水泥工艺学PPT课件.ppt

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rC2S的转变 2 作为热工设备 冷却水泥熟料 并对入窑二次风 入炉三次风的加热升温任务 有利于燃料的着火和预燃 3 作为热回收设备 对出窑熟料携带出去的大量热焓进行回收 回收的热量约1250 1650kJ kg熟料 4 作为输送设备 输送水泥熟料 1 2 入窑二次风温度和入炉三次风温度入回转窑的二次风温度和入分解炉的三次风温度值越高越好 一般二次风温在900 1100 的范围 三次风温在400 800 的范围 3 出冷却机的熟料温度出冷却机的熟料温度越低越好 越低表示熟料被冷却的越充分 一般出冷却机的熟料温度在70 300 的范围 现代化的篦式冷却机一般能够将熟料冷却到100 以下 4 环境保护 噪声污染与粉尘污染要低 5 投资费用 设备费用及土建费用要低 6 操作费用 动力消耗 维护 维修费用要低 2 1 4 2冷却机的分类以及常用的冷却机简介 3 篦式冷却机 骤冷式冷却机 出回转窑的水泥熟料进入篦式冷却机后在器内的壁板上铺成一定厚度的料层 鼓入的冷空气垂直地穿过壁床上运动着的料层使水泥熟料骤冷 推动篦板由固定篦板和活动篦板相间排列所组成 篦板要求耐热 耐磨 其上有许多缝或圆孔 使得从下向上鼓入的冷却空气能够垂直地通过熟料层 活动篦板在传动装置的带动下成排地位于固定篦板之间 沿前后方向作水平的往复运动 将熟料推向前进 4 推动篦式冷却机分为第一代 第二代和第三代产品 第一代产品 5 第一代产品 6 第二代产品 7 第二代产品 8 第三代产品 9 史密斯第四代蓖冷机 10 史密斯第四代蓖冷机 11 史密斯第四代蓖冷机 12 几种回转窑工艺热工布局的比较 13 机械立窑水泥生产工艺流程 14 广西成功爆破一46米高立窑水泥生产线 15 机立窑内物料的烧成过程 16 第六节立窑 一 立窑内物料的煅烧过程及特点 立窑内物料的煅烧水泥熟料时 生料与一定配比的煤混合均匀 成球后从窑顶喂入窑内 料球自上而下运动 助燃空气则从窑底 或腰部 鼓进 通过已经烧成的熟料颗粒间隙使熟料受到冷却 而助燃空气本身却被预热并与料球中的煤粉接触而燃烧 空气自下而上运动 由于燃料均匀掺入生料中 成球后才入窑 窑内生料和空气运动条件与回转窑不同 17 18 在同一时间里 球料表面与中心物体的物料发生着不同的反应 立窑自上而下分为三带 干燥预热带 高温煅烧带和冷却带 为了减少化学不完全燃烧损失 在立窑生产中 总是选用挥发分低的无烟煤或焦炭作为燃料 19 20 21 机立窑内物料的烧成过程 沿窑的高度方向 大致可为如下三个阶段 预热带 烧成带 冷却带 1 预热带 又称 预烧带 包括预湿 预热 干燥和分解反应 料层的最上部分处于喇叭口内 料层约为0 5 1 0m厚 其料层温度从室温到1000 为干燥预热分解阶段 预热带高度与煅烧操作方法和扩大口高度等有关 如浅暗火操作方法比暗火操作预热带短 一般预热带高度约占全窑高度的5 10 22 2 烧成带 又称烧结带 高温带 俗称底火 位置烧成带的位置位于喇叭口附近 料层约为0 5 0 8m厚 温度1300 450 1300 机立窑烧成带位置和厚度会因料 煤 风与操作的变化而变动 一般为仅占窑高10 15 中心部位厚度为1 0m左右为宜 略呈锅底状 生料球在烧成带收缩情况机立窑的料球收缩率为24 32 料球收缩率的大小与成球水分 原料性质 料球孔隙率 窑的尺寸形状以煅烧时料球液相量等因素有关 为适应烧成带料球体积收缩的这一实际情况 故立窑基本上都采取上口扩大 俗称喇叭口 形式 23 物体在烧成带的停留时间料球在烧成带停留时间一般为25min左右 为使物料在烧成带有一定的停留时间 保证其烧成反应能充分进行 必须使烧成带有一定的高度 还要将煤的粒度 鼓风压力和通风情况加以综合考虑 但是机立窑中料球如果在烧成带停留时间过长 易产生过烧 引起结大块 炼边 甚至架窑 反而影响产质量 增加不必要的能耗 过短 将漏生 24 冷却带处于烧成带以下至窑底 约占总高度的80 所以机立窑熟料可冷至较低温度 不同的厂家出窑熟料温度相差很大 低的仅100 左右 高的近300 有的单位认为 冷却带的比例占得太大 因此将冷却带的高度有所降低 预热带 烧成带也从原先的5 10 10 15 的比例分别增加至10 15 15 20 3 冷却带 25 包式反应和郝式反应 见书113页 C CO2 2CO C 1 2O2 CO 这两个反应又称为包氏反应 是在预热带产生的 生成的CO随气流上升 此处温度较低 气流中氧含量少 CO只能部分再燃烧成CO2 另一部分与挥发分一样来不及燃烧便被废气带走 在预热带 由于空气不足固定碳也会同包围它的CO2及少量O2作用 其化学反应式为 26 在高温煅烧带内 在料球内部的固定碳与CaCO3作用 其化学反应式为 C CaCO3 CaO 2CO 上述反应为间接反应 又称赫氏反应 在预热带产生的CO 因缺氧不能再燃烧 而在高温煅烧带内产生的CO 可以穿透料球直接与氧燃烧而放出热量 其化学反应式为 2CO O2 2CO2 热 而B H容克认为 在高温燃烧带内只有57 的固定碳发生间接反应 其余的碳可与充足的O2直接作用 其化学反应式为 C O2 2CO2 27 即认为固定碳的燃烧是间接与直接反应同时进行 现代机械化立窑内 由于通风改善 有人认为高温煅烧带内空气充足 是不存在赫氏反应的 即使存在 也是极其微弱的 28 生料球表面煤粒先烧完 因料球具有一定的空隙率 助燃空气通过料球表层的空隙进入料球心部 将球心部的煤粒继续燃烧 料球在立窑内煅烧时不能任意翻动 受热就较不均匀 为使熟料质量均匀 要求窑内有一定厚度的高温带 注意高温煅烧带的温度和位置 即底火的稳定 熟料中C3S C2S C3A和C4AF是这里形成的 由于目前多采用底部或者腰部鼓风 一般都会出现窑的周边通风强 而中心通风弱 在立窑的高温煅烧带 燃烧过程是以料球为单位独立进行的 29 尽量是窑内物料在氧化气氛下煅烧 克服立窑里因还原气氛而结大块熟料 提高冷却带熟料冷却速度 因而提高助燃空气的预热温度 有助于熟料快速烧成 快烧快冷是立窑熟料优质 高产 低消耗的关键 在操作中 加料 用风 配煤和卸料要很好地控制 做到加料 卸料 上火速度三平衡 30 二 立窑的的结构 立窑按操作方式可分为普通立窑和机械化立窑两种类型 一 窑体 有效高度是指窑内装填了物料层的高度 确定高度的原则是保证熟料的充分烧成和熟料的充分冷却 立窑产量的决定因素之一是窑内径的大小 扩大立窑内径 窑的容积增大 可望提高熟料产量 31 立窑 32 33 34 35 36 由于料球在煅烧过程中水分蒸发 粘土矿物脱水分解 碳酸盐分解及物料烧结等反应 体积发生收缩 使窑内物料和窑壁之间出现环形缝隙 造成边风过剩而中心部位空气不足 对于物料的煅烧及冷却不利 解决的方法是将窑的干燥预热带扩大成喇叭口 即倒锥形 37 立窑高度与内径的比称为高径比 它与煅烧工艺 操作技术 窑的直径等有关 立窑高度也不宜太矮 否则缩短了冷却带 使熟料冷却差 助燃空气预热温度降低 影响熟料的烧成 对窑体的要求是能耐高温 散热少 不漏风 并具有一定的强度 38 二 成球和加料装置 生料与一定配比的煤混合均匀 成球后入窑煅烧 普通采用成球盘 球粒较均匀 水分较低 强度较高 成球质量好 近年来 立窑采用预加水成球技术 所谓预加水成球是使生料先在预湿双轴搅拌机里与水充分拌和成潮湿状物料后 再进入成球盘 生料预先经过搅拌机自动控制喷雾加水均匀搅拌 形成球核 再进入成球盘后迅速形成所需粒径和一定强度和孔隙率的球料 39 立窑的成球工艺 1 生料球的质量要求 具有一定的机械强度在lm高处自由落下不碎或9 l0mm直径料球承受压力为400 500g 个为宜 具有一定的气孔率 热稳定性与气孔率有关 要求气孔率30 35 为宜 料球粒度大小要适当粒度均匀 料球直径控制在8 12mm为宜 同时要求级配合理 适当的水分 12 14 为宜 热稳定性好 指料球在受热过程中抵抗炸裂的能力 40 2 成球工艺 普通成球 预加水成球 1 提高生料及料球的均质性料球水分分布均匀 提高了外加煤的均化程度 消除了成球岗位粉尘污染 3 提高了成球盘的产量成球时间缩短20 30s 成球能力提高28 33 解决了成球盘规格小 产量跟不上的问题 4 预加水成球能适应塑性差的原料成球 41 成球盘 42 43 成球后的料球 借装在窑罩内的回转下料器均匀撒布在窑面上 加料要求轻撒薄盖 布料均匀 这样可使窑内通风阻力分布均匀 横截面上风速均匀 回转下料机是由马达 集料斗 无底盘 和下料溜子组成 回转下料器加料的轴心必须在窑体喇叭口的轴线上 防止加料不均匀 造成立窑煅烧的偏火 44 料仓 稳量螺旋输送机 冲量流量计 预加水搅拌机 成球盘 45 46 47 48 49 三 卸料装置 机械化立窑采用连续卸料方式 物料徐徐沉落 窑内始终填满物料 物料煅烧速度和卸料速度相均衡 高温带位置和厚度能保持稳定 高温带热力强度高 熟料质量好 产量高 窑壁辐射热损失较小 近年来 对塔式卸料篦子进行改进 50 对卸料篦子结构要求是 能在窑的整个横截面上连续均匀的卸出熟料 能破碎大块的熟料 能将鼓入的风均匀地分布于窑内横截面 本身要坚固耐磨 要有可调速 能逆运转的传动机构 51 1 盘式卸料篦子 盘式卸料篦子 它是一个以慢速回转的 坚固的铸钢圆盘 2 塔式卸料篦子 塔式卸料篦子 其外形象锥形塔 由一根回转立轴支承轮毂和托盘所组成 52 53 新型齿塔 54 3 辊式卸料篦子 通常有回转辊式和摆辊式两种类型 均由四根带齿的辊子组成 回转辊式篦子工作原理与双辊式破碎机相似 4 往复式卸料篦子 往复式卸料篦子是由两块半圆形带齿的篦板组成 篦板上有卸料孔 当篦板作周期性的相对往复运动时 熟料受挤压而被破碎 由卸料孔卸出 往复式卸料篦子有机械传动和液压传动两种 55 四 密封装置 立窑采用机械鼓风 风压较高 窑低漏风 一方面会使入窑的助燃空气量减少 影响熟料产质量 另一方面造成粉尘飞扬 恶化操作环境 料耗 热耗也会升高 近年来推广采用料封管卸料装置 它具有结构简单 体型小 易制造 电耗低 锁风效果好 操作维修方便 易损磨件小以及控制可靠等优点 料封管密封装置是立窑的锁风和出料器 它是由料封管 自动控制的电磁振动节流器和收尘器三部分组成 56 57 58 五 通风装置 1 烟囱 它是排除立窑废气的装置 烟囱愈高 抽力越大 烟囱的直径决定于排除的废气量 废气中含有粒度很细的窑灰 需要收尘 大多数立窑烟囱是设置沉降室除尘的 59 2 鼓风方式 根据风管插入窑体的位置可分为底部鼓风和腰部鼓风两种基本鼓风方式 底部鼓风是将总风管引至窑体底部 从卸料篦子下受料斗的两侧鼓风入窑 腰部鼓风是将总风管环绕窑身中部 从风管上沿窑体均匀设置的风嘴鼓风入窑 风嘴正对立窑横截面中心 所以腰部鼓风属于周边鼓风方式 60 三 窑的工作原理 一 立窑内物料的运动 机械化立窑中物料的运动速度 主要决定于卸料的速度 二 立窑内气体的流动 立窑中气体的流动有几个显著的特点 1 气体自下而上流动过程中 温度和组成都在变化 2 立窑中沿横截面的气体分布往往很不均匀 3 气体流过立窑的阻力损失比较大 一般达到15 25kPa 61 成球质量对于立窑通风至关重要 立窑对料球质量的要求是 具有一定的强度 具有一定的孔隙率 料球水分要适当 加水要均匀 料球粒度均匀 大小适宜 球粒圆滑 62 三 立窑内燃料的燃烧 用立窑煅烧熟料 常用挥发分低的无烟煤或焦炭屑作燃料 对煤的要求是 要求煤的挥发分低 灰分少 63 准确配煤和控制煤的粒度很重要 这关系到煤的燃烧速度 高温煅烧带即底火的厚度 料球在煅烧过程中的透气性等 一般料球粒径为5 15mm时 无烟煤的粒度控制在5mm以下 其中小于3mm的应占80 以上 若煤的热值低 煤粒应相应粗一些 掺煤量也相应多一些 使高温煅烧带厚些 保证料球被烧熟 料球粒径小 烧熟所需时间短 高温煅烧带可薄些 煤粒适当小些或采用黑生料煅烧熟料 总之 控制不同煤的粒度 是为了获得合理的高温煅烧带即底火 以及料球有较好的透气性 保证熟料优质高产 燃料燃烧时应尽量避免化学不完全燃烧和机械不完全燃烧损失 64 普通煅烧法 2 黑生料法全黑生料法半黑生料法 3 差热煅烧法 机立窑的煅烧方法 4 等温煅烧法 65 四 立窑内的传热 立窑内各带传热情况不同 在预热带 热烟气以对流及辐射方式传热给生料球 料球表面再以传导方式向料球中心传热 由于预热带的温度较低 气流速度较大 因此以对流传热为主 高温煅烧带 燃烧着的煤粒以传导方式直接传热给物料 高温烟气以对流及辐射方式传热给物料 但由于气体辐射层厚度很小 CO2及H2O含量低 故辐射传热仍不是主要的 高温煅烧带中料球表面温度决定于内部及外部热交换的情况 而在冷却带 热物料则以对流方式传热给空气 66 现代节能型机立窑窑温控制示意图 67 68 立窑新技术简介 晶种技术 小料球快速煅烧技术用 5mm 2mm占90 以上的料球入窑煅烧 有如下优点 粒度均匀 阻力小 有利通风 球径小 传热系数大 内外温差小 减小爆破率 球径小 耐磨性 防止因磨擦引起粉料而增加料层阻力 料球碳酸盐分解加速 如1000 时 5mm料球的分解率是 10mm和 15mm的1 35和1 67倍 产量提高 如 5mm料球煅烧时产量为100 改为 10 15mm料球时 产量为78 5 下降了20 以上 69 现代化立窑 1 原燃料 半成品 成品均化系统完善 原料有自己的矿山或稳定的供矿点 煤有稳定的供矿点或供矿点尽可能少 有完备的预均化和均化设施 主要环节能实现自动控制 2 现代化的技术和技术装备 立窑结构合理 窑型 扩大角 高径比 最新型炉篦子 合适风机 应用新技术 新设备 对立窑各主要热工参数有仪表进行连续监控 有自动调偏火等 70 3 技术指标先进 熟料质量与先进旋窑相当 能稳定生产42 5等级以上硅酸盐水泥 合格率98 以上 出厂合格率100 热耗 3500kJ kg 熟料 设备运转率高 98 全员劳动生产率 800t 人 年 4 自动化水平较高 生料配料 水泥配料 预加水成球 立窑卸料自动控制准确完善 立窑热工仪表完善 仪表控制稳定底火 自动纠偏火准确迅速 主要工序的产质量及有关参数和设备运行情况进行联网 以便中央控制及管理 71 5 实施科学管理 质量管理严格 在完善的质量管理和质量保证体系 通过了GB T19009 ISO9002质量认证 化验室检测手段准确 快速 先进 用现代化的管理模式进行管理企业 6 有适当的经济规模 日产1000t 年产30万t 三窑两磨 较为合适 电耗 80kW h t 7 文明生产 清洁生产 环境好 8 职工整体素质高 领导 技术人员 职工 72 2 降低立窑熟料热耗的主要措施 采用料煤分别粉磨工艺 采用复合矿化剂 炭化煤球渣 煤渣配料 采用预加水成球技术 提高成球质量 合理操作 均匀加料和卸料 稳定窑的热工制度 进行窑体综合改造 选用合适的喇叭口角度 改进卸料篦子 加厚窑体隔热保温 完善煤料配合设备 采用原燃料简单均化技术 采用仪表 微机监测控制立窑煅烧过程 73 74 第七节煅烧新技术的研究 两个方面 1快速煅烧反应器2新型有效的物料加热方式 75 76 第八节窑用耐火材料 窑衬 是指砌筑在窑筒体内表面的耐火材料层 耐火材料的选用适当与否 以及镶砌的质量好坏 直接影响到窑的长期安全运转 同时也影响到窑的产量和热能的消耗 一般窑筒体 金属钢材制成 能承受温度400 左右 窑衬能承受1600 左右 如果窑出现掉砖 则会使窑筒体温度过高 在晚上观查时会有暗红色 如果不及时处理 窑筒体会发生变形 在以后的初砌窑衬时 会因窑筒体变形而很难使窑衬密实 容易发生脱落 77 窑用耐火材料 一 窑衬的主要作用1 减少高温气体与物料对筒体化学侵蚀与机械磨损 保护窑筒体 2 充当传热介质 窑砖可从气体中吸收一部分热量 以不同的传导及辐射方式传给物料 3 窑衬可以隔热保温 减少窑体热损失等 78 窑用耐火材料 二 回转窑对窑衬的要求1 耐高温性强窑内不管烧成状况的好坏 窑内温度都在1000 以上 这就要求耐火砖在高温下不能熔化 在熔点之下还要保持有一定的强度 同时还要有长时间暴露在高温下不变形的特性 2 热振稳定性好即抵抗窑温剧烈变化而不被破坏的能力好 在停窑 开窑以及运转状不稳定的情况下 窑内的温度变化都比较大 这就要求窑砖在温度剧烈变化的情况下 不能有龟裂或者是剥落的情况 79 窑用耐火材料 二 回转窑对窑衬的要求3 抗化学侵蚀性强物料在窑内煅烧时 所形成的灰分 熔渣 蒸气均会对窑衬产生很大的侵蚀 窑衬应能抵抗各种侵蚀 4 耐磨性及机械强度好窑内物料的滑动及气流中粉尘的摩擦 均会对窑衬造成很大的磨损 尤其是开窑的初期 窑内还没有窑皮保护时更是 窑衬还要承受高温时的膨胀应力及窑筒体变形所造成的应力 因此窑衬要有一定的机械强度 80 窑用耐火材料 二 回转窑对窑衬的要求5 窑衬具有良好的挂窑皮性能窑皮挂在窑衬上 对窑衬有很大的保护作用 如果窑衬具有良好的挂窑皮性能 并且窑皮能够维持较长的时间 可以使窑衬不受侵蚀与磨损 6 孔隙率要低窑衬如果气孔率高会造成腐蚀性的窑气渗入 从而造成窑衬腐蚀损坏 特别是碱性气体更是如此 81 窑用耐火材料 二 回转窑对窑衬的要求7 热膨胀安定性要好窑筒体的热膨胀系数虽大于窑衬的热膨胀系数 但是窑筒体温度一般都在280 450 左右 而窑衬的温度一般都在800 以上 在烧成带的地方其温度超过1300 因此窑衬的热膨胀比窑筒体要大 窑衬容易受热膨胀应力造成剥落 82 窑用耐火材料 三 回转窑常用耐火材料1 粘土砖2 高铝砖3 磷酸盐结合高铝质窑用耐火材料4 镁砖5 镁铝尖晶石砖6 普通镁铬砖7 直接结合镁铬砖