新型干法水泥回转窑系统

新型干法水泥回转窑系统 水泥是一种细磨材料 它加入适量水后 成为塑性浆体 这种浆体是既能在空气中硬化 又能在水中硬化 硬化后要达到一定的强度 并能把砂 石等材料牢固地胶结在一起的水硬性胶凝材料 水泥生产的过程是要经过 二磨一烧 即生料磨 水泥窑和水泥磨 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 水泥窑 回转窑 立窑 干法中空回转窑 湿法回转窑 立波尔窑 半干法生产 悬浮预热器窑 SP窑 窑外分解窑 NSP窑 新型干法水泥回转窑系统 1 1系统概述1 1 1工作原理 1 生料2 燃料3 气体 入分解炉煤 60 70 入窑煤 40 30 一次空气 输送煤粉的二次空气 来自冷却机的三次空气 进入分解炉的 1 1 2重要的技术指标两个主要的评价指标 产量 热耗几个典型的技术指标 1 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 G 回转窑的产量 kg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mr 生产每千克熟料所需要的燃料量 kg煤 kg熟料 kJ h 2 水泥熟料的实际烧成热耗 kJ kg熟料 3 回转窑内燃烧带的截面热力强度 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 4 回转窑内燃烧带的表面热力强度 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 5 回转窑内燃烧带的容积热力强度 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 物料填充系数 6 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 1 04 1 10范围较合理7 回转窑内的热效率 Qsh 水泥熟料理论热耗 在没有热量损失和物损失时 由0 的干生料烧成1kg水泥熟料所需要的热量 kJ kg熟料 8 入窑生料分解率 两种表示方法 1 表观分解率e 指从窑尾取得入窑料样 分析其烧失量计算而得的分解率 所取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率 2 真实分解率 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 1 2 1旋风预热器的工作原理 1 生料粉在废气中分散与悬浮 2 气 固之间换热 在联结管道内完成 3 气 固相的分离 生料粉的收集 在旋风筒内完成 1 2悬浮预热器 分类 旋风筒和立筒基本流动方式 旋转流和喷射流功能 分散 换热 分离 影响旋风筒气固分离效率的主要因素 1 旋风筒的直径 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 进风口结构应以保证能沿切向入筒 减小涡流干扰为佳 进风口的形状现多采用多边形 进风口的尺寸应保证进口处工况风速在15 25m s范围为宜 3 出风管 内筒 的尺寸和插人深度 一般来说 出风管 内筒 的直径越小 插入深度越深 旋风筒的气固分离效率越高 4 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 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 注意 分离效率的提高会影响到流动阻力损失的增大 在具体生产和设计过程中一定注意综合考虑这两项指标 旋风筒即要高分离效率有要地阻力损失 1 2 2影响旋风预热器预热效率的因素 因素之一 粉料在管道中的悬浮保证悬浮效果的几项措施 1 选择合理的喂料位置 一般情况下 喂料点距出风管起始端应有大于1m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速有关 2 选择适当的管道风速一般要求粉料悬浮区内的风速在10 25m s之间 通常要求大于15m s以上气流的冲击悬浮能力 可在悬浮区局部缩小管径 使气体局部加速以增大冲击力 3 在喂料口加装撒料装置 目的是促使物料分散 4 来料均匀性 换热方式已对流换热为主悬浮换热效果取决于生料在气流中的分散程度 用多个旋风换热单元相串联组成旋风预热系统 因素之二 气 固相的传热 因素之三 气 固相的分离气 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 1 开发新型高效 低阻的旋风筒 2 开发新型换热管道 3 开发新型锁风阀 4 开发新型撒料装置 1 2 4各级旋风预热器性能的配合 以5级为例 1 各级旋风筒的气固分离效率 2 各级旋风筒的表面散热损失 3 各级旋风筒的漏风量 1 2 5各级旋风预热器串联级数的选择 P29 1 2 6旋风预热器分类以及几种典型的旋风预热器 分类 传统的 洪堡型旋风预热器 阻力大 新型的 低压损旋风筒 阻力小 书上表1 5 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 2 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 4 旋风筒下料口结构的改进5 旋风筒旋流方式的改进 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 插入深度减小等 试验研究证明 其流速分布比较较合理 气固分离效率较高 90 96 处理气体量较大 流体阻力较小 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 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 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 中部各级采用的是低压损旋风筒 其排气管 内筒 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 降低旋风筒中的阻力损失 1 3分解炉1 3 1窑外分解技术 在悬浮预热器与回转窑之间增加一个新热源 分解炉 将生料中碳酸钙分解过程提到窑外进行 加快其分解提高其分解率 如要分解率课题高到85 90 预分解窑的特点 与其它窑相比 1 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碳酸钙分解的任务 2 热工特点 窑尾增加 第二热源 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衬料的热负荷 延长了回转窑的寿命 3 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 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 按炉内主气流运动形式来分 1 3 2分解炉的分类 旋流式 旋流效应喷腾式 喷腾效应悬浮式 悬浮效应流化床式 流态化效应 发展趋势 按全窑系统主气流运动方式来分 第一种类型 a 第二种类型 b 第三种类型 c c1 c2 c3 综合效应 按制造厂家的公司名称来分 P39表1 6 综合效应 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 炉体 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位流场 力求提高炉内气 固滞留时间比 s g 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 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 并能踢高燃料的燃尽率 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 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 a 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 冷却机选型不受限制 缺点是过多的空气通过窑内 影响窑的操作 b 目前常用形式特点 分解炉所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 优点是保证炉内燃料在纯空气中燃烧 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 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器系统 c3 窑气从窑尾排出 可余热利用或旁路防风 半同线型 异线型 旁路放风型 1 3 3几种典型分解炉的结构特征简介 评议分解炉的特征要点 1 气体流动 气体进入方式 窑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 3 分解炉的温度 4 燃料燃烧条件 5 粉料与气体的停留时间 1 NSF型和CSF型NSF型炉 结构 上部 圆柱 圆锥体 为反应室下部 旋转涡壳 涡旋室特点 气体 窑气 预热空气经涡旋室混合后形成喷旋叠加的湍流运动混合 回旋进入反应室燃料 通过几个喷煤嘴从漩涡室顶侧向下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 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 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 CSF型 在NSF上改进 主要改进 1 在分解炉上部设置了一个涡流室 使炉气呈螺旋形出炉 2 将分解炉与预热器之间的联接管道延长 相当于增加了分解炉的容积 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 2 RSP型炉 RSP型炉 结构 左部 混合室 MC室 右部 上部旋风预燃室 SB炉 下部涡旋分解室 SC炉 特点 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 生料 从SC室喂入 被三次风分散 气体 窑气经上升管道喷腾进入 热空气从SC炉的内侧以切线方向送入 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RSP型炉 3 SLC分解炉结构 上部 缩口中部 圆柱体下部 圆锥体特点燃料 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 生料 生料分两次加入 分散效果好气体 三次风喷腾而入 无窑气进入 SLC S分解炉 SLC D分解炉 4 D D炉 结构 上部 圆柱体中部 圆柱体下部 倒锥体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气体 三次风径向而入 窑气喷腾进入燃料 分两部分 90 的燃料在三次风处进入 与空气充分燃烧 10 的在下部倒锥体进入 燃料燃烧处于还原态生料 生料在中部圆柱体进入 处于悬浮态 根据工艺性能分四个区段 第一区 为脱NOx的还原区 位于D D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D D分解炉中部圆筒中线之下部位 第三区 为主燃烧区 位于D D分解炉圆筒部分中线之上第四区 为完全燃烧区 位于上部圆柱体内 5 NKSV型炉 结构 上部 圆柱体中部 圆柱体下部 倒锥体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气体 三次风切向旋转而入 窑气喷腾进入 燃料 分两部分 主喷嘴在三次风管上方 与空气充分燃烧 辅助喷嘴在下部倒锥体进入 燃料燃烧处于还原态生料 分两部分一部分从三次风管上部喂入 一部分则从中部圆柱体喂入 根据工艺性能分四个部分 喷腾床 旋流室 辅助喷腾床 混合室 5 N MFC型炉 结构 上部 圆柱体下部 倒锥体气体 三次风切向而入 流化空气入炉窑气喷腾进入 燃料 从倒锥体下部进入 与流化空气直接接触 生料 从倒锥体上部进入 根据工艺性能分四个区 流化区 供气区 涡流区 稀薄流化区 悬浮区 6 Prepol 普列波尔系列与Pyroclon 派洛克朗 7 国内开发的分解炉炉型 P67表1 9 1 4回转窑与冷却机 填充率 5 17 扇面面积与窑内横断面面积之比的百分数 为回转窑内的物料填充率 回转窑的工作原理 窑内有过渡带 烧成带 冷却带 回转窑是一个燃烧装置 热交换装置 化学反应器 输送设备 1 4 2水泥熟料冷却机1 4 2 1概述 1 水泥熟料冷却机的功能与作用 1 作为工艺设备 它承担对高温熟料的骤冷任务 骤冷可以阻止水泥熟料中矿物晶体的长大 特别是阻止C3S晶体的长大 还可以使液相凝固成玻璃体 使Mgo及C3A大部分固定在玻璃体内 提高水泥熟料的活性 防止 C2S向rC2S的转变 2 作为热工设备 冷却水泥熟料 并对入窑二次风 入炉三次风的加热升温任务 有利于燃料的着火和预燃 3 作为热回收设备 对出窑熟料携带出去的大量热焓进行回收 回收的热量约1250 1650kJ kg熟料 4 作为输送设备 输送水泥熟料 冷却机的评价指标 1 冷却机三个效率 热效率 从出窑孰料中回收 且重新入水泥熟料烧成系统的总热量与出窑熟料物理热的百分比 QR l 从出窑水泥熟料中回收的且重新入水泥熟料烧成系统的总热量Q 出窑熟料的物理热 kJ kg 熟料 Qloss s 冷却机总的热损失 kJ kg 熟料 Qair 冷却机排出气体 包括余风和煤磨干燥风 带走的物理热 kJ kg熟料 Qm 出冷却机水泥熟料带走的物理热 kJ kg 熟料 Qdis l 冷却机散热损失Qsec a 入窑二次风的物理热kJ kg 熟料 Qtec a 入窑三次风的物理热kJ kg 熟料 冷却效率 从出窑熟料中回收的总热量与出窑熟料物理热的百分比 空气升温效率 离开冷却机第i个室的冷却空气和鼓入该室冷却空气之间的温度差与该室内水泥熟料的平均温度之比 ta1i ta2i 分别为鼓入和离开冷却机第i室的冷却空气温度 tclin 在冷却机第i室内篦板上熟料的平均温度 一般用进 出该室的水泥熟料之间的对数平均温度来进行计算 水泥熟料冷却机的这三个效率越大越好 一般 cL为40 80 cL为40 80 i 90 2 入窑二次风温度和入炉三次风温度入回转窑的二次风温度和入分解炉的三次风温度值越高越好 一般二次风温在900 1100 的范围 三次风温在400 800 的范围 3 出冷却机的熟料温度出冷却机的熟料温度越低越好 越低表示熟料被冷却的越充分 一般出冷却机的熟料温度在70 300 的范围 现代化的篦式冷却机一般能够将熟料冷却到100 以下 4 环境保护 噪声污染与粉尘污染要低 5 投资费用 设备费用及土建费用要低 6 操作费用 动力消耗 维护 维修费用要低 1 4 2 2冷却机的分类以及常用的冷却机简介 篦式冷却机 骤冷式冷却机 出回转窑的水泥熟料进入篦式冷却机后在器内的壁板上铺成一定厚度的料层 鼓入的冷空气垂直地穿过壁床上运动着的料层使水泥熟料骤冷 推动篦板由固定篦板和活动篦板相间排列所组成 篦板要求耐热 耐磨 其上有许多缝或圆孔 使得从下向上鼓入的冷却空气能够垂直地通过熟料层 活动篦板在传动装置的带动下成排地位于固定篦板之间 沿前后方向作水平的往复运动 将熟料推向前进 推动篦式冷却机分为第一代 第二代和第三代产品 第一代产品 第一代产品 第二代产品 第二代产品 第三代产品 1 5新型干法水泥熟料烧成系统的均衡稳定操作与防止结皮堵塞的措施 新型干法水泥烧成系统核心是悬浮预热技术与窑外分解技术 保证整个系统安全 高效 稳定 正常地运转 达到优质 高效 低消耗 低污染的效果必须与原料 燃料预均化技术 生料均化技术 自动检测和自动控制技术 新型粉磨技术 先进管理技术等许多现代化的技术完美地结合起来 保证全窑系统的最佳且稳定的热工制度必须 五稳保一稳 生料化学成分稳定生料喂料稳定燃料成分 热值 煤的细度或油的雾化等指标 稳定燃料喂入量稳定设备 包括通风设备 运转稳定 五稳 一稳 全窑系统热工制度稳定 温度制度 压强制度 气氛制度 1 5 1均衡稳定操作 均衡稳定生产的重要性 1 均衡稳定 对提高原料 燃料预均化效果提出了要求 2 均衡稳定 是实现生料配料和烘干粉磨最优控制的必需 3 均衡稳定 是保持新型干法水泥回转窑系统最佳热工制度的关键 4 均衡稳定 是要求实现生产过程自动化的基础和目的 5 均衡稳定 是提高收尘设备效率的需要 新型干法水泥熟料烧成系统的热工控制参数 1 回转窑的转动力矩熟料被窑壁带起的高度越高转动力矩越大 2 回转窑窑尾 分解炉和预热器出口气体成分O2含量多 表示供风 或漏风 过剩 CO存在 则表示风量不足 对于装有电收尘的系统 分解炉出口 最下一级旋风筒出口与最上一级旋风筒出口气体中 CO十H2 的含量要严格地加以控制 否则会发生爆炸事故 当预热器出口处 最上一级旋风筒出口处 气体中的 CO H2 0 2 时 就会报警 若预热器出口处气体中的 CO H2 0 6 则要自动跳闸 以保证安全 指示出窑内 分解炉内或全窑窑系统燃料 燃烧情况 通风情况 漏风情况 3 回转窑窑尾气体温度回转窑窑尾气体温度可以反映出窑内热力分布 4 分解炉或最下一级旋风筒出口气体的温度对于NSP系统 最下一级旋风筒出口气体的温度值表征着预热生料在分解炉内的预分解状况 这个值的控制范围860 890 烧成带熟料温度燃烧过程中NOx生成量与燃料中含氮量多少 助燃空气中含氮量多少有关 过剩空气系数和燃烧温度有关 在回转窑系统中测量NOx的含量 一方面是为了控制其排放浓度 以保护环境 另一方面检测控制烧成带温度 1 5 2防止结皮堵塞的事故结皮定义 指生料在设备内的边壁上或联结管道内的边壁上逐步分层粘挂而形成的疏松 层状的覆盖物 结皮的危害 会使正常的气流流动和物料运动受阻 造成堵塞 严重时还会导致生产上停产的事故发生 结皮的原因 是含有挥发性有害成分 R2O S C1 等 的生料在较低温度下就能产生小部份熔融物 称为湿液薄膜 物料表面的粘膜再与纤维状或网状物质 硫酸盐 交织在一起就会形成结皮 结皮形成 碱在预热生料中的富集 碱的来源 主要是粘土质原料及泥灰质石灰岩 小部分来自燃料煤碱富集 现象与新型干法水泥熟料烧成系统中碱的 内循环 碱的外循环 有关 碱的内循环 由生料及燃料带入的碱 氯 硫的化合物在回转窑内的高温带逐步挥发出来呈气态 挥发顺序为碱的氢氧化物 碱的氧化物 碱的硫酸盐 挥发出来的碱 氯 硫是以气相的形式与出窑废气一起被带到窑尾系统 随着温度的降低 挥发物冷凝在生料粉的表面上 特别是K2O在预热器中的冷凝率高达8l 95 Na2O的冷凝率较低 冷凝的碱 氯 硫随生料又重新回到回转窑中 这样循环往复 逐渐积聚起来 当该系统中的碱 氯 硫挥发物达到一定浓度时 挥发物含量才能够保持大体上不变 但其浓度却远远高于入系统生料或出系统熟料中碱 氯 硫的含量 这就是所谓的 碱的内循环 现象 碱的外循环 被预热器后面的收尘系统收集下来的飞灰 如果重新随生料入悬浮预热器预热 而后进入分解炉 再到回转窑内煅烧 就会将其中的碱成分重新带入到煅烧系统中 这样的碱循环被称为 碱的外循环 现象 结皮的形成还与煤灰的成分有关 如果煤灰属低熔点灰分 它在高温气流中必然会过早地出现液相 从而促进了结皮的形成 防止堵塞事故措施 1 要保证均衡稳定的操作 若系统中的加料量突然减少 则高温气流中多余的热量就会使生料的温度骤升 会导致预热生料因温度升高而发粘 造成结皮堵塞 若来料量突然加大 有可能会直接导致旋风筒中锥体部分的物料发生堵塞而影响整个系统的工作 2 要对原料 燃料中的碱 氯 硫等有害成分进行限制 新型干法窑对生料的一般要求 碱含量 R2O 1 5 氯含量 C1 0 015 燃料中硫含量 S 1 3 强调硫碱比接近于1 避免使用高灰分及灰分熔点低的煤 3 利用空气炮技术以及经常定期清扫 4 采用旁路放风技术 5 在因碱富集结皮而容易发生堵塞的直筒部位多加生料 这样可以减轻结皮程度 甚至消除此处的结皮 固体燃料煤燃烧方法 1 6固体燃料煤的燃烧设备 层燃燃烧法 直接燃烧未经加工的块煤 沸腾燃烧法 将低质 劣质碎煤用流态化的原理进行燃烧 煤粉燃烧法 先将原煤烘于同时粉磨成煤粉 然后将煤粉用喷燃法进行燃烧 1 8 1煤粉燃烧技术将煤在煤磨中磨成一定细度的煤粉 并对其进行烘干 再通过小量的空气以一定的动量携带煤粉送至需要煤粉燃烧的地方进行燃烧以放出热量 输送煤的空气为一次空气或一次风 从其他地方送至煤粉燃烧处的 热 空气被称为助燃空气 燃烧煤粉所用的装置为喷煤管 煤粉喷嘴 1 水泥回转窑内的煤粉燃烧特点 具有一定动量的空气 一次风 携带一定量的煤粉喷入水泥回转窑内实现着火燃