无机非金属材料工程专业课程设计水泥厂设计.doc
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1、 封面 目录绪论一 水泥的历史二 水泥品种及用途三 中国水泥工业概况第一章 总论第一节 设计要求第二节 厂址概述第三节 厂规及管理第二章 总平面布置及选择第一节 概述及气候第二节 平面布置第三章 工艺第一节 原料工段第二节 烧成工段第三节 水泥粉磨工段第四节 出厂第四章 物料衡算第五章 附图绪论 一 水泥的历史水泥(英文名cement),粉状水硬性无机胶凝材料。加水搅拌后成浆体,能在空气中硬化或者在水中更好的硬化,并能把砂、石等材料牢固地胶结在一起。水泥是重要的建筑材料,用水泥制成的砂浆或混泥土,坚固耐久,广泛应用于土木建筑水利国防等工程。水泥的历史可追溯到古罗马人在建筑工程中使用的石灰和火山
2、灰的混合物 。1796年英国人J.帕克用泥灰岩烧制一种棕色水泥,称罗马水泥或天然水泥。1824年英国人J.阿斯普丁用石灰石和粘土烧制成水泥,硬化后的颜色与英格兰岛上波特兰地方用于建筑的石头相似,被命名为波特兰水泥,并取得了专利权。20世纪初,随着人民生活水平的提高,对建筑工程的要求日益提高,在不断改进波特兰水泥的同时,研制成功一批适用于特殊建筑工程的水泥,如高铝水泥,特种水泥等,水泥品种已发展到100多种。 水泥的生产工艺,以石灰石及粘土为主要原料,经破碎、配料、磨细制成生料,喂入水泥窑中煅烧成熟料,加入适量石膏(有时还掺加混合材料或外加剂)磨细而成。二 品种硅酸盐水泥根据其中矿物组成的变化和
3、外加混合材料的不同而有不同的品种。熟料中只加石膏而制得的水泥称纯硅酸盐水泥,如在其中加入高炉矿渣、粉煤灰或火山灰等混合材料,则分别称为矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和火山灰硅酸盐水泥。如果上述混合材料的加入量不超过15,则称为普通硅酸盐水泥(简称普通水泥)。上述五种水泥的生产量最大,常称为五大品种水泥。根据工程要求,在生产过程中可以改变水泥熟料的化学成分,从而生成的各种矿物的含量有差别,如对于高温油井水泥要求硅酸二钙含量增多;大坝用水泥则要求铝酸钙和硅酸三钙的含量低;白色硅酸盐水泥要求氧化铁的含量小于 0.5;快硬水泥应使硅酸三钙的含量高等。从节约能源和开拓资源出发,生产硅酸盐水泥时,组分中
4、有时还加入石膏和萤石,提高氧化铁含量,降低氧化钙含量,生成以硅酸二钙、铁铝酸钙和无水硫铝酸钙为主要矿物的水泥熟料。有的水泥中并含有少量的氟铝酸钙。具体分类如下:(1) 水泥:加水拌和成塑性浆体,能胶结砂、石等材料既能在空气中硬化又能在水中硬化的粉末状水硬性胶凝材料。(2) 硅酸盐水泥:由硅酸盐水泥熟料、0%5%石灰石或粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料,称为硅酸盐水泥,分P.I和P.II,即国外通称的波特兰水泥。(3) 普通硅酸盐水泥:由硅酸盐水泥熟料、6%15%混合材料,适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料,称为普通硅酸盐水泥(简称普通水泥),代号:P.O。(4) 矿渣硅酸盐水泥:由
5、硅酸盐水泥熟料、粒化高炉矿渣和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料, 称为 矿渣硅酸盐水泥,代号:P.S。(5) 火山灰质硅酸盐水泥:由硅酸盐水泥熟料、火山灰质混合材料和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料。称为火山灰质硅酸盐水泥,代号:P.P。(6) 粉煤灰硅酸盐水泥:由硅酸盐水泥熟料、粉煤灰和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料,称为粉煤灰硅酸盐水泥,代号:P.F。(7) 复合硅酸盐水泥:由硅酸盐水泥熟料、两种或两种以上规定的混合材料和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料,称为复合硅酸盐水泥(简称复合水泥),代号P.C。(8) 中热硅酸盐水泥:以适当成分的硅酸盐水泥熟料、加入适量石膏磨细制成的具有中等水化
6、热的水硬性胶凝材料。(9) 低热矿渣硅酸盐水泥:以适当成分的硅酸盐水泥熟料、加入适量石膏磨细制成的具有低水化热的水硬性胶凝材料。(10)快硬硅酸盐水泥:由硅酸盐水泥熟料加入适量石膏,磨细制成早强度高的以3天抗压强度表示标号的水泥。(11) 抗硫酸盐硅酸盐水泥:由硅酸盐水泥熟料,加入适量石膏磨细制成的抗硫酸盐腐蚀性能良好的水泥。(12) 白色硅酸盐水泥:由氧化铁含量少的硅酸盐水泥熟料加入适量石膏,磨细制成的白色水泥。(13) 道路硅酸盐水泥:由道路硅酸盐水泥熟练,0%10%活性混合材料和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料,称为道路硅酸盐水泥,(简称道路水泥)。(14) 砌筑水泥:由活性混合材料,加
7、入适量硅酸盐水泥熟料和石膏,磨细制成主要用于砌筑砂浆的低标号水泥。(15) 油井水泥:由适当矿物组成的硅酸盐水泥熟料、适量石膏和混合材料等磨细制成的适用于一定井温条件下油、气井固井工程用的水泥。(16) 石膏矿渣水泥:以粒化高炉矿渣为主要组分材料,加入适量石膏、硅酸盐水泥熟料或石灰磨细制成的水泥。三 我国水泥工业概况1.几组重要数据1980年至2002年,中国水泥产量年平均增长率为10.6。水泥总量由7986万吨提高到72500万吨。1980年至2002年,中国城乡住宅竣工面积年平均增长率为3.4。2002年城乡住宅竣工面积近13亿平方米。其中,城镇住宅竣工面积5.7亿平方米,农村住宅竣工面积
8、7.1亿平方米。2002年中国城镇人均住宅建筑面积为22.8平方米,住宅自有率73。中国人均水泥消费量由1980年的81.4公斤上升到2002年的565公斤。1980年至2002年人均累积消费水泥6924公斤。 2.中国水泥工业的结构调整-1997年以后,结构调整时期1998年-2000年以淘汰落后生产能力为主;2000年后以培育和发展新型干法窑外分解水泥,促进大型企业发展,改善水泥结构为主。这一时期,在市场环境及客观条件比较有利的情况下,水泥工业的结构调整开始取得实效。全国累计关闭淘汰小水泥厂3940户,压减落后生产能力近1亿吨;2001年、2002年建成投产89条新型干法窑外分解(简称NS
9、P)水泥生产线(其中日产2000吨及以上40条),新增优质水泥熟料生产能力5000多万吨。2002年底全国投入运营的NSP生产线总数已经达到222条,NSP水泥熟料总生产能力达10590万吨。-总量继续增长,结构开始变化水泥产量由1998年的5.36亿吨上升到2002年的7.25亿吨。年均水泥增量为3780万吨,其中前三年水泥增幅分别为4.7、6.9、4.2,后两年则在市场需求扩大带动下较快增长,分别达到10.7和9.7。水泥增量的构成开始发生变化。2000年以前水泥增量主要靠落后生产工艺立窑的生产来支撑,立窑水泥市场份额占70以上。2001年,NSP水泥新增1750万吨,开始进入高增长。20
10、02年NSP水泥新增3250万吨,同比增幅达44。NSP水泥占水泥总量的比例由1998年的9.4提高到15。立窑水泥增量虽然仍高达3200万吨,但增长幅度已大幅度降低。-生产经营状况好转2002年水泥产品销售收入1440亿元,比上年增长14.6,实现利润总额46.5亿元,比上年增盈16.5亿元,增幅为55。水泥行业1998年、1999年全行业亏损,2000年扭亏为盈,2001、2002年产量增长分别为10.7、9.7,销售收入分别增长9、14.6,实现利润分别增长2.9倍和55,销售收入和实现利润增幅高于产量增幅,水泥产品价格基本保持稳定。水泥增长的速度、质量、结构、效益趋于好转。-大型企业实
11、力增强在结构调整过程中,大型企业实力明显增强。2002年统计的4626户企业中,大型企业(134户,占企业户数2.9)产品销售收入386亿元(占总销售收入26.8),实现利润27亿元(占利润总额58),中小型企业(4492户)产品销售收入1054亿元,实现利润19.5亿元。大型企业平均销售利润率7;中小型企业平均销售利润率则仅为1.85。安徽海螺集团、新疆天山水泥股份有限公司、山东水泥集团公司、浙江三狮集团公司等一批骨干企业脱颖而出。1998年水泥行业前10户企业的生产集中度占全行业比重不足5;2002年生产集中度已提高到8.3;销售收入占9.3;实现利润则占28;2003年生产集中度将进一步
12、提高至13以上。大型企业集团的迅速扩张,对于提高水泥工业的竞争力、加快结构调整起到了促进和导向作用。 3.存在的主要问题-产量增速过快水泥产量继近两年快速增长后,今年以来继续保持高速增长势头。上半年水泥产量37089万吨,较去年同期增长15,创近年来的高水平,全年总量有可能接近亿吨。水泥产量的高增长与全社会固定资产投资的高增长密切相关(上半年固定资产投资增长31.1,比去年同期高9.6个百分点),但产量增长过猛、总量增长过快也给结构调整带来压力,同时市场的风险也在累积。特别是总量中仍在增长的落后生产能力对石灰石资源、能源消耗巨大,对环境造成严重污染,这将给水泥工业的可持续发展带来巨大影响。-低
13、水平重复建设抬头在市场需求拉动下,有些地区已关闭的小水泥“死灰复燃”,也有违背产业政策对立窑进行扩径改造,甚至新建机立窑和小回转窑的现象。特别是西部地区经济欠发达,新型干法水泥发展滞后,在市场拉动下上了一批落后的机立窑生产线。-投资新型干法水泥需要引导和规范中国已进入新型干法水泥的快速增长期。NSP水泥两年来已实现高速增长,产量翻番。这种势头目前还在发展。据统计,全国在建和筹建的NSP生产线160多条,预计今年将有104条生产线建成投产,新增熟料能力7000万吨左右。当前NSP水泥的投资总体上是正常的,在我国新型干法水泥比例仍然较低的条件下,建设大中型NSP项目符合产业政策和技术政策,有利于加
14、速落后生产能力退出市场,调整产业结构,但有的企业资金、技术、管理人才条件不具备,盲目投资NSP水泥,有可能引发新的问题。-发展新型干法水泥的条件成熟。我国日产4000吨及以下新型干法窑外分解水泥的工艺技术、装备制造技术和管理水平已经比较成熟。近两年新投产日产2000吨熟料生产线的建设周期已缩短为1215个月;国产化率达到95以上;改、扩建生产线吨投资已从1000余元降到300350元;生产成本已降低到110130元/吨的水平。新型干法水泥技术的成熟和投资、运行成本的降低,以及在产品质量、资源环境能耗等各方面的优点,已使其与其它工艺相比具有较明显竞争优势。从市场需求看,我国水泥消费需求5年内不会
15、出现饱和。根据发达国家水泥消费规律,当人均水泥消费量达到700公斤以上,人均累积水泥消费达到1820吨左右时,需求增长出现饱和,水泥总量开始下降。2002年我国人均水泥消费量565公斤,人均累积水泥消费量为6.9吨。根据我国国情和可持续发展(资源、环境负荷)的需要,水泥的总量不能搞的过大,按照累积消费1014吨达到饱和计,也需810年可能出现饱和。-水泥需求增长达到饱和,新型干法水泥仍然有增长空间。水泥总量中5亿多吨立窑水泥被NSP水泥替代,需要一个相当长时间的调整过程。 4.中国散装水泥发展现状中国发展散装水泥初步形成了产业规模,并取得了一定的社会、经济与环境效益。中国散装水泥量已连续多年位
16、居世界首位,2002年达到1.71亿吨,水泥散装率达到24.26。截止2002年底,全国累计拥有散装水泥专用汽车1.5万辆、专用火车4915节、专用船舶1110艘、固定接收库7373座和流动罐7.99万个、散装水泥综合配套能力1.85亿吨、预拌混凝土生产能力1.38亿立方米。31年全国累计供应散装水泥11.63亿吨,年均增幅为15.72;节约包装纸698万吨,折合优质木材3838万立方米;创综合经济效益477亿元。 (根据国家有关权威部门发布的消息摘要整理) 本次设计企业理念:用户至上,质量第一,以质量求发展,提供优质服务,严格控制对环境的影响,落实科学发展观,实现可持续发展,用户的满意是我们
17、追求的目标。第一章 总论第一节 设计要求1.设计指导思想 本设计立足国内市场,产品达到国家标准;在本厂设计中,大量采用新工艺,新技术,新设备,全线生产自动化,标准哈,保证产品质量;在工厂建设中,接近原料产地,靠近交通便利之处,不占农田,节约投资,节省原料,同时要注意环境保护问题;在设备选用上,尽量选用国内设备以便维修保养方便。2.设计范围 本厂设计年产二百万吨水泥及孰料,并设置余热发电系统一套。本设计主要包括原料处理,立磨,预均化堆场,回转窑,水泥车间,煤磨车间,质量检测,产品出厂等过程的设计,以及设备选择,物料平衡,全场总平面设计,土建等工艺设计部分。3.产品方案及品质标准 水泥国家标准 G
18、B175-92天然石膏必须符合国家标准 GB5483 产品标号325,425,即28天抗压强度分别为32.5,42.5Mpa。抗折强度5.5,6.5 Mpa 。第二节 厂址概述 湘潭市辖下湘乡市是湖南中部重要工业城市,面积2000平方公里,人口一百万。湘江纵贯南北,水路交通便利,同时多条高速公路纵横交错,公路交通四通八达。铁路:湘黔线横贯市境,京广线在市区经过,10余家大型企业各有铁路专线与这两大主干线相通。 公路:湘潭公路四通八达,107国道和320国道构成境内公路网的主干,上瑞高速、京珠高速公路穿城而过,辖区内与高速公路的连接口达15个,湘潭为全国地级市高速公路最密集的地区,公路密度大大高
19、于全国和全省平均水平。 港口:湖南省最大的河流湘江穿过市区,湘潭有集装箱码头,千吨级货轮常年可经洞庭湖,达长江,出上海。消防,安全卫生等主要设施 1.在全厂容易发生火灾的地点配备消防用具。 2.在人员密度大且粉尘较多的地段设置吸尘设备。 3.电源线开关加强绝缘设施,加挂是否在施工牌。 4.在厂区加强绿化建设。全场管理系统1.根据现代管理学理论,本着加强集中统一管理,又充分发挥专业管理作用,全厂采用直线职能制形式。本着用户至上,质量第一,以谋求效益促进发展。用户的满意就是我们追求的目标。2.生产车间工作制度 全体采用三班制,实行全天候生产。第二章 总平面设计及选择第一节 概述及气候 一 厂址地理
20、位置,地形地貌,气象,水文等概况1 气象水文条件此地位于亚热带大陆性气候区,常年温暖平均气温17C,最高40.2C,最低-8.1C.全市海拔高程在100米以下,相对高差小于10米,地面坡度小于5度的平原有500平方公里;海拔高程100150米,地面坡度515度,相对高差1060米的岗地约600平方公里;海拔高程120300米,地面坡度1525度,相对高差60200米的丘陵有450平方公里;海拔300米以上,地面坡度25度以上,高差200米以上的山地有400多平方公里。2 地质条件 未经钻探,根据10米槽深,石灰石质量较好3 地震 此地未发过生较大地震,地质稳定4 湿度 年平均湿度81%5风向
21、全年主导风向:偏北风6 降水量 年均降水量1385.3毫米7 雪 最大降雪深度10cm8 水质良好9年平均日照1737.6小时10 年平均无霜期274天二 全厂总占地面积,生活区面积及说明全厂总面积:50000办公生活区面积:5000后期预留面积:10000全厂总平面设计图见附录。三 环境保护与综合利用 生产过程严格按照国家相关标准,严控污染物排放指标,对多种矿渣实行尽量消耗工艺,减少其他污染。工人工作时佩戴防护用具,减少灰尘的污染。四 总平面布置基本原则1.建筑物与构筑物的相对位置及系统和各种设备的布置应按照工艺过程,保证有合理的生产作业线,工程流程顺畅。2.水泥厂将全厂按功能分备料系统区,
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