熟料水泥厂的毕业设计
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第一章文献综述
1.1水泥概述
1824年英国工程师阿斯普丁（ AsPdih）获得第一份水泥专利标志着水泥的 发明。水泥的发明为建筑工程的发展提供了物质基 础，使其由陆地工程发展到
水中、地下工程一。水泥发明至今已有一 百多年的历史，它始终是用途最广、
用量最多的一种胶凝材料。
水泥呈粉末状，与水混合后，经过物理化学过程能由可塑性浆
体变成坚硬
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的石状体，并能将散粒材料胶结成为整体，是一种良好 泥不仅能在空气中硬化，还能更好地在水中硬
o的矿物胶凝材料。水
化，保持并发展强度，所以水泥
属于水硬性胶凝材料，它可以用于 地上、地下、水中的工程。
为了适应不同建筑工程的需要，水泥品种不断增加，已达200多种。因此水 泥常按以下几个方面的特点分类。
（1 ）按照水泥的主要水硬性物质分：硅酸盐类水泥（主要水硬
性物质是硅
酸钙）、铝酸盐类水泥（主要水硬性物质是铝酸钙）、硫铝酸盐水泥（主要水硬 性物质是硫铝酸钙）等。因为它们的水硬性
物质不同，它们的性质也各异，如
铝酸盐类水泥凝结速度快。早期 强度高，耐热性能好而且耐硫酸盐腐蚀；硫铝 酸盐水泥硬化后体积会膨胀等。
（2）按照水泥的用途分为：通用水泥（用于一般的建筑工程，主
要是硅酸
盐类的五种水泥）、专用水泥（是指适应于专门用途的水 泥，有大坝水泥、油井 水泥、砌筑水泥等》特种水泥（具有比较突出的某种性能的水泥，如膨胀水泥、 低热水泥、彩色水泥、白水泥等）。
在诸多的水泥品种中，硅酸盐类水泥是最基本且用量最多的 一类水泥，在 进行室内装饰装修中也常用到这类水泥。此外，装修 中还用到的是白水泥和彩 色水泥
陈全德（2004年）在《新型干法水泥技术原理及应用》中讲解了有关新型 干法是水泥生产技术的应用，并叙述其原理解答了有关生产技术，如：生料均 化技术、生料粉磨技术、悬浮预热技术、预分解技术、回转窑等。
郝令旗、张浩云、齐国彤（2004年）在《新型干法水泥生产技术的现状与发 展》中指出虽然我国的新型干法水泥生产技术已达到国际较先进水平，但要想 取得更大的进步就必须做到在努力提高新型干法生产的水泥所占比例的同时， 继续将强技术研发，不断优化设计。
严生、常捷、程麟（2007年）在《新型干法水泥厂工艺设计手册》中介绍 了新型干法水泥生产的新工艺、新技术、新设备，并对工艺设计计算作了详尽 叙述，附有计算实例，对工艺设计所需的专业知识和附属设备选型也作了详细 介绍，有助于后期设计。
张庆今（2003年）在《硅酸盐工业机械及设备》中介绍了硅酸盐工业生产 过程中常用的机械设备，其中包括粉碎理论及粉碎机械，筛分过程及筛分机械、 两相流体力学及其设备、混合过程及混合机械设备等。
金容容（1993年）在《水泥厂工艺设计概论》中提到烧成车间的工艺流程和 设备的选
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择是根据工艺设计的原则进行的，并在设计时综合考虑各种因素。本 设计中窑尾废气被充分利用来烘干生料，窑尾废气一部分入生料磨对生料进行 烘干，另一部分则与生料磨的旋风分离器的废气在收尘器进口处汇合，从而减 少基建投资，降低能耗，获得最大经济效益。
胡道和（1992年）在《水泥工业热工设备》中阐述了新型干法窑系统中预煅 烧过程、回转窑的结构及其设计计算、以及煅烧过程及特点。
刘志江（2005年）在《新型干法水泥技术》中介绍了国内外水泥发展情况， 水泥的分类及水泥标准的要求，新型干法水泥生产中的原料、燃材料及配料， 新型干法水泥生产工艺及其主要设备等和设计相关的内容。
王君伟、李祖尚（2001年）在《水泥生产工艺计算手册》中介绍了有关工 艺平衡的计算和热平衡计算，回转窑的煅烧及冷却，还有其相关数据的记载， 对熟料计算很有帮助。
李海涛（2006年）在《新型干法水泥生产技术与设备》中详细介绍了水泥 生产过程所用设备、性能与操作参数，还介绍了水泥熟料形成过程、回转窑结 构及耐火衬料的选用和注意事项。
孙晋涛（2005年）在《硅酸盐工业热工基础》中阐明了窑炉内有关燃料燃 烧、气体流动和传热等基本规律，对设计中的有关热平衡计算有很大帮助。
艾晗松（2001年）在《CDC预热预分解系统设备的开发运用》中介绍了 CDC 预热预分解系统的设备原理、结构情况，也精述了 情况。
高长明（2006年）在《预分解窑水泥生产技术及进展》中涵盖了预分解窑 水泥技术的五个部分的内容：水泥生料均化链及其设备；先进的粉磨技术与装 备；熟料煅烧的预分解窑系统；国际国内水泥生产技术述评与展望；水泥工业 可持续发展战略级实践。
编写组（1976年）在《水泥厂工艺设计手册》中概要的总述了水泥厂工艺 设计中有关系统的选择、设备的选型等方面的经验，并收集了有关计算公式和 设备的规格、性能等资料。
郭俊才（2000年）在《水泥工厂实用技改新技术》中荟萃了 90年代尤其是 中后期以来众多的新型技术技改，具有极强的广泛性、实用性和操作性。为设 计中技术提供了参考价值。
陈涛（2003年）在《5000t/dCDC预分解系统的开发与设计》中改善了炉内 浓度和温度分布的均匀性，提高了炉容利用率，料气停留时间比在优化设计中 得以提高，有利劣质
CDC系统在干法生产线中的 应用
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煤的利用。证实了该系统的先进性和可靠性。
马保国（2007年）在《新型干法水泥生产工艺》中详细阐述了悬浮预热系 统的发展与工艺原理、分解炉、回转窑、冷却机、燃料燃烧器、低环境负荷型 水泥熟料的制备技术、新型干法水泥系统结皮堵塞及水泥工业处理危险废弃物 可行性研究。 1.2水泥生产方法
水泥的生产方法按照生料制备方法的不同， 有干法和湿法两种。将原料同时 烘干与粉磨或先烘干后粉磨成生料粉， 而后喂入干法窑内煅烧成熟料，称为干法 生产。将生料粉加入适量水分制成生料球， 而后喂入立窑或立波尔窑内煅烧成熟 料的生产方法，亦可归入干法，但也可将立波尔窑的生产方法称之为半干法。将 原料加水粉磨成生料浆后喂入湿法回转窑煅烧成熟料，则称为湿法生产。将湿法 制备的生料浆脱水后，制成生料块入窑煅烧，称为半湿法生产，亦可归入湿法， 但一般均称为湿磨干烧。将脱水生料块经烘干粉碎后，入预热器窑、窑外分解窑 等干法窑中煅烧者，一般亦称为湿磨干烧。
湿法生产热耗较高，但电耗较低，生料易于均化，成分均匀，熟料质量较高, 且输送方便，粉尘少，所以在20世纪30年代得以迅速发展。随着技术发展，如 烘干兼粉磨机的出现均化技术的发展、 收尘设备的改进等，在20世纪30年代到 40年代，在一些煤价高、电价低的国家，立波尔窑得到进一步发展。
20世纪50
年代末60年代初期，我国对湿法长窑和立波尔窑的技术经济指标进行了比较。 当时曾确定南方以湿法生产为主，北方以干法生产为主。
20世纪50年代出现的
悬浮预热器窑，在60年代得到了大量发展，大大降低了熟料热耗。 70年代出现 了窑外分解技术，水泥的生产方法出现了向干法发展的趋势。 从世界各国的情况 统计，干法生产比湿法长窑仍可以节省能耗， 而且经济上也是合理的。 沈威《水 泥工艺学》
新型干法水泥生产自问世以来倍受世界各国的关注，特别是
80年代以来得
到了突飞猛进的发展，国际水泥工业以预分解技术为核心， 将现代科学技术和工 业化生产的最新成果广泛应用于水泥生产的全过程，形成了一套具有现代高科技 为特征和符合优质、高效、节能、环保以及大型化、自动化的现代生产方法。新 型干法水泥技术代表了现阶段最高的水泥烧成技术，可以提高窑单位容积产量， 提高窑砖衬寿命和运转率，且自动化水平高、生产规模大，可以选用低质燃料或 低价废物燃料，节省燃料，降低热耗和电耗，减小设备和
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基建设资费用、废气生 成量少、事故率低和操作稳定。发展新型干法水泥技术是环境保护和资源综合利 用的必然结果。同时，新型干法水泥技术涵盖了许多丰富的理论好科研成果，
导着水泥工业设计、研发、生产等工作的不断完善、优化和提升。
指
新型干法水
泥生产技术以其独特的优越性赢得了国际的认可， 是最能代表当今科技发展水平 的水泥生产方法。新型干法水泥生产将是实现我国水泥工业现代化的必由之路。
新型干法水泥生产，就是以悬浮预热和窑外分解技术为核心，把现代科学 技术和工业生产成就，如原料预均化、生料气力均化、烘干粉磨、各种新型耐 热耐磨耐火材料以及电子计算机、自控技术等等，广泛的应用于水泥干法生产 的全过程，使水泥生产具有高效、优质、最大限度的降低能耗、降低基建投资， 又最大限度的提高产品质量符合环保要求和大型化，自动化的特征的现代水泥 生产方法。
新型干法生产包含了一整套现代化水泥生产新技术和与之相适应的现代化 科学管理方法。具有均化、节能、环保、自动控制、长期安全运转和科学管理
六大保证体系，是当代高新技术在水泥工业的集成，与传统的湿法、干法、半 水法水泥生产相比，新型干法水泥生产特点如下：
1. 生料制备全过程广泛采用现代化均化技术。使矿山采运一原料预均 化一生料粉磨一生料均化过程，成为生料制备过程完整的均化链。
2. 采用高效多功能挤压粉磨技术和新型机械粉体输送装置。 3. 工艺装备大型化，使水泥工业向集约化方向发展。
4. 用悬浮预热及预分解技术改变传统回转窑内物料堆积态的预热和分 解方法； 5. 重视消音除尘，满足环境保护要求。 6. 生产控制实现自动化。
7. 采用新型耐热、耐磨、耐火材料。 8. 实行现代化科学管理等。
陈全德.新型干法水泥技术原理与应用
悬浮预热技术：指低温粉体物料均匀分散在高温气流之中，在悬浮状态进
行交换，使物料得到迅速加热升温的技术。悬浮预热窑的特点：在长度较短的 回转窑后装设了悬浮预热器，使原来在窑内以堆积态进行的物料预热及部分碳 酸盐分解过程，移到悬浮预热器内以悬浮态进行，因此呈悬浮状态的生料粉能 与热气流充分接触，气、固接触面大，传热速度快，维修比较简单，占地面积 较小，投资费用较低等优点。 陈全德.《新型干
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法水泥技术原理与应用》
悬浮预热器（SP）的主要功能在于充分利用回转窑及分解炉内排出的炙热 气流中所
具有的热焓加热生料，使之进行预热及部分碳酸盐分解，然后进入分 解炉或回转窑内继续加热分解，完成熟料烧成任务。因此它必须具备使气固两 相能充分分散均布、迅速换热、高效率分离等三个功能。只有具备着三个功能， 并且尽力使之高效化，方可最大限度地提高换热效率，为全窑系统优质、高效、 低耗、和稳定生产创造条件。各种悬浮预热器的不同特性，主要取决于它的结 构及换热方式。构成各种悬浮预热器的热交换单元设备有旋风筒（包括连接管 道）及立筒（蜗室）两种，所有悬浮预热器窑都是由这两种热交换单元设备中 的一种单独或混合组成。悬浮预热器主要由旋风预热器及立筒预热器两种。现 在立筒预热器已趋于淘汰。预分解窑采用旋风预热器作为预热单元装备。
窑外分解技术：该技术又称预分解技术，是新型干法水泥生产技术，用预
分解技术建造的预分解窑日产量高、热耗低、工艺先进，一般用于大型预分解 窑。其含义是指将已经经过悬浮预热后的生料，在到达分解温度前，进入到分 解炉内与进入到炉内的燃料进行混合，在悬浮状态下迅速吸收燃料燃烧，使生 料中的碳酸钙迅速分解成氧化钙的技术。预分解窑的特点：是在悬浮预热器与 回转窑之间增设一个分解炉或利用窑尾上升烟道，原有预热器装设燃料喷入装 置，使燃料燃烧的放热过程与生料的碳酸盐分解的吸热过程，在其中以悬浮态 或流化态下及其迅速的进行，从而使入窑生料的分解率从悬浮预热窑的 30%左右 提高到85泊90%
马保国.《新型干法水泥生产工艺》
预分解窑的的关键技术装备有旋风筒、换热管道、分解炉、回转窑、冷却
机（简称筒一管一炉一窑一机）等。这五组关键技术装备五位一体，彼此关联， 互相制约，形成一个完整的热工体系，承担着水泥熟料预热、分解、煅烧、冷 却任务。 1.3新型干法水泥生产工艺流程简述
1.3.1、水泥生产原料及配料
生产硅酸盐水泥的主要原料为石灰质原料（主要提供氧化钙）和粘土质原料 主要提供氧化硅和氧化铝，也提供部分氧化铁），有时还要根据燃料品质和水泥 品种，掺加校正原料以补充某些成分的不足， 料或混合材料进行生产。
（1）
石灰质原料
泥灰岩、白垩和贝壳等。石
还可以利用工业废渣作为水泥的原
石灰质原料是指以碳酸钙为主要成分的石灰岩、
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灰石是水泥生产的主要原料，每生产一吨熟料大约需要 80%^上是石灰石。
（2）
黏土质原料
1.3吨石灰石，生料中
含碱和碱土的铝硅酸盐，主要成分为 SiO2，其次为AI2Q，少量FQO。一吨 熟料约需0.3〜0.4吨粘土质原料，在生料中约占11〜17%
天然黏土质原料有黄土、黏土、页岩、粉砂岩及河泥等。其中黄土和黏土用 得最多。此外，还有粉煤灰、煤矸石等工业废渣。黏土质为细分散的沉积岩，由 不同矿物组成，如高岭土、蒙脱石、水云母及其它水化铝硅酸盐。
（3）校正原料
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当石灰质原料和黏土质原料配合所得生料成分不能满足配料方案要求时 的Si含量不足，有的Al和Fe含量不足)必须根据所缺少的组分，掺加相应的
(有
铝质校正原料:
铁质校正原料: 补充生料中 硅质校正原料: 补充生料中
补充生料中
校正原料:
等。 (4)
Fe2O3的不足，主要为硫铁矿渣和铅矿渣等。 SiO2的不足，主要有硅藻土等。
Al 2O3的不足，主要有铝钒土、煤矸石、铁钒土
主要原料中的有害成分 ①MgQ影响水泥的安定性。水泥熟料中要求 MgOc5%原
料中要求MgOc 3%
② 碱含量(£Q Na?。)：对正常生产和熟料质量有不利影响。水泥熟料中要
求R?O< 1.3%,原料中要求 R?O< 4%
③ P2O5:水泥熟料中含少量的P2O5对水泥的水化和硬化有益。当水泥熟料中
P2O5含量在0.3%时，效果最好，但超过1%寸，熟料强度便显著下降。P2O5 含量应。
④ TiO2 :水泥熟料中含有适量的TiO2，对水泥的硬化过程有强化作用。当TiO2
含量达0.5〜1.0%，强化作用最显著，超过3%寸，水泥强度就要降低。如果含量 继续增加，水泥就会溃裂。因此在石灰石原料中应控制
(5) 工业废渣的利用
① 赤泥：烧结法生产氧化铝排出的赤色废渣，以 原料可配制成生料。
② 电石渣：以CaO为主。可替代部分石灰石生产水泥。 ③ 煤矸石：以SiO2、Al 2O3为主。可替代粘土生产水泥。
④ 粉煤灰：以SiO2、Al 2O3为主。可替代粘土配制生料，也可作混合材料。 ⑤ 石煤：以SiO2、Al 2O3为主。可作不粘土质原料，也可作燃料。
CaO SiO2为主。掺加石灰质
TiO2 <2.0%。
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1.3.2、硅酸盐水泥熟料的矿物组成
硅酸盐水泥熟料的矿物主要由硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙和铁铝酸四钙 组成。 133、工艺流程 （1）破碎及预均化
① 破碎 水泥生产过程中，大部分原料要进行破碎，如石灰石、砂岩、煤、 熟料、混合材和石膏等。石灰石是生产水泥用量最大的原料，开采后的粒度较大， 硬度较高，因此石灰石是生产水泥用量最大的原料， 开采后的粒度较大，硬度较 高，因此石灰石的破碎在水泥厂的物料破碎中占有比较重要的地位。
常用的破碎机形式有颚式破碎机、锤式破碎机、反击式破碎机等。大型水泥 企业，只要石灰石不属于很难破碎和高磨蚀性的类别，单段破碎以简化生产环节。 实现单段破碎的破碎机有锤式破碎机和反击式破碎机。反击式破碎机适合于破碎 石灰石等脆性物料，对含土量高的矿石不适应。锤式破碎机是20世纪50年代才 出现的新机型，破碎比大，能将大块矿石一次破碎成磨机需要的粒度。 对于硬质、 磨蚀性大的石灰岩或其它物料，宜采用两级破碎，一级选用颚式破碎机等，二级 选用锤式破碎机或反击式破碎机。
② 原料预均化预均化技术就是在原料的存、取过程中，运用科学的堆取料 技术，实现原料的初步均化，使原料堆场同时具备贮存与均化的功能。
预均化堆场的布置形式有矩形和圆形两种， 堆料和取料大多采用的都是“平 铺直取”法。矩形堆场有两个料堆，一个堆料，另一个取料，互相交替。进料皮 带在堆场顶部轴线上，用活动皮带堆料。取料机在两个料堆中间，可向两个料堆 分别取料。出料皮带在堆场的另一侧将取出的物料送到原料磨头的料仓内。
堆场中的堆、取料机一前一后，保持一定间隔，围绕中心运转。
原料预均化的基本原理就是在物料堆放时，由堆料机把进来的原料连续地按 一定的方式堆成尽可能多的相互平行、上下重叠和相同厚度的料层。取料时，在 垂直于料层的方向，尽可能同时切取所有料层，依次切取，直到取完，即“平铺 直取”。
（2）生料制备
水泥生产过程中，每生产1吨硅酸盐水泥至少要粉磨3吨物料（包括各种原 料、燃料、熟料、混合料、石膏），据统计，干法水泥生产线粉磨作业需要消耗
圆形
