水泥窑炉2013年6月(姜洪舟教材)1

1、第一章第一章 概述概述l无机非金属材料无机非金属材料这个名称是从传统上的这个名称是从传统上的“陶瓷材料陶瓷材料”、“硅酸盐材料硅酸盐材料”逐渐演变而来的。现在这个领域已经大大拓逐渐演变而来的。现在这个领域已经大大拓宽，参见教材的图宽，参见教材的图1.1。l无机非金属材料无机非金属材料与有机（高分子）材料、金属材料并列为与有机（高分子）材料、金属材料并列为三大基础材料三大基础材料。除了这三种基础材料以外，材料的另一个重。除了这三种基础材料以外，材料的另一个重要分支就是基于这三大基础材料而发展迅速的要分支就是基于这三大基础材料而发展迅速的复合材料。复合材料。l欧、美等国家习惯上仍用欧、美等国家习惯

2、上仍用广义陶瓷广义陶瓷（Ceramics）的概念来）的概念来表示我们所称谓的无机非金属材料，它属于无机材料表示我们所称谓的无机非金属材料，它属于无机材料（Inorganic Material）的范畴（在无机材料中，由于金属材）的范畴（在无机材料中，由于金属材料为一个单独的材料体系，于是有人干脆将料为一个单独的材料体系，于是有人干脆将“无机非金属材无机非金属材料料”简称为：简称为：无机材料无机材料）。）。l绝大多数无机非金属材料的制备与生产需要绝大多数无机非金属材料的制备与生产需要高温，高温，而产而产生高温的根源是生高温的根源是热量热量，因此无机非金属材料专业方向就需，因此无机非金属材料专业方向

3、就需要设置与要设置与“热工热工”相关的课程。相关的课程。l产生热量、利用热量的设备叫做产生热量、利用热量的设备叫做“热工设备热工设备”，热工设，热工设备的主要代表就是备的主要代表就是窑炉窑炉。它被形象地比拟为无机非金属材。它被形象地比拟为无机非金属材料生产时的料生产时的“心脏心脏”。l窑炉是指这样一些窑炉是指这样一些高温结构空间高温结构空间，在这些结构空间内，在这些结构空间内，能够用加热方法，按照工艺要求的烧成制度，使生料或生能够用加热方法，按照工艺要求的烧成制度，使生料或生坯经过一系列物理、化学变化后成为产品或中间产品。坯经过一系列物理、化学变化后成为产品或中间产品。l加热所需热量主要来自燃

4、料燃烧产生的热能或用电能产加热所需热量主要来自燃料燃烧产生的热能或用电能产生的热能。热工设备的先进性主要体现在：在确保环保效生的热能。热工设备的先进性主要体现在：在确保环保效益和社会效益的基础上，在保证稳定的产品质量及产量的益和社会效益的基础上，在保证稳定的产品质量及产量的前提下，具有最大的热效率，即最低热耗和最低电耗。前提下，具有最大的热效率，即最低热耗和最低电耗。l窑炉只是材料制备的一个重要的中间工序设备，这个中间工序窑炉只是材料制备的一个重要的中间工序设备，这个中间工序是材料的热制备工序（简称：烧制过程是材料的热制备工序（简称：烧制过程 或或 烧成过程）。烧成过程）。n它的它的前一个工序

5、是前一个工序是原料的原料的前处理前处理，主要包括：原料的精选、预主要包括：原料的精选、预均化、破碎、粉磨、混料（也叫均化）以及坯体的成型等；均化、破碎、粉磨、混料（也叫均化）以及坯体的成型等；n它的它的后一个工序是后一个工序是烧制品的烧制品的后处理后处理（例如，水泥熟料的粉磨；（例如，水泥熟料的粉磨；玻璃液的成型、退火、深加工；普通陶瓷的装饰、烤花、艺术加玻璃液的成型、退火、深加工；普通陶瓷的装饰、烤花、艺术加工；高科技产品的精细加工等），工；高科技产品的精细加工等），n最后经过测试、检验、包装后的合格产品被投入市场及社会来最后经过测试、检验、包装后的合格产品被投入市场及社会来寻找其用途。寻找

6、其用途。l窑炉与材料的制备或生产密切相关。必须掌握有关热工设备规窑炉与材料的制备或生产密切相关。必须掌握有关热工设备规律，以达到正确设计、合理操作和制备稳定的优质产品之目的。律，以达到正确设计、合理操作和制备稳定的优质产品之目的。l 无机非金属材料的热制备方法分为两大类：无机非金属材料的热制备方法分为两大类：n 一类是一类是普通烧制法普通烧制法；包括包括固相烧结固相烧结、液相烧结液相烧结和和熔化熔化；n 另一类是另一类是高技术制备法高技术制备法：也涉及到固相烧结、液相烧结或熔化，也涉及到固相烧结、液相烧结或熔化，但所用方法却是高技术方法，一般用于小批量、高附加值的无机但所用方法却是高技术方法，

7、一般用于小批量、高附加值的无机非金属材料产品的高温制备非金属材料产品的高温制备。具体包括：具体包括： 放电等离子体烧结技术放电等离子体烧结技术 微波烧结技术微波烧结技术 热等静压制备技术热等静压制备技术 自蔓延高温合成技术自蔓延高温合成技术l热工过程的特点热工设备是为材料热制备过程服务的，因热工过程的特点热工设备是为材料热制备过程服务的，因此此无机非金属材料热制备热工过程的特点之一是无机非金属材料热制备热工过程的特点之一是：热工设备必须在设备结构和热工制度上满足产品热制备工艺热工设备必须在设备结构和热工制度上满足产品热制备工艺过程的要求。过程的要求。l无机非金属材料热制备工艺过程的特点之一是：

8、无机非金属材料热制备工艺过程的特点之一是： 不管使用哪一种热制备方法，如果除去原料的前处理和烧制不管使用哪一种热制备方法，如果除去原料的前处理和烧制品的后处理阶段，则从生料或生坯变为产品或中间产品，大体品的后处理阶段，则从生料或生坯变为产品或中间产品，大体上都要经过上都要经过预热、烧成和冷却这三个阶段。预热、烧成和冷却这三个阶段。参见教材表参见教材表1.1。l 各种类型无机非金属材料热工设备各种类型无机非金属材料热工设备内涵内涵与与共性共性包括：包括：n 烧制过程的烧制过程的工艺过程工艺过程特点与特点与热工过程热工过程特点；特点；n 热平衡热平衡计算；计算；n 筑炉材料筑炉材料与窑炉的与窑炉的

9、砌筑砌筑、窑炉的、窑炉的烘烤烘烤；n 燃烧设备燃烧设备以及热工设备的以及热工设备的自动控制自动控制等。等。 本热工工程课主要介绍前两项本热工工程课主要介绍前两项第二章第二章 新型干法新型干法水泥水泥回转窑系统回转窑系统 水泥是一种细磨材料，它加入适量水后，成为塑性浆体，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(硬化后要达硬化后要达到一定的强度到一定的强度)，并能把砂、石等材料牢固地胶结在一起的水，并能把砂、石等材料牢固地胶结在一起的水硬性胶凝材料。硬性胶凝材料。 水泥生产的过程水泥生产的过程是要经过是

10、要经过“二磨一烧二磨一烧”：即生料磨，水泥：即生料磨，水泥窑窑 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。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。水泥熟料的烧制过程：水泥熟料的烧制过程：l预热阶段预热阶段(室温室温900)：生料中残余水的排除，生料中残余水的排除，500 结构水结构水 排出，随着生料升温，少量排出，随着生料升温，少量MgCO3分解。分解。l分解阶段分解阶段(9001000 )：碳酸钙分解，吸收碳酸钙分解，吸收 大量的热量。大量的热量。l固相反应阶

11、段固相反应阶段(10001250 )：各种氧化物之间发生固相反应，形各种氧化物之间发生固相反应，形 成了一些矿物。成了一些矿物。l烧成阶段烧成阶段(125014501300 )：出现液相。最终产物为玻璃相出现液相。最终产物为玻璃相 以及以及C3S，C2S，C3A，C4AF。 l冷却阶段冷却阶段(1300100)：快速冷却，可保持一定的玻璃体，还可防快速冷却，可保持一定的玻璃体，还可防 止止- -C2S-C2S从而提高水泥强度且有利于从而提高水泥强度且有利于 粉磨和输送及余热回收。粉磨和输送及余热回收。水泥窑的作用水泥窑的作用v水泥窑是一个反应器水泥窑是一个反应器v水泥窑是一个熔炉水泥窑是一个熔

12、炉v水泥窑是一个燃烧设备水泥窑是一个燃烧设备v水泥窑是一个传热设备水泥窑是一个传热设备v水泥窑是一个输送设备水泥窑是一个输送设备水泥窑的工作目的水泥窑的工作目的 水泥窑的工作是由水泥窑的工作是由气体流动气体流动、燃料燃料燃烧燃烧、热量传递热量传递和和物料运动物料运动等过程组成等过程组成的。的。 水泥窑的工作目的就是使燃料能充水泥窑的工作目的就是使燃料能充分燃烧、燃烧产生的热量能及时地传给分燃烧、燃烧产生的热量能及时地传给物料、物料接受热量后发生一系列的物物料、物料接受热量后发生一系列的物理和化学变化形成熟料并及时排出废气。理和化学变化形成熟料并及时排出废气。水水泥泥窑窑回转窑回转窑立窑立窑干法

13、中空回转窑干法中空回转窑湿法回转窑湿法回转窑立波尔窑立波尔窑(半干法生产半干法生产)悬浮预热器窑悬浮预热器窑(SP窑窑)窑外分解窑窑外分解窑(NSP窑窑)新型干法水泥新型干法水泥回转窑系统。回转窑系统。分类：分类： 间歇式土窑（后发展成土立窑）间歇式土窑（后发展成土立窑） 1877年：年：回转窑回转窑 1905年：年：湿法回转窑湿法回转窑 1910年：年：机械化立窑机械化立窑 1928年：年：立波尔窑立波尔窑 1950年：年：悬浮预热器窑悬浮预热器窑 1971年：年：预分解窑。预分解窑。发展简史干法中空回转窑干法中空回转窑湿法长窑机械化立窑机械化立窑立波尔窑立波尔窑悬浮预热器窑预分解窑预分解窑

14、发展趋势： 当今世界水泥工业发展的总体趋势是向新型干法水泥生产技术新型干法水泥生产技术发展，并具有如下特征：水泥装备大型化生产工艺节能化操作管理自动化环保措施生态化山西威顿水泥山西威顿水泥（日产熟料1000T）日产3000吨新型干法水泥生产线都江堰拉法基水泥海螺水泥海螺水泥5000t/d熟料日产5000T熟料水泥生产线在本课程中将主要学习以下内容：在本课程中将主要学习以下内容： (1)旋风预热器旋风预热器 (2)分解炉分解炉 (3)回转窑的工作原理回转窑的工作原理 (4)冷却机冷却机 (5)煤粉燃烧器（喷煤管）煤粉燃烧器（喷煤管） (6)稳定生产稳定生产 (7)耐火材料耐火材料2.1 系统系统

15、概述概述工作原理工作原理：1）生料）生料2）燃料）燃料3）气体）气体入分解炉煤入分解炉煤(60%-70%)入窑煤（入窑煤（40%-30%）一次空气：输送煤粉的，一次空气：输送煤粉的，不可预热不可预热。二次空气：来自冷却机的二次空气：来自冷却机的，可预热。可预热。三次空气：进入分解炉的，三次空气：进入分解炉的，不可预热不可预热2.1.2重要的技术指标重要的技术指标p两个主要的评价指标：两个主要的评价指标： 产量产量 热耗热耗p几个典型的技术指标：几个典型的技术指标：1）水泥熟料的实际烧成热耗）水泥熟料的实际烧成热耗arnetrQmq.（kJ/kg熟料）熟料）评价新型干法水泥回转窑系统是否达标的指

16、标评价新型干法水泥回转窑系统是否达标的指标mr-生产每千克熟料所需要的燃料量（生产每千克熟料所需要的燃料量（kg煤煤/kg熟料）熟料）%100qQshQsh-水泥熟料理论热耗（在没有热量损失和物损失时，由水泥熟料理论热耗（在没有热量损失和物损失时，由0的干生料烧的干生料烧成成1kg1kg水泥熟料所需要的热量（水泥熟料所需要的热量（kJ/kgkJ/kg熟料）熟料）2）回转窑内的热效率）回转窑内的热效率)/(47. 240.2110.3210.2719.1732232shkgkJmmmmmQshOFeshSiOshCaOshMgOshOAlsh水泥熟料形成热数值一般为：水泥熟料形成热数值一般为：1

17、675-1705kJ/kg熟料熟料2.1.2.2预热系统的两个重要效率指标预热系统的两个重要效率指标（1）热优良度）热优良度（温度稀疏或温生系数）：生料在于热气系（温度稀疏或温生系数）：生料在于热气系统内温度的实际升高值与废气及生料进入预热系统时原始温统内温度的实际升高值与废气及生料进入预热系统时原始温度差之比。度差之比。migimimotttttmo、 tmi -生料进、出预热器系统时的温度生料进、出预热器系统时的温度tgi气体如预热器系统时的温度气体如预热器系统时的温度（2）换热效率：）换热效率：P23-242.1.2.3 入窑生料分解率入窑生料分解率: 入回转窑生料中已分解的碳酸盐量占原

18、来未分解时的碳酸盐入回转窑生料中已分解的碳酸盐量占原来未分解时的碳酸盐量的百分数，数值上等于生料分解出来的量的百分数，数值上等于生料分解出来的CO2量占生料中量占生料中CO2总总量的百分数。量的百分数。 两种表示方法两种表示方法 （1）表观分解率）表观分解率e: 指从窑尾取得入窑料样指从窑尾取得入窑料样,分析其烧失量计算而得的分解率分析其烧失量计算而得的分解率. 所取所取样品即有预热生料又有窑尾循环飞扬的飞灰样品即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是两种料的综合分解率。率。 (%)100()(100002121LLLLe（2）真实分解率）真实分解率: 生料在预热器内预热和分解

19、的真实数据生料在预热器内预热和分解的真实数据,不考虑飞灰对所取不考虑飞灰对所取样品分解率的影响样品分解率的影响.(%)100()(100(100(%)10000)100)(100212111LLLLLmeeLLeemeefhfhfhfhfht2.1.2.4 回转窑的几个典型的技术指标：回转窑的几个典型的技术指标：1）回转窑的发热能力：）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。回转窑内的燃烧带内单位时间燃料燃烧所放出的热量。arnetryrQGkmQ.G-回转窑的产量（回转窑的产量（kg熟料熟料/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回转窑内

20、的燃料消耗量占水泥熟料烧成系统总燃料消耗量的比值(kJ/h)2）回转窑内燃烧带的）回转窑内燃烧带的截面热力强度截面热力强度（燃烧带的截面热负荷）：（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燃烧带单位截面面积、单位时间内所承受的热量)/(422hmkJDQqiyrA3）回转窑内燃烧带的）回转窑内燃烧带的表面热力强度表面热力强度（燃烧带的表面热负荷（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燃烧带单位表面面积、单位时间内所承受的热量)/(2hmkJLDQqiiyrF4）回转窑内燃烧带的）回转窑内燃烧带的容积热力强度容积热力强度（燃烧带的容积热负荷（燃

21、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燃烧带单位容积、单位时间内所承受的热量)/()1(4322hmkJLDQqiiyrV物料填充系数物料填充系数根据窑尾废气成分进行计算：根据窑尾废气成分进行计算：根据窑头空气量进行计算：根据窑头空气量进行计算：)5.0(2179222COONNVVVV021ayrLOKKKVMVVV5）回转窑内燃烧带的）回转窑内燃烧带的空气过剩系数空气过剩系数 根据生产经验以煤粉为燃料的水泥回转窑根据生产经验以煤粉为燃料的水泥回转窑=1.04-1.10=1.04-1.10范围较合理范围较合理计算方法：计算方法：2.2.1旋风预热器的工作原理旋风预热器的工作

22、原理(1)生料粉在废气中分散与悬浮生料粉在废气中分散与悬浮(2)气、固之间换热气、固之间换热 （在联结管道内完成）（在联结管道内完成）(3)气、固相的分离，生料粉的收集气、固相的分离，生料粉的收集 （在旋风筒内完成）（在旋风筒内完成）2.2悬浮预热器悬浮预热器旋风筒旋风筒2.2悬浮预热器悬浮预热器旋风筒旋风筒n向下旋转的气流向下旋转的气流被称为被称为外旋流。外旋流。n向上旋转的气流向上旋转的气流被称为被称为内旋流。内旋流。n旋风筒内的流畅是三维流场：旋风筒内的流畅是三维流场：切向分速度、径向分速度、轴切向分速度、径向分速度、轴向分速度向分速度 单板式单板式 双板式双板式两种两种型式型式锁风阀锁

23、风阀的结构的结构为了避免为了避免排出的粉料被下一级管道内逆流上升的气流吹起而造排出的粉料被下一级管道内逆流上升的气流吹起而造成成“二次飞扬二次飞扬”，从而降低气固分离效率，在，从而降低气固分离效率，在下料管上要有锁下料管上要有锁风阀风阀（也称：翻板阀（也称：翻板阀 或或 闪动阀）。闪动阀）。锁风阀目前常用单板式、双板式。锁风阀目前常用单板式、双板式。 两道锁风阀 一道锁风阀由于由于C1旋风筒非常强调其气固分离效率要高，所以旋风筒非常强调其气固分离效率要高，所以C1的下料的下料管上往往设置有两道锁风阀管上往往设置有两道锁风阀，而，而其他级旋风筒其他级旋风筒上则上则只设置一只设置一道锁风阀道锁风阀

24、。n关于如何关于如何克服旋风筒内部旋风克服旋风筒内部旋风（有人形象地称为（有人形象地称为“龙卷风龙卷风”）的风尾在旋风筒锥体内引起的）的风尾在旋风筒锥体内引起的“二次飞二次飞扬扬”问题，人们问题，人们还常常采用以下措施还常常采用以下措施：第一，延长旋风筒的长度第一，延长旋风筒的长度，使其大于旋转气流的自然，使其大于旋转气流的自然长度，从而避免旋转气流的二次卷吸；长度，从而避免旋转气流的二次卷吸；第二，第二，在旋风筒的锥体部分，在旋风筒的锥体部分，采用隔离膨胀仓采用隔离膨胀仓技术，技术，参见教材的表参见教材的表2.72.7；第三，第三，在旋风筒锥体部分，在旋风筒锥体部分，设置隔离导向锥设置隔离导

25、向锥，参见教，参见教材的图材的图2.272.27。p影响旋风筒气固分离效率的主要因素：影响旋风筒气固分离效率的主要因素：（1）旋风筒的直径：）旋风筒的直径： 在其他条件相同时，筒径越小，分离效率越高在其他条件相同时，筒径越小，分离效率越高（2）旋风筒进风口的类型与尺寸：）旋风筒进风口的类型与尺寸：l 进风口结构应以保证能沿切向入筒，减小涡流干扰为佳。进风口结构应以保证能沿切向入筒，减小涡流干扰为佳。l进风口的形状现多采用多边形。进风口的形状现多采用多边形。l进风口的尺寸应保证进口处工况风速在进风口的尺寸应保证进口处工况风速在1525m/s范围为宜范围为宜(3)(3)出风管出风管(内筒内筒)的尺

26、寸和插入深度的尺寸和插入深度: 一般来说，一般来说，出风管出风管(内筒内筒)的直径越小，插入深度越深，旋风的直径越小，插入深度越深，旋风筒的气固分离效率越高。筒的气固分离效率越高。(4)旋风筒的高度：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。一般地：增加旋风筒的高度有利于气固分离效率的提高。p影响旋风筒气固分离效率的其他因素：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。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：注意： 分离效率的提高会影响到流动阻力损失的增大。在具分离效率的提高会影响到流动阻力损失的增大。在具

27、体生体生产和设计过程中一定注意综合考虑这两项指标，旋风筒即要产和设计过程中一定注意综合考虑这两项指标，旋风筒即要高高分离效率分离效率又要又要低阻力损失低阻力损失。因此在具体设计和生产过程中因此在具体设计和生产过程中要用筹考虑气、固分离效率和电耗两个指标。要用筹考虑气、固分离效率和电耗两个指标。研发旋风筒中其他注意的指标：研发旋风筒中其他注意的指标：p292.2.2 影响旋风预热器预热效率的因素影响旋风预热器预热效率的因素n影响因素之一影响因素之一： 粉料在管道中的悬浮。粉料在管道中的悬浮。保证悬浮效果的几项措施：保证悬浮效果的几项措施：（1）选择合理的喂料位置：）选择合理的喂料位置： 一般情况

28、下，喂料点距出风管起始端应有一般情况下，喂料点距出风管起始端应有大于大于1m多的距离，此距离还与来料落差、来多的距离，此距离还与来料落差、来料均匀程度、内筒插入深度以及管内气体的流料均匀程度、内筒插入深度以及管内气体的流速有关。速有关。 (2)选择适当的管道风速选择适当的管道风速l 一般要求粉料悬浮区内的风速一般要求粉料悬浮区内的风速在在1025m/s之间，通常要求大于之间，通常要求大于15m/s以上以上l气流的冲击悬浮能力，可在悬浮气流的冲击悬浮能力，可在悬浮区局部缩小管径，使气体局部加区局部缩小管径，使气体局部加速以增大冲击力。速以增大冲击力。 (3)在喂料口加装在喂料口加装撒料装置撒料装

29、置 -目的是促使物料分散目的是促使物料分散（4）来料均匀性）来料均匀性 撒料板的作用：撒料板的作用： 1）防止下料管内下行物料进入换热管道时向下发生冲料。）防止下料管内下行物料进入换热管道时向下发生冲料。2）促使下冲物料冲至下料装置后发生飞溅、分散。）促使下冲物料冲至下料装置后发生飞溅、分散。l换热方式以对流换热为主。换热方式以对流换热为主。（约约70% 80%）n影响因素之二：影响因素之二： 气、固相的传热气、固相的传热根据传热学公式，：根据传热学公式，： Q = F（tg tm）（）（kW） F 气、固相之间的接触气、固相之间的接触面积面积，m2；生料粉的比表面积生料粉的比表面积很大，很大

30、， 一般为：一般为：2500-3500cm2/g 气固悬浮换热效果主要取决于气固悬浮换热效果主要取决于生料在气流中的生料在气流中的分散程度分散程度n悬浮态气固相之间的换热速度悬浮态气固相之间的换热速度极快，尤其固相刚刚加入到气相极快，尤其固相刚刚加入到气相后的加速段，经过后的加速段，经过0.02 0.04s的时间，气固相之间就可以达到的时间，气固相之间就可以达到温度的动态平衡。温度的动态平衡。n如果再增加气固相之间的接触如果再增加气固相之间的接触时间，其意义已经不大，所以这时间，其意义已经不大，所以这时只有实现气、固相分离进入下时只有实现气、固相分离进入下一个换热单元，才能强化气、固一个换热单

31、元，才能强化气、固相传热。这就是为什么旋风预热相传热。这就是为什么旋风预热器系统需要若干个换热单元相串器系统需要若干个换热单元相串联真正缘故所在。联真正缘故所在。n影响因素之三：影响因素之三： 气、固相的分离。气、固相的分离。 注：注： 气、固相的分离的效果直接影响到换热效率。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：提高分离效率的措施：P30（1）开发新型高效、低阻的旋风筒）开发新型高效、低阻的旋风筒p42（2）开发新型换热管道）开发新型换热管道（3）开发新型锁风阀）开发新型锁风阀（4）开发新型撒料装置）开发新型撒料装置2.2.4 各级旋风预热器性能的配合（以各级旋风预热器

32、性能的配合（以5级为例）级为例）（1）各级旋风筒的气固分离效率的影响：）各级旋风筒的气固分离效率的影响：23451ccccc（2）各级旋风筒的表面散热损失的影响：）各级旋风筒的表面散热损失的影响：12345cccccLLLLL（3）各级旋风筒的漏风量的影响：）各级旋风筒的漏风量的影响：12345cccccLokLokLokLokLok（4）返混度的影响）返混度的影响p392.2.6 旋风预热器分类以及几种典型的旋风预热器旋风预热器分类以及几种典型的旋风预热器分类：分类：传统的传统的洪堡型旋风预热器洪堡型旋风预热器（阻力大）（阻力大）新型的新型的低压损旋风筒低压损旋风筒（阻力小）（阻力小）（P4

33、2表表2.7）旋风筒改进的几个方面：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；）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；）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；）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；）旋风筒下料口结构的改进；5）旋风筒旋流方式的改进。）旋风筒旋流方式的改进。2.2.5 各级旋风预热器串联级数的选择（各级旋风预热器串联级数的选择（P40）传统传统德国洪堡型德国洪堡型 旋风预热器旋风预热器德国德国洪堡公司洪堡公司的的五级旋风预热器五级旋风预热器单列 双列德国伯力休斯公司的六级旋风预热器姜洪

34、舟姜洪舟P46特点：进风口截面有矩形改为多边形，通体改为双柱双锥的组特点：进风口截面有矩形改为多边形，通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。合，柱体直径相对减小，内筒直径加大，插入深度减小。试验研究证明：其流速分布比较较合理，气固分离效率较高试验研究证明：其流速分布比较较合理，气固分离效率较高 (9096)，处理气体量较大，流体阻力较小。，处理气体量较大，流体阻力较小。丹麦F. L.史密斯公司的FLS-LP旋风预热器 姜洪舟姜洪舟 姜洪舟姜洪舟HURRIVANE导流板 HURRICLON旋风筒奥地利奥地利PMT旋风筒技术公司的旋风筒技术公司的 导流板导流板与与

35、旋风筒旋风筒 姜洪舟姜洪舟姜洪舟姜洪舟姜洪舟姜洪舟泰国L.V.技术公司的 LVC旋风筒泰国泰国L. V. 技术公司技术公司的的LV型型五级五级旋风预热器旋风预热器姜洪舟姜洪舟姜洪舟姜洪舟姜洪舟姜洪舟LVC:大窝壳多边形口，倒立锥体。双锥体形大窝壳多边形口，倒立锥体。双锥体形状的筒体结构，内筒直径较大状的筒体结构，内筒直径较大压损：压损：0.5-1Pa，分离效率，分离效率92% 97%成都建材工业设计研究院有限公司的CNC型五级旋风预热器 p48特点：结构卧式，压损较低，高度较低，降低预热器系统的特点：结构卧式，压损较低，高度较低，降低预热器系统的 阻力和框架稿度。阻力和框架稿度。缺点：气固分离

36、效率较低，适用于作为旋风预热器系统的缺点：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，其排气管用的是低压损旋风筒，其排气管(内筒内筒)部位采用了导向部位采用了导向 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

37、风筒中的阻力损失。下，降低旋风筒中的阻力损失。2.2.7 旋风筒的设计旋风筒的设计2.2.3.1旋风筒的直径（内径旋风筒的直径（内径）（1）根据旋风筒内的气体流量及截面风速来计算）根据旋风筒内的气体流量及截面风速来计算AwV4D 式中式中 V 旋风筒内气体的流量，旋风筒内气体的流量， 假想气体沿旋风筒全截面垂直通过时的平均速假想气体沿旋风筒全截面垂直通过时的平均速度，又称为：表观截面风速，度，又称为：表观截面风速，m/s。一般：。一般：3.55-7m/s如风速太大：旋风筒直径会缩小，流动阻力增大，电耗会增如风速太大：旋风筒直径会缩小，流动阻力增大，电耗会增加，设备投资低。加，设备投资低。如风速

38、太小：旋风筒直径会增大，流动阻力小，电耗降低，如风速太小：旋风筒直径会增大，流动阻力小，电耗降低，设备投资低，但气固分离效率会降低设备投资低，但气固分离效率会降低sm /3Aw（2）根据旋风筒内的气体流量及截面风速来计算）根据旋风筒内的气体流量及截面风速来计算2/dKVD d内筒外径，根据处理气体流量及经验排气风速确定，内筒外径，根据处理气体流量及经验排气风速确定，m。 V旋风筒内气体的流量，即要求处理的含尘气体流旋风筒内气体的流量，即要求处理的含尘气体流m3/s； K经验系数，约为经验系数，约为1.21.7 m/s。 2.2.3.2旋风筒进风口的形式和尺寸旋风筒进风口的形式和尺寸p332.2

39、.3.3 排气管尺寸和插入深度的确定排气管尺寸和插入深度的确定 P342.2.3.4 旋风筒的高度旋风筒的高度tAwdDwDwdDVh)(2)(2211式中式中wt旋风筒内气流线速度，它取决于旋风筒进口旋风筒内气流线速度，它取决于旋风筒进口风速风速win ，一般来说，一般来说，wt0.67 win 。（1）圆柱体高度）圆柱体高度（2）锥体高度和锥角）锥体高度和锥角P37-382.3 分解炉分解炉2.3.1窑外分解技术窑外分解技术在悬浮预热器与回转窑之间增加一在悬浮预热器与回转窑之间增加一个新热源个新热源分解炉，将生料中碳分解炉，将生料中碳酸钙分解过程提到窑外进行，加快酸钙分解过程提到窑外进行，

40、加快其分解其分解,提高其分解率，如窑物料的提高其分解率，如窑物料的表观分解率可提高到表观分解率可提高到85%-90%预分解窑的特点预分解窑的特点(与其它窑相比）与其它窑相比）1）结构特点：）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；碳酸钙分解的任务；2）热工特点：）热工特点： 窑尾增加窑尾增加“第二热源第二热源”，大部分燃料从分解炉内加入，改善，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

41、转窑的寿命。衬料的热负荷，延长了回转窑的寿命。3）工艺特点：）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要外进行，燃料与生料粉处于同一空间且高度分散，燃料移至要外进行，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、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。善。按炉内主气流运动形式来分按炉内主气流运动形式来分2.3.2分解炉的分类分解炉的分类旋流式旋

42、流式旋流效应旋流效应喷腾式喷腾式喷腾效应喷腾效应悬浮式悬浮式悬浮效应悬浮效应流化床式流化床式流态化效应流态化效应发展趋势发展趋势按全窑系统主气流运动方式来分按全窑系统主气流运动方式来分第一种类型（第一种类型（a)第二种类型第二种类型 (b)第三种类型第三种类型 (c）(c1)(c2)(c3)“综合效应综合效应”按制造厂家的公司名称来分按制造厂家的公司名称来分(P39表表1.6）“综合效应综合效应”的发展主要体现在以下几个方面：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适当扩大分解炉的容积，延长分解炉的出口管道形成“炉体炉体+管道的结构，延长其留在分解炉内的停留

43、时间管道的结构，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维流场，力求提高炉改进分解炉的结构，使炉内具有合理的三维流场，力求提高炉内气、固滞留时间比内气、固滞留时间比(s/g)，延长生料在分解炉内的滞留时间。，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。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，以及合理的布置燃烧器，使燃料尽快点燃和燃烧，并能提高燃料的燃尽率。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、

44、下煤点及三次风管，保证分解炉内有合理的温合理匹配下料、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。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。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。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、冷却机选型不优点是可节省投资、操作简便、冷却机选型不 受限制。受限制。 缺点是过多的空气通过窑内，影响窑的操作。缺点是过多的空气通过窑内，影响窑的操作。 (b)

45、: 目前常用形式目前常用形式特点：分解炉需助燃空气由三次风管提供，并在炉内与窑气混合。特点：分解炉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。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。优点是保证炉内燃料在纯空气中燃烧。同线型同线型(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。：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：窑气不与出分解炉的炉气混合，各自经过一个单独的预热 器系统器系统(c3): 窑气从窑

46、尾排出，可余热利用或旁路防风窑气从窑尾排出，可余热利用或旁路防风半同线型半同线型异线型异线型旁路放风型旁路放风型2.3.3 几种典型分解炉的结构特征简介几种典型分解炉的结构特征简介 评议分解炉的特征要点：评议分解炉的特征要点： （1）气体流动：气体进入方式）气体流动：气体进入方式窑气进入方式窑气进入方式 空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）下料点的位置：燃料喷口、生料入口 （3）分解炉的温度）分解炉的温度 （4）燃料燃烧条件）燃料燃烧条件 （5）粉料与气体的停留时间）粉料与气体的停留时间(1)、NSF型和型和 CSF型型(1)、NSF型和型和 CSF型型NSF型炉

47、：型炉：结构：结构：上部：圆柱上部：圆柱+圆锥体，圆锥体， 为反应室为反应室下部：旋转涡壳下部：旋转涡壳涡旋室涡旋室特点：特点： 气体：气体： 窑气、预热空气经涡旋室窑气、预热空气经涡旋室混合后混合后 形成喷旋叠加的湍流运动形成喷旋叠加的湍流运动混合，混合， 回旋进入反应室回旋进入反应室 燃料：通过几个喷煤嘴从漩涡室顶侧向燃料：通过几个喷煤嘴从漩涡室顶侧向下下 斜喷入三次风的空气流中，部分燃料斜喷入三次风的空气流中，部分燃料 开始燃烧，边燃烧边进入反应室。开始燃烧，边燃烧边进入反应室。生料：分两部分，一部分从反应室锥体部加生料：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。入

48、，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。分解程度高，热耗低。CSF型型（在在NSF上改进）上改进）主要改进：主要改进：1）在分解炉上部设置了一个涡流室，）在分解炉上部设置了一个涡流室， 使炉气呈螺旋形出炉。使炉气呈螺旋形出炉。2）将分解炉与预热器之间的联接管）将分解炉与预热器之间的联接管道延长道延长-相当于增加了分解炉的容相当于增加了分解炉的容积积)，其效果是延长了生料在分解炉，其效果是延长了生料在分解炉内的停留时间，使得碳酸盐的分解内的停留时间，使得碳酸盐的分解程度更高，更重

49、要的是有利于使用程度更高，更重要的是有利于使用燃烧速度较慢的一些燃料。燃烧速度较慢的一些燃料。 (2) RSP型炉：型炉：RSP型炉：型炉： 结构：左部：混合室（结构：左部：混合室（MC室）室） 右部：上部旋风预燃室右部：上部旋风预燃室(SB炉炉) 下部涡旋分解室下部涡旋分解室(SC炉炉) 特点：特点： 燃料：在旋风预燃室喷入，与热空气直接接触而燃烧，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。燃烧效果好。 生料：从生料：从SC室喂入，被三次风分散。室喂入，被三次风分散。 气体：气体： 窑气经上升管道喷腾进入，热空气从窑气经上升管道喷腾进入，热空气从SC炉的内侧炉的内侧 以切

50、线方向送入，两股气流一起进入混合室。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。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。改进型改进型RSP型炉：型炉：（3）SLC分解炉分解炉 结构：结构：上部：缩口上部：缩口 中部：中部： 圆柱体圆柱体 下部：圆锥体下部：圆锥体 特点特点燃料：燃料：喷嘴布置在喷腾处，与喷腾而入喷嘴布置在喷腾处，与喷腾而入 的空气充分燃烧，燃烧效果好。的空气充分燃烧，燃烧效果好。生料：生料：生料分两次加入，分散效果好生料分两次加入，分散效果好气体：气体：三次风喷腾而入

51、，无窑气进入。三次风喷腾而入，无窑气进入。SLC-S分解炉分解炉SLC-D分解炉分解炉SLC-D分解炉分解炉SLC-D分解炉分解炉(4)D-D炉：炉：结构：上部：圆柱体结构：上部：圆柱体 中部：圆柱体中部：圆柱体 下部：倒锥体下部：倒锥体 两个圆柱体之间设有缩口，形成二次喷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，窑气喷腾进入气体：三次风径向而入，窑气喷腾进入燃料：分两部分，燃料：分两部分，90%的燃料在三次风处的燃料在三次风处 进入，与空气充分进入，与空气充分 燃烧。燃烧。10%的的 在下部倒锥体进入。燃料燃烧处在下部倒锥体进入。

52、燃料燃烧处 于还原态于还原态生料：生料在中部圆柱体进入，生料：生料在中部圆柱体进入， 处于悬浮态处于悬浮态根据工艺性能分四个区段：根据工艺性能分四个区段：第一区：为脱第一区：为脱NOx的还原区，位于的还原区，位于 D-D分解炉底部倒锥体部分；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；分解炉中部圆筒中线之下部位；第三区：为主燃烧区，位于第三区：为主燃烧区，位于D-D分解炉圆筒部分中线之上分解炉圆筒部分中线之上第四区：为完全燃烧区，位于上部第四区：为完全燃烧区，位于上部 圆柱体内圆柱体内日本神户制钢与日本太平洋水

53、泥株式会社的 DD分解炉及其三种改进型姜洪舟姜洪舟姜洪舟姜洪舟丹麦F. L.史密斯公司的新型ILC分解炉 丹麦丹麦F. L.史密斯公司史密斯公司 的的SLC-D分解炉分解炉 姜洪舟姜洪舟姜洪舟姜洪舟姜洪舟姜洪舟日本神户制钢与日本太平洋水泥株式会社的 DD分解炉及其三种改进型姜洪舟姜洪舟姜洪舟姜洪舟日本三菱株式会社N-MFC分解炉姜洪舟姜洪舟法国FCB公司CF/FCB分解炉姜洪舟姜洪舟泰国泰国L.V.技术公司的技术公司的LV型分解炉型分解炉姜洪舟姜洪舟 德国洪堡公司的PYROTOP窑系统 德国洪堡公司的德国洪堡公司的Pyroclon-LowNOx型型 分解炉分解炉姜姜洪洪舟舟姜洪舟姜洪舟书上：书

54、上：p83中国海螺集团公司的日产万吨熟料的NSP窑 中国建材装备有限公司中国建材装备有限公司建造的建造的某台某台日产五千吨熟料日产五千吨熟料的的NSP窑窑2.7.2 分解炉的设计分解炉的设计2.7.2.1 分解炉的结构尺寸计算分解炉的结构尺寸计算主要确定的尺寸：主要确定的尺寸： 分解炉的容积、直径、高度或相关附属设备尺寸的确定。分解炉的容积、直径、高度或相关附属设备尺寸的确定。常见三种方法：常见三种方法：1）按分解炉容积热负荷计算）按分解炉容积热负荷计算2）按分解炉的单位容积生产能力来计算）按分解炉的单位容积生产能力来计算3）按分解炉的断面风速来计算。）按分解炉的断面风速来计算。FVFVFqy

55、qGqQFV （m3）qFV分解炉内的容积热负荷，分解炉内的容积热负荷，kJ/（hm3），）， 早期的：早期的：（6.714.2）105 kJ/ （hm3），）， 现在的数据大于这个值，需查阅分解炉的资料来确定。现在的数据大于这个值，需查阅分解炉的资料来确定。FVqQF 分解炉的发热能力，分解炉的发热能力，kJ/ hG整个烧成系统的熟料产量，整个烧成系统的熟料产量，kg-熟料熟料hq整个烧成系统的热耗整个烧成系统的热耗kJ/kg-熟料熟料第一种方法：按分解炉容积热负荷计算第一种方法：按分解炉容积热负荷计算1）按分解炉容积热负荷计算）按分解炉容积热负荷计算y整个烧成系统中，熟料热耗在分解炉中的比

56、例。整个烧成系统中，熟料热耗在分解炉中的比例。 无量纲量。一般为无量纲量。一般为0.6（2）按分解炉的截面热负荷计算分解炉直筒部位的有效直径）按分解炉的截面热负荷计算分解炉直筒部位的有效直径DFFFFFAFAFAADqyqGqQ13.14AF（m2）（m）AF分解炉直筒部位的有效截面积，分解炉直筒部位的有效截面积，m2qFA分解炉的截面热负荷分解炉的截面热负荷kJ/（hm2），）， 早期的数据：（早期的数据：（4.26.2）106kJ/（hm2） 现在的数据大于这个值，需查阅分解炉的资料来确定。现在的数据大于这个值，需查阅分解炉的资料来确定。H=H1+H2 +H3 （m）3）分解炉有效高度计算

57、）分解炉有效高度计算或者或者H1/DF=同类型厂家的数据同类型厂家的数据通过通过VF计算计算方法二：按分解炉的单位容积产量来计算方法二：按分解炉的单位容积产量来计算vFgGV （m3）G要求的熟料产量要求的熟料产量,kg-熟料熟料/hgv分解炉单位容积产量，分解炉单位容积产量，kg-熟料熟料/（hm3）V方法三：方法三：按分解炉的断面风速来计算。按分解炉的断面风速来计算。1)通过分解炉工作风量通过分解炉工作风量Vfpp15.273t15.273V)VVVV0LOKkcoflf2（m3/h）yGmVVraflflV1-010）（Nm3/h）0flV燃料燃烧产生的理论烟气量，燃料燃烧产生的理论烟气

58、量，Nm3/kg-煤煤V0Va燃料燃烧所需的理论空气量，燃料燃烧所需的理论空气量，Nm3/kg-煤煤数分解炉内的过剩空气系1mr 烧成单位质量熟料所消耗的煤粉量，烧成单位质量熟料所消耗的煤粉量，kgfuel/kgshy整个烧成系统中，熟料热耗在分解炉中的比例。整个烧成系统中，熟料热耗在分解炉中的比例。 无量纲量。一般为无量纲量。一般为0.6G熟料产量熟料产量kg-熟料熟料/h其中：其中：Vfl分解炉的实际烟气量分解炉的实际烟气量:2coK普通生料普通生料烧烧成成1kg熟料熟料过过程中程中碳碳酸酸盐盐分解出的分解出的CO2总总量量一般为一般为0.27Nm3/kg-熟料熟料，444 .22100K

59、2cosgyLmmgy 熟料烧成过程中的实际生料消耗，熟料烧成过程中的实际生料消耗，kg-生料生料/kg-熟料熟料，一般为一般为1.5左右左右 Ls 烧失量烧失量 ，一般为35 te分解分解炉内炉内生料的生料的真实真实分解率，分解率，te一般可一般可达达到到6575；100V22coGeKtco（Nm3/h）其中：分解炉内碳酸钙分解产生的其中：分解炉内碳酸钙分解产生的CO2量量Vco2100100-11-V200ktcorafleGKGymVV）（）（Nm3/h）其中：窑气量其中：窑气量Vk:等于窑内燃料燃烧产生的烟气量与入窑等于窑内燃料燃烧产生的烟气量与入窑生料中剩余的生料中剩余的CaCO3

60、分解所释放的分解所释放的CO2量之和量之和（2）分解炉直筒部位有效截面积）分解炉直筒部位有效截面积AF与有效内径与有效内径DF的计算的计算FwftVA3600（m2）FfFFwVAD0188. 04（m）（3）分解炉有效高度）分解炉有效高度H的计算的计算rwH（m）2.7.2.2 分解分解炉炉附附属设备属设备的的设计计设计计算算15.27315.2734303twVdaai（m）风量入分解炉三次风的标态0a3Vw3a 三次风管的平均风，一般为三次风管的平均风，一般为1520m/s一般地：三次风管内径约为窑径的一般地：三次风管内径约为窑径的0.6倍倍注意：注意：1）三次风管一般为倾斜放置，速度与