3.3.3物料平衡计算的方法和步骤

三、物料平衡计算的方法和步骤 （一）水泥厂的物料平衡计算

1.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，最后再核算出烧成系统和工厂的生产能力。

①要求的熟料年产量可按式（3-1）计算： Qy=

100?d?e100?pGy （ 3-1)

式中 Qy——要求的熟料年产量（t/a）；

Gy——工厂规模（t/a）；

d——水泥重视高的掺入量（%）； e——水泥中混合材的掺入量（%）； p——水泥的生产损失（%），可取为3%~~5%。 当计划书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，可按下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。

Qy1=（3-2）

Qy2=

100?d2?e2100?p100?d1?e1100?pGy1

Gy2

(3-3)

Qy=Qy1+Qy2

(3-4)

式中 Qy1，Qy2——分别表示每种水泥要求的熟料年产量（t/a）；

Gy1，Gy2——分别表示每种水泥年产量（t/a）； d1，d2——分别表示每种水泥中石膏的渗入量（%）； e1，e2——分别表示每种水泥中混合材的渗入量（%）； Qy——两种熟料年产量的总和（t/a）。 ②窑的台数可按式（3-5）计算：

n=

Qy8760ηQ (3-5)

h.1式中 n——窑的台数；

Qy——要求的熟料年产量（t/a）;

Qh.1——所选窑的标定台时产量【t/(台·h)】；

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，传统干法窑0.85，机立窑0.8~0.85，悬浮预热器窑、预分解窑0.85；

8760——全年日历小时数。

算出窑的台数n等于或略小于整数并取整数值。例如，n=1.9，取为两台，此时窑的能力稍有富余，这是允许的，也是合理的。如n比某整数略大，取该整数值。例如n=2.1或

2.2，而取为两台时，则必须采取提高窑的台时产量的措施，或者相应增大窑的年利用率，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书规定的数值时，则应在初步设计说明书中加以说明。当n与整数值相差较大，例如n=1.2，1.5，1.6时，则一台窑达不到要求的设计能力，而两台窑又超过需求的设计能力太多，在此情况下，必须另行选择窑的规格，重新计算和标定窑的产量。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、规格较大的窑。 ③烧成系统的生产能力可按下列各式计算：

熟料小时产量 Qh=nQh.1 （t/h） （3-6） 熟料日产量 Qd=24Qh （t/d） （3-7） 熟料年产量 Qy=8760ηQh （t/a） （3-8） ④工厂的生产能力可按下列各式由烧成车间的生产能力求得：

水泥小时生产 G?h100?p100?d?e Qh （t/h） （3-9）

水泥日产量 Gd=24Gh （t/d） （3-10）

水泥年产量 Gy=8760ηGh （t/a） （3-11） （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，然后再核算出烧成系统和工厂的每周生产能力。

①窑的台数可按下式计算：

n?Qd24Qh.1 （3-12）

式中 n——窑的台数；

Qd——要求的熟料日产量（t/d）； 24——每日小时数。 ②计算烧成系统的生产能力

熟料小时产量和日产量的计算与年平衡法相同，见式（3-6）和式（3-7）。 熟料周产量：

Qw=168Qh （t/周） （3-13） 式中 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（3-9）和式（3-10）。 水泥周产量：

Qw=168Qh （t/周） （3-14） 2、原料、燃料、材料消耗定额的计算 （1）原料消耗定额

①考虑煤灰掺入量时，1t熟料的干生料理论消耗量：

K干?100?s（3-15） 100?I

式中 K干——干生料理论消耗量（t/t熟料）；

I——干生料的烧失量（%）；

s——煤灰掺入量，以熟料百分数表示（%）。

②考虑煤灰掺入量时，1t熟料的干生料消耗定额：

K生?100K干100-P生 （3-16）

式中 K生——干生料消耗定额（t/t熟料）；

P生——生料的生产损失（%），一般3%~~5%。

③各种干原料消耗定额

K原=K生·x （3-17） 式中 K原——某种干原料的消耗定额（t/t熟料）； x——干生料中该原料的配合比（%）。

（2）干事高消耗定额 K?dd100?d?e （3-18）

式中 Kd——干石膏消耗定额（t/t熟料）；

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

Ke?e100?d?e （3-19）

式中 Ke——干混合材消耗定额（t/t熟料）。

（4）烧成用干煤消耗定额

Kf1?100q Q(100?pf) （3-20）

式中 Kf1——烧成用干煤消耗定额（t/t 熟料）；

q——熟料烧成消耗（kJ/kg熟料）； Q——干煤低位热值（kJ/kg干煤）； Pf——煤的生产损失（%），一般取3%。

（5）烘干用干煤消耗定额 K?f2M湿q烘100 （3-21） ?ω1-ω2??Q100-ω2（100-Pf）Q烧式中 Kf2——烘干用干煤消耗定额（t/t熟料）；

M湿——需烘干的湿物料量，用年平衡法时以t/a表示，用周平衡法时以t/周表示； Q烧——烧成系统生产能力，用年平衡法时以熟料年产量表示，用周平衡法时以熟料周产量表示；

ω1，ω2——分别表示烘干前、后物料的含水量； Q烘——蒸发1kg水分的耗热量（kJ/kg水分），可参考烘干机经验数据，而准确的数据应通过具体烘干机的热工计算求得。

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，可用下式计算：

K湿?100K干 100-ω0 （3-22）

式中 K湿，K干——分别表示湿物料、干物料消耗定额（kg/kg熟料）；

Ω0——该湿物料的天然水分（%）。

3.原料、燃料、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系统生产能力，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，其格式见表3-2。 表3-2 水泥厂物料平衡表 物料名称 天然生产水分 损失 1 石灰石 粘土 铁粉 生料 石膏 混合材 熟料 水泥 烧成用煤 烘干用煤 燃煤合计 2 3 消耗定额 （t/t熟料） 干料 4 含天然水分料 5 物料平衡量（t） 干料 6 7 8 含天然水分料 备注 9 10 11 12 13 14

注：1.采用年平衡法时，可不列第8栏和第12栏；采用周平衡法时，可不列第9栏和第13栏。

2.备注中可列：生料组分、物料配合比、生产熟料消耗定额、烧成热耗和烘干热耗、煤的热值等。

（二）陶瓷厂的物料平衡计算 1.衡算步骤

(1)根据生产工艺流程，选择衡算的项目。凡具有主机设备的工序必须立项衡算，而只有辅助设备或非重要设备的工序，可以不单独列项，此外上下加工量相差不大的工序如原料的粗碎、中碎工序，可以并项计算。

（2）确定与衡算项目密切相关的工艺参数，如损失率、废品率、回坯率和烧失率等。 （3）根据计划任务书中的设计产量及损失率、废品率，逆着生产流程的工序，计算各工序的加工任务，一般从包装→检验（装配）→焙烧→上釉→干燥→成型→制泥，逐项进行计算。

（4）编制物料衡算表，把计算结果列入表中。

在进行物料衡算时，要注意基准的统一。如：时间均以年为单位；废品率指加工100件制品时，报废件数的百分数，以制品的件数为基准，如要换算成质量时，可将半成品按不同加工工序中的单件制品质量乘以件数；半成品在生产过程中会产生物理、化学变化，如干燥脱水；焙烧时，灼烧损失等，为了计算方便，物料衡算中常采用瓷坯基准及干坯基准。

2.衡算过程

以一次烧成工艺为例：

（1）年出窑量（烧成量）?工厂年产量1-检验、包装废品率

（2）年装窑量?年出窑量1-烧成废品率年施釉量1-干燥废品率年装窑量1-施釉废品率年干燥量

（3）年干燥量?

（4）年施釉量?

（5）年成型量?1-成型、修坯废品率

（6）年坯料需要量年成型量 ?（1-切削损失率）（1-练泥损失率）以上过程均未考虑烧失率，系采用瓷坯基准（灼烧率），下面过程为换算成干坯基准（干基）。即

年坯料需要量(干基)?年坯料需要量1-烧失率

（7）年泥料破碎、粉碎加工量=

年坯料需要量（干基）-废坯泥回收量（干基）1-球磨、过筛损失率）（1-粗、中碎损失率）（（t/a）

废坯泥回收量（干基）=（年干燥量×干燥废品率+年成型量×成型废品率+年成型量×成型余泥率）×坯泥回收利用率 （t/a）

（8）各种原料处理量（干基）=年泥料粉碎加工量（干基）×该原料在配料中的百分比（%） （t/a）

（9）各种原料年进厂量（湿基） =

各种原料处理量（干基）（1-储存损失率）（1-洗选损失率）（1-自然含水率） （t/a）

（10）各种原料年购入量（湿基）=

各种原料年进厂量1-运输损失率 （t/a）

【例】某厂年产100万m2釉面砖，产品规格152mm×152mm×5mm，物料平衡计算的主要参数及结果见表3-3和表3-4.

表3-3 主要生产工序半成品数量变化 产品名称 规格(mm) 单位面积质量（kg/m2） 年产量 （万m2） (t) 损失率 釉烧 （万m2/a） (t/a)

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