暖，自然灾害频发，引起了全人类的关注。作为“用能大户，排放(CO2)巨人”的水泥工业，自然又成为众矢之的。因此，新的挑战摆在面前，形势又迫使我们必须继续前行。在新的十年来临之际，首先需要的就是要有新的大胆的畅想和不懈的追求。1.2 水泥厂工艺设计的基本原则 (1)根据计划任务书规定的产品品种、质量、产量要求进行
6、设计。在工厂建成后的较短时期内，主机应能达到标定的产量；同时，标定的主机产量应符合优质、高产、低消耗和设备长期安全运转的要求，既要发挥设备能力，但又不能过分追求强化操作。 (2)选择技术先进、经济合理的工艺流程和设备。在选择生产工艺流程和设备时，应尽量考虑节省能源，采用国内较成熟的先进经验和先进技术；但对于新技术、新工艺、新设备，必须经过生产实践鉴定合格后，才可采用于新建厂的设计中。工艺流程和设备的选择应进行方案对比，以达技术先进、经济合理的目的。(3)全面解决工厂生产、厂外运输和各种物料储备的关系。多时间进行计划检修；同时，厂外运输也是间歇的，且受各种复杂条件的制约；因此，各种物料都应有适当
7、的储备。各种堆场、储库的容量，应满足各种物料储存期的要求，储存期的确定应使生产有一定的机动性，以利于工厂均衡连续地生产，但储存期也不应太长，以免增加基建工程量及工厂生产时的流动资金。 (4)注意考虑工厂建成后生产挖潜的可能和留有工厂发展余地。工厂从设计到建成投产往往要好几年时间，而生产技术却是向前发展的。因此，设备能力应能切实满足生产要求并留有余地。 (5)合理考虑机械化、自动化装备水平。机械化水平应与工厂规模和装备水平相适应，其中主要是要研究经济效果。连续生产过程中大宗物料的装、运、卸，必须实现机械化；重大设备的检修、起重，以及需要减轻繁重体力劳动的场合，也应尽可能实现机械化。(6)注意保护
8、环境，减少污染。贯彻执行国家环境保护、工业卫生等方面的规定，采取积极措施，减少环境污染，以保护职工身体健康和延长设备使用寿命。 (7)方便施工、安装，方便生产、维修。工艺布置应做到生产流程顺畅、紧凑、尽量简化，力求缩短物料的运输距离，并充分考虑设备安装、操作、检修和通行的方便以及其他专业对布置的要求。1.3 设计要求1.3.1 设计内容日产1000吨熟料生产线的石灰石破碎车间1.3.2 设计目的综合利用所学设计及工艺知识，结合工厂实际，以破碎车间为例，依据热工基础及设备课程的理论知识和相关工艺知识，针对不同的产品对象确定不同的工艺条件，对起设备选型、工艺计算进行基本训练。了解工艺设计的基本过程
9、、要求，初步培养分析、解决实际问题的能力和工程表达能力。1.3.3 原始数据原料：LossSiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3石灰石40.814.431.030.3652.070.460.08粘土9.0757.111.034.958.963.040.7铁粉2.0723.747.3156.43.752.941.0白粘土11.2548.1115.028.216.894.943.5煤灰50.4421.288.5710.293.331.2其中：石灰石水分为3%、粘土和白粘土水分俱为12%、铁粉水分含量为6%。烟煤中煤灰的含量为16.23%；煤的低位发热量为26346kJ/kg；热耗为950k
10、cal/kg；当地平均大气压为745mmHg。1.3.4工艺要求：KH0.880.01、SM2.60.1、IM1.60.1石灰石出破碎机粒度20mm2 配料和物料平衡计算2.1 配料计算配料计算的依据是物料平衡。任何化学反应的物料平衡是:反应物的量应等于生成物的量。随着温度的升高，生料煅烧成熟料经历着：生料干燥蒸发物理水；粘土矿物分解放出结晶水；有机物质的分解发挥；碳酸盐分解放出二氧化碳；液相出现是熟料烧成。因为有水分、二氧化碳以及某些物质逸出，所以，计算式必须采用统一基准。2.1.1 煤灰掺入量的计算式中:熟料煤灰掺入量，； 单位熟料热耗，；烟煤中煤灰的含量，；煤灰沉落率，；煤的应用基低热值
11、，；煤耗，熟料。代入数据求得：2.1.2 干原料配合比的计算设，则:以熟料为基准,列表递减如下:计算步骤要求熟料组成22.885.343.1465.62-2.22kg煤灰1.120.470.190.23差21.764.872.9565.39干石灰石掺入量-125kg石灰石5.541.290.4565.09差16.223.582.500.30干粘土、干白粘土掺入量-26kg粘土-2.5kg白粘土14.851.202.870.381.290.212.330.17差0.170.331.00-2.16干铁粉掺入量-1.8kg铁粉0.430.131.020.07差-0.260.20-0.02-2.23石
12、灰石配多了+4.3kg石灰石0.190.040.022.24差-0.060.250.01-0.02偏差不大,不再重算有上述计算可得：表1 熟料各组分的含量熟料各组分含量22.965.093.1365.65以上数据均符合要求,说明设定合适。按上表干原料质量比换算为百分配合比：2.1.3湿原料的配合比的计算石灰石水分为3%、粘土和白粘土水分俱为12%、铁粉水分含量为6%。将上述质量比换算为百分比：表2 各物料配合比石灰石粘土白粘土铁粉干原料配比82.5319.483.022.25湿原料配比76.4419.451.921.192.2 物料平衡计算物料平衡计算可以得到各种原料、燃料的需要量以及从原料进
13、厂直至成品出厂个工序所需处理的物料量。依据这些数据可以进一步确定工厂的物料运输量、工艺设备选型以及堆场、储库等设施的规模。物料平衡计算的基础资料是：工厂规模；生料各组分配合比及生料外加物比例、水分、消耗定额；水泥各组分配合比、水分；燃料品种、水分、热值；熟料烧成热耗，物料烘干热耗和车间工作制度等。物料平衡计算有周平衡法和年平衡法两种，本设计采用周平衡法。2.2.1 烧成车间生产能力和工厂生产能力的计算(1)窑的台数：式中： 要求的熟料日产量；24每日小时数。2.2.2 原材料消耗额定的计算(1)干生料的烧失量(2)考虑煤灰掺入时，1t熟料的干生料理论消耗量：式中：煤灰掺入量，以熟料百分数表示（
14、%）； 干生料的烧失量（%）。代入数据求得：(3)考虑煤灰掺入时，1t熟料的干生料消耗定额：(4)各种干原料的消耗定额:式中：干生料中该原料的配合比，。(5)各种干原料的消耗定额:式中：该湿物料的天然水份，。表3 全厂物料平衡表消耗额定物料平衡表（）干料含天然水份料干料含天然水份料小时日年小时日年石灰石1.271.4052.9212703810054.171300390000粘土0.320.3813.333209600015.83380114000白粘土0.030.031.253090001.674012000铁粉0.020.040.832060000.83206000熟料41.6710003
15、000003 主机平衡的计算和设备的选型3.1 主机平衡计算 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，为选定各车间主机的型号、规格和台数提供依据。（1）预定的主机年利用率：式中：每年工作日数（日/年），取300；每日工作班数（班/日），取2；每班主机运转小时数（小时/班），取7。（2）主机要求的小时产量：3.2 破碎设备的选型 近年来，随着窑、磨等设备单机生产能力的大型化以及矿山开采技术的发展，破碎流程向单段化发展，破碎设备向大型化、移动化和多功能化发展。 选择破碎系统时,要考虑物料的硬度、水分、形状、杂质含量，物料的进料块度、出料粒度，以及破碎系统的
16、破碎比。破碎机选型的依据是全厂主机平衡计算确定的破碎车间要求的小时产量，由此可以确定破碎机的规格和台数。选择破碎机时还应考虑物料的物理性质，如物料的硬度、块度、杂质含量与形状等。此外，要与使用地矿石特性结合起来研究。当具有多种选型方案时还要分居一次性投资及长久消耗一并考虑， 任务书要求设计的日产1000吨熟料的水泥厂为小型工厂，其矿山开采的矿石最大粒度可为600mm，设计任务书要求石灰石出破碎机粒度，则破碎比为30，故可选单段破碎系统。 反击式破碎机进料口大，破碎腔搞，适应物料硬度高、块度大的物料破碎。它还具有生产能力大，生产效率高，维修方便，经济可靠等优点。根据主机小时产量，查水泥厂工艺设计
17、手册，选用型号为PF-1013的反击式破碎机。表4 主机技术指标主机名称主机型号主机产量(t/h台)主机台数要求主机小时产量（t/h）主机生产能力（t/h）主机周实际运转时间（h）反击式破碎机PF-101380-150192.7580-120112电机型号：YR355-4；额定功率：220KW；转速：147r/s；效率：93.2%。4 辅助设备的选型4.1 输送设备选型带式输送机适用于运输散装物料，输送量大，动力消耗低，操作维护简单。由于物料与输送带几乎无相对移动，不仅使运行阻力小，而且对货载的磨损和破碎均小，生产率高。这些均有利于降低生产成本。带式输送机的输送线路适应性强又灵活。线路长度根据
18、需要而定。短则几米，长可达10km以上。可以安装在小型隧道内，也可以架设在地面交通混乱和危险地区的上空。根据工艺流程的要求，带式输送机能非常灵活地从一点或多点受料，也可以向多点或几个区段卸料。当同时在几个点向输送带上加料或沿带式输送机长度方向上的任一点通过均匀给料设备向输送带给料时，带式输送机就成为一条主要输送干线。因此选用带式输送机。输送散状物料时，带式输送机的输送能力可按下式计算：式中：输送物料能力，；断面系数；带宽，；带速，；物料容量，;倾角系数；速度系数。输送设备的能力应对主机有30%的储备能力，带式输送机的输送能力为：带速:由于石灰石是磨损性的大块物料，查表知在，取。石灰石的物料容重
19、：查表知石灰石的物料容重在之间，取。堆积角：取堆积角。断面系数：在水泥厂中，带式输送机输送矿石时应选用槽型，因此查表得断面系数值为。倾角系数：由于输送机输送物料为块状石灰石，查表可得最大倾角为，则。速度系数：带速，则。因此得:4.2 喂料设备选型 为了防止物料进入破碎机时冲击力对破碎机的损害，进入破碎机的物料应由喂料设备破碎机中。由于石灰石最大粒度为不大于600mm，因此选用中型板式给料机。 喂料机的喂料能力:式中：板式喂料机的喂料能力，；喂料机的宽度，；喂料的速度，；物料容量，。根据破碎机的生产能力，石灰石的块度等，查水泥厂工艺设计手册表2-2-1-5，选用型号为B1250-4.5的中型板式
20、给料机。表6 板式喂料机技术指标设备设备型号链轮中心距（）生产能力（）链板速度（）最大块度（）重量（）板式喂料机B1250-4.5180025-4800.02-0.054508.54.3 除尘设备的选型查表知反击式破碎机的排除风量为，含尘浓度，因此，选用袋式收尘器。表7 袋式收尘器技术指标设备型号台数净过滤面积滤袋个数处理风量阻力袋式收尘器PPDC32-6115519211390 m3/h1470-1770Pa过滤风速进口含尘浓度出口含尘浓度压缩空气耗量1.2m/s200g/ m3标100g/ m3标500000Pa0.55标/min4.4 压气、通气设备选型4.4.1 压缩空气储气罐主要用于
21、粉状物料的输送，卸料和搅拌，有吹送作用。选用型号,容积。4.4.2 风机主要用于热工设备和气力输送设备的排风和鼓风，以及一般的除尘，由于除尘设备含尘浓度标，选用型。风量:；转速：；风压：。4.5 起重设备选型考虑到破碎机的检修时，必须安装检修吊车。由水泥厂工艺设备手册知：破碎机中起重量为，选用手动型起重机。（1） HS型平拉葫芦型号：HS20起重量20t，起重高度9m。（2） SPX-3型手动单轨小车：起重量10t，其高度9m 工字形钢号：40a。5 车间布置在设计破碎车间时，必须充分掌握有关生产操作、设备维护、维修工业卫生和安全等资料，查阅类似规模的车间设计图纸，根据有关的设计规范和规定以及
22、基础资料进行设计。破碎车间主要接受来自矿山开采后的硬质原料及出窑熟料和某些快状，硬质混合材料的破碎，故其位置应对照总平面图上的整体布局，并考虑到进出口料的方向加以决定。对于石灰石破碎系统布置，应注意以下几个问题：第一：破碎车间与矿山的距离，当破碎车间设在矿山附近时，车间应选择在爆破安全区，并不得放在勘探固定的矿山，同时需要注意：所选位置不影响将来对有用矿山的开采和运输。第二：破碎车间因进料坡度较大，特别是大型破碎机，必须选用结构坚固，耐冲击的喂料设备，在喂料设备受料处上设钢筋铨受料斗，在其侧壁铺设钢轨。 第三：在进行破碎车间布置时，应注意拆装破碎机所需要的空间，车间外部有方便运输条件，以便于检
23、修时运送重大配件。第四：大中型水泥厂的石灰石破碎车间，一般应设置检修起重机，其起重量按需要检修起吊的最重部件的质量来考虑，有的部件需组装起吊的，应从组装部件的总质量来考虑，当吊起部分质量小于10吨时，一般用手动；大于10吨时用电动起重机轻级工作制，对于小型破碎机，则可在它的上房屋梁上设置起重吊钩，以便检修设备时悬挂起重电葫芦之用。第五：如破碎机地方较深且低于地下水位时，除了在建筑中需要考虑防水措施外，必要时可设置小水泵，以便排除地坑内积水。参考文献1 邢东海.水泥厂工艺设计手册.北京：中国建筑工业出版社，19922 金容容.水泥厂工艺设计概论.武汉：武汉工业大学出版社，20013 张庆金.硅酸盐工业机械及设备.广州：华南理工大学出版社，19924 孙晋涛.硅酸盐工业热工基础及设备.武汉：武汉理工大学出版社，2005
