工廠工藝設計概論本課程的地位與作用本課程面向基本學制為四年的本科生，是材料科學與工程專業的專業任選課之一。其與無機結構材料、無機功能材料、粉體工程與設備、薄膜技術、納米材料與技術、材料專業計算機應用等專業選修課共同構成材料科學與工程專業新型無機材料方向的專業知識體系。課程教學目的與要求本課程的教學目的是使學生掌握工廠總平面布置的原則和方法，工廠工藝設計的原則、程序、工藝平衡計算及主要生產車間的工藝設計和工藝布置，了解整個工廠設計的程序和內容以及土建、電氣、環境保護、衛生工程和技術經濟等其它專業知識，為從事材料的生產工藝研究和工藝設計打下基礎。各章主要教學內容第1章硅酸鹽工廠基本建設前期工作（3學時）本章應了解硅酸鹽工廠的基本建設程序，內容和任務。第2章工廠總平面布置（3學時）本章應初步掌握工廠總平面圖設計的內容、步驟和方法。第3章工藝設計的原則、程序及工藝平衡計算（4學時）本章應掌握工藝設計的基本原則，物料平衡、主機平衡、儲庫平衡三大平衡計算的方法。了解工藝設計的程序。第6章水泥包裝、散裝和發送（2學時）第7章工藝設計所需的其他專業知識（2學時）本章應了解與工藝設計配套的其它專業知識，以保證工藝設計的合理化和全面化。重點與難點重點：掌握礦點的選擇，影響廠址選擇的主要因素，風向玫瑰圖的意義和具體應用，總平面設計的基本原則，工藝設計的基本原則，物料平衡計算，主機平衡計算，儲庫平衡計算，工藝流程選擇、設備選型的基本方法，車間工藝布置的原則及重點考慮的問題，生產車間系統的選型計算，車間工藝布置。難點：風向玫瑰圖的具體應用，總平面設計的基本原則，物料平衡計算，主機平衡計算，儲庫平衡計算，車間工藝布置重點考慮的問題。考核方式本課程采用閉卷和平時考核（包括作業和課堂討論）相結合的方式，閉卷考核成績占80%，平時考核成績占20%。教材與主要參考書

教材金容容.水泥廠工藝設計概論武漢:武漢工業大學出版社，1993年.主要參考書[1]吳曉東.陶瓷廠工藝設計概論.武漢:武漢理工大學出版社，1992年.[2]楊保泉.玻璃廠工藝設計概論.武漢:武漢理工大學出版社，1989年.[3]于潤如，嚴生.水泥廠工藝設計.北京:中國建材工業出版社，1995年.[4]同濟大學，南京化工學院.水泥生產機械設備.北京:中國建筑工業出版社，1995年.[5]張浩楠.中國現代水泥技術及裝備.天津:天津科學技術出版社，1991年.[6]曹文聰，楊樹森.普通硅酸鹽工藝學.武漢:武漢工業大學出版社，1996年.概述中國水泥工業的發展歷史中國水泥生產技術水平隨著時代的進步而不斷提高，由低到高大致分為立窯、濕法回轉窯、日產2000噸熟料預分解窯新型干法和日產5000噸熟料預分解窯新型干法等4個層次。

中國水泥史上設備國產化的進程中有4個里程碑：昆明水泥廠(后改名云南水泥有限公司)是國產設備建設立窯廠的里程碑；湘鄉水泥廠(后改名韶峰水泥集團有限公司)是國產設備建設濕法回轉窯廠的里程碑；江西水泥廠(后改名江西萬年青水泥股份有限公司)是國產設備建設日產2000噸熟料預分解窯新型干法廠的里程碑；安徽海螺集團有限責任公司是國產設備建設日產5000噸熟料預分解窯新型干法廠的里程碑，中國水泥工業現代化步伐從此大大加快。

評價一個國家水泥工業綜合水平的主要技術指標水泥總產量人均水泥消耗量綜合能耗資源消耗技術先進性、裝備大型化程度、裝備的可靠性年運轉率、污染排放標準、環保性消納廢渣的能力、燃料替代率、科技創新技術開發、經營管理模式世界水泥生產技術的發展趨勢發展大型新型干法水泥生產技術和裝備：效率高、能耗低、單位投資小、生產成本較低、生產率高、效益上升、污染物單位排放少。如破碎機、生料磨、水泥窯、冷卻機、水泥磨生產工藝節能化低熱耗國際先進國家（2800kJ/kg熟料），一般2980kJ/kg熟料，全國平均5250kJ/kg熟料，新型干法窯平均3550kJ/kg熟料國內新型干法窯平均：耗煤30－40元/t水泥耗電70－80元/t水泥零消耗（電）：純低溫余熱發電技術環保：零污染、零排放（窯尾CO2的處理及應用）零消耗（燃料）：可燃物替代利廢：工業廢渣廢料生產水泥，達到環保和降低生產成本的雙重效果。總之，節能、減排、環保、發展循環經濟。中國水泥工業將逐步納入節能型、環保型和資源型的運行軌道。水泥生產新技術利用工業廢渣和城市垃圾配料生產水泥；利用低品位原料（CaO<45%）和使用粘土的代用品配料；在新型干法燒成系統中采用低揮發份煤和無煙煤；水泥廠中低溫余熱發電技術，可由煅燒熟料廢熱發電30kWh/t·熟料以上

高溫高濃度袋收塵器和電收塵器；

用水泥回轉窯處理工業有毒有害物質；

超細水泥的制備和細摻合物（礦渣或粉煤灰）的應用。采用低壓損的六級旋風預熱器改進分解爐結構或采取各種措施提高物料在爐中的停留時間，兩支承長徑比達11左右的短窯，已經在工業生產中顯示出其優勢性當前另一種取消大齒圈傳動的由托輥支持點直接進行傳動的窯已經問世，使回轉窯運行更平穩、耐火磚的使用壽命更長。新型的多通道燃燒器“可控氣流”式的第三代篦式冷卻機的研制和應用現代的輥式磨、輥壓機和輥筒磨三種新型擠壓粉磨裝備顯示了巨大的節能潛力2010年1～9月份全國水泥產量134,879.40萬噸，同比增長15.95%，基本保持穩定，所有地區同比增速全部下降，其中東北地區下降最大，為5.76%，但西南地區仍保持增速最快。地區中，海南、甘肅、青海增速均在35%以上，海南和四川突破了50%的增速，尤其是海南，超過了57%，是增速最快的省；產量大省江蘇、山東、四川的累計水泥產量均超過9,000萬噸，分別為11,647.36萬噸、10,869.83萬噸、9,347.71萬噸。“中國水泥工業節能減排和替代原燃料利用綜合項目”能效與排放評估將對我國大中型水泥企業進行現場能效與排放評估，擬用三種國際通用工具：水泥行業CO2排放統計工具（CSI工具）、對標和節能工具（BEST工具）和工藝熱耗評估工具（PHAST工具）對能效與排放進行量化評估、對標與診斷皮帶長廊石灰石均化庫華潤水泥福龍有限公司2×5000t/d熟料生產線混合材庫混合材均化堆場預熱器窯熟料庫磅房山水集團億龍水泥項目水泥廠設計的內容總論原料與燃料生產工藝總圖運輸電氣與生產過程自動化建筑及結構給排水供熱、通風及空調節約與合理利用資源環境保護職業安全衛生組織機構及勞動定員經濟評價第一章工廠基本建設前期工作一、基本建設程序基本建設程序是基本建設中各項工作進行的順序。水泥工業基本建設不管是新建、擴建、還是改建工程，都是非常復雜的，其技術要求都很高，特別是一些大、中型水泥生產線，其工藝系統復雜，自動化程度高，工程的綜合性非常強，因此，整個基本建設工作必須按照一定的程序有計劃、有步驟的進行，確保基建工作的順利進行，并取得預期的投資效果。國家有關部門對水泥工業基本建設工作進行了階段劃分，并規定了每個階段的主要工作內容水泥工業發展長遠規劃資源勘探項目建議書可行性研究工工程、水文地質勘探，地形測量施工圖設計施工準備施工與安裝試生產竣工驗收基本建設前期工作基本建設階段正式投產技術經濟調查設計初步設計水泥工業基本建設工作階段的劃分1.確定礦山資源因水泥廠的礦山資源為原料，所以必須具有資源才能建廠。所以，必須按照長期建設規劃，資源地質單位要提前找礦，提出推薦礦點的意見，經主管部門組織、研究選定進一步勘探的礦點（注：礦山附近有無建廠的條件），提出儲量勘探工業技術要求和儲量要求，資源地質單位據此進行詳細的勘探，并提出詳細報告。經審查批準，礦山資源才能確定下來。2.項目建議書的編制闡明項目建設的必要性。落實建廠條件、資金并作出效益估計，對建廠規模、生產方法作出選擇。3.可行性研究（計劃任務書）建議書審批后可進行此工作。主要任務是：論證該項目在技術、經濟方面的可行性、合理性，并在可行性研究的最后確定工廠的廠址。4.初步設計廠址批準后，對廠區、礦區進行工程地質、水文地質勘探、測量，并落實電源、交通運輸等方面的具體技術條件，然后根據可行性研究的要求，開展初步設計工作。5.施工圖設計初步設計批準后，即全面開展施工圖設計，并安排設備材料的訂貨和施工計劃的編制，進行施工前的準備。6.施工和安裝工程列入國家年度計劃后，即可按施工圖設計內容進行施工和安裝。7.竣工驗收工廠建成后，必須經過試生產、竣工驗收，最后交付生產使用。二、礦山資源和原料工作水泥工業以石灰石、粘土等礦山資源為原料，因此必須擁有儲量、質量均符合要求的石灰石、粘土礦山才能建水泥廠。1.礦點的選擇水泥是石灰石質原料、粘土質原料以及校正原料經配料粉磨、煅燒、粉磨制得的，所以在勘探原料時要注意配套找礦，以保證配料計算符合預定要求（水泥熟料的三大率值）后才能使用。石灰石質原料的用量大于粘土質原料，理論上應以石灰石礦山勘探為主，但在實際資源勘探時，有時粘土質原料的選擇會變得更重要，因為：第一，粘土質原料賦存條件變化大，質量不夠穩定，常因有害成分（K2O，Na2O，Cl－）的超量或質量波動太大而影響配料使用。第二，與農業爭地問題。因此一定要注意資源配套。還要特別注意的是：礦山附近有無建廠的場地。2.原料工業性能試驗和配料礦點選好后，需由設計部門的原料專業工作者對原料、燃料進行性能試驗，為工藝專業人員提供一些必要的資料。大致內容如下：1、根據試驗提供部分設計參數。如理論料耗、熱耗、原料的易磨性、易燒性等。對特殊工藝還需作一些特殊試驗，如：濕法生產時，有時需作易淘性、料漿可泵性試驗；新型干法生產，應作原料中堿揮發試驗。2、負責提出產品方案和配料方案，以便工藝專業人員編制物料平衡表。3、提出礦山質量搭配要求，以充分利用礦山資源。3.水泥工業原料礦床質量要求

主要是原料配合后能滿足熟料的三大率值和礦物組成要求，并控制有害成分不超標。在實際生產和礦山開采中，常以原料中具有代表性的一種或兩種化學組成作為該原料的質量指標，并相應控制有害成分指標。水泥原料的質量指標一般為：石灰石質原料：CaO≥48％；MgO≤3.0％；K2O＋Na2O≤1.0％；SO3≤1.0％；石英及燧石≤4.0％粘土質原料：一類，硅酸率2.7－3.5，鋁率1.5－3.5；二類，硅酸率2.0－2.7，3.5－4.0，鋁率不限；MgO≤3.0％；K2O＋Na2O≤4.0％；SO3≤2.0％注：硅酸率又稱硅率SM，表示原料中SiO2的百分含量與Fe2O3和Al2O3百分含量之比。鋁率IM又稱鐵率，表示原料中Al2O3的百分含量與Fe2O3的百分含量之比。硅質校正原料：硅酸率≥4；K2O＋Na2O≤4.0％；MgO≤3.0％；SO3≤2.0％鐵質校正原料：Fe2O3>40%鋁質校正原料：Al2O3>30％對于新型干法窯系統，生料和燃料中有害成分需符合下列要求：原料中（堿）K2O＋Na2O≤1.0％；（氯）Cl－≤0.015％；硫、堿摩爾比SO3/(K2O＋1/2Na2O)≤1.0；燃料中SO3≤3.0％。4.礦山儲量的分級及儲量要求分A、B、C、D四級。A級儲量是編采掘計劃的依據。B級儲量是設計首期開采計劃的依據。C級是設計依據的主要儲量。D級是作遠景規劃的依據。水泥廠要求的儲量＝熟料年產量×每噸熟料所需原料地質儲量×礦山服務年限1噸熟料大約需2噸石灰石，0.4噸粘土。服務年限：大（≥100萬噸熟料/年）、中廠（20－80萬噸熟料/年）50年，小廠（5－10萬噸熟料/年）30年。根據測得的儲量可初步確定工廠規模。三、生產方法的選擇生產方法實際就是煅燒系統。煅燒系統分為兩大類：立窯、回轉窯。目前，國際上明顯趨向新型干法生產中的預分解窯生產。因：單機產量大，熱耗低，可余熱利用烘干物料；預均化技術保證了熟料的質量；旁路放風等新技術改進了此方法對原料和燃料的適應性；收塵設備及技術的發展大大改善了環境污染；與同產量的其它窯型比，設備質量較輕，占地面積較小，基建投資較省。日本全采用預分解窯。在我國，有關部門已明確指示，大、中廠盡量采用新型干法窯；小廠應采用成套地技術先進的機立窯，或小型新型干法窯。堅決阻止中空干法窯。四、項目建議書項目建議書是開展可行性研究的重要依據。根據國民經濟的長遠規劃、地區規劃和行業規劃的要求，在礦點選擇報告、原料資源詳查報告和銷售市場預測的基礎上，闡述建設的必要性和理由，擬定工廠的生產規模和生產方法，落實建廠的條件，取得有關部門的意性書，對建設資金的來源和籌措方式有初步落實方案，進行初步的經濟效果和社會效益的估計。項目建議書的內容：項目來由項目名稱項目提出的依據和必要性建廠規模、產品方案和生產方法的初步設想建廠條件（原燃料資源、交通運輸、電源、水源、建設場地、環境保護）建設項目進度按排設想工廠區域位置圖附件（各類意向書和文件）最后報有關部門評估、審批五、★廠址選擇

在進行廠址選擇時，必須考慮以下因素：1、廠址在礦山和附近城鎮間，靠近城鎮。廠址由原來的靠近原料礦山逐漸向城鎮郊區靠近，因而工廠也由原來的小社會濃縮成專門的生產基地