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生产实习报告
学院:材料科学与工程学院
班级:材料0201
姓名:魏永杰
学号:20号
指导老师:侯新凯 宋强
实习地点:陕西尧柏特种水泥股份有限公司
目 录
前 言
0.1实习目标
赴水泥厂生产实习是材料工程专业本科生必修课程之一,通过生产实习,掌握水泥材料的具体生产工程,掌握水泥熟料的形成工程,掌握各种生产设备的工作原理和作用,为学好专业课程打下良好的基础.
本次生产实习由侯新凯和宋强两位老师带队,材料科学与工程专业材料工程模块共48人参加实习.整个实习共两周,实习地方是陕西尧柏特种水泥股份有限公司.
0.2公司简介
陕西尧柏特种水泥股份有限公司是集水泥和商品硅酸盐生产于一体的股份制企业,是经陕西省人民政府批准成立的股份有限公司.公司所属子公司包括:陕西尧柏水泥蒲城分公司,陕西尧柏水泥蓝田分公司(筹),陕西尧柏水泥销售公司.企业法定代表人张继民,注册资本6000万元,企业总资产3.8亿元.
蒲城分公司拥有2500t/d,500t/d,400t/d熟料新型干法水泥生产线各一条,年产水泥120万吨.主要产品有"尧柏"牌32.5r,42.5r粉煤灰水泥,32.5r,42.5r普通硅酸盐水泥及32.5低热矿渣水泥,42.5低热水泥,42.5中热水泥以及道路水泥等特种水泥.xx年企业通过iso9000产品质量和质量体系双认证."尧柏"牌水泥被授予"国家免检产品"称号,广泛应用于高速公路,铁路,桥梁,隧道,机场,水利工程和民用建筑等重点工程建设.
公司连续多年被省政府命名为"重合同,守信用"单位,"省十大水泥明星企业","省环保先进单位",是省水利厅指定的唯一特种水泥定点生产厂家;被省银行同业协会评为"诚信企业";被渭南市政府列为"市水泥骨干企业".公司连续四年被省农行评为"aaa"级信用企业和"黄金客户".
0.2.1企业文化
经营理念:以人为本铸造精品不断创新赶超一流
企业核心价值观:共同致富实现双赢体现人生服务社会
企业核心竞争力:诚信经营质优价廉至诚服务行业领先
企业精神:自强自立励精图治开拓创新超越自我
0.2.2产品介绍
(1)32.5低热矿渣硅酸盐水泥
"尧柏"牌32.5低热矿渣硅酸水泥具有强度高,水化热低,抗冻,收缩小等技术特性.经国家水泥质量监督检验中心检验,符合gb200-xx国家标准32.5低热矿渣水泥的技术要求,产品适用于各种大体积硅酸盐工程.
(2)32.5r普通硅酸盐水泥
"尧柏"牌32.5r等级普通硅酸盐水泥是按照国家新标准gb175-1999组织生产的,它具有早强,28天富裕强度高,凝结时间正常,和易性好的特点.在全省质量评比中名列前茅.该产品广泛用于工业以及民用建筑.
(3)42.5低热硅酸盐水泥
"尧柏"牌42.5#低热硅酸盐水泥具有水化热低,抗蚀,抗裂,耐磨等技术特性.符合gb200-xx国家标准42.5低热硅酸盐水泥技术要求.该产品特别适用于水工,大坝,大体积硅酸盐工程.
(4)42.5中热硅酸盐水泥
"尧柏"牌42.5中热硅酸盐水泥是我公司1992年研制生产的特种水泥,经国家水泥质量监督检验中心检验,符合gb200-xx国家标准42.5中热硅酸盐水泥.具有强度高,抗冻,抗酸碱腐蚀,耐磨抗裂性好,水化热较低,颜色纯正等特点.主要应用于水工,大坝,底下及隧涵等工程.
(5)42.5r普通硅酸盐水泥
"尧柏"牌42.5等级普通硅酸水泥是按照国家新标准gb175-1999组织生产的,它具有早强,28天富裕强度高,凝结时间正常和易性好的特点.在全省质量评比中名列前茅.该产品广泛用于工业及民用建筑.
最后再次感谢陕西尧柏特种水泥股份有限公司为这次生产实习提供了实习基地并给与了大力支持.此外感谢侯新凯教授,宋强老师在这次实习中给与指导.
1水泥厂生产流程
1.1水泥生产工艺及其发展
水泥的生产工艺简单讲便是两磨一烧,即原料要经过采掘,破碎,磨细和混匀制成生料,生料经1450℃的高温烧成熟料,熟料再经破碎,与石膏或其他混合材一起磨细成为水泥.由于生料制备有干湿之别,所以将生产方法分为湿法,半干法或半湿法,干法3种.
(1)湿法生产的特点将生料制成含水32%～36%的料浆,在回转窑内将生料浆烘干并烧成熟料.湿法制备料浆,粉磨能耗较低,约低30%,料浆容易混匀,生料成分稳定,有利于烧出高质量的熟料.但球磨机易磨件的钢材消耗大,回转窑的熟料单位热耗比干法窑高2093～2931kj/kg(500～700kcal/kg),熟料出窑温度较低,不宜烧高硅酸率和高铝氧率的熟料.
(2)半干法生产的特点将干生料粉加10%～15%水制成料球入窑煅烧称半干法,带炉篦子加热机的回转窑又称立波尔窑和立窑都是用半干法生产.国外还有一种将湿法制备的料浆用机械方法压滤脱水,制成含水19%左右的泥段再入立波尔窑煅烧,称为半湿法生产.半干法入窑物料的含水率降低了,窑的熟料单位热耗也可比湿法降低837～1675kj/kg(200～400kcal/kg).由于用炉篦子加热机代替部分回转窑烘干料球,效率较高,回转窑可以缩短,如按窑的单位容积产量计算可以提高2～3倍.但半干法要求生料应有一定的塑性,以便成球,使它的应用受到一定限制,加热机机械故障多,在我国一般煅烧温度较低,不宜烧高质量的熟料.
(3)立窑生产的特点立窑属半干法生产,它是水泥工业应用最早的煅烧窑,从19世纪中期开始由石灰立窑演变而来,到1912年发展成为机械化立窑.立窑生产规模小,设备简单,投资相对较低,对水泥市场需求比较小的,交通不方便,工业技术水平相对较低的地区最为适用.用立窑生产水泥热耗与电耗都比较低,我国是世界上立窑最多的国家,立窑生产技术水平较高.但是,立窑由于其自身的工艺特点,熟料煅烧不均匀,不宜烧高硅酸率和高饱和比的熟料,窑的生产能力太小,日产熟料量很难超过300吨,从目前的技术水平来看也难以实现高水平的现代化.
(4)干法生产的特点干法是将生料粉直接送入窑内煅烧,入窑生料的含水率一般仅1%～2%,省去了烘干生料所需的大量热量.以前的干法生产使用的是中空回转窑,窑内传热效率较低,尤其在耗热量大的分解带内,热能得不到充分利用,以致干法中空窑的热效率并没有多少改善.干法制备的生料粉不易混合均匀,影响熟料质量,因此40～50年代湿法生产曾占主导地位.50年代出现了生料粉空气搅拌技术和悬浮预热技术, 0年代初诞生了预分解技术,原料预均化及生料质量控制技术.现在干法生产完全可以制备出质量均匀的生料,新型的预分解窑已将生料粉的预热和碳酸盐分解都移到窑外在悬浮状态下进行,热效率高,减轻了回转窑的负荷,不仅热耗低使回转窑的热效率由湿法窑的30%左右提高到60%以上,又使窑的生产能力得以扩大,目前的标准窑型为3000t/d,最大的10000t/d.我国现在有700t/d,1000t/d,xxt/d,4000t/d的几种规格,逐步向大型方向发展.预分解窑生料预烧得好,窑内温度较高,熟料冷却速度快,可以烧高硅酸率,高饱和比以及高铝氧率的熟料,熟料强度高,因此现在将悬浮预热和预分解窑统称为新型干法窑,或新型干法生产线,新型干法生产是今后的发展方向.新型干法窑规模大,投资相对较高,对技术水平和工业配套能力要求也比较高,如条件不具备则难以正常发展.
1.2全场平面布置及规模
1.2.1尧柏水泥厂(一厂)的平面布置
附:
图1.1尧柏水泥厂(一厂)的平面布置
图1.2尧柏水泥厂(一厂)的工艺流程简图
1.2.2尧柏水泥厂规模
尧柏水泥厂成立于1989年,当时有年产2万吨的中空窑.其前身是罕井水泥厂,94-95年兼并了蒲城县国办水泥一厂、二厂.建了日产4万吨的机立窑,xx年建成一条日产2500吨的干法水泥生产线.是陕西第一家能生产低碱水泥,第二家生产低温水泥.目前年产水泥125吨,总资产3.8亿,职工1000多人.xx年,尧柏集团通过了iso9000产品质量和质量管理体系双认证;xx年初,国家质量监督检验检疫总局给"尧柏"牌水泥颁发了"产品质量免检证书",xx年获得国家水泥免检称号.
1.3全厂主机设备与存储设备
表1.1全厂主机设备与存储设备列表
生料磨
回转窑
水泥磨
煤磨
冷却机
储存设备
一厂
mls3626立磨o-sepa高效选粉机
φ4×60m五级旋风预热器(带分解炉)
φ4×13m2台
mpf1713
lbt32216
堆料场,配料站,均化库,熟料库,水泥库
二厂
φ1.83×7mφ1.2×4.5m串联o-sepa250选粉机
φ2.7×42m五级旋风预热器
φ2.2×7.5m"aaa"三仓磨
φ1.7×2.5m球磨机
φ2.8×28m
堆料场,配料站,均化库,熟料库,水泥库
三厂
φ2.2×6.5m
o-sepa500选粉机
φ2.8/φ2.5×40m四级旋风预热器
φ2.2×6.5mφ1.83×7m串联
φ1.7×2.5m球磨机
φ2.5/φ3.0/φ2.5
堆料场,配料站,均化库,熟料库,水泥库
(1)pc-2018反击锤式破碎机
转子尺寸:φ2020×1802mm转子转速:300r/min
锤头数量:36个电机电压:10000v
进了粒度:≤1000mm电机功率:710kw
出料粒度:80%≤25mm生产能力:350～450t/h
(2)板式喂料机
型号: z180-9.8链板规格:1800×9800mm
链板速度:0.01～0.07m/s最大给料尺寸:1200mm
重量(不包括电机):6800kg电机功率:37kw
电机转速:740r/min给料能力:65～650t/h,40～400m3/h
(3)mls3626立式辊磨机
给料粒度:≤90mm生产能力:185t/h
调速型液力偶和器
型号:yotg1000b额定功率:1400kw
额定输入转速:1000r/min转差率:≤3%
调速范围:(0.20-0.97)×输入转速
(4)ls型螺旋输送机
型号规格:ls500×6输送能力:25m3/h
驱动装置:n/25-30转速:40y.p.m
(5)链斗输送机
型号:scd630减速机型号:ynf-880
输送能力:1xxkg/h设备总重:18000kg
电机功率:45kw
(6)o-sepa选粉机
型号:n-xx总重:19183kg
风量:xxm3/min喂料量:400t/h
电机功率:132kw水泥生产能力:72～120t/h
(7)罗茨鼓风机
型号:wl41-40/0.50介质名称:空气
流量:40m3/min介质密度:1.2kg/m3
(8)水泥窑尾引风机
流量:145000m3/min压力:10000pa
功率:400kw工作温度:250℃
工作转速:148r/min
(9)调速型液力偶合器
型号:yoto850b功率:750kw
转速:1500r/min滑差:≤0.03
调速范围:0.2～0.97n电
(10)陕西压强设备厂调速机
型号:zs125生产编号:48
速比:46输入转速:1000r/min
轮廓尺寸:211511551306
重量:2910kg
(11)离心通风机
型号:9-19-1100编号:201202
流量:9047-1538m3/h转速:1450r/min
全压:7364-7236pa
2原材料和燃料的种类及要求
2.1原材料的种类
制造硅酸盐水泥的主要原料是:石灰石原料(主要提供氧化钙)和粘土质原料(主要提供氧化硅和氧化铝,还提供部分氧化铁),我国粘土质原料及煤炭灰分一般含氧化铝较高,含氧化铁不足,需用铁质校正原料,即采用石灰石原料,粘土质原料和铁质校正原料进行配料.
2.2原材料及燃料的要求
2.2.1原材料的要求
表2.1原材料的要求
序号
控制
对象
项目
控制
指标
合格率
取样点
检测频次
取样方式
1
石灰石
cao
≥48%
≥80%
配料站
1次/4h
瞬时
2
石灰石
cao
mgo
全分析
≥48%
≤3%
≥80%
堆场
1次/7天
综合
3
粘土
全分析
水分
≤15%
≥80%
堆场
1次/7天
综合
4
铁粉
全分析
水分
fe2o3
≥10%
≥45%
≥80%
堆场
1次/7天
综合
2.2.2燃料的要求
水泥工业所用的燃料为烟煤,其基本要求是:每千克烟煤的热值在21000kj以上,挥发分含量应为20～30%,灰分小于25%,细度在80um六孔筛上的筛余量应小于10%.
表2.2燃料的要求
序号
控制
对象
项目
控制
指标
合格率
取样点
检测频次
取样方式
1
原煤
工业
分析
ar≤25%
vr≤25%
qdw≥23027kj/kg
≥80%
堆场
1次/20h
综合
2
入窑
煤粉
水分
细度
≤1%
≤10%
≥90%
≥80%
煤粉
仓口
1次/8h
1次/2h
综合
3生料制备
3.1矿山的开采方式及设施
3.1.1开采方式
矿山的开采方式主要有露天开采和洞采两种,露天开采又分为斜坡开采和凹陷开采.技术要求最低开采标高(不低于最低基准面,能保证矿山自由排水);合适的剥采比(剥取废石量与开采矿石重量之比,一般大于0.2～0.5);最低可采厚度;夹石剔除厚度;矿山开采最终边坡角.
3.1.2矿山开采的工艺流程
矿山开采的工艺流程:采矿工作面的整平→布置爆孔→钻孔→装药爆破→集矿→装车
3.2原料的破碎,预均化和生料粉磨
从矿山开采的矿石用卡车运到水泥厂,由板式喂料机送入单段锤式破碎机,再用皮带送到预均化堆场,采用横堆竖取的方式取料,料经皮带送到石灰石仓.再加上从铁粉仓和粘土仓及粉煤灰仓经电子皮带称定量取料混合后送入生料磨(立磨).经立磨粉磨后粗细料被选粉机分离,粗料返回立磨继续粉磨,细料送入两个锥型仓暂时储存.
3.3生料储存,均化和输送
由立磨出来的细粉经气力输送管道和皮带提升机送到均化库顶部,经四嘴下料机进入均化库.均化库既有均化的作用也有储存生料的作用.
3.4水泥厂生料工段工艺流程图
石灰石→板式喂料机→单段锤式破碎机→皮带→堆料机→取料机→皮带→配料站→立磨→o-sepa选粉机→气力输送管道和皮带提升机→生料均化库
附:图3.1生料工段工艺流程图(尧柏水泥一厂)
图3.2生料工段工艺流程图(尧柏水泥三厂)
3.5生料工段主要设备,设备工作原理
(1)板式喂料机
型号:bz180-9.8链板规格:1800×9800mm
链板速度:0.01～0.07m/s最大给料尺寸:1200mm
重量(不包括电机):6800kg电机功率:37kw
电机转速:740r/min给料能力:65-650t/h40-400m3/h
板式喂料机能承受较大的料压和冲击,适应大块矿石的喂料,该机给料均衡运转可靠,但设备较重,价格高.板式喂料机分轻型,中型和重型三种.立窑水泥厂石灰石破碎的喂料机一般选用中型的占多.
(2)pc-2018反击锤式破碎机
转子尺寸:φ2020×1802mm转子转速:300r/min
锤头数量:36个电机电压:10000v
进了粒度:≤1000mm电机功率:710kw
出料粒度:80%≤25mm生产能力:350-450t/h
工作原理:物料进入锤破中受到高速回转的锤头冲击而被破碎,物料从锤头处获得动能以高速冲向打击板而被第二次破碎,粒径合格的物料通过蓖条排出,较大粒径在蓖条上再经锤头附加冲击,研磨而被破碎,直至合格后通过蓖条排出.
(3)袋收尘——脉冲袋收尘器
是一种新型高效袋式收沉器,利用脉冲阀使压缩空气定时地对滤袋进行喷吹清灰,滤袋寿命长,收尘效率高.
工作原理:
含尘气体由进风口进入箱体,气体由滤袋外进入滤袋内,经文氏管进入上箱体,从出风口排出,粉尘能截留在滤袋外表面.为了保持收尘器的阻力在一定的范围内(一般为1176～1470pa)必须定期清灰.清灰时由脉冲控制仪按程序开启控制阀使气沧内的压缩空气由喷嘴管的孔眼高速喷出,每个孔眼对准一个滤袋中心,通过文氏管的诱导在高速气体周围引入相当于喷嘴空气5—7倍的二次空气冲进滤袋,使滤袋急剧膨胀,引起冲击震动.同时产生由袋内向袋外的逆向气流,是黏附在滤袋外表面的积灰被吹落.此时滤布空隙中的粉尘也被吹落,吹扫下来的积灰落入灰斗经排灰系统排出.
(4)堆料机和取料机
堆料机是:车式悬臂胶带堆料机.(一侧两轨)
取料机是:桥式刮板取料机.(两侧两轨)
(5)立磨mls3626
给料粒度:≤90mm生产能力:185t/h
工作原理:
物料由三道锁风阀门下料溜子进入磨内,堆积在磨盘中间.由于磨盘的旋转带动磨辊转动物料受离心力的作用想磨盘边缘移动,并被齿入磨辊底部而粉磨.磨辊有液力系统增压以满足粉末需要.磨盘的转速比较高,比相同直径的球蘑机要快大约80%.物料不仅在辊下被压碎,而且被推向外缘,越过挡料圈落入风环,被高速气流入分离器,在回转风叶的作用下进行分选,粗粉重新返回磨盘再粉磨.合格的成品随气流带出机外被收集作为产品,由于风环外气流速度很高因此转热速率很快,小颗粒瞬时得到干燥,大颗粒表面被烘干,再折回重新粉碎过程中得到进一步干燥.
(6)o～sepa选粉机
型号:n-xx总重:19183kg
风量:xxm3/min喂料量:400t/h
电机功率:132kw水泥生产能力:72～120t/h
工作原理:
待选物料由上部的两个喂料管喂入选粉机,通过撒料盘缓冲板充分分散,落如选粉区,选粉气流大部分来自磨机,通过切向一次风进口.来自收尘设备的收尘风通过二次风进口进入,经导向叶片水平进入选粉区.在选粉机内由垂直叶片和水平叶片组成笼式转子,回转时使内外压差在整个高度内上下保持一定,从而使气流稳定均匀,为精确选粉创造了条件,物料自上而下为每个颗粒提供了多次重复分选的机会,而且每次分选都在精确的离心力和水平风力的平衡条件下进行.细粉从外向内克服了边壁效应的不利影响.
(7)电收尘
工作原理:
电收尘利用高压静电场的作用,使通过的含尘气体中的尘粒荷电,在电场的作用下,使尘粒沉积于电极上,将尘粒从气体中分离出来.电收尘器具有运行可靠,维护简单,电耗低,除尘效率高等优点,在合适条件下使用,其除尘效率可达99%以上.
(8)cp均化库
工作原理:
该库直径较大,生料先送至顶生料分配器,再经放射状布置的空气输送斜槽入库,库顶还设有收尘器,仓满指示器等装置,在大库的下部中心建有一圈锥型混合室,当轮流向大库的环型库底冲气时生料呈流态化并经混合室周围的8—12个进料孔流入混合库中,同时大库内的生料呈旋涡状踏落,在生料下移的过程中产生重力混合,进入混合库的生料则按扁型四分区进行激烈的空气搅拌,即进行气力均化.混合室的另一作用是靠室内所存一定数量成分均匀的生料起缓冲作用,使进入混合室时略有成分波动的生料缩小其波动.
(9)气力输送斜槽
以高压离心通风机为动力源,使密闭输送斜槽中的粉状物料保持流态化向斜槽的一端缓慢流动,这种斜槽的主体部分无主动部件,结构简单,输送能力大,易改变输送方向.
3.6保证生料质量的几个控制环节
3.6.1生料粉磨系统的调节控制
为实现最优控制,使粉磨作业经常处于良好状态,在烘干粉磨系统生产中,越来越广泛的采用电子计算机和自动化仪表,实行生产过程的自动调节控制.生料粉磨系统是水泥厂生产中实行自动化最为成功,并且得到普遍应用的一个工序.自动控制主要有以下五个方面的主要内容:①调节入磨原料配比,保证磨机产品达到规定的化学成分;②调节喂入磨物料总量,使粉磨过程经常处于最佳的稳定状态,提高粉磨效率;③调节磨机系统温度,保证良好的烘干及粉磨作业条件,并使产品达到规定的水分;④调节磨机系统压力,保证磨机系统的正常通风,满足烘干及粉磨作业需要;⑤控制磨机系统的开车喂料程序,实行磨机系统生产全过程的自动控制.
3.6.2原料配料控制
采用电子称-x荧光分析仪-电子计算机自动调节生料磨系统的喂料配比,是20世纪60年代取得的成果.40多年来,国外许多现代化水泥厂几乎全部实现了原料配比的自动控制.这个自动控制系统的应用成功,主要在于对生料化学成分可以进行在线快速分析和建立了一套数学模型及控制算法.
控制系统的目标是调节入磨原料配比,保证规定的生料化学成分.控制系统分为两段,首先对待用的各种物料进行取样和分析,再由东西得到的化学成分计算出各种原料的要求配比.计算公式是线形的,很容易由计算机计算出.在某些情况下即使不可能取得最理想的配比,也可以求出近乎理想的配比.
计算机取得的各种原料的成放是取样值的平均数.原料成分的波动会导致生料成分的波动.近年来,很多工厂采用了自动取样装置及x荧光分析仪,-射线仪分析生料成分,将测定的结果输入计算机,以便及时得到各种原料配比,并调整其流量.
样品的抽取一般有两种方式,即磨入口取样和磨出口取样.前一种取样方式虽然可以缩短控制的滞后时间,但由于进入磨机前的物料均匀性差,故一般采用后一种取样方式.
采用电子计算机进行配料计算和控制的指导思想及基本原则如下:
(1)对取样器采集的样品,一般是间隔测量分析,同时考虑到原料在喂料机上的输送时间,在磨机内的粉磨时间以及制样,分析所需的时间,故计算一次配料的时间周期大约为30-60min.生料配料控制程序也是按此时间定期启动.
(2)配料计算中所用的生料目标率值,一般是应用熟料的率值,以便考虑煤灰掺入的影响.
(3)采用修正控制加积分控制的方法.对原料成分数据之所以进行修正计算,是由于给定的原料成分是某一段时间的平均值,而实际上从矿山开采的原料资源在质量上是有所波动的,虽经过预均化,入磨原料的成分仍然时刻波动,故原料成分的实际值与给定值之间有偏离.对于产生偏差的主要原因进行理论分析,可有两种考虑方法:一是假定偏差是由于原料中所含比例最大的那种氧化物的波动引起的,例如,石灰石中的cao,砂岩中的sio2,页岩中的al2o3和铁粉中的fe2o3等,即修正的要素是选用这些原料中含量最多的氧化物;另一种假设是认为生料成分的波动是由于几种原料中配合比例最大的那种原料化学成分波动,或者是由化学成分波动最大的那种原料的化学成分波动而引起的.这样,在四种原料配料中假定三种原料化学成分没有变,或假定四种原料中的三种含量较小的氧化物的成分未变,就可以根据两次取样间的原料配比及出磨生料中四种氧化物的含量计算下一周期所需的原料新配比(当然计算中也要考虑煤灰的影响).
(4)对原料成分进行修正计算后实际上每一次生料值率的瞬间值与目标值仍会产生微小的偏差.为消除这些偏差,在每次新配比计算中都要考虑前几个周期进入均化库的生料率值,以便消除或减小累计偏差,使在均化库中的这几个周期的生料的平均成分值与设定的目标值趋于一致.
3.6.3磨机系统压力控制
磨机系统压力控制的目的,是为了检测各部通风情况,及时调节,满足烘干及粉磨作业要求.磨机出,入口负压差,表征磨内通风的阻力大小,压差增大表示磨内可能负荷过大或隔仓板篦缝可能发生堵塞;其他任何两点之间的压差有较大变动,都表明两点间阻力的变.一般在生产情况基本正常,压差变动不大时,可适当调节排风机的风门;压差变动过大时,则需及时检查设备状况,及时消除故障.
3.6.4磨机开车喂料程序控制
对磨机启动时的喂料程序控制的目的,是为了避免磨机启动时,由于外了喂料不当时发生磨满堵塞.该程序控制可以保证对磨机的喂料量进行均匀地,按一定程序的逐步加大,实现最优操作.控制办法是在磨机启动后,检测出它的负荷值,用计算机按一定数学模型运算处理,向喂料调节器送出喂料量的目标值,使之逐步增大喂料量,直至磨机进入正常负荷状态为止.
3.6.5辊式磨的自动调节控制系统
辊式磨自动控制系统的设置基本与上述方法相同,由于磨机结构与烘干兼粉磨的钢球蘑机不同,故自动控制系统亦有区别,一般装设五个自动调节回路.
3.6.6磨机系统温度控制
磨机系统温度控制的目的,是为了保持良好的烘干及粉磨作业,保证成品水分达到规定要求.烘干粉磨系统的温度控制,大多采用单回路自动调节系统.对磨机成品水分的控制可有两种方法:一是根据原料及成品水分,通过调节系统排风机风门,改变入磨热风量,控制烘干作业;另一种是通过改变热风入口管道上的冷风门,调节入磨热风温度,控制烘干作业.两种方法相比,后一种方法有利于保持磨机系统的生产稳定.在带有预烘干设备的烘干粉磨系统及利用选粉机等设备同时进行原料烘干时,亦需通过调节各种设备系统的排风机风门或冷风掺入量的办法,调节热风进入量或改变热风温度,以控制这些设备的出口气温,达到控制烘干过程的目的.
4熟料的煅烧
4.1生料的预热和预分解系统
尧柏水泥一厂的预热与分解系统为五级旋风预热器和分解炉,从窑头来的三次风入分解炉,分解炉上有两个喷煤管来完成煤粉的供给.相关参数如下
分解炉的尺寸为:φ5.1×30m
五级预热器的尺寸分别为:
c12—φ4600mm;c21—φ6500mm;c31—φ6800mm;c41—φ6800mm;c51—φ6800mm.
尧柏水泥三厂的预分解系统为四级旋风带分解炉.物料从预热器的顶端加入,从一级旋风筒依次向下再经过分解炉最后入回转窑;从窑头来的高温气体先入分解炉,然后依次向上最后进入增湿塔,一句话概括就是料往下走,气往上流.
预分解系统不但合理利用了来自于窑头的废气,节约了能源,而且使物料预先进行了预热和分解,从而为物料的煅烧提供了前提,提高了熟料的质量和生产效率.
4.2煅烧设备
在预分解窑系统中,回转窑具有燃烧燃料功能,热交换功能,化学反应功能,物料输送功能,降解利用废气物五大功能.回转窑中分为干燥带,预热带,分解带,固相反应带,烧成带和冷却带,在尧柏水泥厂主要是采用ф4.0×60m的回转窑,其放置的倾斜度为4%,传动装置采用的是直流电机单传动,窑体转速为0.41～0.42r/min.
在回转窑的斜度和转速不变的情况下,物料在窑内各带的化学变化和物理状态不同,使得物料以不同的速度通过窑的各带.在烧成带硅酸二钙吸收氧化钙形成硅酸三钙微吸热,只是在熟料形成过程中生成液相时需极少量的熔融净热,在分解窑内,碳酸钙分解需要吸收大量的热量.
4.3熟料冷却
水泥熟料出窑温度大约为1100～1300摄氏度,充分回收熟料带走的热量以预热二次要气,对提高燃烧速度和燃料温度以及窑和冷却机的热效率,都有主要意义,冷却熟料对于改善熟料的质量和易磨性有良好的效果,冷却良好的熟料可保证设备的安全运转.
熟料冷却主要有三种类型:一是:筒式(包括单筒和多筒);二是:篦式(包括震动,回转推动篦式);三是:其他形式(包括立式及"g"式)
尧柏水泥厂,一厂使用的是篦冷机,通过风机进行冷却.三厂使用的是单筒冷却机,单筒冷却机与窑相似,不同的是筒内装有扬料板用以加速熟料冷却.
4.4烧成工段工艺流程
附:图4.1烧成工段工艺流程(尧柏水泥一厂)
图4.2烧成工段工艺流程(尧柏水泥三厂)
4.5烧成工段主要设备及其工作原理
(1)旋风预热器
旋风预热器由上下排列的五级旋风筒组成,为了提高收尘效率最上一级旋风筒通常为双级旋风筒之间由气体管通连接;每个旋风筒和相连的管道形成预热器的一个级.通常预热器由上向下顺序编号为ⅰ至ⅳ(或ⅴ,ⅵ)旋风筒的卸料口用生料管道与下一级的气体管道连接.生料首先喂入i级旋风筒的入口的上升管道内,熟料在管道内进行充分热交换,然后由i级旋风筒把气体和生料颗粒分离,收下的生料经卸料管进入ⅱ级旋风筒的上升管道内进行第二次热交换,再经ⅱ级旋风筒分离,如此,依次经ⅴ级旋风预热器进入回转窑内进行煅烧,而预热器排出的废气经增湿塔,电收尘器由排风机进入大气.窑尾排出的1100℃烟气经预热器热交换后温度降至330℃左右,50℃左右的生料经多级预热器预热到750～820℃进入回转窑,熟料热耗均为750/kg熟料左右.
(2)预热预分解系统:(原理)悬浮预热技术是指低温粉体物料均匀分散在高温气流之中,在悬浮状态下进行热交换,使物料得到迅速加热升温的技术.其优越性在于使物料悬浮在热气流中,与气流的接触面积大幅度增加,传热速度极快,效率极高.同时,生料粉与燃料在悬浮下均匀混合,燃料燃烧热及时传给物料,使之迅速分解.而预分解(或窑外分解)技术是指将已经过悬浮预热后的水泥生料,在达到分解温度前,进入到分解炉内与进入到炉内的燃料混合,在悬浮状态下迅速吸收燃料燃烧热,使生料中的碳酸钙迅速分解成氧化钙的技术.
这样不仅减少了窑内燃烧带的热负荷,并且入窑生料的碳酸钙分解率达到了95%左右,从而大幅度提高了窑系统的生产效率.
(3)悬浮预热预分解窑:其的特点是在长度较短的回转窑后装设了悬浮预热器和分解炉,使原来在窑内以堆积状态进行的物料预热及碳酸钙分解过程,移到悬浮预热器和分解炉内以悬浮状态下进行,不仅可以减轻窑内煅烧带的热负荷,有利于缩小窑的规格及生产大型化,并且可以节约单位建设投资,延长衬料寿命,减少大气污染.
(4)五级旋风预热器:主要是旋风筒和各级旋风筒之间的联接管道,(亦称换热管道)旋风筒的主要任务在于气固分离,联结管道主要起的是换热作用.
旋风筒:采用大直径四圆心渐扩蜗壳结构,旋风筒阻力低,下部偏锥结构,下料管粗(c1φ710mm),能有效防堵;合理的旋风筒整体高度;有效防止物料因二次飞扬而导致的分离效率下降.
内筒:内筒插入深度低,内径大,c1--c2级筒设置整流器,阻力明显下降,c3--c5级筒采用挂片,方便安装和更换,内筒材质为耐热钢,使用寿命较长.
nc型2500t/d旋风筒规格:c1:c2—ф4600mm,出口气压约-6100pa左右,筒内温度约330摄氏度左右.c2:c1—ф6500mm,筒内气压约-4400pa左右温度约510℃左右.c3:c1—ф6800mm,筒内气压约-3600pa左右,筒内温度约660℃左右.c4:c1—ф6800mm,筒内气压约-2500pa左右,筒内温度约800℃左右.c5:c1—ф6800mm,筒内气压约-xxpa左右,筒内温度约780℃左右.
导流板:导流板的作用是防止进气口气流与筒内旋转气流碰撞,降低进口湍流阻力.本系统投料175t/h时,系统阻力仅4200pa.
翻板阀:下料管翻板阀位于上一级旋风筒下料管与下一级旋风筒上升管道之间,要求保持下料流畅的同时,封闭物料不能填充下料管.南京院设计的下料管杆轻锤小,材质为耐热钢,实用小巧.
撒料箱:它会影响气固换热的效率,本系统采用的扩散式撒料箱为凸弧多孔分布板结构,这种撒料箱强化了物料在气流中的分散性,提高了气固换热的效率,降低了物料短路的可能.
(5)分解炉:采用在线旋喷结合式管道分解炉.以喷腾分解炉为基础,"涡旋"结合.分解炉直接与窑尾烟室相接,避免了结皮和堵塞,三次风单侧切向进入,布局简单.分解炉出口在本体顶部缩径,气流获得二次加速,有效地加强了后期的混合,煤粉经过喷嘴从三次风端口切向向下倾斜,尽管炉用煤管为单通道,但也能确保预燃充分.生料经c4级筒收集由炉侧加入,受三次风的扰动,改善了其分布状态,减少了塌料的危险.操作中由于受配料的影响,生料易烧性差,将炉出口温度控制在910℃左右,c5级筒下料管890℃,从而保持一切正常.
4.6生料在各个反应带的物理和化学变化
生料在煅烧过程中,经历干燥,预热,分解,烧成,冷却阶段,发生了一系列物理化学变化;100～200℃左右,生料被加热,水分被蒸发而干燥;300～500℃左右,生料被预热;500～800℃左右,粘土质矿物中的高岭石脱水分解为无定形的sio2,al2o3等,有机物燃尽;800～1300℃左右,碳酸钙分解为cao,并开始与粘土分解出的sio2,al2o3,fe2o3发生固相反应.随着温度的继续升高,固相反应加速进行,并逐步形成硅酸二钙2cao·sio2,铝酸三钙及铁铝酸四钙.当温度达到1300℃时固相反应完成,物种仅剩一部分cao未与其它氧化物化合.当温度从1300℃升到1450℃再降到1300℃,即烧成阶段.这时3cao al2o3及4cao al2o3 fe2o3烧制部分熔融状态,液相出现,将所剩cao和2cao io2溶解,2cao io2在液相中吸收cao形成硅酸盐水泥的最重要矿物硅酸三钙3ca io2.这一过程是煅烧水泥的关键,必须达到足够的温度并停留适当长的时间,使充分形成3cao io2.
4.6.1理论热耗
a.每公斤熟料所需原料:碳酸钙约1.22kg,粘土约0.20kg,sio2,0.10kg,fe2o3,0.03kg,合计:约1.55kg.
b.每公斤熟料所需的热量(kca):
(1)将粘土从20℃加热到430℃过程中
碳酸钙:1.22×0.248×430=130.1kca,粘土:0.20×0.248×430=21.3kca,
二氧化硅:0.10×0.239×430=10.3kca,fe2o3:0.30×0.190×430=2.5kca.
(2)粘土脱水0.20×223=44.6kca.
(3)从450℃加热至900℃过程中
碳酸钙:1.22(0.266×900-0.248×430)=156kca;粘土:0.17(0.258×900-0.238×430)kca;二氧化硅:0.10(0.263×900-0.19×430)kca;
fe2o3:0.03(0.218×900-0.19×430)-3.3kca;
总计:193.5kca
(4)caco3加热分解成氧化钙和二氧化碳:1.22×396=483kca.
(5)将物料从900℃加热到1400℃
氧化钙:77.5kca;粘土:24.8kca;二氧化硅:14.1kca;氧化铁:4.1kca.合计:120.5kca.
(6)按熟料和硅酸三钙比热的差值来酸洗热量:
1×1450(0.265-0.247)=26.1kca
总计:1032kca/kg熟料
c.可回收的热量(kca/kg)
(1)熟料在1400℃形成的放热效应103.0kca;
(2)熟料从1400℃冷却至20℃1380x0.261=360.2kca;
(3)放出的二氧化碳从900℃冷却至20℃0.537x880x0.257=124.2kca;
(4)水蒸气冷却热(450℃～100℃)0.03(3.50x0.375)=4.0kca;
(5)水蒸气冷凝0.03x539=16kca,水从100℃冷却至20℃0.03x80=2.4kca.
总计:609.8kca约为610kca.
所以熟料形成热为:1032-610=422kca/kg熟料.
4.6.2回转窑系统个反应带内物料的物理化学反应进程
窑系统的在不同温度场的各个反应带内生料的物理,化学反应过程如下.但是由于温度及反应速率的不同,其中许多反应带在边缘地区有相当一部分是交叉的.
1,干燥带
承担生料中水分的蒸发任务.反应温度100℃,实际上物料的温度在大约20～50℃进入窑系统,超过露点温度后,大约在75～150℃水分蒸发,反应吸热约2675kj/kg,反应式:h2o→h2o↑.
2,预热带
承担粘土质等原料中化学水的分解脱水任务.反应温度450℃,反应热很小.反应式:
al2o3 2sio2 h2o→al2o3 2sio2 h2o↑.
3,碳酸盐分解带
主要承担碳酸镁及碳酸钙的分解任务.耗热量:碳酸镁为815kj/kg mgco3.碳酸钙为:1656kj/kg caco3.由于生料中碳酸钙的含量多,故本带热量是很大的.同时,在分解带中还伴有ca,cf,c2f,c5a3等过渡矿物形成(一般在湿法及传统干法窑内形成较多,而在悬浮预热和预分解系统内形成较少).反应温度及反应式:
mgco3→mgo co2↑(600～700℃)
caco3→cao co2↑(650～900℃)
cao al2o3→cao al2o3(800℃)
cao fe2o3→cao fe2o3(800℃)
cao cao fe2o3→2cao fe2o3(800℃)
3(cao fe2o3) 2cao→5cao 3al2o3(900～950℃)
4,放热反应带(或称过渡带)
主要承担固相反应任务,为放热反应.放热量:c2s形成放热602kj/kg c2s,c4af形成放热38kj/kg c4af,c3a形成放热109kj/kg c3a(20℃时值).本带上部为炽热火焰,下部物料反应放热,故物料升温很快.反应温度及反应式如下:
2cao sio2→2cao io2(1000℃)
3(2cao fe2o3) 5cao 3al2o3 cao→3(4cao al2o3 fe2o3)(1200～1300℃)
5cao 3al2o3 4cao→3(3cao al2o3)(1200～1300℃)
5,烧成带
主要承担燃料中的主要矿物c3s的形成,fcao的吸收,完成燃料的最后烧成任务.在本带中的有1280℃开始出现液相,直到1450℃c3s大量形成,fcao最后基本吸收,完成燃料的最后烧结过程,离开火焰高温区逐渐降温到1300℃左右进入冷却带.在该带1350℃～1450℃时液相量可达20%～30%,al2o3,fe2o3及其他组分进入液相.c3s形成为放热反应,放热量为447kj/kg c3s.反应温度及反应式如下:
2cao io2 cao→3cao io2(1280～1450℃)
6,冷却带
主要任务有三项,一是使熟料中的c3a,c4af极少量c5a3重新结晶;二是使部分液相形成玻璃体;三是回收熟料中的热焓加热燃烧用空气.本带反应温度为1350℃～1200℃以下.由于新型篦冷机的出现,在预分解窑系统中,孰料的主要冷却任务已移到冷却机内进行.
4.7熟料的主要质量指标
表4.1熟料的主要质量指标
项目
控制指标
合格率
检测次数
升重
1375±75
≥85%
1次/小时
f-cao
90%
羊湖水:温度:±2℃水质一般用饮用自来水
(3)安定性—试饼法
步骤:a.一个样品需准备两块约100×100的玻璃板,每个试样成行两块试饼.
b.在玻璃板上稍稍涂一层油.
c.称取500克水泥以标准稠度用水量加水拌制成标准稠度净浆.
d.将制好的净浆取出一部分分成两等份,使之称球形,放在预先准备好的玻璃板上,并轻轻振动玻璃板,并用湿布擦过的小刀由边沿向中间抹动,做成直径70—80毫米,中心厚度约为10毫米,表面光滑的试样,编号后将试饼放入湿气养护箱,养护24±2h.士兵的形状应呈球体的切片状而不应为畸形.
e.养护一天后,取出试饼,脱去玻璃板,检查试饼是否完整,在试饼无缺陷的情况下将试饼放入已调好水位的沸煮箱中,然后在30±5min内加热直恒沸3h±5min.沸煮结束后,放掉箱中热水,打开箱盖,待箱体冷直室温取出试饼.
d.①目测未发现裂缝,用直尺检查也没发现弯曲的试饼为安定性合格,反之为不合格.②当两块试饼判别结果有矛盾时则判断该水泥安定性不合格.
(4)游离cao
步骤:a.称0.5克水泥式样放入锥形瓶(150ml).
b.加入15无水干油酒精.
c.放在带有石棉网的铁架台上.
d.加热煮沸保持微沸状态15分钟,取出冷却立即用苯甲酸无水乙醇溶液滴直红色消失.
e.在加热直微沸状态10分钟,取下滴定直红色消失,如此反复滴定直红色不再出现.
(5)水泥细度
细度也成为分散度,是指物料颗粒粗细的程度.水泥细度通常有三种表示方法:筛余,比表面积,颗粒级配.尧柏水泥厂采用比表面积法.
(6)水泥水化热
水泥水化时发生温度变化的主要来源是由于几种无水化合物组分的熔解热和几种水化物在溶解中的沉淀热,这些热值的代数和就是水泥在任何时期下的水化热.
6.2检测仪器
(1)一厂所用的检测仪器主要有:
a) 净浆搅拌机sj--160型
b) 标准恒温养护箱gb/t17671--1999型号温度20±1℃
c) 沸煮箱
d) 水泥细度负压筛析仪fsy—150d型
e) 红外线干燥器
f) 自动比表面积测定仪正的sib--j
g) jj--5水泥胶砂搅拌机
h) 水泥水化热测定仪shr--650ⅱ型
i) 水泥自动抗折试验机kij5000--ⅰ型
j) 水泥自动抗压试验机hy—200型
k) 荧光分析仪
(2)三厂所用的检测仪器主要有:
(1)dbt-127型勃氏透气比表面积仪,无锡建筑仪器厂
(2)hby-40b型水泥恒温恒湿标准养护箱
(3)sj-160水泥净搅拌机
(4)kzj5000-1型水泥电动抗折实验机,最大负荷:5000n,示指相对误差6.3水泥性能检测原理
测试原理:直接测定法是在热量计周围温度不变条件下,直接测量热量计内水泥胶砂的温度变化,计算热量计内积量和三是热量的总和,从而得出水泥水化七天内的水化热.
实验步骤:1.试验前准备工作;2.热量计散热常数的测定,热量计热定量的计算和散热常数的计算;3.水泥水化热的测定.
西安建筑科技大学
图5.1水泥制成系统

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