新一代烧成技术c

1、天津院科研中心 彭学平2008年3月18日Part 概述概述推荐的新一代烧成系统配置推荐的新一代烧成系统配置1 1、带六级预热器的新型高效第三代预分解系统；、带六级预热器的新型高效第三代预分解系统；2 2、两档支撑短回转窑；、两档支撑短回转窑；3 3、新型高效煤粉燃烧器；、新型高效煤粉燃烧器；4 4、第四代行进式稳流篦式冷却机。、第四代行进式稳流篦式冷却机。Part 第三代五级（六级）预分解系统第三代五级（六级）预分解系统第三代预分解系统技术方案第三代预分解系统技术方案1、通过大量的冷态及热态模拟研究；2、通过大量的现场实际的热工检测的分析；3、通过预热器单元及系统、分解炉系统的CFD模拟研究

2、的分析；4、通过对一、第二代预分解系统大量的工程实践的归纳总结分析；5、在此基础上进行多专业（包括工艺、装备、土建等）的结合，进行系统的优化改进提高，使系统达到极优。预热器预热器提高预热器系统换热效果，降低系统阻力；1、相应优化管道结构及风速、撒料装置结构等预热器预热器2、第三代旋风筒采用二心270o大蜗壳型式，研究显示其分离效率较高。数值模拟研究CFD计算结果表明，该旋风筒C1分离效率可达9496，其它各级90，较第二代（分离效率C1 9395，其它88）有一定幅度的提高，而预热器系统阻力相当。70.00%75.00%80.00%85.00%90.00%95.00%100.00%10.001

3、2.0014.0016.0018.0020.0022.0024.0026.0028.00入口风速(m/s)分离效率分离效率(%)(第三代)分离效率(%)(第二代)预热器的预热器的CFDCFD模拟研究模拟研究模拟结果工况系统压损管道压损比例旋风筒压损比例V13.639772648%70892%V15872546%81894%下料管795577%73893%撒料盒792567%73693%伸入150mm872546%81894%英德海螺V12.72918465%87295%V16.233651294%62296%V18719122%70798%V20759-7-1%766101%工况系统换热管道换

4、热比例旋风筒换热比例V13.6391189480%2420%V151239577%2823%下料管644164%2336%撒料盒1228368%3932%伸入150mm1239577%2823%英德海螺V12.721137869%3531%V16.23314110977%3223%V181379972%3828%V201359873%3727%工况分离效率V13.63972%V1566%下料管70%撒料盒70%伸入150mm66%英德海螺V12.7274%V16.23377%V1879%V2081%第三代池州海螺池州海螺第三代第三代池州海螺相对于第二代预分解系统管道系统换热提高19；总换热提高

5、12；压降减少：80 Pa，减少11。分解炉的型式分解炉的型式燃料为烟煤、气及油时：采用双喷腾型TDF；燃料为无烟煤、低挥发分煤，较难燃烧的劣质煤：推荐采用三喷腾型TTF。TDFTTFTDF分解炉煅烧劣质煤分解炉煅烧劣质煤 nTDF炉为在线炉，利用窑尾热焓。针对燃烧气氛不如离线分解炉的问题，合理布置C4下料，提高燃烧区域局部温度。n延伸管道可增加气体和物料的停留时间，有利分解炉功能的发挥。 n TDF炉有喷腾效应、湍回流强、固气停留时间比大、温度浓度场均匀、物料分散及换热好、结构简单、阻力系数低等特点。高温型和正常型高温型和正常型TDF分解炉分解炉高温型多喷腾高温型多喷腾TDF分解炉分解炉低低

6、NOx型分解炉型分解炉本项目均考虑低NOx分解炉方案；以5500 t/d为例，分解炉总的设计气体停留时间为5.8 s，还原区的气体停留时间为1.6 s，氧化区的气体停留时间为4.2 s，完全能满足后续煤粉燃烧及生料分解的需求。至C5max.80%max.30%C4料煤粉C4料窑气煤粉分解炉热态模拟结果分解炉热态模拟结果温度场流场浓度分布网格分布图TTF分解炉计算结果分解炉计算结果分料比例燃尽率分解率出口温度（）CO2（）O2（）11067.173.184232.3022070.270.684232.3033071.971.684332.3044073.274.984632.1055073.27

7、7.884532.10670%7583.785131.807100%86.669.485930.51.3窑尾布置特点窑尾布置特点u 塔架中间能够自下而上立柱，土建受力分布趋合理，为节省塔架钢重量提供可能；u分解炉与C5旋风筒连接简单，装备专业优化受力分析，C5筒进口处可不设膨胀节。u分解炉布置在塔架中部，双列预热器对称布置在二侧，分解炉的整体高度不影响塔架高度。u优化后，5500t/d劣质煤生产线窑尾塔架用钢量减少约300t。六级低耗预热器系统六级低耗预热器系统出预热器废气温度280；系统阻力6000Pa；入窑物料分解率92%；为取消增湿塔、管道喷水提供可能。系统系统比较比较参 数 序号 项

8、目 单 位 五 级 预 热 器 六 级 预 热 器 备 注 1 系 统 能 力 t/d 5500 C1 m 4- 4.7 4- 4.7 C2 m 2- 6.8 2- 6.6 C3 m 2- 6.8 2- 6.6 C4 m 2- 6.8 2- 6.8 C5 m 2- 6.8 2- 6.8 2 预 热器 C6 m / 2- 6.8 型 式 TTF 三 喷 腾 规 格 m 7.6/ 5.8 有 效 容 积 m3 2593 3 分 解炉 g s 7.41 7.45 +0.04 4 预 热 器 塔 架 尺 寸 m 16 25.5 79 16 24 92 5 设 备 重 t 725 814 +89 6 火

9、 砖 重 t 2681 2997 +316 7 表 面 积 m2 7427 8265 +838 表 面 散 热增 加 2.5kcal/kg 8 出 口 废 气 及 粉 尘 带 走 热 (kcal/kg) 157.5 140.2 -17.3 温 度 310 280 压 力 5300 Pa 6100 Pa 风 量 208.3 m3/s 196.1 m3/s 9 高 温 风 机 电 耗 kW h/t 10.5 11.4 +0.9 10 喂 料 提 升 机 电 耗 kW h/t 0.59 0.66 +0.07 11 喂 料 提 升 机 万 元 170 210 +40 12 土 建 钢 材 量 t 10

10、00 1200 +200 13 施 工 费 用 万 元 1600 1900 +300 14 回 收 年 限 年 3.3 注 ： 1、 总 费 用 按 如 下 方 式 考 虑 ： 熟 料 年 产 量 150 万 吨 ， 设 备 费 0.85 万 元 /t， 土 建 钢 材 费 0.7 万元 /t， 火 砖 费 0.35 万 元 /t ， 电 费 0.5 元 /kW h； 煤 按 热 值 5000 kcal/kg， 500 元 /t 考 虑 。 总 费 用差 计 算 如 下 ： 投 资 增 加 费 用 89 0.85+316 0.35+200 0.7+40+300 666.25 万 元 ； 高 温

11、 风 机 及 提 升 机 运 行 增 加 费 用 150 (0.9+0.07) 0.5 72.75 万 元 ； 因 热 耗 降 低 的 运 行 减 少 费 用 150 （ 17.3-2.5） /5000 500 222 万 元 ； 回 收 年 限 （ 72.75+666.25） / 222 3.3 年 。 2、 窑 尾 喂 料 提 升 机 由 于 提 升 高 度 增 加 13 m，相 应 传 动 改 变 ， 故 费 用 增 加 40 万 元 （ 此数 据 由 天 津 院 椿 本 公 司 提 供 ） ； 窑 尾 施 工 费 用 由 费 用 控 制 部 提 供 ； 3、 高 温 风 机 仅 考 虑

12、 运 行 费 用 的 差 异 ， 不 考 虑 设 备 的 变 更 ， 提 升 机 运 行 费 用 忽 略 。 配配 置置序 号 项 目 单 位 参 数 1 烧成系统 系统能力 t/d 5500 C1 m 4-4.7 C2 m 2-6.6 C3 m 2-6.6 C4 m 2-6.8 C5 m 2-6.8 2 预热器 C6 m 2-6.8 型式 TTF 三喷腾 规格 m 7.6/5.8 有效容积 m3 2593 3 分解炉 气体停留时间 s 7.0 4 预热器塔架尺寸 m 162492 改进窑门罩的结构 ； 改进三次风管结构及支撑型式 ；其其 它它Part III 二档回转窑二档回转窑采用两档短窑

13、的原因采用两档短窑的原因 提倡短窑的主要理由是由于预分解窑的入窑物料分解率比过去大为提高，入窑后所需分解时间大为缩短，如仍采用L/D为1416的常规三档窑，过渡带将过长，物料在过渡带的升温速度缓慢，致使形成的C2S和游离CaO结晶有足够时间生长变粗，乃至到了烧成带，就会影响C3S的形成速度，不仅需要提高烧成温度（由1420提高到1450)，而且需要较长的烧成时间(由10min延长到12min)。如采用L/D为10左右的短窑，去掉“多余”的过渡带长，即可保持熟料矿物的微晶结构，提高熟料的易磨性和强度。两档短窑的优点两档短窑的优点1 1）降低能耗。研究表明，在）降低能耗。研究表明，在CaCOCaC

14、O3 3分解过程中形成新生态的分解过程中形成新生态的CaOCaO，其具有很，其具有很高的活化能和很强的反应性高的活化能和很强的反应性；回转窑表面积较小，表面散热减少。；回转窑表面积较小，表面散热减少。2 2）提高熟料质量。）提高熟料质量。CaOCaO晶粒越小、活性越强，则越有利于晶粒越小、活性越强，则越有利于C C3 3S S的形成，熟料的形成，熟料28 28 d d强度越高。此外，升温速度越快，强度越高。此外，升温速度越快，CaOCaO的吸收速度也越快，越有利于的吸收速度也越快，越有利于C C3 3S S的形的形成。而两档窑内的煅烧情况满足上述要求。成。而两档窑内的煅烧情况满足上述要求。3

15、3）对原、燃料的适应性更强。在相同生产能力的情况下，两档短窑的直径一般）对原、燃料的适应性更强。在相同生产能力的情况下，两档短窑的直径一般大于三档预分解窑。因此，在相同操作条件下热负荷降低。这样，对于易烧性较大于三档预分解窑。因此，在相同操作条件下热负荷降低。这样，对于易烧性较差、碱或其他有害成分含量较高的生料，其适应性更强。差、碱或其他有害成分含量较高的生料，其适应性更强。4 4）砖耗显著降低。由于烧成带温度可以降低，窑内气体速度亦随之降低，不仅）砖耗显著降低。由于烧成带温度可以降低，窑内气体速度亦随之降低，不仅传热得到改善，而且可减少熟料粉尘的再循环，加之机械方面的有利因素，所以传热得到改

16、善，而且可减少熟料粉尘的再循环，加之机械方面的有利因素，所以耐火砖寿命大大提高，砖耗显著降低。耐火砖寿命大大提高，砖耗显著降低。5 5）降低了基建投资。可减轻设备的重量）降低了基建投资。可减轻设备的重量1010，降低了设备造价；因减少了一，降低了设备造价；因减少了一个回转窑的墩子，混凝土用量可减少个回转窑的墩子，混凝土用量可减少1515，减少了工程造价；因缩短了回转，减少了工程造价；因缩短了回转窑筒体的长度，钢走道的长度可减少窑筒体的长度，钢走道的长度可减少3030，并减少占地面积，缩短了各种输，并减少占地面积，缩短了各种输送设备和管道的长度，各种管道和电线电缆都相应缩短，使工艺布置更加紧凑，

17、送设备和管道的长度，各种管道和电线电缆都相应缩短，使工艺布置更加紧凑，各项投资也相应减少。各项投资也相应减少。6 6）其他方面的优点：从机械角度来看，二档窑的筒体为静定的结构，筒体的应）其他方面的优点：从机械角度来看，二档窑的筒体为静定的结构，筒体的应力不会随土建不均匀沉降而使筒体应力发生变化。采用二挡支承，找正容易，安力不会随土建不均匀沉降而使筒体应力发生变化。采用二挡支承，找正容易，安装简化。装简化。TCDRITCDRI的两档短窑的两档短窑TCDRITCDRI的两档短窑型谱的两档短窑型谱序设计最大设计设计 长径 单位容单位截面烧成带单位产量产量热耗热耗 比 积产量热力强度热力强度号直径D(

18、m) 长度L (m) t/d t/dkJ/kg.clkcal/kg.cl L/D(t/m3.d)(x106kJ/m2.h)(x105kJ/m3.h)13.404010001250334580011.763.451.841.2023.604213501500334580011.673.902.181.3533.804616001800322077012.113.742.301.3444.004820002200309474012.004.102.521.4054.205025002700309474011.904.412.721.4464.405233003600305373011.825.05

19、3.241.6474.805640004500301173511.674.703.201.4885.006050005500301172012.005.023.691.6495.206260006600296972011.925.353.981.70105.406465007000292771511.855.264.041.66115.606670007700292771511.795.073.991.58125.806880008300288571011.725.224.221.62136.007085008800284371011.675.114.231.57 D x L 回转窑规格Par

20、t IV TCDRI煤粉燃烧器煤粉燃烧器TCDRITCDRI煤粉燃烧器的发展历程煤粉燃烧器的发展历程 从早期的单通道发展为三通道、四通道，燃烧从早期的单通道发展为三通道、四通道，燃烧器喷嘴风速从器喷嘴风速从7080 7080 m/sm/s发展为发展为300 300 m/sm/s，燃，燃烧器推力大幅增加，对各种燃料的适应性提高。烧器推力大幅增加，对各种燃料的适应性提高。新型燃烧器的结构新型燃烧器的结构新型燃烧器的结构新型燃烧器的结构煤粉颗粒轨迹追踪示意通过离散相模型，将煤粉颗粒认为是离散的固体颗粒，计算出其在燃烧器的运动轨迹，藉以判断煤粉混合程度和磨蚀情况新型燃烧器的特点新型燃烧器的特点1 1、

21、无磨损，使用寿命长；、无磨损，使用寿命长；2 2、燃烧器推力大，可达、燃烧器推力大，可达1500 1500 m/sm/s.%.%以上，对各种煤质的适应性好；以上，对各种煤质的适应性好；3 3、一次风用量少，净风比例为、一次风用量少，净风比例为8.5%8.5%，较老燃烧器小，较老燃烧器小3.56.5%3.56.5%。Part V 第四代篦冷机技术第四代篦冷机技术冷却机总貌料床输送料床输送Clinker bed transport表面硬化处理表面硬化处理 - 防磨防磨损损 Hardfaced wear protection固定料层固定料层 fixed clinker layer冷却风冷却风 coo

22、ling air冲程冲程 Stroke第四代行进式新型篦冷机第四代行进式新型篦冷机流量控制阀流量控制阀模块化设计模块化设计降低安装时间和工程设计时间行进式原理篦冷机试验模块密封确保无漏料入口固定端支撑装置及流量阀支撑装置及流量阀 冷却机型谱1t/d275030003500550040002t/d30003300380060004400rows1010101010m3.03.03.03.03.0m2.852.852.852.852.85Lanes6881210m2.43.23.24.84m1.6222.82.4Modules1311121312m26222426246mm6006006006006007mm300300300300300l/min4.854.004.614.854