无机非金属热工设备复习资料

1、无机非金属材料:通过离子键、共价键和离子-共价混合键构成。热工设备的先进性主要体现在:热效率高、单位产品热耗和电耗低、人力成本低、机械化和自动化程度高、生产的安全系数高、科学管理水平高、安装操作简单方便。无机非金属的热制备方法:普通烧制方法和高技术制备方法。热工设备分为:间歇式和连续式。水泥工业的发展趋势:大型化、高度自动化、指标先进化、清洁生产化、循环经济化。水泥:一种细磨材料,加入适量水后成为塑性浆体,既能在空气中硬化又能在水中硬化,并能把砂、石等材料牢固地胶结在一起的水硬性胶凝材料。回转窑的五个重要性能指标:发热能力,燃烧带的截面、表面、容积热力强度,燃烧带的空气过剩系数。一般取1.05

2、1.10。碳酸盐分解反应有何特点:缩核型强吸热气固反应;烧失量大影响碳酸盐分解速度的因素:1石灰质原料的活性和物理性质;2生料中粘土质组分的性质3生料细度和颗粒级配4生料悬浮分散程度5窑系统的CO2分压6温度水泥熟料的形成过程:1生料的干燥;2生料的脱水; 3硅酸盐分解阶段;4固相反应过程;(51250 1280,有液相形成;6水泥熟料烧成阶段7水泥熟料冷却阶段;硅酸盐分解反应机理:1气流向颗粒表面的传热过程;2热量由表面以热传导方式向分解面传递过程;3碳酸盐在一定温度下吸热,进行分解并放出CO2的化学过程;4分解出的CO2,穿过CaO 层面向表面扩散的传质过程;5表面的CO2向周围介质气流扩

3、散过程。(熟料的形成热一般为: 1675-1755 Kj/kg 形成热:生料在加热过程中发生了一系列物理化学变化,将全过程的总吸热量减去总放热量,由0的干生料在没有任何热量损失和物料损失的情况下,烧成1Kg熟料所需的净热量。预分解窑与其他类型水泥窑有何区别:1结构:在悬浮预热器与窑之间增设一分解炉。2热工方面:分解炉是预分解窑系统的“第二热源”炉与窑的燃料比为6:4。3工艺方面:碳酸盐分解的吸热过程、燃料的燃烧在分解炉内以悬浮状态下进行。气体与固体完成有效换热的时间只需要0.02-0.04s。预热器悬浮预热技术是指低温粉体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

4、的技术。物料入窑温度:845。按热交换工作原理分类:分为同流热交换为主、逆流热交换为主及混流热交换三种。设置悬浮预热器的目的:一是预热生料,二是降低废气的温度,降低热耗。气流和物料的混合地点是撒料板;热交换地点是进风管内。分离地点:旋风筒内。旋风筒内气固分离:气流的循环运动产生一个离心力,在离心力的作用下,物料被推向旋风筒壁面,由于气流速度的减小和在旋风筒壁面的摩擦使物料颗粒速度减慢,在其自身重力的作用下下滑至锥体直到下料管。压力场分布有何特点:轴向压力变化较小;径向压力变化大;外侧高,中心低,轴心处为负压。影响气固换热的因素:气固间的接触面积、气固接触时间、管道的保温。内漏风:指整个系统中下

5、一级的废气通过锁风不严的翻板阀自出料口倒流入上一级旋风筒而形成的漏风。危害:增加系统的总风量,易在旋风筒下锥部形成结皮或堵塞,上级旋风筒的循环负荷增加而且消弱了应该在管道传热的效果降低分离效率。外漏风:外漏风是指系统外的冷空气漏入到系统内。危害:热耗、电耗增加,生料预热差,易结皮,产量低。影响旋风筒热交换率的因素:(1、生料粉进入管道内分散的均匀程度(2、管道内的气固换热程度;(3旋风筒内的气固分离;(4、漏风(5、表面散热(6、生料粉沉降的好坏。引起锁风阀运行故障的因素:阀板机械磨损、阀板机械变形、配重位移、结皮异物、转动轴机械卡死。降低阻力的基本原理:降低进口气流与旋风筒内原有回流气流之间

6、的碰撞,这种碰撞不仅消耗能量而且造成扰流,破坏气料分离;避免气流走短路而降低物料的分离效率,减少气流在旋风筒内的无效行程;降低过高气流速度所消耗的能量。悬浮预热器速度矢量的三个分量:切向分速度、径向分速度、轴向分速度。对粉料颗粒从气相中分离起主导作用的是切向分速度,它使粉料受到离心作用。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造成二次飞扬,从而降低气,固分离效率,所以在其下料管上要设置由重锤控制的锁风阀。避免旋转气流的二次飞扬的三项措施:1延长旋风筒的长度,使其大于旋转气流的自然长度。2在旋风筒的椎体部分,采用膨胀仓技术3在旋风筒锥体部分的合适部位,设置隔离装置。影响旋风筒气、固分离

7、效率的主要因素有:1旋风筒的直径、旋风筒进风口的类型与尺寸、排风管的尺寸及其插入深度、旋风筒的高度。喂料点距出风管起始端应用1.4m。风速15-21m。保证料粉在管道内良好悬浮的措施:1选择合理的喂料位置;2选择适当的管道风速;3在喂料口加装撒料装置;4注意来料的均匀性;5;旋风筒的结构。旋风筒的改进有5个方面:1在旋风筒入口或出口处增设导流板2旋风筒的筒体结构改进3旋风筒进风口与内筒结构的改进4旋风筒下料口结构的改进5旋风筒旋流方式的改进。丹麦FL史密斯公司旋风筒的主要成果:1研制开发了高效低压损的新型旋风筒;2研究了各级旋风筒之间气、固分离效率的匹配。成都建材院的CNC旋风预热器的气、固分

8、离效率的顺序:C1>C2>C5>C4>C3.旋风效应或喷腾效应:当分解温度为850900时,料粉分解率为8595%,需要分解时间为410秒钟。气体在炉内停留时间只有12.5秒钟,所以只有利用旋风效应或喷腾效应,才能保证物料完全分解。分解炉内燃烧的特点:分解炉内燃烧温度远低于回转窑内燃料的燃烧温度,炉温分布均匀,不易形成高温;分解炉内煤粉的燃烧属于无焰燃烧。无焰燃烧的优点:具有均匀分散,能充分利用燃烧空间,不易形成局部高温。燃烧速度较快,发热能力较强。如果分解炉内燃料量减少,则烧成带长度变短,三次风量增加。分解炉有四种基本形式:旋流式、喷腾式、悬浮式、流化床式。分解炉的三

9、传一反:热量传递、能量传递、动量传递、化学反应过程。NSF窑预热生料的加入从两个部位:反应室锥体和上升烟道。优点:气、固之间的混合得到了改善,燃料燃烧完全,碳酸钙的分解程度高,热耗低。缺点:容易产生偏流,造成浓度特稀区,使生料受热不均匀,影响物料的分解。RSP窑的结构:旋流预燃室、旋流分解室、斜烟道和混合室。RSP的优点:对燃料的适应性强;缺点:结构复杂,压损较大,通风调节较困难。预热生料分多处入窑便与调节炉温。FLS包括SLC、ILC系列,绝大多数FLS系列分解炉都是“喷腾”型分解炉。FLS预分解窑的特点:1操作适应性强;2点火开窑快;3易安装旁路放风装置;4结构简单、布置方便、流动阻力小;

10、5可利用低质燃料6某些低NOX 炉型的Nox 排放浓度很低。SLD分解炉是“喷旋”型,可燃烧废气燃料。DD分解炉由日本研制,属“喷腾叠加”型。分为四个区段:1脱氮还原区;2生料分解及燃料燃烧区; 3主燃烧区;4完全燃烧区。N-MFC由日本三菱水泥公司和三菱重工联合开发,属于“流化+悬浮”型。N-MFC分解炉由四个区域组成:流化床区、供气区、稀薄流化区、悬浮区。主要优点:热交换效率高;燃烧稳定,结皮少;物料停留时长可在还原气氛下操作具有明显的缓冲作用;风量调节灵活。缺点:(1需设流态化用的高压风机,电耗高;(2结构复杂,操作也较复杂,维修量大。水泥回转窑水泥回转窑是一个倾斜的、通过若干轮带放置在

11、若干对拖轮上的旋转园筒体。规格用筒体内径和有效长度来表示。液压挡轮的作用:及时指出窑体在托轮上的运转位置是否合理,并限制或控制窑体轴向窜动。物料的运动速度与哪些因素有关:窑径、转速、倾斜度、物料的物理性质和操作条件。物料的填充率应越大,窑的转数应越大什么是一次风?有何作用?选取的依据是什么?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%选取的依据:形成优质火焰是衡量一次风量、风压使用是否正确的唯一标准。通过热电偶测的窑尾温度,光电比色高温计测的火焰温度,红外筒体温度扫描测的筒体温度分布,高温气体分

12、析仪测示的窑尾废气含量等综合判断一次风量和风压是否合理。一次风对煅烧的影响: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。风量过小,挥发份燃烧慢,影响煤的燃烧的速度,煤对喷煤管的磨损加大,设备损坏严重。二次风有何作用:经冷却机被预热到650-1000后入窑,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。煤粉燃烧过程需要控制的内容:火焰的温度、长度、着火位置及形状。哪些因素影响火焰温度:煤

13、的热值、挥发份、灰分、水分、细度;燃烧所需空气用量;二次风温;窑体烧成带壁温度等。什么是火焰长度有两种:一是全焰长度从喷煤管到火焰末端的距离。二是燃焰长度开始着火至火焰末端的距离。作用:决定了窑的烧成带的长度影响火焰长度的因素:气流速度、煤粉燃烧速度、喷嘴的结构。火焰长度对煅烧工艺的影响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,窑衬寿命短拢焰罩有何作用(1产生碗状效应,可避免空气的过早扩散,在火焰根部形成一股缩颈,降低窑口温度,使窑体温度分布合理,火焰的峰值温度降低。(2轴向外净风的分孔式喷射,轴向外净风改变了原来的连续式环形间隙喷射

14、,采用了均匀间断式的小孔喷射。(3小孔为均匀排列的小矩形,由第一层套管内壁加工出的矩形沟槽和第二层套管组装后形成喂料量、填充率与窑速关系1喂料量不变,窑速加快,填充率降低。热负荷低、质量高;2填充率不变,窑速与喂料量同步增减。热负荷变化,影响窑衬周期;3窑速不变,增加喂料量,则加大填充率。质量下降、热耗升高及窑衬周期缩短钝体的主要作用:起到了火焰稳定器的作用,它能增加高温烟气的回流,保持煤粉着火燃烧所需要的温度中心风的作用:1防止煤粉回流堵塞燃烧器喷出口;2冷却燃烧器端部,保护喷头;3中心供一部分氧气,使火焰更加稳定易燃烧。4减少NOx有害气体的生成。窑用三通道喷煤管的内风,煤风,外风的作用:

15、内风:有助于风与煤混合。煤风:有助于煤与风混合,避免火焰中心缺氧外风:保证火焰有一定的长度,形状和刚度窑尾的密封为什么比窑头要求高?(窑系统漏风对操作有何影响?相同的影响是都会浪费风机所作的功,增加电耗;当漏风量变化时,都会改变窑与分解炉用风的平衡。不同的影响是,窑头漏风会影响二次风进窑的量,从而降低用风的温度,增加热耗;窑尾漏风则会直接影响窑内燃烧用风的量,甚至使燃烧不完全,不仅增加用煤量,而且还增加窑尾CO的含量,也会造成上升烟道处形成结皮,降低窑尾预热系统的温度,使生料预热不好、分解率降低;所以窑尾密封比窑头更重要常用的托轮调节方法有:油调节法、歪斜托轮法水泥回转窑要求有两组驱动装置:主

16、驱动装置和辅助驱动装置。密封装置主要有5种:迷宫式、接触式、气封式、气动式、复合式。红窑的原因有两种:一是烧成带的窑皮垮落,表现为红窑点呈暗红色,此时不需要停窑,在暂时集中加强对红窑点风冷的同时,减煤、减窑速、变火焰来热补窑皮;二是耐火砖脱落,表现为红窑点呈亮红色,这时就要在停煤、停料、减窑速后停窑检修。冷却设备篦冷机的优点:良好的急冷,生产能力高,余热可以用于其它目的,使窑稳定运行的独立控制系统,内设熟料破碎,可以粒度控制;缺点:电耗高,余风排放需要收尘器,运动机件多,对细颗粒熟料很难操作堆雪人:细颗粒料侧由于透气性差,炽热熟料得不到淬冷,便会在熔融状态下粘结,即所谓的堆雪人。雪人常发生在篦

17、冷机下料管内或蓖床的细料一侧。红河:未冷却充分的红色炽热熟料流。堆雪人的原因:燃烧温度高,液相高,粉尘环境,热区中的大块。必须快速冷却熟料的原因包括:1,急冷熟料有利于发挥水泥的强度和水硬性,增强水泥抗硫酸盐性能和防止水泥瞬凝和快凝,改善水泥的安定性。2,冷却熟料能有效回收熟料的余热来余热助燃空气从而改善燃料燃烧、节省燃料。3,熟料被急冷后能改善其易磨性4,熟料被冷却后其温度较低,使熟料的输送设备、储存设备免受高温侵蚀。第三代冷气机的特点:采用阻力蓖板、充气梁技术及分区可控制流技术。第四代篦冷机是可控制流固定蓖床式,其特点有:熟料的冷却与输送设备分别用相互独立的两套机构、固定蓖床使可动部件数大

18、大减少、分区可控制流、不用高阻力蓖板。窑用四通道喷煤管的特点:1,增加了中心风通道2,在保证各项优良性能的同时,将一次风量降到47%;3各风道之间采取很大的风速差,以充分发挥高温气流的卷吸效应和回流效应来确保良好着火所需的高温条件。五稳保一稳中的五稳:生料成分稳定、喂料稳定、燃料成分与物性指标稳定、燃料量稳定和所有设备运行稳定。一稳指全窑系统热工制度的稳定。新型干法水泥窑系统的控制方式:稳定控制、回复控制、修正控制。窑尾气体温度控制在950-1050;入窑生料的温度控制在约830。燃烧过程中Nox生成量除了与燃料中含氮量、助燃空气中含氮量有关以外,主要还与过剩空气系数a 和燃烧温度密切相关。结

19、皮:是指生料在设备内某些部位的边壁上逐渐粘挂形成的覆盖物。结皮分为质地疏松结皮和质地坚硬结皮。堵塞:是指窑后风系统或料流系统被物料堵塞,堵塞:结皮性堵塞、烧结性堵塞、沉降性堵塞、异物性堵塞预热器一旦堵塞会发生:A、物料预烧不好B、物料不流动D、窑内物料过少容易出现结皮的部位:主要在窑尾烟室、下料斜坡、上升烟道、烟道缩口及最下一级旋风筒锥体、最下两级旋风筒下料管等部位。引起结皮的原因有哪些:1物料中钾、钠、氯、硫的挥发系数;2预热器局部高温或各级预热器及窑尾温度偏高;3火焰组织不当,煤粉燃烧不完全;4生料成分波动较大、喂料不均匀、物料易烧性的好坏; 5窑尾及预热器漏风;6内衬损坏、内筒脱落、翻板

20、阀工作不灵活;7与操作有关。引起堵塞的原因有哪些:1旋风筒壁掉下来的成块结皮堵塞旋风筒底部或锁风阀处;2锁风阀在关闭位置上被卡死;3下料管的几何形状不好,在弯头和缩口处,易形成堵塞;4循环吹扫装置出现故障;5料粉分配不均匀等。采用哪些措施可以防止结皮与堵塞:(1减少和避免使用高氯和高硫的原料煤。悬浮预热器窑及预分解窑,对生料的一般要求是碱含量表示 1.5%,氯含量0.015%;燃料中硫含量3. 0%;碱硫比为0.81.2。(2尽量稳定各部位的温度,如窑尾、出预热器的废气温度等。(3一般在悬浮预热器系统各级旋风筒的锥体卸料部位,沿切线方向装有高压空气清扫喷嘴或空气炮.一旦出现结皮可采用人工清理或

21、“水枪”处理。(4采用旁路放风防止堵塞现象发生的措施:1要优化原来、燃料,对其中的碱、硫、氯等有害成分进行限制,原料中的碱不仅会导致烧成系统内的结皮堵塞也会降低熟料的质量。2要合理的组织燃料燃烧,合理控制窑尾和分解炉的温度。3要优化设计、精心施工与保证均衡稳定操作。4利用空气炮。5在有关旋风筒内锥体上安装必要的压力计或Y射线发射器来监测旋风筒内的工作状况。6采用一些新型耐火材料。7旁路放风技术。碱富集现象与水泥回转窑系统中碱的内循环和碱的外循环有关。新型干法水泥窑的调节与控制如何判断烧成带温度用光电比色高温计结合计算机或辐射高温计直接测量火焰的温度,窑头摄像头观察窑的主电机电流(1000t/d

22、的窑主传电流: 450650A;当温度过高时,液相增加,主电机的电流可能降低。熟料游离钙及立升重的测定窑的红外筒体扫描仪窑尾温度高低变化趋势在某种程度上也会反映出烧成温度的变化。烧成带温度的重要性:在生料与煤的成分确定后,水泥熟料质量的好坏就完全取决于煅烧的温度和气氛;直接影响窑内耐火砖衬寿命的长短和热耗的高低;是判断火焰控制是否合理的重要标志之一。合理的烧成温度物料:13001450。窑尾气体温度的作用:是很重要的温度参数之一:表示窑头火焰的位置及煅烧情况;它能反映出窑、炉用风是否平衡;间接反映出生料入窑分解率的高低;表征窑与分解炉的功能分工是否合理;合理温度:9501050;分解炉出口温度

23、:确保分解率高又不烧结的必须是判断煤料混合均匀及煤粉燃烧状况的依据这两个过程变量反映了入窑物料分解率高低和分解炉内煤粉燃烧和CaCO3分解反应的平衡程度;分解炉温度一般控制在850900。出预热器C1级出口温度的控制:它是降低单位熟料热耗的重要标示之一。为增湿塔和收尘器创造理想条件下料量不变时,是全系统用风量的重要参考数据。过细的组分要尽量减少。合理温度范围:五级预热器:320左右;四级预热器:350 380;出预热器C1级出口温度的控制:提高各级预热器的热交换效率和能力提高各级旋风筒的选粉效率关注两个一级预热器出口温度的均衡;其它各级预热器的温度、压力的显示对操作有何价值:1能反映相关各级预

24、热器内各装置的运行情况;2能反映预热器内物料积存与堵塞状态;3能反映操作中的变动情况。为什么生料的分解率不能达到100%生料一般分解率控制在8595%。如果剩余不足510%的碳酸钙在分解炉内完成分解,它需要的热量少,就意味着炉内的有多余的热量存在,有可能使炉温升高。紧接着可能发生水泥硅酸盐矿物生成的放热反应,这本应在窑内进行的烧结反应,在分解炉的悬浮状态中是无法承受的,最后势必在分解炉及预热器内发生灾难性的烧结堵塞。应该说,正是这个5%尚未完成分解的生料阻止了完成分解后的温度剧升预热器有哪些功能?1生料粉在废气中的分散与悬浮2气固相之间的换热3气固相之间的分离:气流被排走,生料粉被收集。热器的

25、保温有何意义,采用什么保温材料?预热器的保温可以减少表面散热的损失,从而降低能耗,可采用硅酸盐铝保温材料,也可采用耐高温硅酸钙板耐火材料作为预热器的保温层。一般对单系列的旋风预热器,一级设计成2个直径小的旋风筒,其他未1个旋风筒,为什么?第一级采用大高径比,双旋风筒的目的在于提高它的气固分离效率,减少飞灰的飞损,而其他级旋风筒的分离效率相对较低,故而选用高径比较小的单筒旋风筒,以期降低整个预热器系统的阻力损失及框架高度。DD分解炉三次风的入炉方式是径向还是切向?你认为这有什么优点?DD分解炉三次风的入炉方式是径向。优点:炉内无水平旋流,故而压损较小。管道式分解炉有哪些共性?第一,它们不像其他预

26、分解窑那样专门设置分解炉,而是将窑尾与下一级旋风筒之间的上升烟道延长来作为分解炉。第二,基本炉型都是“悬浮型”第三,上升烟道弯曲处沿管壁会形成许多旋涡,尤其是在燃烧区上部,这些旋涡有利于燃烧及气固的热交换第四,粗颗粒燃料掉入窑内亦可继续燃烧来为生料分解提供能量,对于气体、液体、固体燃料都能用,也可用低热值的可燃废物。均衡稳定操作时保证预热/预分解系统正常操作的必要条件。为什么?1“均衡稳定操作”对提高原料、燃料的预均化效果提出了要求2“均衡稳定操作”需要对生料配料烘干粉磨以及生料预均化实行优化控制。3“均衡稳定操作”是保持熟料烧成系统正常操作的关键。4“均衡稳定操作”是要求生产过程自动控制的基

27、础和目的。5“均衡稳定操作”是延长耐火材料衬料使用寿命的需要。6“均衡稳定操作”是提高收尘设备效率的需要。7“均衡稳定操作”可为回转窑利用可燃废弃物提供了条件。有哪些因素会造成新型干法水泥回转窑系统内结皮堵塞?怎样预防?碱、氯、硫成分的富集是造成新型干法水泥回转窑系统结皮堵塞的原因。预防措施:1要优化原来、燃料,对其中的碱、硫、氯等有害成分进行限制,原料中的碱不仅会导致烧成系统内的结皮堵塞也会降低熟料的质量。2要合理的组织燃料燃烧,合理控制窑尾和分解炉的温度。3要优化设计、精心施工与保证均衡稳定操作。4利用空气炮。5在有关旋风筒内锥体上安装必要的压力计或Y射线发射器来监测旋风筒内的工作状况。6采用一些新型耐火材料。7旁路放风技术。水泥回转窑的主要功能是什么?怎样才能有效地实现这些功能?1回转窑是个燃料燃烧设备:它具有强大的燃烧空间和热力场,可以供应足够的阻燃空气,是一个装备优良的燃烧装置。2回转窑是一个热交换设备,它具有比较均匀的温度场,可以满足熟料生产过程中各个阶段的换热要求。3回转窑是一个高温化学反应设备,熟料矿物形成的不同阶段有不同的要求,回转窑既能满足不同阶段、不同矿物对热量、温度的要求,又可以满足