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1、热工设备知识梳理新型干法水泥回转窑系统是以“悬浮预热”技术和“窑外分解”技术为核心，是目前水泥行业成熟而先进的水泥煅烧技术。筒（旋风筒）管（联接管）炉（分解炉）窑（回转窑）机（冷却机）1. 按水泥煅烧熟料窑的结构分类：（1）立窑，普通立窑和机械立窑；（2）回转窑，湿法、干法和半干法回转窑。2. 回转窑特点：热耗较高，生料易于均化，成分均匀，熟料质量较高，并且输送方便，粉尘少。对硅酸盐水泥的湿法回转窑而言，生料在回转窑中经高温煅烧发生一系列物理的、化学的和物理化学的变化，最后形成熟料。3. 水泥熟料的烧制过程： 预热阶段(室温900)：生料中残余水的排除，500 结构水排出，随着生料升温，少量M
2、gCO3分解。 分解阶段(9001000 )：碳酸钙分解，吸收大量的热量。 固相反应阶段(10001250 )：各种氧化物之间发生固相反应，形成了一些矿物。 烧成阶段(125014501300 )：出现液相。最终产物为玻璃相以及C3S，C2S，C3A，C4AF。 冷却阶段(1300100)：快速冷却，可保持一定的玻璃体，还可防止-C2S-C2S从而提高水泥强度且有利于粉磨和输送及余热回收。4. 原理：第一，水泥生粉料从第一级预热器（简称旋风筒）和第二级旋风筒之间的联接管道加入，在旋风筒内利用离心力的作用进行气固分离，出第四旋风筒的预热生料进入分解炉，在分解炉内完成大部分的碳酸钙的分解，分解后的
3、生料进入C5内， 经气固分离后生料进入回转窑内，再经煅烧，经一系列物理化学反应后，成为水泥熟料，进入冷却机冷却后，进入熟料库，最后熟料、石膏、混合料按一定的比例在水泥磨内混合粉磨后成为水泥。 第二，来自煤磨的燃料被分成两部分大部分煤粉（6070%）被气力输送泵送到分解炉内燃烧，供碳酸钙分解需大量的热量小部分煤粉（4030%）被送到窑头喷入回转窑内燃烧，产生的烟气供给回转窑煅烧熟料 第三，整个系统内燃料燃烧所需助燃空气被分成三部分（1）来自窑头的鼓风机-一次空气，携带煤粉经煤管直接喷入到回转窑内，使火焰有一定的刚度；（2）来自水泥冷却机的预热空气-二次空气，从窑头进入回转窑内。作用：窑头煤粉燃烧
4、的主要助燃空气；（3）来自水泥冷却机的预热空气-三次空气，进入分解炉内。作用：分解炉内煤粉的助燃空气 二次空气、三次空气预热的温度越高越好，能增加带入窑内热量。一次空气不能预热，否则会使煤粉挥发份在煤管中提前溢出，可能造成煤粉爆炸事故 5. 新型干法水泥回转窑系统的几个重要指标：回转窑的发热能力Qyr，水泥熟料的实际烧成热耗q，回转窑内燃烧带的截面热力强度qA（燃烧带的截面热负荷）回转窑内燃烧带的表面热力强度qF（燃烧带表面热负荷），回转窑内燃烧带容积热力强度qv（燃烧带的容积热负荷），回转窑内燃烧带的空气过剩系数，回转窑系统的热效率 PS：水泥熟料的理论热耗：由0的干生料，在没有任何热量损失
5、和物料损失的情况下，烧成1kg冷却到0的水泥熟料所需要的热量，KJ/kg-熟料入窑生料的分解率：入回转窑中已分解的碳酸盐量占原来未分解的碳酸盐量的百分数，它在数值上等于生料中分解出来的CO2量占生料中总CO2的百分数（1）表观分解率e=(生料中原有的烧失量-样品中残留的烧失量)/生料中原有的烧失量e=10000(L1-L2)/L1(100-L2)%（2）真实分解率et=e-100mfh(efh-e)(100-L1)/(10000-L1efh)%或et=e-100mfh (100-L1) (L2-Lfh)/L1(100-L2)%入窑生料包括预热生料和被废气携带出窑后又被风筒所收集下来的飞灰，将大
6、部分分解的窑灰对所起的样品的影响排除得到真实的数据。6. 旋风预热器的作用：实现气（废气）、固（生料）之间的高效换热。从而到达提高生料温度，降低废气温度的目的。基本流动方式：旋转流和喷射流功能：分散、换热、分离。旋风预热器的工作原理：(1)生料粉在废气中分散与悬浮 (2)气、固之间换热（80%在联结管道内完成，20%在旋风筒内） (3)气、固相的分离，生料粉的收集（在旋风筒内完成）7. 影响旋风预热器预热效率的因素：换热公式Q=Ft ：换热系数. 流速越大，对流传热系数越大F: 接触面积t：气固两相温差 因素之一：粉料在管道中的悬浮 选择合理的喂料位置， 气流的类型：旋转气流、喷腾气流，在喂料
7、口加装撒料装置-目的是促使物料分散，来料均匀性因素之二：气、固相的传热 对流换热，悬浮换热效果取决于生料在气流中的分散程度（中高速1822m/s），多个旋风换热单元相串联组成旋风预热系统。因素之三：气、固分离效率 旋风筒的直径（小高），旋风筒进风口的类型与尺寸（切向入筒，减小涡流，多边形口），出风管(内筒)的尺寸和插人深度（小深高），旋风筒的高度（高利高），其他（粉料颗粒的大小、气流中的粉料浓度、锁风阀的严密程度） PS 分离效率的提高会影响到流动阻力损失的增大。8. 克服旋风筒内部旋风的风尾在旋风筒锥体内引起的“二次飞扬”问题：延长旋风筒的长度（大于旋转气流的自然长度），在旋风筒的锥体部分，
8、采用隔离膨胀仓技术，设置隔离导向锥 ，（即锁风阀：避免排除的粉料被逆流上升的气流吹起而造成二次飞扬，影响气固分离效率）PS 提高分离效率的措施综合方向：开发新型高效、低阻的旋风筒、新型换热管道、新型锁风阀、新型撒料装置。9. 各级旋风筒的气固分离效率c的影响： c5c4c3c2 c1 ,此顺序也是预热器换热效率的影响顺序实际上c1的排尘量大，会增加料耗，热耗和后面电除尘的电耗增大所以各级旋风筒气固分离的效率对整个系统热效率的影响是c1c5c4c3c211. 各级旋风筒表面散热损失的影响：越往下，旋风筒及连接管的表面温度越高，所以表面散热损失大，应加强此处的保温，散热多，热效率降低。12. 各级
9、旋风筒漏风量的影响：漏风量不仅会降低自身的温度和热效率，降低生料的预热效果，增加热耗，还会增加排风机的负担和电耗 各级旋风筒处漏风量对系统热效率影响顺序是：lokc5 lokc4 lokc3 lokc2 lokc1PS 预热器出口的废气温度（物料预热的温度）随级数的增多而降低（升高），随着级数的增加，升温曲线趋向平缓。级数多，总换热效率增高，电耗增加，增加投资费用。 13. 旋风筒改进：在旋风筒入口或出口处增设导向叶片，筒体结构的改进（截面积减小，高度增加，排气管内直径增大，入风口增大，锥形底），下料口结构，进风口和排风管的结构，旋流方式的改进。（降低阻力）14. 预热器系统的阻力与预热器结构
10、：旋风筒进气口切向气流与旋转气流的碰撞干扰、旋风筒内内旋流与外旋流气固两相流的不断变化、气流在旋风筒锥部的转向、上升旋风筒内壁与两相流的摩擦损失。阻力（沿程阻力和局部阻力）与速度、流场、锥部折返上行运动（KS-5卧式），结构调节来降低阻力。1. 分解炉：将生料中碳酸钙分解过程提到窑外进行，加快其分解,提高其分解率，入窑物料的表观分解率可提高到85%-90%；“第二热源”减轻热负荷 延长使用寿命；完善工艺按炉内主气流运动形式来分：旋流式旋流效应；喷腾式喷腾效应；悬浮式悬浮效应；流化床式流态化效应 。 “综合效应”按全窑系统主气流运动方式来分：第一种类型（a)-同线型 分解炉所需助燃空气全部由窑内
11、通过，无三次风管。（节省、方便、冷却机型任意、过多空气通过窑内影响操作）第二种类型 (b)-同线型 分解炉需助燃空气由三次风管提供，并在炉内与窑气混合。第三种类型 (c1，c2，c3）-（半同线型，异线型，旁路放风型）分解炉所需助燃空气由三次风管提供，窑气不入炉。（炉内燃料在纯空气中燃烧） PS C1：窑气在分解炉后与出分解炉的炉气混合，再入预热器系统。 C2：窑气不与出分解炉的炉气混合，各自经过一个单独的预热器系统。 C3：窑气从窑尾排出，可余热利用或旁路防风。 F列（炉列） K列（窑列）2. 评议分解炉的特征要点： （1）气体流动：气体进入方式（窑气，空气进入方式） （2）下料点的位置：燃
12、料喷口、生料入口 （3）分解炉的温度 （4）燃料燃烧条件 （5）粉料与气体的停留时间3. 回转窑的结构：筒体（一定斜度、窑口护铁、窑头冷风套），轮带（滚圈，全部重力），托轮（清洁光滑润滑温度平衡），挡轮（液压挡轮-窑尾靠近窑头侧限制或控制窑体轴向窜动），密封装置（负压，防止漏风漏料 窑头：迷宫式或气封式；窑尾：接触式；气动式和复合式），薄片式密封。传动装置（保证窑的旋转和调节窑的转数，附属电机和减速机，故障和维修），附属设备（烧成带的轴流风机：利于窑皮的形成，保护筒体；传感器：温度力矩纵向高度位置-液压挡轮；窑头罩） （尾高头低）4. 回转窑的功能：1）燃料燃烧设备（燃料充分燃烧、煅烧提供热量
13、）；2）热交换设备（均匀温度场满足生产换热要求）；3）高温化学反应设备（热量、温度、停留时间的要求）；4）输送设备（输送物料和气流通过）5. 回转窑的工作原理：（1）回转窑内物料的运动（窑尾到窑头）：Di（窑内有效内径） vm ；转速越快， vm；回转窑的斜率 vm ；物料的填充率应越大，窑的转数应越大；物料的休止角 vm （物料的粘度越大，流动性困难，则 vm ；易烧性好的物料，在窑内煅烧时间短，则 vm ）PS： 在窑喂料量不变时，窑速加快，会使窑的填充率降低。此时窑的产量并未增加；但由于是簿料快转，有利于熟料煅烧均匀，质量提高；传热效果好，热耗降低；窑皮、窑耐火砖受热波动小，窑的安全运转
14、周期长。 在窑填充率不变时，让窑速与喂料量同步增加或减少，即窑的产量高低时刻伴随着窑速的快慢进行。但由于窑的热负荷要相应改变，窑皮与窑衬所承受的热负荷也要变化，势必影响窑的安全运转周期。这种方法慎用。（2）回转窑内的燃料燃烧：一次风是通过主燃烧器强制送入窑的自然空气，由窑头燃烧器的一次风机供给。作用：输送煤粉，并供煤中挥发份燃烧所需的氧。风量占总风量：15%。一次风是常温，风量过大，入窑后吸热，使熟料煅烧的热耗增加，热效率降低；煤中挥发份低时，需要的一次风应少些；不利于NOx的排放。一次风过少，挥发份燃烧慢，影响煤的燃烧速度，同时煤对喷煤管的磨损加大，设备损坏严重。二次风经冷却机被预热后入窑，
15、对气流产生强烈的扰动，有利于碳的燃烧。调节火焰长短，窑尾温度高低以及供燃料焦炭粒子燃烧所需的氧并能回收熟料的热量。当一次风不变时，二次风大小决定着窑内抽风能力大小。二次风大，火焰长，否则短。 6). 煤粉燃烧过程的控制：火焰的温度、长度、着火位置及形状 影响火焰温度：煤的热值；煤的挥发份；煤的灰分；煤的水分；煤粉的细度；燃烧所需空气用量；二次风温；窑体烧成带壁温度等。PS 增加燃料量不是总能提高火焰输出的热量，但是减少燃料量总是会降低热量输出。燃烧带火焰长度-主要决定于燃烧带气体流速 火焰长度：决定了窑的烧成带的长度（全焰长度-喷煤管到火焰末端；燃焰长度-开始着火到火焰末端）PS 在发热量一定的条件下，火焰越长，燃烧带温度越低，过早出现液相，易结圈，尾温高。火焰越短，高温部分集中，窑衬寿命短。 影响火焰长度因素：气流速度（快长）；煤粉燃烧速度（煤愈细、二次风温越高，燃烧快，火焰长度愈短；煤水分越高
