水泥工艺技术精讲讲述

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1、第6章 熟料煅烧技术 新型干法水泥生产过程中的熟料煅烧技术 以及煅烧过程中的物理化学变化， 以旋风筒换热管道分解炉回转窑 冷却机为主线，掌握当代水泥工业发展的主 流和最先进的煅烧工艺及设备、生产过程的 控制调节等。 本章学习要点： 预分解窑生产流程图 预分解窑工艺流程 水泥的产量、质量 、燃料与衬料的消 耗以及窑的安全运 转。 6.1 概 述： 熟料的煅烧过程 以悬浮预热和窑外分解技术为核心，把现代科 学技术和工业生产成果，广泛用于水泥生产全过程 ，使水泥生产具有高效、优质、低耗、符合环保要 求和大型化、自动化为特征的现代水泥生产方法， 并具有现代化的水泥生产新技术和与之相适应的现 代管理方法

2、。 新型干法水泥生产： 关键技术装备 旋风筒 连接管道 分解炉 回转窑 冷却机 预 热 分解 烧成 冷却 6.2： 生料在煅烧过程中的物理化学变化 干燥（自由水蒸发）吸热 100150 粘土质原料脱水 吸热 450 碳酸盐分解 强吸热 900 固相反应 放热 8001200 熟料烧结 微吸热 130014501300 熟料冷却 放热 1300 碳酸盐分解 反应式：MgCO3MgO+CO2-Q CaCO3CaO +CO2-Q 反应温度： MgCO3 始于402408最高700 CaCO3 600 开始，812928 快速分解 碳酸钙分解 反应特点： 可逆反应 强吸热反应 烧失量大 分解温度与 C

3、O2分压 和矿物结晶程度有关 影响反应速度的因素 石灰质原料的特性 生料细度和颗粒级配 生料悬浮分散程度 温度 窑系统的CO2分压 生料中粘土质组分的性质 固相反应 反应特点： 多级反应 放热反应 影响因素： 生料细度及均匀程度 原料性质 温度 矿化剂 反应产物： C2S、C3A、C4AF 熟料烧结过程： 当物料温度升高到最低共熔温度后，C3A 、C4AF、MgO、R2O等熔融成液相。C2S、CaO 逐步溶解于液相中， C2S吸收CaO形成C3S。 反应式： C2S+ CaO C3S 随着温度的升高和时间延长，液相量增加 ，液相粘度降低， C2S、CaO不断溶解、扩散， C3S晶核不断形成，并

4、逐渐发育、长大，形成几十 微米大小、发育良好的阿利特晶体。晶体不断重 排、收缩、密实化，物料逐渐由疏松状态转变为 色泽灰黑、结构致密的熟料。 C3S 的 形 成 熟料烧结 熟料烧结 C3S形成条件： 温度： 130014501300 液相量： 20%30% 时间： 1020min 影响熟料烧结 过程的因素 最低共熔温度 液相量 液相粘度 液相的表面张力 C2S、CaO溶于液相的速 率 熟料烧结 冷却目的： 改善熟料质量与易磨性； 降低熟料的温度，便于运输、储存、 和粉磨 回收热量，预热二次空气，降低热耗、提高热利用率 。 冷却方式： 急冷 熟料冷却 快冷对改善熟料质量的作用： 防止或减少C3S

5、的分解； 避免-C2S转变成 -C2S ； 改善了水泥安定性； 使熟料晶体减少，提高水泥抗硫酸盐性能 ； 改善熟料易磨性； 可克服水泥瞬凝或快凝。 热耗：烧成1熟料所消耗的热量。Kj/kg 热效率： 理论热耗：1630-1800 Kj/kg ； 实际热耗：3400-7500Kj/kg 实际热耗理论热耗：因为有各种热损失。 熟料形成热 6.3.1悬浮预热技术及其优越性 6.3.2悬浮预热器的构成及功能 6.3.3旋风预热器是主要的预热设备 6.3悬浮预热技术 是指低温粉状物料均 匀分散在高温气流之 中，在悬浮状态下进 行热交换，使物料得 到迅速加热升温的技 术。 6.3.1悬浮预热技术 定义 优

6、越性 物料悬浮在热气流中 ，与气流的接触面积 大幅度增加，传热、 传质迅速可大幅度提 高了生产效率和热效 率。 6.3.2悬浮预热器的构成及功能 （旋风式） 旋风筒 连接管道(换热管道) 构成及功能 构成： 功能： 使气、固两相能充分分散均布 迅速换热 高效分离三个功能 旋风预热器是由旋风筒和连接 管道组成的热交换器。 换热管道除管道本身外还装设 有下料管、撒料器、锁风阀等装 备，它们同旋风筒一起组合成一 个换热单元。 6.3.3 旋风预热器 进行热交换，约80以上。 对管道的设计十分重要 管道风速太低，热交换时间 延长，但影响传热 效率，甚至会使生料难以悬浮而沉降积聚，并且 使管道面积过大

7、风速过高，则增大系统阻力，增加电耗，并影 响旋风筒的分离效率 正确确定换热管道尺寸，必须首先确定合适的 管道风速：一般1218m/s 连接管道 作 用： 热交换方式： 对流传热 主要是气固分离，传热只占6%12.5%。 旋风筒 作 用 性能评价 原 理 物料悬浮于气流中从切线进入旋风筒，产生离心力 ，料气特性不同，料离心碰壁下行，气不受影响向 上。 分离效率 阻力损失 分离效率愈高，生料在系统 内、外循环量就愈少，收尘 负荷减小，热效率提高 阻力损失越小， 电耗越低 ？一级旋风筒一 般为并联的双旋风 筒。 必须采取的措施： 锁风阀 作用：下料、锁风 类型： 单、双翻板阀 选择生料进入管道的合适

8、方位，使生料逆 气流方向进入管道，以提高气固相的相对速 度和生料在管道内停留时间。 两级旋风筒之间的管道必须有足够的长度 ，以保证生料悬浮起来，并在管道内有足够 的停留运行距离，充分发挥管道传热的优势 。 其他措施 撒料器 板式撒料 器 箱式撒料器 作用：防 止下料管 下行物料 进入换热 管道时的 向下冲料 ，并促使 下冲物料 冲至下料 板后飞溅 、分散。 定义：将已经过悬浮预热 后的水泥生料，在达到分 解温度前，进入到分解炉 内与进入炉内的燃料混合 ，在悬浮状态下迅速吸收 燃料燃烧热，使生料中的 碳酸钙迅速分解成氧化钙 的技术。 6.4 预分解技术 .在悬浮预热器与回转窑之间增设一个分解炉或

9、利用窑尾 上升烟道， .装设燃料喷入装置，喷入煅烧所需的60%左右的燃料 .使燃料燃烧的放热过程与生料的碳酸盐分解的吸热过程 ，在分解炉中以悬浮态或流化态下极其迅速地进行， .使入窑生料的分解率达到85%95%。 .减轻窑内煅烧带的热负荷，有利于缩小窑的规格及生产 大型化，并且可以节约单位建设投资，延长衬料寿命，大幅 度提高了窑系统的生产效率，有利于减少大气污染。 预分解窑特点 分解炉内的气流运动基本型式：即涡旋式、喷腾 式、悬浮式及流化床式。 功能：在这四种型式的分解炉内，生料及燃料分 别依靠“涡旋效应”、“喷腾效应”、“悬浮效应 ”和“流态化效应”分散于气流之中。由于物料之 间在炉内流场中

10、产生相对运动，从而达到高度分散 、均匀混合和分布、迅速换热、延长物料在炉内的 滞留时间，达到提高燃烧效率、换热效率和入窑物 料碳酸盐分解率的目的。 分解炉 以SF型为代表： SF型 NSF型旋流-喷腾式分解炉 旋流式分解炉 NSF型 以FLS (FLSmidth)型为例，如图所示 喷腾式分解炉 以MFC(Mitsubish Fluidized Calciner)型为代 表， 沸腾式分解炉 MFC型 分解炉 适当扩大炉容，延长气流在炉内的滞留时间； 改进炉的结构，延长物料在炉内滞留时间； (3) 保证向炉内均匀喂料，且料入炉后，尽快地分散、 均布； (4) 改进燃烧器形式与结构，合理布置，使燃料

11、尽快点 燃； (5) 下料、下煤点及三次风之间布局的合理匹配，以有 利于燃料起火、燃烧和碳酸盐分解； (6) 选择分解炉在预分解窑系统的最优部位、布置和流 程，有利于分解炉功能的充分发挥，提高全系统功效， 降低NOx，SO3等有害成分排放量，确保环保达标。 分解炉的发展方向 1、“喷-旋”型分解炉 如RSP型 新型分解炉型 “喷腾”型及“喷腾 迭加”型分解炉 “喷腾迭加 ”型分解炉 “流化悬浮”型分解炉 AT AS- MSC AS “悬浮”型分解炉 一是中低质及低挥发分燃料在炉内的迅速点火 起燃的环境改善； 二是使用中低质及低挥发分燃料时，要“以空 间换时间”，即扩大炉容，改进结构，提高燃料

12、燃尽率； 三是降低窑炉内NOx生成量，并在出窑入炉前制 造还原气氛，促使NOx还原，满足环保要求； 四是采取措施，促进替代燃料和可燃废弃物的 利用。 趋势和目标 在线式（同线式） 分解炉与窑连接方式 特点： 1、分解炉直接坐 落在窑尾烟室之 上。 2、窑气进炉 离线式 分解炉与窑连接方式 分解炉自成体系， 窑尾设有两列预热器 ，一列通过窑气，一列 通过炉气，窑气不进炉 一般设有两台主排风 机，一台专门抽吸窑气 ，一台抽吸炉气。 半离线式 分解炉与窑连接方式 分解炉设于窑的一侧 窑气不入炉 炉气出炉后可以在窑 尾上升烟道下部与窑气 会合(如RSP、MFC等)， 亦可在上升烟道上部与 窑气会合(如

13、N-MFC、SLC S等)， 预分解窑系统中回转窑功能: 1、燃料燃烧功能 2、热交换功能 3、化学反应功能 4、物料输送功能 5、降解利用废弃物功能 6.5 回转窑 一是作为热交换装置，窑内炽热气流与物料之 间主要是“堆积态”换热，换热效率低，从而影响 其应有的生产效率的充分发挥和能源消耗的降低； 二是熟料煅烧过程所需要的燃料全部从窑热端 供给，燃料在窑内煅烧带的高温、富氧条件下燃烧 ，NOx等有害成分大量形成，造成大气污染。 回转窑缺点和不足 过渡带：从窑尾起至物料温度 1280止(或1300) 主要任务：物料升温、部分碳酸盐 分解、固相反应。 烧成带：物料温度12801450 1300

14、主要任务：熟料烧成 冷却带：窑头端部，1300 之后 预分解窑工艺带的划分 分解反应 ：反应量少，但需反应温度高。 入窑料先升温，后分解 固相反应 ： 烧结反应 ： 物料在窑内的工艺反应 因产量大幅提高，反应量成倍增 加，需加快反应速度。 熟料冷却技术 目前新干法生产中 ，采用第三代推动 篦式冷却机及从窑 罩抽取三次风，可 认为最佳方案 (1)作为工艺装备，对高温 熟料的骤冷。 (2)作为热工装备，对二 次风、三次风的加热升温 (3)作为热回收装备，对出 窑熟料携出热量回收。 (4)作为熟料输送装备，输 送高温熟料。 熟料冷却机的功能 熟料冷却机作业原理在于高效、快速地实现 熟料与冷却空气之间

15、的气固换热。 冷却机作业原理 (1) 热效率(c)高，各种冷却机热效率一般在40% 80%之间。 (2) 冷却效率(L)高，各种冷却机冷却效率一般 在8095%。 (3) 空气升温效率(i)高。，本指标为篦冷机评 价指标之一，一般i 0.9。 (4) 进入冷却机的熟料温度与离开冷却机的入窑二 次风及去分解炉的三次风温度之间的差值小。 (5)离开冷却机的熟料温度低。 (6)冷却机及其附属设备电耗低。 (7)投资少，电耗低，磨耗小，运转率高等。 冷却机性能指标 类型单位篦床面 积产 量t/ (m2d) 单位冷却风 量(Nm3/kgc1) 热效率(%) 第一代福勒型 篦冷机 25273.44.0 50 第二代厚料 层篦冷机 32342.73.26570 第三代控制流 篦冷机 40551.72.27075 第四代推动 棒式篦冷机 45551.52.07276 各种篦冷机有关性能指标 篦冷机性能指标 (1)篦冷机入口端采用阻力篦板及充气梁 结构篦床和窄宽度布置方式，增加篦板阻力在 篦板加料层总阻