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1、新型干法水泥回转窑系统 水泥是一种细磨材料 它加入适量水后 成为塑性浆体 这种浆体是既能在空气中硬化 又能在水中硬化 硬化后要达到一定的强度 并能把砂 石等材料牢固地胶结在一起的水硬性胶凝材料 水泥生产的过程是要经过 二磨一烧 即生料磨 水泥窑和水泥磨 其中水泥窑系统是将水泥生料在高温下烧成为水泥熟料的热工设备 是水泥生产中的一个极为重要的关键环节 水泥窑 回转窑 立窑 干法中空回转窑 湿法回转窑 立波尔窑 半干法生产 悬浮预热器窑 SP窑 窑外分解窑 NSP窑 新型干法水泥回转窑系统 1 1系统概述1 1 1工作原理 1 生料2 燃料3 气体 入分解炉煤 60 70 入窑煤 40 30 一次
2、空气 输送煤粉的二次空气 来自冷却机的三次空气 进入分解炉的 1 1 2重要的技术指标两个主要的评价指标 产量 热耗几个典型的技术指标 1 回转窑的发热能力 回转窑内的燃烧带内单位时间燃料燃烧所放出的热量 G 回转窑的产量 kg熟料 h k 回转窑内的燃料消耗量占水泥熟料烧成系统总燃料消耗量的比值mr 生产每千克熟料所需要的燃料量 kg煤 kg熟料 kJ h 2 水泥熟料的实际烧成热耗 kJ kg熟料 Qnet ar 收到基低位发热量收到基 以收到原料煤的初始状态为基准 3 回转窑内燃烧带的截面热力强度 燃烧带的截面热负荷 燃烧带单位截面面积 单位时间内所承受的热量 4 回转窑内燃烧带的表面热
3、力强度 燃烧带的表面热负荷 燃烧带单位表面面积 单位时间内所承受的热量 5 回转窑内燃烧带的容积热力强度 燃烧带的容积热负荷 燃烧带单位容积 单位时间内所承受的热量 物料填充系数 6 回转窑内燃烧带的空气过剩系数根据生产经验以煤粉为燃料的水泥回转窑 1 04 1 10范围较合理7 回转窑内的热效率 Qsh 水泥熟料理论热耗 在没有热量损失和物损失时 由0 的干生料烧成1kg水泥熟料所需要的热量 kJ kg熟料 8 入窑生料分解率 两种表示方法 1 表观分解率e 指从窑尾取得入窑料样 分析其烧失量计算而得的分解率 所取样品既有预热生料又有窑尾循环飞扬的飞灰 是两种料的综合分解率 2 真实分解率
4、生料在预热器内预热和分解的真实数据 不考虑飞灰对所取样品分解率的影响 L1 生料烧失量L2 入窑物料烧失量fh 指飞灰 1 2 1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 在联结管道内完成 3 气 固相的分离 生料粉的收集 在旋风筒内完成 1 2悬浮预热器 分类 旋风筒和立筒基本流动方式 旋转流和喷射流功能 分散 换热 分离 影响旋风筒气固分离效率的主要因素 1 旋风筒的直径 在其他条件相同时 筒径越小 分离效率越高 2 旋风筒进风口的类型与尺寸 进风口结构应以保证能沿切向入筒 减小涡流干扰为佳 进风口的形状现多采用多边形 进风口的尺寸应保证进口处工况风速在15
5、25m s范围为宜 3 出风管 内筒 的尺寸和插人深度 一般来说 出风管 内筒 的直径越小 插入深度越深 旋风筒的气固分离效率越高 4 旋风筒的高度 一般地 增加旋风筒的高度有利于气固分离效率的提高 影响旋风筒气固分离效率的其他因素 粉料颗粒的大小 气流中的粉料浓度 锁风阀的严密程度 注意 分离效率的提高会影响到流动阻力损失的增大 在具体生产和设计过程中一定注意综合考虑这两项指标 旋风筒既要高分离效率又要低阻力损失 1 2 2影响旋风预热器预热效率的因素 因素之一 粉料在管道中的悬浮保证悬浮效果的几项措施 1 选择合理的喂料位置 一般情况下 喂料点距出风管起始端应有大于1m多的距离 此距离还与
6、来料落差 来料均匀程度 内筒插入深度以及管内气体的流速有关 2 选择适当的管道风速一般要求粉料悬浮区内的风速在10 25m s之间 通常要求大于15m s以上气流的冲击悬浮能力 可在悬浮区局部缩小管径 使气体局部加速以增大冲击力 3 在喂料口加装撒料装置 目的是促使物料分散 4 来料均匀性 换热方式以对流换热为主悬浮换热效果取决于生料在气流中的分散程度 用多个旋风换热单元相串联组成旋风预热系统 因素之二 气 固相的传热 因素之三 气 固相的分离气 固相的分离的效果直接影响到换热效率 提高分离效率的措施 1 开发新型高效 低阻的旋风筒 2 开发新型换热管道 3 开发新型锁风阀 4 开发新型撒料装
7、置 1 2 4各级旋风预热器性能的配合 以5级为例 1 各级旋风筒的气固分离效率 2 各级旋风筒的表面散热损失 3 各级旋风筒的漏风量 1 2 5各级旋风预热器串联级数的选择 P29 1 2 6旋风预热器分类以及几种典型的旋风预热器 分类 传统的 洪堡型旋风预热器 阻力大 新型的 低压损旋风筒 阻力小 书上表1 5 旋风筒改进的几个方面 1 旋风筒入口或出口处增设导向叶片 2 旋风筒筒体结构的改进 3 旋风筒进风口与排气管 内筒 结构的改进 4 旋风筒下料口结构的改进5 旋风筒旋流方式的改进 特点 进风口截面由矩形改为多边形 筒体改为双柱双锥的组合 柱体直径相对减小 内筒直径加大 插入深度减小
8、等 试验研究证明 其流速分布比较合理 气固分离效率较高 90 96 处理气体量较大 流体阻力较小 特点 结构卧式 压损较低 高度较低 降低预热器系统的阻力和框架高度 缺点 气固分离效率较低 适用于作为旋风预热器系统的中间级 特点 最上一级为高型圆柱型旋风筒 最下一级的旋风筒则采用较陡的锥角 目的是为提高分离效率 中部各级采用的是低压损旋风筒 其排气管 内筒 部位采用了导向板 以便使旋风筒内的大部分循环气流由导向板直接引入排气管 从而保证在不降低气固分离效率的前提下 降低旋风筒中的阻力损失 1 3分解炉1 3 1窑外分解技术 在悬浮预热器与回转窑之间增加一个新热源 分解炉 将生料中碳酸钙分解过程
9、移到窑外进行 加快其分解提高其分解率 入窑分解率可提高到85 90 预分解窑的特点 与其它窑相比 1 结构特点 窑尾增设了一个分解炉 承担了原来在回转窑内进行的大量碳酸钙分解的任务 2 热工特点 窑尾增加 第二热源 大部分燃料从分解炉内加入 改善了回转窑系统内的热力分布格局 大大地减轻了回转窑内耐火衬料的热负荷 延长了回转窑的寿命 3 工艺特点 将水泥熟料煅烧工艺过程中耗热量最大的碳酸钙分解过程移至窑外进行 燃料与生料粉处于同一空间且高度分散 燃料燃烧所产生的热量能及时高效地传递给预热后的生料 使燃烧 换热及碳酸钙分解过程都得以优化 使水泥熟料煅烧工艺更完善 按炉内主气流运动形式来分 1 3
10、2分解炉的分类 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 发展趋势 按全窑系统主气流运动方式来分 第一种类型 a 第二种类型 b 第三种类型 c c1 c2 c3 综合效应 按制造厂家的公司名称来分 P39表1 6 综合效应 的发展主要体现在以下几个方面 适当扩大分解炉的容积 延长分解炉的出口管道形成 炉体 管道 的结构 延长其留在分解炉内的停留时间改进分解炉的结构 使炉内具有合理的三位流场 力求提高炉内气 固滞留时间比 s g 延长生料在分解炉内的滞留时间 保证生料向分解炉内均匀喂料 尽快使生料分散且均匀分布 改进和保证分解炉用燃料燃烧器的形式与结构 以及合理的布
11、置燃烧器 使燃料尽快点燃和燃烧 并能提高燃料的燃尽率 合理匹配下料 下煤点及三次风管 保证分解炉内有合理的温度场 以利于燃料的着火 燃烧和碳酸钙的分解 分解炉优化布置在预分解窑系统的流程中扩大分解炉用煤的品种 a 特点 分解炉所需助燃空气全部由窑内通过 无三次风管 优点是可节省投资 操作简便 冷却机选型不受限制 缺点是过多的空气通过窑内 影响窑的操作 b 目前常用形式特点 分解炉所需助燃空气由三次风管提供 并在炉内与窑气混合 c 特点 分解炉所需助燃空气由三次风管提供 窑气不入炉 优点是保证炉内燃料在纯空气中燃烧 同线型 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
12、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 半同线型 异线型 旁路放风型 1 3 3几种典型分解炉的结构特征简介 评议分解炉的特征要点 1 气体流动 气体进入方式 窑气进入方式空气进入方式 2 下料点的位置 燃料喷口生料入口 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 1 NSF型和CSF型NSF型炉 结构 上部 圆柱 圆锥体 为反应室下部 旋转涡壳 涡旋室特点 气体 窑气 预热空气经涡旋室混合后形成喷旋叠加的湍流运动混合 回旋进入反应室燃料 通过几个喷煤嘴从漩涡室顶侧向下斜喷入三次风的空气流中 部分燃料开始燃烧 边燃烧边进入
13、反应室 生料 分两部分 一部分从反应室锥体部加入 另一部分从上升烟道中加入 优点 气固之间的混合得到了改善 燃料燃烧完全 碳酸盐的分解程度高 热耗低 CSF型 在NSF上改进 主要改进 1 在分解炉上部设置了一个涡流室 使炉气呈螺旋形出炉 2 将分解炉与预热器之间的联接管道延长 相当于增加了分解炉的容积 其效果是延长了生料在分解炉内的停留时间 使得碳酸盐的分解程度更高 更重要的是有利于使用燃烧速度较慢的一些燃料 2 RSP型炉 RSP型炉 结构 左部 混合室 MC室 右部 上部旋风预燃室 SB炉 下部涡旋分解室 SC炉 特点 燃料 在旋风预燃室喷入 与热空气直接接触而燃烧 燃烧效果好 生料 从
14、SC室喂入 被三次风分散 气体 窑气经上升管道喷腾进入 热空气从SC炉的内侧以切线方向送入 两股气流一起进入混合室 优点 对燃料适应性强缺点 结构比较复杂 系统通风调节比较困难 流动阻力损失大 改进型RSP型炉 3 SLC分解炉结构 上部 缩口中部 圆柱体下部 圆锥体特点燃料 喷嘴布置在喷腾处 与喷腾而入的空气充分燃烧 燃烧效果好 生料 生料分两次加入 分散效果好气体 三次风喷腾而入 无窑气进入 SLC S分解炉 SLC D分解炉 4 D D炉 结构 上部 圆柱体中部 圆柱体下部 倒锥体两个圆柱体之间设有缩口 形成二次喷腾 强化气流与生料间混合气体 三次风径向而入 窑气喷腾进入燃料 分两部分
15、90 的燃料在三次风处进入 与空气充分燃烧 10 的在下部倒锥体进入 燃料燃烧处于还原态生料 生料在中部圆柱体进入 处于悬浮态 根据工艺性能分四个区段 第一区 为脱NOx的还原区 位于D D分解炉底部倒锥体部分 第二区 为生料分解及燃料燃烧区 位于D D分解炉中部圆筒中线之下部位 第三区 为主燃烧区 位于D D分解炉圆筒部分中线之上第四区 为完全燃烧区 位于上部圆柱体内 5 NKSV型炉 结构 上部 圆柱体中部 圆柱体下部 倒锥体两个圆柱体之间设有缩口 形成二次喷腾 强化气流与生料间混合气体 三次风切向旋转而入 窑气喷腾进入 燃料 分两部分 主喷嘴在三次风管上方 与空气充分燃烧 辅助喷嘴在下部
16、倒锥体进入 燃料燃烧处于还原态生料 分两部分一部分从三次风管上部喂入 一部分则从中部圆柱体喂入 根据工艺性能分四个部分 喷腾床 旋流室 辅助喷腾床 混合室 5 N MFC型炉 结构 上部 圆柱体下部 倒锥体气体 三次风切向而入 流化空气入炉窑气喷腾进入 燃料 从倒锥体下部进入 与流化空气直接接触 生料 从倒锥体上部进入 根据工艺性能分四个区 流化区 供气区 涡流区 稀薄流化区 悬浮区 6 Prepol 普列波尔系列与Pyroclon 派洛克朗 7 国内开发的分解炉炉型 P67表1 9 填充率 5 17 扇面面积与窑内横断面面积之比的百分数 为回转窑内的物料填充率 回转窑的工作原理 窑内有过渡带 烧成带 冷却带 回转窑是一个燃烧装置 热交换装置 化学反应器 输送设备 1 4回转窑与冷却机 1 4 2水泥熟料冷却机1 4 2 1概述 1 水泥熟料冷却机的功能与作用 1 作为工艺设备 它承担对高温熟料的骤冷任务 骤冷可以阻止水泥熟料中矿物晶体的长大 特别是阻止C3S晶体的长大 还可以使液相凝固成玻璃体 使MgO及C3A大部分固定在玻璃体内 提高水泥熟料的活性 防止 C2S向r C2S的转变
