水泥工艺平衡计算

工艺平衡计算

一、物料平衡

物料平衡计算的目的是：计算各种原料、燃料、材料的需要量以及从原料进厂至成品出厂各工序所需处理的物料量，作为确定工厂原料需要量、运输量、工艺设备选型和计算各种堆场、储库容量的依据。

物料平衡计算的依据是：工厂规模，生料各组分配合比、水分、消耗定额，水泥各组分配合比，燃料品种、热值，熟料烧成热耗、物料烘干热耗和车间工作制度。

物料平衡计算的基准是烧成车间的生产能力(熟料产量) ：当工厂规模以水泥年产量表示时，取熟料年产量为基准，当工厂规模以熟料日产量表示时，取熟料周产量为基准。采用前一基准进行物料平衡计算的方法称为年平衡法，采用后一基准进行计算的方法称为周平衡法。

生料各组分配合比，按熟料成分要求和所选窑的熟料烧成热耗等由配料计算确定。水泥各组分配合比，视水泥品种和质量要求而定，需要确定水泥中石膏和混合材的掺入量。物料烘干热耗取决于所选烘干机的热工特性和湿物料的含水量，用来计算烘干所需的燃料量。车间工作制度包括生产周制度(连续周为每周7天工作，不连续周为每周6天工作) 和生产班制度(每日的生产班数和每班的生产小时数) ，用来确定年平衡法的设备年利用率，或周平衡法的设备每周运转小时数。

(一) 烧成车间生产能力和工厂生产能力的计算

1．年平衡法

计算步骤是：按计划任务书对工厂规模(水泥年产量) 的要求，先计算要求的熟料年产量；然后选择窑型、规格，标定窑的台时产量，选取窑的年利用率，计算窑的台数；最后再核算出烧成车间和工厂的生产能力。

(1)要求的熟料年产量可按下式计算：

（3-1）

式中 Q年——要求的熟料年产量(吨熟料／年) ；

G 年——工厂规模(吨水泥／年) ；

d ——水泥中石膏的掺入量(％) ；

e ——水泥中混合材的掺入量(％) ；

P ——水泥的生产损失(％) ，可取为3～5％。

当计划任务书规定的产品品种有两种或两种以上，但所用的熟料相同时，则可按上式分别求出每种水泥要求的熟料年产量，然后计算熟料年产量的总和。

(2)窑的台数可按下式计算：

（3-2）

式中 n——窑的台数；

Q 年——要求的熟料年产量(吨／年) ；

Q 台时——所选窑的标定台时产量(吨／台·小时) ；

η——窑的年利用率，以小数表示。不同窑的年利用率可参考下列数值：湿法窑0．90，干法窑O ．85，机械立窑O ．80～O ．85；

8760——全年日历小时数。

算出的窑的台数n 应等于或略小于整数并取整数值，例如n=1．9而取为两台时，则窑的能力稍有富余，这是容许的，也是合理的。如n 比某整数略大而取该整数值，例如n=2.1、2.2而取为两台时，则必须采取提高窑的台时产量的措施，或者相应增大窑的后利用率，否则便不能达到要求的设计能力。如确因设备系列的限制而无合适规格的窑可选，使工厂设计能力略小于计划任务书规定的数值时，则应在初步设计说明书中加以说明。如n 与整数值相差较大，例如n=1.3、1.5、1.6时，则一台窑达不到要求的设计能力，而两台窑又超过要求的设计能力太多，在此情况下，必须另行选择窑的规格，标定窑的产量，进行重算。如因设备选型所限，使工厂设计能力比要求的能力超过较多时(例如n=1.6、1.7而取为两台时) ，也应在初步设计说明书中加以论述。

窑的台数一般可考虑1～2台，不宜太多，故应尽可能采用效能高的规格较大的窑。

(3)烧成车间的生产能力可按下列各式计算：

熟料小时产量Q 烧时=nQ台时(吨／小时) (3-3)

熟料日产量 Q烧日=24Q烧时(吨／日) (3-4)

熟料年产量 Q烧年=8760ηQ 烧时(吨／年) (3-5)

式中24为每日小时数，其它符号的意义与式(3—2) 的相同。

(4)计算工厂的生产能力可按下列各式由烧成车间的生产能力求出工厂的生产能力: 水泥小时产量

(吨/小时) (3-6)

水泥日产量

(3-7)

水泥年产量

(3-8)

式中 Q烧时 ——熟料小时产量，其经符号的意义与式（3-1）至式（3-5）的相同。

2．周平衡法

计算步骤是：按计划任务书对工厂规模（熟料日产量）的要求，选择窑型和规格，标定窑的台时产量，计算窑的台数，然后再核算出烧成车间和工厂的每周生产能力。

（1）窑的台数可按下式计算：

（3-9）

式中 n——窑的台数；

Q 日——要求的熟料日产量(吨／日) ；

Q 台时——所选窑的标定台时产量(吨／台·小时) ；

24——每日小时数。

(2)计算烧成车间的生产能力

熟料小时产量和日产量的计算与年平衡法相同，见式(3—3) 和(3—4) 。

熟料周产量 Q烧周=168 Q烧时(吨／周) (3-10)

式中 Q烧时——熟料小时产量(吨／小时) ；

168——每周小时数。

(3)水泥厂小时产量和日产量的计算与年平衡法相同，见式(3—6) 和(3—7) 。 水泥周产量 G厂周=168G厂时(吨／周) (3-11)

式中G 厂时——水泥小时产量(吨／小时) 。

(二) 原燃材料消耗定额的计算

1．原料消耗定额

(1)考虑煤灰掺入时，一吨熟料的干生料理论消耗量

（3-12）

式中K T ——干生料理论消耗量(吨／吨熟料) ；

I ——干生料的烧失量(％) ；

S ——煤灰掺入量，以熟料百分数表示(％) 。

煤灰掺入量S 可按下式计算：

（3-13）

式中A y ——煤的灰分含量(应用基，％) ，

q ——熟料烧成热耗(千焦／公斤熟料) ，可参考下列数值：

千焦／公斤熟料 千卡／公斤熟料

湿法长窑 5000～5900 1200～1400

干法长窑 4600～5000 1100～1200

带废热锅炉窑 5900～6700 1400～1600

立波尔窑 3600～3800 850～900

悬浮预热窑 3300～3600 780～

850

预分解窑 3100～3300 740～780

机械立窑 3600～3800 850～900

——煤的应用基低位热值(千焦／公斤煤) ；

R ——煤灰沉落率(％) ，对于立窑和有电收尘的回转窑，R 可取为100％。对于原有工厂尚未安装收尘设备的回转窑，R 可参考下列数值：湿法长窑(L／D=30～50) 有链条，100％；湿法短窑(L／D

(2)考虑煤灰掺入时，一吨熟料的干生料消耗定额

（3-14）

式中 K生——干生料消耗定额(吨／吨熟料) ；

K T ——干生料理论消耗量(吨／吨熟料) ；

P 生——生料的生产损失(％) ，可参考下列数值：回转窑有电收尘时3～5％，回转窑

无收尘设备时6～10％，立窑6％。

(3)各种干原料消耗定额

（3-15）

式中K 原——某种干原料的消耗定额(吨／吨熟料) ；

K 生——干生料消耗定额(吨／吨熟料) ；

X ——干生料中该原料的配合比(％) 。

2．干石膏消耗定额

（3-16）

式中 Kd ——干石膏消耗定额(公斤／公斤熟料) ；

P d ——石膏生产损失(％) ，一般取3％；

d 、e ——分别表示水泥中石膏、混合材的掺入量(％) 。

3．干混合材消耗定额

（3-17）

式中K e ——干混合材消耗定额(公斤／公斤熟料) ；

P e ——混合材生产损失(％) ，一般取3％；

其它符号的意义与式(3—16) 的相同。

4．烧成用干煤消耗定额

（3-18）

式中

——烧成用干煤消耗定额(公斤／公斤熟料) ；

q ——熟料烧成热耗(千焦／公斤熟料) ；

——干煤低位热值(千焦／公斤干煤) ；

P f ——煤的生产损失(％) ，一般取3％。

5. 烘干用干煤消耗定额

（3-19）

式中

——烘干用干煤消耗定额(公斤／公斤熟) ；

M 温——须烘干的湿物料量，用年平衡法时以吨／年表示，用周平衡法时以吨/周表示；

Q 烧——, , 烧成车间生产能力，用年平衡法用以熟料年产量表示，用周平衡法时以熟

料周产量表示；

W 1 、W 2——分别表示烘干前、后物料的含水量（％）；

q 烘——蒸发一公斤水分的热耗量（千焦／公斤水分），可参考烘干机经验数据，而准

确的数值应通过具体烘干机的热工计算求得；

、P f 的意义与式(3—18) 的相同。

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：

（3-20）

式中 K湿、K 干——分别表示湿物料、干物料的消耗定额(公斤／公斤熟料) ；

W 0——该湿物料的天然水分(％) 。

(三) 原燃材料需要量的计算和物料平衡表的编制

将各种物料消耗定额乘以烧成车间生产能力，可求出各种物料的需要量。例如，将湿石灰石消耗定额乘以熟料周产量便得出湿石灰石每周需要量，乘以熟料年产量便得出湿石灰石每年需要量。

将计算结果汇总成物料平衡表，其格式如表3-l 所示。

物 料 平 衡 表 表3-1

注：采用年平衡法时，可不列第8、12栏，采用周平衡法时，可不列第9、13栏。

二、主机平衡

主机平衡计算的目的是：根据物料平衡计算的结果（年平衡量或周平衡量）和车间工作制度，计算各车间主机要求生产能力(要求主机小时产量) ，并据此选定各车间主机的型号、规格和台数。

前已述及，在实际设计中，主机平衡计算是与车间工艺流程、车间工艺布置密切相连的，故在进行主机平衡选定主机时，必须考虑到车间工艺流程和工艺布置的问题，不能顾此失彼。只是为了阐述方便，本节着重叙述主机平衡计算的具体方法。车间工艺流程选择和车间工艺布置的内容，则分别在第四章和第五章中叙述。

1．年平衡法

计算步骤是：根据车间工作制度，选取主机的年利用率，并根据物料年平衡量，求出 该主机要求小时产量：

（3-21）

式中 GH ——要求主机小时产量(吨／小时) ；

G Y ——物料年平衡量(吨／年) ；

η——预定的主机年利用率(以小数表示) 。

上式中η值可根据车间工作制度和主机运转时间用下式求出：

或

（3-22）

式中 K0——每年工作周数(周／年) ；

K 1——每周工作日数(日／周) ；

K 2——每日工作班数(班／日) ；

K 3——每班主机运转小时数(小时／班) ；

K ——每年工作日数(日／年) 。

水泥厂主机年利用率可参考表3—2。

水泥厂主机年利用率(以小数表示) 表3—2

① 生产班制一栏中未说明的，均按每日三班，每班八小时考虑。每班6～7小时者，指每班主机运转小时数, 已扣除每班检修时间2～1小时。

② 在窑的标定台时产量较高的情况下，煤磨的年利用率还可适当提高，以免煤磨富余能力太大造成浪费。

将计算结果汇总成主机要求生产能力平衡表，其格式如表3-3所示。

2．周平衡法

计处步骤是：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, 求出该主机要求小时产量：

(3-23)

式中 GH ——要求主机小时产量(吨／小时) ；

Gw ——物料周平衡量(吨／周) ；

H ——主机每周运转小时数，可参考表3—4。

将计算结果汇总成主机要求生产能力平衡表，其格式如表3-5所示。

注:1.每日运转时间为24小时者, 按每日三班, 每班八小时计算；每日运转时间为22小时者，扣除了每日检修时间2小时计算。

2．生产班制一栏中每班6～7小时是指主机运转小时数，已扣除每班检修时间2～1小时。

主机要求生产能力平衡表(按周平衡法) 表3-5

根据年平衡法或周平衡法算出的要求主机小时产量，并全面考虑工艺流程和工艺布置后，可以进行主机选型计算，确定主机的型式、规格和台数。最后可汇总成主机平衡表，其格式如表3-6。

主机选型计算方法，在第四章中将作进一步的阐述。

三、储库计算

为了保证工厂生产的连续进行、水泥的均衡出厂，以及满足生产过程中质量控制的需要，水泥厂必须设置各种物料储库(包括各种堆场、堆棚、料库、成品库等) 。各种储库的容量应满足不同物料储存期的要求，而各种物料储存期的确定，需要考虑到许多因素。在计算储库时，首先要确定各种物料的储存期，并计算各种物料要求的储存量，然后选择储库的型式、规格，并算出储库的数量或面积。将计算结果可汇总成储库一览表，其格式示例如表3-7。

物料储存期的确定、各种储库的型式以及储库计算的方法，将在第四章物料的均化和物料的储存两节中详述之。

在进行了物料平衡、主机平衡和储库计算之后，水泥厂的主要设备(包括各车间主机及各种物料储库) 的型式、规格及数量便可确定下来，在此基础上，通过各种附属设备(如输送设备、喂料设备等) 的选型计算，确定其型式、规格、数量后，整个水泥厂由原料进厂直至水泥出厂的生产工艺线也就可以确定下来。至于各种附属设备的选型问题，将在后面的有关章节中叙述。

图3-2示出一个日产4000吨熟料的现代干法水泥厂用周平衡法进行工艺平衡计算(即工厂基本生产能力的计算) 的结果的综合，它包括了整个工艺线的主机、储库、输送设备的平衡计算的结果。

如图3-2所示，工艺平衡计算的设计条件如下：

(1)原料配合比(％)

其中1#石灰石／2#石灰石=1／4。

(2)含水量(％) ：石灰石2，砂土10，煤矸石1，铁矿石10，煤10，石膏8。

(3)石膏掺入量为水泥的4％。

(4)理论料耗为1.54公斤／公斤熟料，实际料耗为1.64公斤／公斤熟料。

(5)工艺要求能力以窑产4000吨／日为基准计算。

图中各车间和工艺设备的计算数据均已方框表示，方框间的连系线表示各种输送设 备，方框中各栏所表示的内容如下所示：

图3-2中带*号者为两台生料磨和煤磨运转时的数据，增湿塔收尘效率假定为30％。 , lang=EN-US style="COLOR: black; F: 宋体" ,>——烧成车间生产能力，用年平衡法用以熟料年产量表示，用周平衡法时以熟料周产量表示；

W 1 、W 2——分别表示烘干前、后物料的含水量（％）；

q 烘——蒸发一公斤水分的热耗量（千焦／公斤水分），可参考烘干机经验数据，而准

确的数值应通过具体烘干机的热工计算求得；

、P f 的意义与式(3—18) 的相同。

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：

（3-20）

式中 K湿、K 干——分别表示湿物料、干物料的消耗定额(公斤／公斤熟料) ；

W 0——该湿物料的天然水分(％) 。