硅酸盐水泥熟料的煅烧.ppt

第五章 硅酸盐水泥熟料的煅烧 一、概述 二、生料在煅烧过程中的物理与化学变化 三、悬浮预热技术 四、预分解技术 五、回转窑技术 六、微量元素和矿化剂对熟料煅烧和质量的影响 七、熟料冷却机 八、预分解窑技术的生产控制 九、新型干法水泥技术的发展 十、窑用耐火材料 6.1 概述 石灰质原料、 粘士质原料 少量的铁质原料 按一定要求的 比例配合 生料 经均化、 粉磨、调 配而成。 1450 熟料 水泥熟料生产的工艺流程： 发生了什么变化？发生了什么变化？ 6.1 概述 n 适当成分的生料进入预热器 预热. n 预热好的生料进入分解炉, 碳酸盐分解 n 分解后的生料进入窑内煅烧 成为熟料. n 熟料进入冷却机进行冷却. 关键技术装备 n 筒，旋风筒； n 管，换热管道； n 炉，分解炉； n 窑，回转窑； n 机，冷却机. 6.2 生料在煅烧过程中的物理化学变化 n 干燥（自由水蒸发） 吸热 n 粘土质原料脱水 吸热 n 碳酸盐分解 强吸热 n 固相反应 放热 n 熟料烧结 微吸热 n 熟料冷却 放热 6.2.1 干燥 排除生料中自由水分的工艺过程称为干燥。 生料中还有不超过1.O的水。 自由水分的蒸发温度一般为27150左右。 当温度升高到100150时，生料自由水分全部被排除。 自由水分蒸发热耗大。每千克水蒸发潜热高达2257 kJ(在 100下)。 6.2.2 脱水 粘土中的主要矿物高岭土发生脱水分解反应如下式所示： Al2O32SiO22H20 500600 Al203 2SiO2 2H2O 高岭土 无定形 无定形 水蒸气 高岭土进行脱水分解反应属吸热过程。 生成了非晶质质的无定形偏高岭土 ，具有较较高活性，为下一 步与氧化钙反应创造了有利条件。在 900950，由无定形物 质转变为晶体，同时放出热量。 脱水是指粘土矿物分解放出化合水 。 层间水在100左右即可排除，而配位水则必须高达400 600以上才能脱去。 6.2.3 碳酸盐分解 1、分解反应特点 可逆反应：受T、PCO2影响。 T，有利反应向正方向进行，且分解速率加快 600开始分解，890时PCO2=1个大气压，1100-1200 反应迅速。 慢 加快 迅速 -每T50，分解速度约增1倍 6.2.3 碳酸盐分解 1、分解反应特点 可逆反应：受T、PCO2影响。 T，有利反应向正方向进行，且分解速率加快 T 废气T、热耗、预热器、分解炉易堵、结皮 ； 加强通风 PCO2 有利反应向正方向进行。 6.2.3 碳酸盐分解 1、分解反应特点 可逆反应：受T、PCO2影响。 强吸热反应：是熟料形成过程中消耗热量最多的一个 工艺过程。约占预分解窑的1/2，湿法1/3 烧失量大：纯CaCO3为44%，一般在40%左右，与石灰质 原料的品质有关。 6.2.3 碳酸盐分解 1、分解反应特点 可逆反应：受T、PCO2影响。 强吸热反应 烧失量大 分解温度与PCO2和矿物结晶程度有关： PCO2，则分解 温度增高。方解石的结晶程度高，晶粒粗大，则分解温度高； 相反，微晶或隐晶质矿物的分解温度低。 6.2.3 碳酸盐分解 2、碳酸钙的分解过程 五个过程： 两个传热过程：热气流向颗粒表面传热、热量以传导方式 向分解面传热； 一个化学反应过程：分解面上的CaCO3分解并放出CO2； 两个传质过程：分解放出的CO2穿过分解层(CaO层)向表面扩 散、表面CO2向周围介质气流扩散。 6.2.3 碳酸盐分解 2、碳酸钙的分解过程 五个过程中，传热和传质皆为物理传递过程，仅有一个化 学反应过程。各过程的阻力不同，所以CaCO3的分解速率受控于 其中最慢的一个过程。 回转窑：生料粉粒径小，传质过程快；但物料呈堆积 状态，传热面积小，传热系数不高，故传热速率慢。所以CaCO3 分解速率取决于传热过程。 6.2.3 碳酸盐分解 2、碳酸钙的分解过程 五个过程中，传热和传质皆为物理传递过程，仅有一个化 学反应过程。各过程的阻力不同，所以CaCO3的分解速率受控于 其中最慢的一个过程。 立窑和立波尔窑：生料需成球，由于球径较大，故传 热速率慢，传质阻力很大，所以CaCO3分解速率取决于传热和传 质过程。 6.2.3 碳酸盐分解 2、碳酸钙的分解过程 五个过程中，传热和传质皆为物理传递过程，仅有一个化 学反应过程。各过程的阻力不同，所以CaCO3的分解速率受控于 其中最慢的一个过程。 预热器、预分解炉内：生料处于悬浮状态，传热面积 大，传热系数高，传质阻力小，所以CaCO3分解速率取决于化学 反应速率。 6.2.3 碳酸盐分解 3影响碳酸钙分解反应的因素 反应条件。 提高反应温度有利于加快分解反应速率，同时促使CO2扩散 速率加快；但应注意温度过高，将增加废气温度和热耗，预热 器和分解炉易结皮、堵塞。 加强通风，及时排出反应生成的CO2气体，可加速分解反应 。通风不畅时，废气中CO2含量增加，不仅影响燃料燃烧，而且 使分解速率减慢。 6.2.3 碳酸盐分解 3影响碳酸钙分解反应的因素 石灰石的种类和物理性质。结构致密、质点排列整齐 、结晶粗大、晶体缺陷少的石灰石不仅质地坚硬，而且分解反 应困难，如大理石的分解温度较高。质地松软的白垩和内含其 他较多的泥灰岩，则分解所需的活化能较低，分解反应容易。 当石灰石中伴生有其他矿物和杂质时，一般具有降低分解 温度的作用。 6.2.3 碳酸盐分解 3影响碳酸钙分解反应的因素 生料细度和颗粒级配。生料细度细，颗粒均匀，粗粒 少，物料的比表面积大，可使传热和传质速率加快，有利于分 解反应。 6.2.3 碳酸盐分解 3影响碳酸钙分解反应的因素 生料悬浮分散程度。生料悬浮分散差，相对地增大了 颗粒尺寸，减少了传热面积，降低了碳酸钙的分解速度。是决 定分解速度的一个非常重要因素。 回转窑和分解炉内分解时间比较： 回转窑内CaCO3分解率为85-95%(8001000)要15min； 而分解炉内(800850)要2s。 6.2.3 碳酸盐分解 3影响碳酸钙分解反应的因素 粘土质组分的性质。 若粘土质原料的主导矿物是活性活性大的高岭土，由于其 容易和分解产物CaO直接进行固相反应生成低钙矿物，可加速 CaCO3的分解反应。 反之，若粘土的主导矿物是活性差的蒙脱石、伊利石，则 要影响CaCO3的分解速率，由结晶SiO2组成的石英砂的反应活性 最低。 6.2.4 固相反应 固相反应-放热反应 1反应过程 在熟料形成过程中，从碳酸钙开始分解起，物料中便出现 了游离氧化钙，它与生料中的SiO2、Al2O3和 Fe2O3等通过质点 的相互扩散而进行固相反应，形成熟料矿物。 固相反应：是指固态物质间发生的化学反应，有时也有气 相或液相参与，而作用物和产物中都有固相。 6.2.4 固相反应 固相反应-放热反应 1反应过程 800 CaO+ Al2O3 CaOAl2O3 （CA） CaO+ Fe2O3 CaOFe2O3 （CF） 2 CaO+ SiO2 2 CaO SiO2 （C2S） 800900 CaOFe2O3+ CaO 2CaOFe2O3（C2F） 7 CaOAl2O3+5 CaO 12 CaO7Al2O3（C12A7） 9001100 2 CaO+ SiO2 + Al2O3 2 CaO Al2O3 SiO2 12 CaO7Al2O3+9 CaO 7（3CaOAl2O3）（C3A） 7（2CaOFe2O3）+2 CaO+12 CaO7Al2O3 7（4CaOAl2O3Fe2O3） （C4AF） 11001200 大量形成C3A C4AF C2S含量达最大值 6.2.4 固相反应 固相反应-放热反应 1反应过程 约800：开始形成CA、CF与C2S； 800-900：开始形成C12A7 、C2F ； 900-1100：C2AS形成后又分解、C3A、C4AF开始形成 1100-1200：大量形成C3A、C4AF，C2S含量达最大值 由上可见，水泥熟料矿物的形成是一个复杂的多级反应， 反应过程是交叉进行的。 上述反应为放热反应，用普通原料约放热420-450J/g，足 以使物料升温300以上。 6.2.4 固相反应 固相反应-放热反应 1反应过程 约800：开始形成CA、CF与C2S； 800-900：开始形成C12A7 、C2F ； 900-1100：C2AS形成后又分解、C3A、C4AF开始形成 1100-1200：大量形成C3A、C4AF，C2S含量达最大值 以上化学反应的温度都小于反应物和生成物的熔点，也就 是说物料在以上这些反应过程中都没有熔融状态物出现，反应 是在固体状态下进行的。 6.2.4 固相反应 固相反应-放热反应 2影响固相反应的主要因素 生料的细度和均匀性 生料愈细，则其颗粒尺寸愈小，比表面积愈大，各组分间 的接触面积愈大，同时表面的质点自由能亦大，使反应和扩散 能力增强，因此反应速率愈快。 但是，当生料磨细到一定程度后，如继续再细磨，则对固 相反应的速率增加不明显，而磨机产量却大大降低，粉磨电耗 剧增。因此，必须综合平衡，优化控制生料细度。 生料的均匀性好，即生料内各组分混合均匀，这就可以增 加各组分之间的接触，所以能加速固相反应。 6.2.4 固相反应 固相反应-放热反应 2影响固相反应的主要因素 生料的细度和均匀性 硅酸盐水泥生料细度一般控制范围： 0.2mm(900孔/cm2)以上粗粒在1.0-1.5%以下，此时0.08mm以 上粗粒可以控制在8-12%，最高在15%以下； 或者使生料中以上粗粒为0.5%左右，则0.08mm以上粗粒可 放宽到15%以上，甚至可以达到20%以上。 6.2.4 固相反应 固相反应-放热反应 2影响固相反应的主要因素 生料的细度和均匀性 温度和时间 当温度较低时，固体的化学活性低，质点的扩散和迁移速 率很慢，因此固相反应通常需要在较高的温度下进行。提高反 应温度，可加速固相反应。由于固相反应时离子的扩散和迁移 需要时间，所以，必须要有一定的时间才能使固相反应进行完 全。 急剧煅烧：热力梯度大，升温快，使脱水、CaCO3分解重合 ，新生态，活性高。 6.2.4 固相反应 固相反应-放热反应 2影响固相反应的主要因素 生料的细度和均匀性 温度和时间 原料性质 当原料中含有如燧石、石英砂等结晶SiO2或方解石结晶粗大 时，因破坏其晶格困难，所以固相反应的速率明显降低，特别 是当原料中含有粗粒石英砂时，其影响更大。 6.2.5 熟料烧结 当物料温度升高到1250-1280时，即达到其最低共熔温度 ，开始出现以氧化铝、氧化铁为主的液相，液相的组分中还有 氧化镁和碱等。 随着温度的升高和时间延长，液相量增加, 硅酸三钙晶核 不断形成，并逐渐发育、长大。与此同时，晶体不断重排、收 缩、密实化，物料逐渐由疏松状态转变为色泽灰黑、结构致密 的熟料我们称以上过程为熟料的烧结过程，简称熟料烧结。 反应式： C2S+ CaO C3S 6.2.5 熟料烧结 反应式： C2S+ CaO C3S 条件： 温度： 130014501300 液相量： 20%30% 时间： 1020min 6.2.5 熟料烧结 影响熟料烧结的因素： 1最低共熔温度 最低共熔温度：物料在加热过程中，两种或两种以上组分 开始出现液相时的温度。 组分性质与数目都影响系统的最低共熔温度。见书P114表 6.2。 矿化剂和微量元素对降低共熔温度有一定作用。 6.2.5 熟料烧结 影响熟料烧结的因素： 1最低共熔温度 2液相量 液相量- CaO不易被吸收完全，导致熟料中f-CaO影 响熟料质量，或降低窑产量和增加燃料消耗。 液相量- 能溶解的C2S、CaO亦-形成C3S快； 液相量-易结大块，回转窑内结圈。立窑内炼边、 结炉瘤等； 6.2.5 熟料烧结 影响熟料烧结的因素： 1最低共熔温度 2液相量 3液相粘度 液相粘度直接影响硅酸三钙的形成速率和晶体的尺寸，粘 度小，则粘滞阻力小，液相中质点的扩散速率增加，有利于硅 酸三钙的形成和晶体的发育成长；反之则使硅酸三钙形成困难 。 熟料液相粘度随温度和组成(包括少量氧化物)而变化。 6.2.5 熟料烧结 影响熟料烧结的因素： 1最低共熔温度 2液相量 3液相粘度 影响液相粘度的因素： 温度 液相组成 煅烧方法。慢速升温，则Me2O3大部分离解成MeO45-离子 ，因而液相粘度提高；快速升温，则Al3+以四、六配位共存，而 六配位的Fe3+增多，因而液相粘度降低。 6.2.5 熟料烧结 影响熟料烧结的因素： 1最低共熔温度 2液相量 3液相粘度 4液相的表面张力 液相表面张力愈小，愈容易润湿熟料颗粒或固相物质，有 利于固相反应与固液相反应，促进熟料矿物特别是C3S的形成。 T 表面张力； 熟料中含镁、碱、硫等物质时， 表面张力。 6.2.5 熟料烧结 影响熟料烧结的因素： 1最低共熔温度 2液相量 3液相粘度 4液相的表面张力 5氧化钙溶解于熟料液相的速率 C3S的形成主要是在液相中，由f-CaOC2S形成，因而溶于 液相速率对C3S形成有重要影响。 T 溶解速率； 粒径 溶解速率。 6.2.5 熟料烧结 影响熟料烧结的因素： 1最低共熔温度 2液相量 3液相粘度 4液相的表面张力 5氧化钙溶解于熟料液相的速率 6反应物存在的状态 研究发现，在熟料烧成时，氧化钙与贝利特晶体尺寸小， 牌晶体缺陷多的新生态，则其活性大，活化能小，易溶于液相 中，因而反应能力很强。这有利于硅酸三钙的形成。 试验还表明，极快速升温(600/min以上)，可使粘土矿物 的脱水、碳酸盐分解、固相反应、固液相反应几乎重合，使反 应物牌新生的高活性状态，在极短的时间内，可同时生成液相 、贝利特和阿利特。 6.2.6 熟料冷却 6.2.6 熟料冷却 平衡冷却(慢冷)：冷却速度非常慢，使固液相反应充分进行。 淬冷：冷却速度快，使高温下形成的液相来不及结晶而冷却成 玻璃相。 6.2.6 熟料冷却 在水泥生产中，一般均采用快冷，其作用有： 1提高熟料质量。 快冷阻止或减少-C2S向-C2S转变，防止熟料粉化； 阻止或减少C3S - C2S + f-CaO； 快速越过C3S的分解温度，使C3S来不及分解而呈介稳状态保 存下来。 急冷使C3S晶体细小，可提高熟料质量。 6.2.6 熟料冷却 在水泥生产中，一般均采用快冷，其作用有： 1提高熟料质量。 快冷阻止或减少-C2S向-C2S转变，防止熟料粉化； 阻止或减少C3S - C2S + f-CaO； 避免或减少MgO结晶成方镁石；冷却速度越慢，结晶越 粗大，膨胀；即改善了水泥的安定性。 急冷使熟料中C3A结晶体减少。可增强水泥的抗硫酸盐 性能；另外，结晶型的C3A水化后易使水泥浆快凝，而非结晶的 C3A水化后，不会使水泥浆快凝，因而容易掌握其凝结时间。 6.2.6 熟料冷却 在水泥生产中，一般均采用快冷，其作用有： 1提高熟料质量。 2改善熟料的易磨性 快冷熟料玻璃体含量高，同时造成熟料产生内应力， 缺陷多； 快冷使熟料矿物晶体保持细小，易磨。 3回收余热 熟料进入冷却机时尚有1100以上高温，若冷却到室温， 则尚有837kJ/kg的热量，可用二次空气来回收，有利窑内燃料 煅烧，提高窑的热效率。 6.2.6 熟料冷却 在水泥生产中，一般均采用快冷，其作用有： 1提高熟料质量。 2改善熟料的易磨性 3回收余热 冷却机形式：单筒、多筒、篦式 熟料形成的热化学（热耗） 熟料形成的热化学 熟料形成的热化学 项目湿法长窑干法长窑半干法预热器窑 热耗 (kj/kg) 热效 率(%) 热耗 (kj/kg) 热效率 (%) 热耗 (kj/kg) 热效率 (%) 热耗 (kj/kg) 热效 率(%) 理论热耗175628.99175644.07175652.11175653.57 水分蒸发221136.5145613.52 废气带走110418.22130432.7440512.0476923.47 冷却空气带 走热 3014.673308.2933910.8534710.53 熟料带走831.35832.10832.48832.55 筒体散热6029.9451012.803309.803229.82 总热耗6057100398310033691003277100 热效率28.9944.0752.1153.57 国内外不同窑型的热耗、热效率 由加料管自然滑落 喂入的生料粉在调整气 流的冲击下迅速分散， 均匀悬浮于气流中。气 固之间80%以上的换热 在进风管道中完成，换 热时间仅需0.02-0.04 秒，只有20%以下的换 热在旋风筒中完成。 6.3 悬浮预热技术 6.3 悬浮预热技术 6.4 预分解技术 6.4 预分解技术 一、预分解窑的特点 .在悬浮预热器与回转窑之间增设一个分解炉或利用窑尾 上升烟道， .装设燃料喷入装置，喷入煅烧所需的60%左右的燃料 .使燃料燃烧的放热过程与生料的碳酸盐分解的吸热过程 ，在分解炉中以悬浮态或流化态下极其迅速地进行， .使入窑生料的分解率达到85%95%。 .减轻窑内煅烧带的热负荷，有利于缩小窑的规格及生产 大型化，并且可以节约单位建设投资，延长衬料寿命，大幅度 提高了窑系统的生产效率，有利于减少大气污染。 6.4 预分解技术 二、分解炉内气、固流运动方式及功能 分解炉内的气流运动，有四种基本型式：即涡旋式、喷腾 式、悬浮式及流化床式。 在这四种型式的分解炉内，生料及燃料分别依靠“涡旋效 应”、“喷腾效应”、“悬浮效应”和“流态化效应”分散于 气流之中。由于物料之间在炉内流场中产生相对运动，从而达 到高度分散、均匀混合和分布、迅速换热、延长物料在炉内的 滞留时间，达到提高燃烧效率、换热效率和入窑物料碳酸盐分 解率的目的。 涡流燃烧式分解炉 以RSP(Reinforced Suspension Prcheater)型为例。 6.4 预分解技术 分解炉与窑的连接方式 6.5 回转窑技术 6.5 回转窑技术 一、回转窑的结构 n 水泥回转窑是由1070mm铁质钢性材料卷成筒体后， 一段段焊接做成的; n 长径比一般为1016， n 一般倾斜布置，斜度为25；气固逆流相对运动； n 转速设计一般为14r/min； n 一般有三组支撑托轮； n 窑内砌筑一定厚度和不同材质的耐火砖 传动大齿轮 高端 窑尾 冷端 低端 窑头 热端 倾斜 钢筒体，内部耐火材料，保温，保护 D 25M L 60180M 干短湿长 国外 7 230 燃料 生料 熟料 废气 6.5 回转窑技术 二、回转窑的功能 预分解窑系统中回转窑具有五大功能。 1、燃料燃烧功能 2、热交换功能 3、化学反应功能 4、物料输送功能 5、降解利用废弃物功能 6.5 回转窑技术 三、回转窑两个很大的缺点和不足 一是作为热交换装置，窑内炽热气流与物料之间主要是“ 堆积态”换热，换热效率低，从而影响其应有的生产效率的充 分发挥和能源消耗的降低； 二是熟料煅烧过程所需要的燃料全部从窑热端供给，燃料 在窑内煅烧带的高温、富氧条件下燃烧，NOx等有害成分大量形 成，造成大气污染。 6.5 回转窑技术 四、窑内工艺带的划分 从窑尾起至物料温度1280止(也有以1300)为过渡带， 主要任务是物料升温及小部分碳酸盐分解和固相反应。 物料温度128014501300区间为烧成带； 窑头端部为冷却带 物料停留的时间（min）： 窑 预热器分解炉过渡带烧成带冷却带冷却机 181010122320 6.6 熟料冷却技术 一、在水泥生产中，一般均采用快冷，其作用有： 1提高熟料质量。 2改善熟料的易磨性 3回收余热 二、冷却机形式：单筒、多筒、篦式 三、衡量冷却机的优缺点的准则： 冷却机的热量回收； 冷却后熟料温度； 动力消耗、设备重量、配套收尘设备投资、占地面积 等。 6.6 熟料冷却技术 史密斯第四代蓖冷机 史密斯第四代蓖冷机 可控气流通风篦板 史密斯第四代蓖冷机 第四代蓖冷机特点 第四代蓖冷机特点 6.7 预分解窑技术的生产控制 窑系统由废气处理系统、生料喂料系统、预热 器、分解炉、回转窑、冷却机系统和喂煤系统等组 成，在生产过程中，通过对气体流量、物料流量、 燃料量、温度、压力等工艺过程参数的检测和控制 ，使它们相互协调，成为一个有机的整体，进而对 窑系统进行有效的控制。 6.7 预分解窑技术的生产控制 中央控制室简介 中央控制室简介 应用以微型计算机为基础的分布式控制系统（DCS），是一 种控制功能分散化、监视操作集中化的控制系统，既所谓的集 散控制系统。 集散控制系统将4C技术（计算机技术、控制技术、通讯技 术、CRT显示技术）相结合，解决了计算机集中控制所存在的问 题。 中央控制室简介 6.8 新型干法水泥生产技术的发展 铜陵海螺 210000t/d 生产线 6.8 新型干法水泥生产技术的发展 和谐水泥 降低热耗、提高热效率的措施 1熟料理论热耗 2蒸发水分热耗：料浆过滤脱水、料浆稀释剂等 3减少不完全燃烧热损失 据热工测定统计，我国回转窑的不完全燃烧热损失平均为 251kJ/kg-cl，约占熟料热耗的4%左右，其中化学不完全燃烧热 损失为142-155kJ/kg-cl，机械不完全燃烧热损失为71- 130kJ/kg-cl。减少不完全燃烧热损失的途径或采取以下措施： 降低热耗、提高热效率的措施 1熟料理论热耗 2蒸发水分热耗：料浆过滤脱水、料浆稀释剂等 3减少不完全燃烧热损失 过剩空气系数的控制：在1.05-1.15之间。但过剩空气 系数具体应控制在多少才合适，主要是在保证燃料完全燃烧的 情况下，尽量保持较小的过剩空气系数，即减少废气带走热； 控制好煤粉质量：影响燃烧速度的因素同时也影响燃 料燃烧的完全程度，为减少不完全燃烧所造成的热损失，煤的 水分和细度应符合工艺要求。 降低热耗、提高热效率的措施 1熟料理论热耗 2蒸发水分热耗：料浆过滤脱水、料浆稀释剂等 3减少不完全燃烧热损失 准确的喂煤量：造成喂煤量不准确，主要原因是因喂 煤系统设备调节不灵活，不能根据窑内温度变化，适量地培养 喂煤量，从而产生不完全燃烧热损失。下煤不均引起跑煤和断 煤现象较多，如：煤粉仓锥体部分煤粉流动差，双管绞刀或其 他给煤装置锁风不严，煤粉计量设备性能差等均可导致煤流的 不稳定、不准确。 降低热耗、提高热效率的措施 1熟料理论热耗 2蒸发水分热耗：料浆过滤脱水、料浆稀释剂等 3减少不完全燃烧热损失 加强密闭堵漏：窑头、窑尾的漏风，严重影响窑内通 风和燃料燃烧，预热器系统的漏风比前两者的影响还要大，此 外，篦式冷却机的各室串风、漏风现象，对煤粉的燃烧都有影 响，窑头、窑尾、减去机漏风与部件材质、管理不善等因素有 关，应加强管理，把漏风控制在最低水平。 降低热耗、提高热效率的措施 1熟料理论热耗 2蒸发水分热耗：料浆过滤脱水、料浆稀释剂等 3减少不完全燃烧热损失 4废气带走热损失 废气带走热损失是熟料热耗中最大的一项，平均为 2048kJ/kg-cl，约占热耗35%左右。其中干法窑平均为 3405kJ/kg-cl，占53%，湿法窑为1116kJ/kg-cl，占17%，半干 法窑为1428kJ/kg-cl，占31.12%。这主要是窑尾废气温度高。 新型干法窑出系统温度为380以下，但废气量很大，废气带走 的热量相当可观。 降低热耗、提高热效率的措施 1熟料理论热耗 2蒸发水分热耗：料浆过滤脱水、料浆稀释剂等 3减少不完全燃烧热损失 4废气带走热损失 5表面散热损失：我国回转窑筒体热损失平均为739kJ/kg -cl，约占熟料热耗的12%，国外由于采用隔热材料，热耗比我 国低167-502kJ/kg-cl。据统计，筒体温度每降低1约减少热 耗约5.4kJ/kg-cl。近年来国内推广隔热材料，效果良好，如硅 酸钙板在预热系统上已大量使用，在预热器分解炉系统使用硅 藻土隔热砖。有的企业采用中国建材研究院耐火材料所研制的 新型隔热材料，窑体温度下降100左右。 降低热耗、提高热效率的措施 1熟料理论热耗 2蒸发水分热耗：料浆过滤脱水、料浆稀释剂等 3减少不完全燃烧热损失 4废气带走热损失 5表面散热损失 6熟料带走热损失与冷却机废气热损失 7其它：减少窑内部与外部物料循环、窑灰带走热、实现 低温煅烧、加强余热的利用等。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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 8耐碱砖 第6章结束 第三节 回转窑内的煅烧 一、回转窑的结构 为使回转窑筒体适应各带物料反应的不同要求，往往将筒 体做成各种形状。 主要是直筒型和各种局部扩大型两类。 第三节 回转窑内的煅烧 一、回转窑的结构 为使回转窑筒体适应各带物料反应的不同要求，往往将筒 体做成各种形状。 主要是直筒型和各种局部扩大型两类。 第三节 回转窑内的煅烧 一、回转窑的结构 1、直筒形 结构简单，便于制造和维修，部件和所用耐火材料尺寸规 格及品种少，便于管理。 由于直径相同，对于提高传热面积、增加窑的产量适应性 差。 第三节 回转窑内的煅烧 一、回转窑的结构 2、冷端扩大 扩大干燥带或预热带的直径。 一般用于湿法长窑，扩大后，可多挂链条及安装其他热交 换装置，增加传热面积，提高预烧能力，降低出窑废气温度， 降低热耗，同时使窑尾风速减小，减少飞扬损失，有利于降低 料耗。在窑内传热面积相同的情况下，可缩短窑的长度。 对大型带悬浮预热器的干法窑，为减小窑尾风速，也有采 用扩大冷端直径的。 第三节 回转窑内的煅烧 一、回转窑的结构 3、热端扩大 扩大燃烧带的直径。使燃烧带容积增加，提高了燃烧带的 发热能力，有利于提高窑产量，减少结圈。 但烧成带容积增加后，往往会感到窑的预烧能力不足，若 不相应地扩大预烧带，提高预烧能力，会使窑尾废气温度升高 ，降低窑的热效率。 第三节 回转窑内的煅烧 一、回转窑的结构 4、两端扩大（哑铃型） 热端扩大是为了提高窑的烧成能力，冷端扩大是为了提高 窑的预烧能力，中间缩小可省钢材，还可提高分解带料层厚度 ，防止物料窜动，使物料在分解带内翻滚煅烧，但中部缩小后 ，风速增大，使分解带内扬尘增加，料耗增加，增加了收尘器 的工作负荷。 第三节 回转窑内的煅烧 一、回转窑的结构 以上几种筒体形状，各有优缺点，生产中应根据具体情况 进行分析选用。 但各种扩大型窑体结构复杂，所用耐火材料尺寸规格及品 种多，比直筒形制造、维修、管理麻烦。湿法长窑常采用冷端 扩大，热端扩大多用于直径较小的窑，新型干法回转窑大都用 直筒形。 第三节 回转窑内的煅烧 二、回转窑筒体规格 回转窑的长度是从前窑口到后窑口的总长，常用符号“L” 表示。直径是指窑筒体的内径，通常用符号“D”表示。为了保 护筒体，筒体内镶砌有100-230mm厚的耐火材料。 直径4.0m、长60m：4.060m 热端扩大，扩大直径为3.0m，其他为2.8m，长70m： 3.0/2.870m 冷端扩大，扩大直径为3.0m，其他为2.8m，长70m： 2.8/3.070m 两端扩大，扩大直径为3.0m，其他为2.8m，长70m： 3.0/2.8/3.070m 第三节 回转窑内的煅烧 三、回转窑的功能 回转窑作为水泥熟料矿物最终形成的煅烧设备，一直单独 承担着水泥生产过程中的熟料煅烧任务。回转窑具有以下五大 功能： 1、燃料燃烧功能 煤粉燃烧产生的热量通过辐射、对流、和传导三种基本传 热方式，将热量传给物料。作为燃料燃烧装置，它具有广阔的 空间和热力场，可以供应足够的空气，装设优良的燃烧装置， 保证燃料充分燃烧，为熟料煅烧提供必要的热量。 回转窑中熟料煅烧过程所需要的燃料全部从窑热端供给， 燃料在窑内煅烧带的高温、富氧条件下燃烧，NOx等有害成分大 量形成，造成大气污染。 第三节 回转窑内的煅烧 三、回转窑的功能 1、燃料燃烧功能 2、热交换功能：作为热交换装置，它具有比较均匀的温度 场，可以满足水泥熟料形成过程各个阶段的换热要求，特别是 阿利特矿物生成的要求。 作为热交换装置，窑内炽热气流与物料之间主要是“堆积 态”换热，换热效率低，从而影响其应有的生产效率的充分发 挥和能源消耗的降低。 第三节 回转窑内的煅烧 三、回转窑的功能 1、燃料燃烧功能 2、热交换功能 3、化学反应功能 作为化学反应器，随着水泥熟料矿物形成不同阶段的不同 需要，它既可分阶段地满足不同矿物形成对热量、温度的要求 ，又可以满足它们对时间的要求，是目前用于水泥熟料矿物最 终形成的最佳装备，尚无其他装备可以替代。 第三节 回转窑内的煅烧 三、回转窑的功能 1、燃料燃烧功能 2、热交换功能 3、化学反应功能 4、物料输送功能 回转窑有一定斜度（3-5%），在窑不断回转运动中，物料 从高端向低端（窑头）逐渐运动。 作为输送设备，它具有更大的潜力，因为物料在回转窑断 面内的填充率、窑斜度和转速都很低。 回转窑斜度与填充率的经验关系： 斜度%2.53.03.54.04.5 平均填充率%131211109 第三节 回转窑内的煅烧 三、回转窑的功能 1、燃料燃烧功能 2、热交换功能 3、化学反应功能 4、物料输送功能 5、降解利用废弃物功能 由于回转窑具有较高的温度场和气流滞流时间长的热力场 ，可降解化工医药等待业排出的有毒、有害废弃物。同时，可 将其中的绝大部分重金属元素固化在熟料中，生成稳定的盐类 ，避免了“垃圾焚烧炉”容易产生的二次污染。 第三节 回转窑内的煅烧 四、回转窑内物料的运动情况 物料在窑内运动的情况影响到物料受热的均匀性，物料运 动的速度影响到物料在窑内停留时间和物料在窑内的填充系数 ，影响到物料与气体之间的传热，为了提高产、质量，降低料 耗，必须了解物料在窑内的运动。 第三节 回转窑内的煅烧 四、回转窑内物料的运动情况 ABCDEFG，所经踟如一根半圆形 弹簧。 第三节 回转窑内的煅烧 四、回转窑内物料的运动情况 物料在窑内运动常用如下公式作分析参考。 正常生产中，Di 、S、基本是定 值，因而改变流 速只能通过改变 窑速实现。 第三节 回转窑内的煅烧 四、回转窑内物料的运动情况 当喂料量不变时，窑速愈慢，料层愈厚，物料被带起的高 度也愈高，由在窑壁上的时间愈长，在单位时间内的翻滚次数 愈少，物料前进速度亦愈慢。 窑速愈快，料层愈薄，物料被带起的高度愈低，单位时间 内翻滚次数愈多，物料前进愈快。 窑内料层厚，物料受热不均匀，产量虽高，质量不易稳定 。 在生产操作中经常用调整窑的转速来控制物料的运动速度 ，新型干法窑常用较快的窑速，采用“薄料快烧”的方法。 第三节 回转窑内的煅烧 四、回转窑内物料的运动情况 当回转窑的喂料量一定，物料运动速度还影响物料在回转 窑内的填充率（或称物料的负荷率），即窑内物料的容积占整 个窑筒体容积的百分比，可用下式表示。 第三节 回转窑内的煅烧 四、回转窑内物料的运动情况 由该式可知，当喂料量G保持不变时，物料运动速度加快， 窑内的物料负荷率必然减少；反之，就要加大。 在熟料生产过程中，要求窑内的物料填充系数最好保持不 变，以稳定窑的热工制度。 当预烧和煅烧不良需要降低窑速时，要相应地减少喂料量 ，以保持窑内物料厚度，即物料填充系数不变。因此，窑的传 动电机的转速应与喂料机电动机同步，以使窑的转速与生料喂 料量有一定的比例。 第三节 回转窑内的煅烧 四、回转窑内物料的运动情况 窑的斜度与转速一定，物料平均速度大体上固定，但由于 窑内各带物料煅烧进程不同，导致物料的性质变化，从而使窑 内各带物料的实际运动速度是不同的。 从干燥带向窑前运动速度逐渐增加，分解带最快，以后又 逐渐减小。碳酸盐分解放出的CO2气体导致物料处于流化状态， 物料速度最快。烧成带由于部分熔融物料大，所以物料运动速 度慢。 第三节 回转窑内的煅烧 五、气体在回转窑内的运行 回转窑采用强力通风的方法，在窑尾安装排风机，使窑内 产生负压，保证煤粉的完全燃烧并形成一定的火焰形状和长度 ，及时排出窑内的废气，促使碳酸盐分解过程顺利进行。 窑内气体流速大小影响对流传热系数、窑内飞灰的多少、 火焰的长度。 流速对流传热速率快，但气流与物料接触时间短，废 气温度可能升高，热耗增加且飞灰大，使料耗增大，因此不一 定经济。 若流速过低传热速度低，使产量降低，同时为了保持窑 内适当的火焰长度，要求有适当的气体流速。 第三节 回转窑内的煅烧 五、气体在回转窑内的运行 窑头、窑尾负压反映二次风入窑及窑内液体阻力的大小。 在正常操作中，应稳定窑头、窑尾负压在不大的范围内波动。 若窑内通风增大时，窑头、窑尾负压均增大； 当窑内阻力增大（窑内有结圈或料层增厚时），则窑尾负 压增大，而窑头负压反而减小。 在生产中当排风机抽力不变，可根据窑头、窑尾负压的变 化来判断窑内情况。在正常生产时，窑头保持微负压状态。 第三节 回转窑内的煅烧 六、回转窑内的煤粉燃烧及对火焰的要求 煤粉燃烧过程分为四个阶段： 1、燃料与空气混合。 2、燃料与空气加热至一定温度，释放挥发分。 3、挥发分着火燃烧放出热量，为固定碳着火燃烧创造高温 环境条件。 4、固定碳着火燃烧及燃尽，释放燃烧产物。 新型干法窑要求火焰的形状、温度和强度与回转窑煅烧熟 料相适应，保证在整个火焰长度上都能进行高效率的热交换， 同时又不能使窑皮产生局部过热。 第三节 回转窑内的煅烧 六、回转窑内的煤粉燃烧及对火焰的要求 煤粉燃烧过程分为四个阶段： 、燃料与空气混合。 、燃料与空气加热至一定温度，释放挥发分。 、挥发分着火燃烧放出热量，为固定碳着火燃烧创造高 温环境条件。 、固定碳着火燃烧及燃尽，释放燃烧产物。 新型干法窑要求火焰的形状、温度和强度与回转窑煅烧熟 料相适应，保证在整个火焰长度上都能进行高效率的热交换， 同时又不能使窑皮产生局部过热。 第三节 回转窑内的煅烧 六、回转窑内的煤粉燃烧及对火焰的要求 1、火焰形状 火焰的形状指火焰长度、粗细和完整性。 （1）火焰长度 通常火焰长度是指 燃焰长度。 第三节 回转窑内的煅烧 六、回转窑内的煤粉燃烧及对火焰的要求 1、火焰形状 火焰的形状指火焰长度、粗细和完整性。 （1）火焰长度 火焰长度太长，烧成带温度降低，液相出现早，易结圈， 废气温度高，煤耗增加。 火焰长度太短，高温部分过于集中，易烧垮窑皮及衬料， 不利于窑的长期安全运转。 因而火焰长度应根据窑内实际情况进行调整，影响火焰长 度的因素有气体在窑内的流速和煤粉燃烧的速度。 第三节 回转窑内的煅烧 六、回转窑内的煤粉燃烧及对火焰的要求 1、火焰形状 （1）火焰长度 气体在窑内的流速 流速愈快，火焰愈长。 一次风速增加，一方面能提高煤粉的有效射程，使火焰拉 长，另一方面又使风煤混合均匀，使燃烧速度快，火焰短。为 防止“回火”（喷出速度过小，火焰将不断向后传播，直至传 入喷煤管），喷出速度应比火焰扩散速度大。 煤粉靠一次风输送并吹散，必须有足够的风量。一次风温 较低（一般不超过120，防爆）。 第三节 回转窑内的煅烧 六、回转窑内的煤粉燃烧及对火焰的要求 1、火焰形状 （1）火焰长度 气体在窑内的流速 流速愈快，火焰愈长。 窑尾排风增加，使窑尾负压增加，二次空气增加，使火焰 外气体流速增加，从而将火焰拉长。 在正常生产中通常是用改变窑尾排风或降低三次风、增大 窑尾负压的办法，来改变火焰的长度。 第三节 回转窑内的煅烧 六、回转窑内的煤粉燃烧及对火焰的要求 1、火焰形状 （1）火焰长度 气体在窑内的流速 煤粉燃烧的速度 煤粉燃烧速度快，使火焰长度缩短。影响煤粉燃烧速度 有： 煤粉细度、喷煤嘴的形式和直径、煤的挥发分 挥发分高，着火早，且使煤的发热过程持续较长的距离， 因此火焰长；挥发分低的煤，绝大部分的热能在很短的距离内 就被释放出来，这样使火焰集中，火焰短，有时还会出现局部 高温。 第三节 回转窑内的煅烧 六、回转窑内的煤粉燃烧及对火焰的要求 1、火焰形状 （1）火焰长度 （2）火焰粗细 一般，火焰应均匀地充满整个窑截面，外廓与窑皮之间保 持100-200mm的空隙，即近料而不触料，一般应在不易烧坏窑皮 和窑衬的前提下，尽可能使火焰接近物料，有利于热量的交换 、熟料的煅烧，又不至于损坏窑皮和耐火砖。 火焰的粗细与燃烧器有关。否则会出现窑皮挂不牢、耐火 砖剥落、筒体温度高、红窑、熟料的烧失量高、易出现黄心料 ，进而使热耗高、熟料质量差、产量低、砖耗高等不正常。 第三节 回转窑内的煅烧 六、回转窑内的煤粉燃烧及对火焰的要求 1、火焰形状 （1）火焰长度 （2）火焰粗细 （3）火焰的完整性 表示火焰在其任何一个横断面上均呈现圆形，通过中心线 的纵断面呈柳叶形，最好是棒槌形。 影响因素较多，如燃烧器与窑相对位置，燃烧器本身的性 能，窑的工况，窑尾排风机的吸力，二次风的强度和分布，窑 内结圈与否等。 第三节 回转窑内的煅烧 六、回转窑内的煤粉燃烧及对火焰的要求 1、火焰形状 （1）火焰长度 （2）火焰粗细 （3）火焰的完整性 （4）火焰根部 根部称为黑火头。黑火头过长，则影响火焰的有效长度， 使回转窑的有效传热面积降低，对煅烧不利； 黑火头过短，出窑熟料温度提高，使冷却机热负荷增加； 黑火头太短，则煤粉出喷口就燃烧，易烧坏喷煤嘴，不利 于窑的安全运转。 新型干法窑使用多通道燃烧器，黑火头可以大大缩短，有 的基本没有黑火头，所以对其燃烧器喷煤嘴的材质要求较高。 第三节 回转窑内的煅烧 六、回转窑内的煤粉燃烧及对火焰的要求 1、火焰形状 （1）火焰长度 （2）火焰粗细 （3）火焰的完整性 （4）火焰根部 （5）良好的火焰形状：既可保护窑口，又使火焰长度在整 个烧成带进行高效的热交换，以达到优质高产低耗，延长窑的 安全运转，同时能保护燃烧器喷嘴不会过早烧坏，保证筒体温 度均衡。 第三节 回转窑内的煅烧 这种火焰过短、过肥、无黑火头。会使窑前部温度过高， 对烧成和窑皮、耐火砖等不利，不是完整的火焰 这种火焰过长、过细，（根部）黑火头过长。不能满足熟 料煅烧的要求，易使窑尾温度过高，极易造成煤粉后燃，煤灰 沉积，产生结皮、结圈等不正常现象。 第三节 回转窑内的煅烧 这种火焰主要是由于多通道燃烧器出现问题，如喷头各层 钢管烧损变形等。及燃烧器与窑的相对位置不当等原因所致。 这种火焰通常是由于结后圈使气流阻力增大、窑尾排风不 足、抽力过小，也就是窑尾负压减小，窑内结大球等原因引起 。 第三节 回转窑内的煅烧 六、回转窑内的煤粉燃烧及对火焰的要求 1、火焰形状 2、火焰性能 （1）火焰温度：火焰温度应比烧成温度高出350-500。 不能过低或过高。 （2）火焰性质：是指火焰是氧化焰还是还原焰。应为氧化 焰。一、二次风问题与燃烧所需空气量之比，称为“过剩空气 系数”，一般控制在1.05-1.10之间。 （3）火焰的强度：必须保证在整个火焰长度上都能进行高 度的热交换，同时又不允许产生局部过热。 第三节 回转窑内的煅烧 七、回转窑煅烧特点 1在烧成带，硅酸二钙吸收氧化钙形成硅酸三钙，其化学 反应热接近0，为微吸热反应，只是在熟料形成过程中生成液相 时需极少量的热。但是为使f-CaO吸收比较完全，并使熟料矿物 晶体发育良好，获得高质量的水泥熟料，必须使物料在烧成带 保持一定的高温和足够的停留时间。新型干法窑烧成带物料约 停留10-15min。 2在分解带，碳酸钙分解需要吸收大量的热量，但窑内传 热速率很低，而物料在分解带内的运动速率又很快，是影响回 转窑内熟料煅烧的主要矛盾之一。 第三节 回转窑内的煅烧 七、回转窑煅烧特点 3降低理论热耗、减少废气带走热损失和筒体表面的热损 失、降低料浆水分或改湿法为干法等降低熟料热耗，提高窑的 热效率的主要途径。 4存在热工上的经济产量范围。 5回转窑的预热能力和烧结能力之间存在着矛盾，或者说 回转窑的发热能力和传热能力之间