第2章-水泥-1

1、第二章第二章 新型干法水泥回转窑系统新型干法水泥回转窑系统 2.1系统概述系统概述2.2悬浮预热器悬浮预热器2.3分解炉分解炉2.4回转窑回转窑2.5水泥熟料冷却机水泥熟料冷却机2.6固体燃料煤的燃烧设备固体燃料煤的燃烧设备2.7预分解窑系统的工艺设计计算方法简介预分解窑系统的工艺设计计算方法简介2.8新型干法水泥回转窑系统的均衡稳定操作新型干法水泥回转窑系统的均衡稳定操作 与防止一与防止一 些异常操作现象些异常操作现象2.9水泥窑系统用耐火材料简介水泥窑系统用耐火材料简介2.10水泥立窑简介水泥立窑简介水水泥泥窑窑回转窑回转窑干法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(

2、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立窑立窑窑外分解窑、预分解窑、窑外分解窑、预分解窑、NSP窑、窑、PC窑窑水泥窑型经历了六个阶段水泥窑型经历了六个阶段1 1、18241824年出现的土立窑；年出现的土立窑；2 2、18851885年出现的回转窑；年出现的回转窑；3 3、19101910年出现的机立窑；年出现的机立窑；4 4、19281928年出现的立波尔窑；年出现的立波尔窑；5 5、19501950年出现的悬浮预热器窑；年出现的悬浮预热器窑；6 6、19711971年出现的窑外分解窑。年出现

3、的窑外分解窑。干法生产与湿法生产干法生产与湿法生产湿法回转窑煅烧的特点：湿法回转窑煅烧的特点： 1、由于生料制成泥浆，所以对非均质原料适应性强，生料成分均匀，工艺、由于生料制成泥浆，所以对非均质原料适应性强，生料成分均匀，工艺 稳定，烧成的熟料质量高，熟料强度等级高，粉磨过程中粉尘少，窑尾飞灰少。稳定，烧成的熟料质量高，熟料强度等级高，粉磨过程中粉尘少，窑尾飞灰少。 2、湿法生产时蒸发、湿法生产时蒸发30%40%的料浆水分，需要消耗较大热量，能耗占水的料浆水分，需要消耗较大热量，能耗占水泥成本的泥成本的1/21/3，较立窑和干法回转窑均高。，较立窑和干法回转窑均高。 湿法生产由于热耗高，能源消

4、耗大，且生产时用水量大，消耗水资源，我湿法生产由于热耗高，能源消耗大，且生产时用水量大，消耗水资源，我国已把湿法水泥生产列为限制淘汰窑型。国已把湿法水泥生产列为限制淘汰窑型。 新型干法水泥生产的特点：新型干法水泥生产的特点：1、优质。生料制备全过程广泛采用现代均化技术。、优质。生料制备全过程广泛采用现代均化技术。2、低耗。采用高效多功能挤压粉磨、新型粉体输送装置。、低耗。采用高效多功能挤压粉磨、新型粉体输送装置。3、高效、环保。、高效、环保。5生产工艺：生产工艺：“二磨一烧二磨一烧”生料粉磨：生料粉磨：石灰质原料，粘土质原料与少量校正原料经石灰质原料，粘土质原料与少量校正原料经破碎后，按一定比

5、例配合、磨细，并配合为破碎后，按一定比例配合、磨细，并配合为成分合适，质成分合适，质量均匀量均匀的生料的生料熟料煅烧：熟料煅烧：生料在水泥窑内煅烧至部分熔融所得以生料在水泥窑内煅烧至部分熔融所得以硅酸钙硅酸钙为主要成分为主要成分的硅酸盐水泥熟料的硅酸盐水泥熟料水泥粉磨：水泥粉磨：熟料加适量石膏，有时还加适量混合材料或外熟料加适量石膏，有时还加适量混合材料或外加剂共同磨细为水泥加剂共同磨细为水泥原料原料生料生料熟料熟料水泥水泥6(1)干燥与脱水干燥与脱水100100，脱去物料中的自由水和粘土矿物的层间水，脱去物料中的自由水和粘土矿物的层间水400400600 600 ，脱去粘土矿物的配位水，脱去

6、粘土矿物的配位水(2)碳酸盐分解碳酸盐分解水泥窑系统中发生的物理化学反应过程水泥窑系统中发生的物理化学反应过程水泥窑系统中发生的化学反应水泥窑系统中发生的化学反应(3) 固相反应固相反应(4)液相和熟料的烧结液相和熟料的烧结7悬浮预热悬浮预热器器水泥熟料水泥熟料冷却机冷却机分解炉分解炉回转窑回转窑燃料燃烧器燃料燃烧器料料、煤煤、风之风之料料 2.1.1 系统工作原理系统工作原理 小部分小部分的碳酸盐分解的碳酸盐分解大部分大部分的碳酸盐分解的碳酸盐分解 2.1.1 系统工作原理系统工作原理 料料、煤煤、风之风之煤煤 二次空气二次空气 ( (二次风二次风) )三次空气三次空气 ( (三次风三次风）

7、一一次空气次空气 ( (一一次风次风) ) 2.1.1 系统工作原理系统工作原理 料料、煤煤、风之风之风风 11二次空气二次空气 ( (二次风二次风) )三次空气三次空气 ( (三次风三次风）一一次空气次空气 ( (一一次风次风) ) 2.1.1 系统工作原理系统工作原理 料料、煤煤、风之风之风风 l 几个典型的技术指标：几个典型的技术指标：（1 1）整个水泥熟料烧成系统的两个重要性能指标：）整个水泥熟料烧成系统的两个重要性能指标： 水泥熟料的实际烧成热耗水泥熟料的实际烧成热耗 q、回转窑系统的热效率、回转窑系统的热效率（2 2）预热器系统的两个重要效率指标：）预热器系统的两个重要效率指标：

8、热优良度热优良度 、换热效率、换热效率ex（3 3）入窑生料的两种分解率：）入窑生料的两种分解率： 表观分解率表观分解率 e 、真实分解率、真实分解率 et（4 4）回转窑的五个重要性能指标：）回转窑的五个重要性能指标： 回转窑的发热能力回转窑的发热能力Qyr ，回转窑内燃烧带的空气过剩指数，回转窑内燃烧带的空气过剩指数 回转窑内燃烧带的截面、表面、容积热力强度回转窑内燃烧带的截面、表面、容积热力强度 2.1.2 几个重要的技术指标几个重要的技术指标l 两个主要的评价指标：两个主要的评价指标：产量、热耗产量、热耗u 水泥熟料的实际烧成热耗水泥熟料的实际烧成热耗 q：烧成烧成1Kg熟料所需消耗的

9、热量熟料所需消耗的热量 mr: 烧成烧成1 Kg熟料所需消耗的燃料量熟料所需消耗的燃料量 （kg-燃料燃料/kg-熟料）熟料） Qnet,ar: 燃料的收到基燃料的收到基 （kJ/kg-燃料）燃料） 标准煤耗标准煤耗 mbr ： mbr =q / 29300 (29300为标准煤的低位发热量为标准煤的低位发热量 kJ/kg-标准煤标准煤) （kJ/kg-熟料）熟料）u 回转窑系统的热效率回转窑系统的热效率 Qsh：理论热耗理论热耗（水泥熟料的形成热）：在没有热量损失和物料损失时，烧（水泥熟料的形成热）：在没有热量损失和物料损失时，烧成成1kg冷却到冷却到0的水泥熟料所需要的热量，的水泥熟料所需

10、要的热量，一般为一般为16751755 kJ/kg-熟料熟料 q：水泥熟料的：水泥熟料的实际烧成热耗实际烧成热耗 （1）整个水泥熟料烧成系统的两个重要性能指标：）整个水泥熟料烧成系统的两个重要性能指标：u 热优良度热优良度（温度温度系数系数或或温升温升系数系数） ：生料在预热器系统内温度的生料在预热器系统内温度的实际升高值与废气及生料进入预热系统实际升高值与废气及生料进入预热系统时原始时原始的温度差之比的温度差之比tmi , tmo分别为生料进、出预热器系统时的温度分别为生料进、出预热器系统时的温度tgi为气体入预热器系统时的温度为气体入预热器系统时的温度u换热效率换热效率ex生料出预热器系统

11、所获得的热量与输入到预热器系统总生料出预热器系统所获得的热量与输入到预热器系统总热量热量的百分比的百分比（2）预热器系统的两个重要效率指标：）预热器系统的两个重要效率指标：或或QA :生料出预热器系统所获得的热量生料出预热器系统所获得的热量 Q :向预热器系统输入的总热量向预热器系统输入的总热量Qv:从预热器系统出去的所有热损失之和从预热器系统出去的所有热损失之和| 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. 所取样品即所取样品即有预热生料又有窑尾循环飞扬的飞灰有预热生料又有窑尾循环飞扬的飞灰,是两种料的综合分

12、解率。是两种料的综合分解率。 | 真实分解率真实分解率: 生料在预热器内预热和分解的真实数据生料在预热器内预热和分解的真实数据,不考虑飞灰对所取样品分解率的影响不考虑飞灰对所取样品分解率的影响.（3）入窑生料的两种分解率）入窑生料的两种分解率: 生料中已分解的碳酸盐占未分解的碳酸盐的百分数生料中已分解的碳酸盐占未分解的碳酸盐的百分数 或分解出来的或分解出来的CO2占生料中总占生料中总CO2的百分数的百分数mfh :出窑飞灰的数量，出窑飞灰的数量， efh :出窑飞灰分解率，出窑飞灰分解率，Lfh : 所取窑尾的烧矢量所取窑尾的烧矢量L1:水泥生料的烧矢量水泥生料的烧矢量L2: 所取窑尾的烧矢量

13、所取窑尾的烧矢量（4）回转窑的五个重要性能指标：）回转窑的五个重要性能指标：u 回转窑的发热能力：回转窑的发热能力： 回转窑的燃烧带内单位时间燃料燃烧所放出的热量。回转窑的燃烧带内单位时间燃料燃烧所放出的热量。u 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 过大或者过小，都会导致火焰温度下降过大或者过小，都会导致火焰温度下降 煤粉为燃料的水泥回转窑，煤粉为燃料的水泥回转窑，=1.041.10u 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qA（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

14、的热量u 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qF （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u 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qV （燃烧带的容积热负荷（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燃烧带单位容积、单位时间内所承受的热量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

15、）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（生产每千克熟料所需要的燃料量（kg煤煤/kg熟料）熟料）(kJ/h)2）回转窑内燃烧带的空气过剩系数）回转窑内燃烧带的空气过剩系数 根据生产经验已煤粉为燃料的水泥回转窑根据生产经验已煤粉为燃料的水泥回转窑=1.04-1.10=1.04-1.10范范围较合理围较合理%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的干生料的干生料烧成烧成1kg1kg水泥熟料所需要的热量（水泥熟

16、料所需要的热量（kJ/kgkJ/kg熟料）熟料）)/(47. 240.2110.3210.2719.1732232shkgkJmmmmmQshOFeshSiOshCaOshMgOshOAlsh（4）回转窑的五个重要性能指标：）回转窑的五个重要性能指标：3）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)/(422hmkJDQqiyrA4）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

17、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)/(2hmkJLDQqiiyrF5）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l 几个典型的技术指标：几个典型的技术指标：（1 1）整个水泥熟料烧成系统的两个重要性能指标：）整个水泥熟料烧成系统的两个重要性能指标： 水泥熟料的实际烧成热耗水泥熟料的实际烧成热耗 q、回转窑系统的热效率、回转窑系统的热效率（2 2）预热器系统的两

18、个重要效率指标：）预热器系统的两个重要效率指标：热优良度热优良度 、换热效率、换热效率ex（3 3）入窑生料的两种分解率：）入窑生料的两种分解率：表观分解率表观分解率 e 、真实分解率、真实分解率 et（4 4）回转窑的五个重要性能指标：）回转窑的五个重要性能指标： 回转窑的发热能力回转窑的发热能力Qyr ，回转窑内燃烧带的，回转窑内燃烧带的空气过剩指数空气过剩指数 回转窑内燃烧带的截面、表面、容积热力强度回转窑内燃烧带的截面、表面、容积热力强度 两个主要的评价指标：两个主要的评价指标：产量、热耗产量、热耗料料、煤煤、风风 (1)(1) 设置悬浮预热器的目的设置悬浮预热器的目的(2)(2) 旋

19、风预热器的工作原理旋风预热器的工作原理(3)(3) 影响旋风预热器预热效率的主要因素影响旋风预热器预热效率的主要因素(4) (4) 各级旋风预热器性能的匹配各级旋风预热器性能的匹配(5) (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2. 2. 悬浮预热器悬浮预热器 分类：分类：旋风预热器旋风预热器和立筒预热器和立筒预热器22为了实现气固为了实现气固间间的高效换热的高效换热，提高生料温度提高生料温度，降低排出废气温度降低排出废气温度23设置悬浮预热器的目的设置悬浮预热器的目的：实现气、固之间的高效换热，从而达到提高生料温度，降实现气、固之间的高效换热，从而达到提高生料温度，降

20、低废气温度的目的低废气温度的目的 。2.2.1 旋风预热器的工作原理：旋风预热器的工作原理：(1)生料粉在废气中生料粉在废气中分散与悬浮分散与悬浮(2) 气、固之间气、固之间换热换热（在联结管道内完成）（在联结管道内完成）(3) 气、固相的气、固相的分离分离，生料粉的收集，生料粉的收集 （在旋风筒内完成）（在旋风筒内完成）24倾斜或料流量少倾斜或料流量少的下料管的下料管 垂直或料流量大垂直或料流量大的下料管的下料管25p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

21、离效率越高26l 进风口的形状现多采用进风口的形状现多采用多边形多边形。l 进风口的尺寸应保证进口处进风口的尺寸应保证进口处 风速在风速在1525m/s范围为宜范围为宜（3）旋风筒旋风筒进风口进风口的类型与尺寸：的类型与尺寸：l 进风口结构应以保证能沿进风口结构应以保证能沿切向入筒切向入筒，减小涡流干扰为佳，减小涡流干扰为佳(2) 旋风筒的高度：旋风筒的高度： 增加旋风筒的高度有利于气固分离效率的提高增加旋风筒的高度有利于气固分离效率的提高( (4 4) )出风管出风管(内筒内筒)的尺寸和插人深度的尺寸和插人深度: 出风管出风管(内筒内筒)的直径越小，插入深度越深，的直径越小，插入深度越深，

22、旋风筒的气固分离效率越高。旋风筒的气固分离效率越高。27p 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，在具体生产和设计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要过程中要综合考虑气、固分离效率和电耗这两项指标综合考虑气、固分离效率和电耗这两项指标，同时兼顾其它一些，同时兼顾其它一些因素。因素。2.2.2 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u 粉料在管道中的粉料在管道中

23、的悬浮悬浮u 气、固相间的气、固相间的换热换热u 气、固相间的气、固相间的分离分离28 (2) 选择适当的管道风速选择适当的管道风速 一般要求粉料悬浮区内的风速在一般要求粉料悬浮区内的风速在1025m/s之间，通常要求大于之间，通常要求大于15ms以上以上(3) 在喂料口加装在喂料口加装撒料装置撒料装置 防止下料管内下行物料进入换热管道时防止下料管内下行物料进入换热管道时向下冲料，以及促使下冲物料冲至下料装向下冲料，以及促使下冲物料冲至下料装置后飞溅、分散置后飞溅、分散 (4) 来料均匀来料均匀29（1）选择合理的喂料位置：）选择合理的喂料位置： 靠近联接管道的最下端靠近联接管道的最下端 喂料

24、点距出风管起始端喂料点距出风管起始端 大于大于1m 因素之一：粉料在管道中的因素之一：粉料在管道中的悬浮悬浮 保证悬浮效果的几项措施：保证悬浮效果的几项措施：l 换热方式以换热方式以对流换热对流换热为主为主l 悬浮换热效果取决于生料在气流中的悬浮换热效果取决于生料在气流中的分散程度分散程度。l 用用多个多个旋风换热单元相串联组成旋风预热系统，旋风换热单元相串联组成旋风预热系统，why?因素之二：气、固相间的因素之二：气、固相间的换热换热30气、固相之间的换热速度极快，经过气、固相之间的换热速度极快，经过0. 020.04 s气、固两相换热过程主要发生在固相刚刚加气、固两相换热过程主要发生在固相

25、刚刚加入到气相后的加速段，尤其是加速的入到气相后的加速段，尤其是加速的初始初始段段。然后，然后，增加气、固两相之间增加气、固两相之间的的接触时间，其接触时间，其意义已经不意义已经不大，所以这时只有实现气、固相大，所以这时只有实现气、固相分离进入下一个换热单元，才能够起到强化分离进入下一个换热单元，才能够起到强化气、固两相之间传热的作用。气、固两相之间传热的作用。实现气、固相之间的有效换热且在低成本下运行，实现气、固相之间的有效换热且在低成本下运行，是采用悬浮预势系统的最终目的。是采用悬浮预势系统的最终目的。因素之三：气、固相间的因素之三：气、固相间的分离分离31 开发新型开发新型锁风阀锁风阀：

26、使自上一级换热单元下来的生料既能均匀地进入换热使自上一级换热单元下来的生料既能均匀地进入换热管道，又能够有效地防止下一级换热单元的热气流从下料管短路进入上一级旋管道，又能够有效地防止下一级换热单元的热气流从下料管短路进入上一级旋风筒（从而会降低其气、固分离效率）。同时还可以防止外部冷空气的渗入，风筒（从而会降低其气、固分离效率）。同时还可以防止外部冷空气的渗入，以强化密封功能。以强化密封功能。 撒料装置撒料装置：使：使生生料粉进入换热管道后能够迅速分散，与上升热气流混合，料粉进入换热管道后能够迅速分散，与上升热气流混合，并且均匀地分布于热气流之中，从而强化生料粉的均匀分散功能，以增大气、并且均

27、匀地分布于热气流之中，从而强化生料粉的均匀分散功能，以增大气、固相之间的换热面积等。固相之间的换热面积等。 重视固重视固、气比的影响、气比的影响:关于固、气比对旋风预热器换热效率影响的讨论，关于固、气比对旋风预热器换热效率影响的讨论，参见第参见第2. 3. 4.11 中的相关内容。中的相关内容。32 开发新型高效、开发新型高效、低阻低阻（低压棉）的（低压棉）的旋风筒旋风筒:使其在使其在保持保持较较低流动低流动阻力损失阻力损失的情况下的情况下，强化气、固相分离功能，也减少生料的返混度。强化气、固相分离功能，也减少生料的返混度。 开发新型换热管道开发新型换热管道:提高气、固相之间的相对速度，最好使

28、固相生料具有提高气、固相之间的相对速度，最好使固相生料具有脉冲变速功能，并脉冲变速功能，并合理地设计下合理地设计下料管料管及及其相关装置。而且，生料要从合理的部其相关装置。而且，生料要从合理的部位进入换热管道，使气、固相在管道内具有适宜的换热速率和换热时间，以强位进入换热管道，使气、固相在管道内具有适宜的换热速率和换热时间，以强化气、固相之间的换热功能。化气、固相之间的换热功能。 气气流流中中生料的生料的“分散与悬浮分散与悬浮”;气、气、固相之间固相之间“换热换热” 、固相、固相“分离分离”这这三个方面三个方面是是相互相互联系、相互制约的。联系、相互制约的。因此因此，可以从以下几个方面努力：可

29、以从以下几个方面努力：1 1、各级旋风预热器的分离效率是如何匹配？、各级旋风预热器的分离效率是如何匹配？2 2、各级表面散热损失对热效率的影响顺序？、各级表面散热损失对热效率的影响顺序？3 3、各级漏风量对热效率的影响顺序？、各级漏风量对热效率的影响顺序？2.2.4 各级旋风预热器性能的匹配各级旋风预热器性能的匹配34(1) 各级旋风预热器的分离效率是如何匹配？各级旋风预热器的分离效率是如何匹配？旋风筒旋风筒 C C1 1 C C2 2 C C3 3 C C4 4 C C5 5分离效率分离效率（% %）959585858585 8598590 090 9590 95为什么为什么第五级低于第一级

30、？第五级低于第一级？温度升高温度升高35(2) 各级表面散热损失对热效率的影响各级表面散热损失对热效率的影响(3) 各级漏风量对热效率的影响顺序各级漏风量对热效率的影响顺序 为了从理论上说明旋风预热器系统中旋风筒的级数对生料预热、升温效果为了从理论上说明旋风预热器系统中旋风筒的级数对生料预热、升温效果的影响程度，在理想条件下，通过物料平衡和热量平衡计算的方法，对不同的影响程度，在理想条件下，通过物料平衡和热量平衡计算的方法，对不同级数预热器内气体温度及物料的预热效果进行了比较。其计算结果如级数预热器内气体温度及物料的预热效果进行了比较。其计算结果如下下表，表，根据该计算结果画出的根据该计算结果画出的预热器级数与气体温度及物料温度之间的关系预热器级数与气体温度及物料温度之间的关系如图如图2. 14所示。所示。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36结论：结论： 预热器出口处废气温度随级数