水泥厂工艺设计概况
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上图为水泥厂工艺流程
水泥厂主要的生产车间包含：物料的破碎（石灰石、黏土、砂岩、页岩、铁矿石、原煤、石膏等），熟料储存，熟料散装，煤粉制备，原、燃料储存或预均化，混合材及石膏的储存，原料配料站，水泥配料站，原料粉磨及废气处理，水泥粉磨，水泥储存，生料均化库，水泥散装、包装及发运，生料入窑，压缩空气站，烧成窑尾，化验室,，烧成窑中，矿渣微粉粉磨系统，烧成窑头等。
1物料的破碎
在水泥生产中，大部分的物料都需要先经过破碎，如石灰石、粘土、砂岩、粉砂岩、铁矿石、煤、熟料、石膏、混合材等等，破碎的目的是为后续的粉磨、输送、储存等工序创造良好条件。
水泥厂破碎车间一般设有石灰石破碎、辅助原料破碎车间。原煤破碎、石膏破碎等根据具体工厂来料情况决定是否设置。水泥厂中破碎量最大的物料是石灰石，每生产1吨熟料大约需要石灰石1.3～1.5吨左右。
常用于石灰石破碎的破碎机种类有：锤式破碎机、反击式破碎机、颚式破碎机、旋回式破碎机、园锥式破碎机等，锤式破碎机、反击式破碎机一段破碎即可满足要求，颚式破碎机、旋回式破碎机用于二段破碎的一级破碎，圆锥破用于二段破碎的二级破碎。
粘土破碎采用齿辊破碎机、冲击式破碎机等。
砂岩、粉砂岩破碎采用反击式破碎机，也有采用颚式破碎机、锤式破碎机等。
原煤破碎采用环锤式破碎机、立轴式破碎机、颚式破碎机等。
石膏破碎采用锤式破碎机、颚式破碎机等。
2物料的储存
水泥厂是连续运行的工厂，为了避免外部运输的不均衡、设备能力之间的不平衡、上下工序间生产班制的不同，质量检验的要求以及由于其它原因造成物料供应的中断，保证工厂正常地进行生产，要求各种原材料、燃料、半成品、成品在工厂内部都要有一定的储存量。某物料的储存量所能满足工厂生产需要的天数，称为该物料的储存期。
露天堆场：未破碎的大块的石灰石、石膏等。
简易堆棚：辅助原料、原煤、石膏、混合材等。
联合储库：辅助原料、原煤、石膏、混合材等。
圆库(仓) ：含水量小的小块状、颗粒状、粉状等非粘性物料，如碎石灰石、粉煤灰、干矿渣(粉) 、熟料、水泥等。
预均化堆场：石灰石、辅助原料、原煤等。
3物料的均化
生料化学成分的均齐性，不仅直接影响熟料的质量，而且对窑的产量、热耗、运转周期、耐火材料的寿命等都有较大的影响，这些影响对现代大型干法回转窑尤其敏感。为了保证窑的稳产高产，必须进行生料的均化，减少入窑生料的化学成分波动，保证入窑生料化学成分的稳定。
由于水泥厂是以天然矿物作为原料，随着矿山开采层位、开采地段的不同，原料的成分波动在所难免，除应注意选择合理开采方案，尽量减少进厂原料成分波动以外，在要求配制成分稳定的生料方面，当然又不能苛求于矿山。因此，还应对原料、生料采取有效的均化措施以满足生产要求。
4原料的预均化
原料的预均化是在堆料和取料过程中在预均化堆场内实现的。
水泥厂根据原料成分波动情况一般对石灰石、硅质原料（粘土、砂岩等）、燃料（煤）分别进行预均化。也有厂将石灰石与粘土混合预均化的。
5预均化堆场的型式
常用的预均化堆场有长形预均化堆场、圆形预均化堆场。
长形预均化堆场设置两个堆料区，一个区堆料，另一个区取料，两区交替使用。长形预均化堆场具有扩建方便的优点。
长形预均化堆场(桥取）用于石灰石、原煤。
长形预均化堆场(侧取）用于辅助原料、原煤。
只有一个料堆，连续堆料和取料。
同等储量的条件下,圆形堆场占地面积小，设备的费用和维护费用均较低。但由于有出料隧道，当地下水位较高时也有其不利之处，另外，无法扩建。圆形预均化堆场的均化效果不如长形预均化堆场。
2500t/d直径为60000。
2500t/d、3200t/d、 5000t/d直径为80000。
5000t/d、6000t/d直径为90000。
6000t/d、 10000t/d直径为110000。
6生料的均化
出磨的生料其化学成分总难免有波动，必须经过均化以至调整，才能满足入窑生料控制指标的要求，一般入窑生料碳酸钙含量的标准偏差控制在±0.2%。
新型干法水泥生产线都采用连续均化库系统。其优点是流程简单、操作管理方便、便于自动控制等。常用的生料均化库型式有：MF库、IBAU库、CP库、CF库等。
2500t/d、3200t/d：Ф16 X 48m，储量：7000t。
5000t/d、6000t/d ： Ф20 X 64m，储量：17600t。
6000t/d、7000t/d ： Ф22.5 X 66m，储量：20000t。
10000t/d： 2 - Ф20X 64m，储量：2 × 17600t。
Ф15 X 36 m，储量：7500t。
Ф18 X 40 m，储量：10000t。
Ф22 X 50 m，储量：20000t。
Ф32 X 28m，储量：25000t。
Ф45 X 38m，储量：50000t。
Ф60 X 41m，储量：100000t。
Ф12 X 30 m，储量：3500t。
Ф15 X 35 m，储量：6500t。
Ф18 X 45m，储量：10000t。
Ф22 X 60 m，储量：20000t。
7物料的粉磨
水泥工厂是能源消耗大户，而物料在粉磨过程中要消耗大量的电能。在水泥生产过程中，磨制生料、制备煤粉和制成水泥，都要进行粉磨作业。用煤作燃料的水泥厂，每生产一吨水泥需要粉磨的物料量约2.7~2.8吨。在全厂生产用电中，由于采用的粉磨设备的不同，电耗也不同，一般而言，生料粉磨电耗为16~22 kWh/t ，煤磨电耗为30~35 kWh/t，水泥电耗为30~40kWh/t。
全厂粉磨电耗占全部电耗的60%以上。因此，合理的选择粉磨流程和设备，保证粉磨产品的质量并降低粉磨电耗，对于水泥厂的生产有着重要的意义。
随着现代干法窑规格的日益扩大，单台窑的产量已达到10000t/d以上，与窑配套的磨机规格也在朝着大型化方向发展，原料磨的台时产量已达到500t/h 以上，水泥磨的台时产量已达到250t/h 以上。另外，磨机也在朝着节能方向发展，现在，在大中型水泥厂，原料粉磨越来越多地采用了辊式磨（立磨）和辊压机终粉磨系统，煤磨根据煤质情况尽可能地选用立磨系统，水泥粉磨系统则越来越多地采用了辊压机、辊式磨等节能的粉磨系统。
新型干法水泥厂目前有朝全厂无球化方向发展趋势。即原料磨采用立磨或辊压机终粉磨、煤磨采用立磨、水泥磨采用立磨终粉磨。
辊压机终粉磨用于水泥粉磨的很少，主要是由于成品的颗粒形状及级配与球磨机有区别，影响水泥的性能。
8原料粉磨
新型干法水泥生产线中，原料粉磨常用以下几种粉磨流程：辊式磨、中卸磨、辊压机终粉磨。
在2500t/d以上规模的生产线中，原料磨采用辊式磨的占绝对的多数。主要优点是：体积小、占地面积小、噪声低、利用废气余热处理湿原料能力好、烘干物料水分大，台时产量大、入磨物料粒度大，而最大的优点在于粉磨电耗低（比管磨系统低6kWh/t生料）。它的缺点是对磨琢性物料和金属夹杂物较敏感，磨辊及磨盘易磨损，不很适应研磨硬质物料等。辊式磨的电耗一般在16~20 kWh/t生料。
常用的球磨机系统有风扫磨、中卸磨及尾卸磨等。常用于2500t/d及以下规模。2500t/d规模以上用管磨系统的不多。
球磨机系统具有投资低、对原料的适应性强、生产可靠、运转率高产品细度均匀等优点。缺点是流程复杂，电耗高。
风扫磨的电耗一般在20~24 kWh/t生料，中卸磨的电耗一般在19~22 kWh/t生料。
辊压机终粉磨系统近几年在国内水泥厂使用的越来越多,7000t/d等水泥厂均采用辊压机终粉磨系统。
优点是节能,电耗12~14kWh/t-生料，比立磨系统低。
缺点是设备运转率有待提高,此外,系统烘干能力不如立磨系统。
9几种原料粉磨系统对原料的适用范围
粉磨系统：原料的物理特性适用范围。
中卸磨：水分宜＜6%，易磨性及磨蚀性均不限。
辊式磨：水分宜＜8%，易磨性中等，磨蚀性正常。
辊压机终粉磨：水分宜＜5%，易磨性及磨蚀性均不限。
10原料粉磨系统入磨物料的粒度要求
原料粉磨系统入磨物料的粒度要求应根据采用的原料磨的类型和系统确定：
钢球磨系统（包括中卸磨、尾卸磨、风扫磨等）入磨物料粒度应≤25mm；辊式磨系统宜为≤75mm；辊压机系统的入磨物料粒度宜为≤50mm。
11原料粉磨系统的选择
原料粉磨系统的选择主要考虑下列因素：
原料的物理特性，如入磨物料的粒度、水分、易磨性等；系统的产量要求；节能；操作及自控水平；系统的可靠性及运转率；投资和生产成本。
12煤粉制备
煤粉制备所用的设备，目前大都采用烘干风扫磨及辊式磨系统。
现代干法水泥窑的热耗与窑的规格有关，产量越高热耗越低，一般在730 ～ 850 kcal/kg-熟料。折算到标煤为107 ～ 121kg/t-熟料。相当于电耗1.9 ～ 2.4 kWh/t熟料。煤粉制备系统的电耗对水泥的总电耗影响不是很大。
13烟煤和无烟煤
无烟煤和含煤矸石较多的烟煤不适合采用立磨粉磨。
无烟煤挥发份低（小于5%) ，热值一般较高，可达到23450 ～ 27885kJ/kg。由于挥发份低，煤粉着火温度高，燃烬时间长。
烟煤着火温度410 ～ 430℃,燃烧延续时间约10min，在600～650℃燃烬。无烟煤着火温度550℃,燃烧延续时间约14min，在850℃燃烬。
粉磨烟煤和无烟煤在细度也有区别：
烟煤煤粉细度为88μm筛筛余8%~15%，无烟煤煤粉细度为88μm筛筛余3%~5%。
随着煤粉细度的变化，无烟煤着火温度和燃烬温度的变化幅度比烟煤大，这主要是无烟煤中挥发份低、固定碳含量高的缘故。无烟煤的热量主要来自固定碳，无烟煤的着火温度和燃烧时间主要取决于固定碳的燃烧性能。固定碳是固体颗粒，结构致密，与烟煤中较多的可烟气体（挥发份）相比，其燃点较高，燃烧速度慢。煤粉细度的改变主要是改变了固定碳的粒度，使燃烧面积发生变化。
14水泥粉磨
水泥粉磨系统流程种类较多，目前常用的有以下几种流程：①管磨开流；②管磨圈流；③辊压机开流+管磨开流；④辊压机圈流+管磨开流；⑤辊压机开流+管磨圈流；⑥辊压机圈流+管磨圈流；⑦辊式磨终粉磨等。
目前常用的水泥粉磨流程有:辊压机圈流+管磨开流、辊压机圈流+管磨圈流系统。
立磨预粉磨系统国内水泥厂用的不多、立磨终粉磨系统也不多，但是未来发展的趋势。
与开流水泥磨相比，圈流水泥磨具有如下优点：
有利于降低水泥温度，防止石膏脱水；调节水泥细度方便；小于45微米的细粉较多，有利于提高28天的水泥强度；粉磨电耗低一些。
与管磨圈流水泥磨相比，具有如下优点：
产量高，电耗低。如Ф4.2×13m水泥磨圈流系统，一般在90t/h左右，电耗≥ 38kW•h/t；与辊压机组成联合粉磨系统，产量一般≥150t/h，电耗 30 ～ 32kW•h/t ；水泥颗粒级配及水泥性能与圈流磨一致；系统复杂。
与辊压机+管磨系统相比，具有如下优点：
产量高，电耗低。系统粉磨电耗仅25～29kWh/t；水泥颗粒级配及水泥性能与圈流磨有差别，但辊式磨磨制的水泥完全可以达到球磨机磨制的水泥质量标准；系统简单。
15石膏与混合材
缓凝剂，延缓水泥的凝结时间。
有活性混合材与非活性混合材之分 。活性混合材：矿渣、粉煤灰、火山灰、煤渣、硅藻土、烧粘土（碎砖瓦）等，非活性混合材：石灰石、石英砂、硅粉等。改善水泥的性能，调节水泥等级。填充或集料作用，降低水泥的成本。
16烧成系统
烧成系统是水泥厂的核心部位，烧成系统的好坏直接关系到水泥厂能否正常连续生产，往往一个水泥设计单位的设计水平也是体现在烧成系统预热器和分解炉、篦式冷却机等设备的开发上。
烧成系统设备主要包括：预热器和分解炉、回转窑、三次风管、喷煤管及篦式冷却机等。
17废气处理
废气处理一般指窑尾废气处理。废气处理系统包括高温风机、增湿塔、窑尾收尘器、窑尾排风机等设备。
窑尾收尘器型式有:电收尘器、袋式收尘器，以及电袋复合收尘器。
根据高温风机与增湿塔的位置,高温风机的布置方式有两种，即：先进高温风机和先进增湿塔。
由于粉尘浓度高,对高温风机的叶片和转子等磨损大,对高温风机的耐磨要求高,但增湿塔由于处于微负压操作状态，对增湿塔的刚度及漏风要求相对要低些。
由于增湿塔有一定的收尘效果,会降低进入高温风机的粉尘浓度,对高温风机的叶片和转子等磨损要小些,但增湿塔由于处于高负压操作状态，对增湿塔的刚度及漏风要求相对要高。
18水泥的发运
水泥发运有两种方式：袋装水泥出厂，散装水泥出厂。
19水泥包装系统
供料设备、筛分设备、计量仓、包装设备、清灰设备、破包处理设备、回灰设备、收尘设备、装车机等组成。
水泥包装机分固定式和回转式两种，固定式又分两嘴、三嘴、四嘴包装机等。
回转式有六嘴、八嘴、十嘴、十二嘴、十四嘴包装机等，回转式包装机自动化水平和劳动生产率高，目前大多数水泥厂均采用回转式包装机。
装车机将包装好的水泥直接送入火车车厢内或汽车厢内。
移动胶带装车机一般由胶带机及升降机和摆动装置组成，根据装车位置，移动装车机可作110°的摆动和800mm的升降，将袋装水泥送入汽车内。折叠胶带装车机由三、四段带式输送机、大小行车、旋转和提升装置等所组成，可以伸入火车车厢内将袋装水泥直接送入车厢内。
装车机的优点是袋装水泥从包装机出来后直接装车，减少搬运次数和工人的劳动强度，提高了劳动效率。另外，减少袋装水泥纸袋的破损率。
包装车间一般设纸袋库储存纸袋，储存量一般考虑为一个月的需要量。纸袋库的面积，按包装水泥量和纸袋储存期来确定。通常每平方米面积平均可堆存纸袋3200个（堆高为3米时），纸袋库面积的有效利用系数一般取70%。
成品库是用来储存袋装水泥的仓库，对于包装能力小的水泥厂来说，成品库的作用主要是缓冲包装系统能力与来车数量不均衡的矛盾，以免袋装水泥装车受包装系统能力的限制而使装车时间过长。
成品库的面积决定于需要袋装的水泥的储存时间，袋装水泥的储存时间一般不少于1天。
20水泥散装系统
水泥散装出厂是发展趋势，在新建的水泥厂中散装水泥所占的比例越来越大，有的厂散装比例达到90%以上。
改善劳动条件，提高劳动生产率，散装不需要包装，便于实现水泥装卸、运输和储存的机械化，且散装设施密封，粉尘飞扬少，保护工作环境，节约包装费用，降低水泥成本。
减少水泥损失：袋装水泥出厂到使用，一般要经过倒运多次，纸袋破损率高，用过的纸袋中又残存少量的水泥，使水泥损失量大。散装水泥的损失量要低得多。
确保水泥质量：散装水泥储存于中转库内，不易受潮变质。
节约大量的木材：每一万吨水泥可以省下包装纸60吨，折合木材330米3。目前，水泥厂大量采用塑料包装袋来代替纸袋，以节省木材，保护森林资源。
水泥散装的方式有库底散装和库侧散装两种。
库底散装
火车或汽车直接开到水泥库或专设的散装库底，用库底卸料及散装设备进行装车。
库侧散装，直接装车
在水泥库库壁上安装库侧卸料器和水泥散装设备进行装车。
一般采用地中衡和轨道衡来计量。用火车运输时，采用100~200吨的轨道衡；用汽车运输时，视汽车的载重量而定，一般采用20~120吨的地中衡。
地中衡和轨道衡可以设在装车处或附近。
有的厂采用固体流量计、荷重传感器等方式来计量散装水泥的装车量。
除上述介绍的生产车间外,还有物料的烘干、压缩空气站、、烧成油泵房、耐火材料库、机修车间、电修车间等。