第2章-水泥-2

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2.3.1 窑外分解技术的产生窑外分解技术的产生 (1) 传统传统“CaCO3的分解反应的

2、分解反应”：传统的传统的干法、湿法、半干法水泥回转窑以及干法、湿法、半干法水泥回转窑以及SP窑（悬窑（悬浮预热器窑）来说，水泥熟料烧成过程中耗热浮预热器窑）来说，水泥熟料烧成过程中耗热量最大的过程量最大的过程“CaCO3的的分解反应分解反应”全部或者全部或者大部分是在大部分是在回转窑回转窑内进行的。由于物料在回转内进行的。由于物料在回转窑内呈堆积状态，气流与物料的接触面积非常窑内呈堆积状态，气流与物料的接触面积非常有限，所以，传热速率低、传质过程有限，所以，传热速率低、传质过程(分解产分解产物向主气流扩散过程）较慢。物向主气流扩散过程）较慢。 (2) 半干法立波尔窑以及半干法立波尔窑以及SP窑

3、窑较好地解决较好地解决了生料的预热问题，使得水泥生料预热过程的了生料的预热问题，使得水泥生料预热过程的传热速率大大提高，而且还使得传热速率大大提高，而且还使得小部分小部分碳酸盐碳酸盐的的分解过程分解过程在在窑外完成窑外完成，入入窑生料的表观分解窑生料的表观分解率达到约率达到约35% (真实分解率只有约真实分解率只有约15%)。但是，。但是，CaCO3分解过程速度过慢的问题仍没有从根本分解过程速度过慢的问题仍没有从根本上得到解决，这就制约了回转窑产量的大幅度上得到解决，这就制约了回转窑产量的大幅度提高。提高。 (3) 借鉴了借鉴了悬浮态传热快，而石灰配料（用熟石灰悬浮态传热快，而石灰配料（用熟石

4、灰CaO代替石灰石代替石灰石CaC3配制水泥生料）产量高以及含油页岩作为水泥生料的原料可以增配制水泥生料）产量高以及含油页岩作为水泥生料的原料可以增产产的成功经验，便在的成功经验，便在SP窑（悬浮预热器窑）窑（悬浮预热器窑）的悬浮预热器（的悬浮预热器（SP）与回转）与回转窑之间增设一个新热源窑之间增设一个新热源 “分解炉分解炉 。从根本上解决了从根本上解决了“传统水泥回转传统水泥回转窑的预烧能力低，回转窑的产量受制于生料预烧效果窑的预烧能力低，回转窑的产量受制于生料预烧效果”的问题，其的问题，其结果是结果是：回转窑的单机产量大幅度提高回转窑的单机产量大幅度提高。即即“窑外预分解窑窑外预分解窑”

5、，简称：，简称：窑外分解窑窑外分解窑或预分解窑或预分解窑，国外称之为，国外称之为NSP窑或窑或 PC窑。窑。 普遍公认的世界上第一台窑外分解窑于普遍公认的世界上第一台窑外分解窑于1971年在日本研制成功，具体年在日本研制成功，具体是由日本石川岛是由日本石川岛-播磨重工业株术中占据了统治地位。播磨重工业株术中占据了统治地位。 预分解窑的特点预分解窑的特点(与其它窑相比）与其它窑相比）1）结构特点：）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；的任务；2）热工特点：）热工特点： 窑尾增加窑尾增加“第

6、二热源第二热源”，大部分燃料从分解炉内加入，改善了回转窑系，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。回转窑的寿命。3）工艺特点：）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窑外进行，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窑外进行，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

7、化，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加完善。使水泥熟料煅烧工艺更加完善。(a): 特点：分解炉所需助燃空气全部由窑内通过，特点：分解炉所需助燃空气全部由窑内通过，无三次风管无三次风管。 优点是可节省投资、操作简便、冷却机选型不受限制。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。缺点是过多的空气通过窑内，影响窑的操作。(b): 单独设立三次风管，目前常用形式单独设立三次风管，目前常用形式特点：分解炉所需助燃空气由三次风管提供，并在炉前或炉内特点：分解炉所需助燃空气由三次风管提供，并在炉前或炉内与窑气

8、混合与窑气混合。(c): 特点：分解炉所需助燃空气由三次风管提供，特点：分解炉所需助燃空气由三次风管提供，窑气不入炉窑气不入炉。 优点是保证炉内燃料在纯空气中燃烧。优点是保证炉内燃料在纯空气中燃烧。同线型同线型2.3.2 预分解窑流程的分类预分解窑流程的分类 分类：分类：按全窑系统按全窑系统主流气体运动方式主流气体运动方式分为以下分为以下3种种：（：（见见图图2. 27）(c1)：窑气在分解炉后与出分解炉的炉气混合窑气在分解炉后与出分解炉的炉气混合，再入预热器系统。，再入预热器系统。(c2)：窑气不与出分解炉的炉气混合窑气不与出分解炉的炉气混合，各自经过一个单独的预热，各自经过一个单独的预热

9、器系统器系统(c3): 窑气从窑尾排出窑气从窑尾排出，可余热利用或旁路防风，可余热利用或旁路防风半同线型半同线型异线型异线型旁路放风型旁路放风型按炉内主气流运动形式来分按炉内主气流运动形式来分2.3.3 分解炉的分类分解炉的分类旋流式旋流式旋流效应旋流效应喷腾式喷腾式喷腾效应喷腾效应悬浮式悬浮式悬浮效应悬浮效应流化床式流化床式流态化效应流态化效应发展趋势发展趋势“综合效应综合效应”按制造厂家的公司名称来分按制造厂家的公司名称来分按全窑系统主气流运动方式来分按全窑系统主气流运动方式来分第一种类型（第一种类型（a)第二种类型第二种类型 (b)第三种类型第三种类型 (c）(c1)(c2)(c3)旋流

10、式喷腾式悬浮式液化床式 目前目前开发开发的分解炉的分解炉大都趋向于采用以上各种效应大都趋向于采用以上各种效应的的“综合效应综合效应”，以力求优化分解炉内的以力求优化分解炉内的热量传递、质量传递、动量传递和化学反应过程热量传递、质量传递、动量传递和化学反应过程（简（简称称“三传一反三传一反”过程）。过程）。 具体来说，就是加强与促进生料与燃料在分解炉内的有效传热，引导具体来说，就是加强与促进生料与燃料在分解炉内的有效传热，引导与保证与保证分解炉内生料的快速分解，从而来达到提高分解炉综合效率的目分解炉内生料的快速分解，从而来达到提高分解炉综合效率的目的。的。 “综合效应综合效应”的发展主要体现在以

11、下几个方面：的发展主要体现在以下几个方面：1、改进分解炉的结构，使炉内具有合理的三维流场，力求提高炉内、改进分解炉的结构，使炉内具有合理的三维流场，力求提高炉内固、气滞留时间比固、气滞留时间比(s/g)，延长生料在分解炉内的滞留时间。，延长生料在分解炉内的滞留时间。2、保证生料向分解炉内、保证生料向分解炉内均匀喂料均匀喂料，尽快使生料分散且均匀分布。，尽快使生料分散且均匀分布。3、改进和保证分解炉用燃料、改进和保证分解炉用燃料燃烧器燃烧器的形式与结构，以及合理的布置燃烧器，使燃料尽快的形式与结构，以及合理的布置燃烧器，使燃料尽快点燃和燃烧，并能提高燃料的燃尽率。点燃和燃烧，并能提高燃料的燃尽率

12、。4、合理、合理匹配下料点、下煤点及三次风管匹配下料点、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，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。着火、燃烧和碳酸钙的分解。5、分解炉、分解炉优化布置优化布置在预分解窑系统的流程中。在预分解窑系统的流程中。6、适当扩大分解炉的容积，延长分解炉的出口管道形成、适当扩大分解炉的容积，延长分解炉的出口管道形成“炉体炉体+管道管道”的结构，延长其的结构，延长其留在分解炉内的停留时间留在分解炉内的停留时间7、扩大分解炉、扩大分解炉用煤的品种用煤的品种。以物料的高度分散以物料的高度分散为前提，为前提，以燃料的高效与完全燃烧

13、以燃料的高效与完全燃烧为关键为关键以生料的有效分解以生料的有效分解为目的，为目的，以环境保护与社会责任以环境保护与社会责任为已任。为已任。丹麦F. L.史密斯公司的 SLC-D分解炉2.3.3 几种典型分解炉的结构特征简介几种典型分解炉的结构特征简介 评议分解炉的特征要点：评议分解炉的特征要点： 结构特点结构特点 料、煤、风特点料、煤、风特点 优缺点优缺点(1) NSF型型结构：结构：上部：圆柱上部：圆柱+圆锥体，圆锥体， 为反应室为反应室下部：涡旋室下部：涡旋室特点：特点：燃料：燃料：通过几个喷煤嘴从通过几个喷煤嘴从漩涡室顶侧漩涡室顶侧向下向下 斜喷入三次风的空气流中，部分燃料斜喷入三次风的

14、空气流中，部分燃料 开始燃烧，边燃烧边进入反应室。开始燃烧，边燃烧边进入反应室。 生料：生料：分两部分，一部分从分两部分，一部分从反应室锥体反应室锥体部加部加 入，另一部分从入，另一部分从上升烟道上升烟道中加入。中加入。 气体：气体： 窑气、预热空气经涡旋室混合后窑气、预热空气经涡旋室混合后 形成喷旋叠加的湍流运动混合，形成喷旋叠加的湍流运动混合， 回旋进入反应室回旋进入反应室优点：优点：气、固之间的混合得到了改善，燃料燃烧完全，碳酸盐的气、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。分解程度高，热耗低。喷腾+旋流(2) RSP型炉：型炉：结构：结构： 左部：混合室（左

15、部：混合室（MC室）室） 中间：斜烟道中间：斜烟道 右部：上部旋流预燃室右部：上部旋流预燃室(SB炉炉) 下部涡旋分解室下部涡旋分解室(SC炉炉) 特点：特点： 燃料：燃料：在旋流预燃室喷入，与热空气直接在旋流预燃室喷入，与热空气直接接触而燃烧，燃烧效果好。接触而燃烧，燃烧效果好。 生料：生料：从从涡旋分解室涡旋分解室喂入，被三次风分散。喂入，被三次风分散。 气体：气体： 窑气窑气经上升管道喷腾进入，经上升管道喷腾进入，热空气热空气从从涡旋分解涡旋分解炉的内侧以切线方向送入，两炉的内侧以切线方向送入，两股气流一起进入混合室。股气流一起进入混合室。优点：优点：对燃料适应性强对燃料适应性强缺点：缺

16、点：结构比较复杂，系统通风调节比较结构比较复杂，系统通风调节比较 困困难，流动阻力损失大。难，流动阻力损失大。喷腾+旋流(3) D-D炉：炉：结构：结构：上部：圆柱体上部：圆柱体 中部：圆柱体中部：圆柱体 下部：倒锥体下部：倒锥体 两个圆柱体之间设有缩口，形成二次喷腾。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强化气流与生料间混合特点：特点：燃料：燃料：分两部分，分两部分，90%的燃料在三次风处的燃料在三次风处 进入，与空气充分燃烧。进入，与空气充分燃烧。10%的的 在下部倒锥体进入。燃料燃烧处在下部倒锥体进入。燃料燃烧处 于于还原态还原态生料：生料：生料在中部圆柱体进入，处

17、于悬浮态生料在中部圆柱体进入，处于悬浮态气体：气体：三次风径向而入，窑气喷腾进入三次风径向而入，窑气喷腾进入根据工艺性能分四个区段：根据工艺性能分四个区段：第一区：为第一区：为脱脱NOx的还原区的还原区，位于，位于 D-D分解炉底部倒锥体部分；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分解炉中部圆筒分解炉中部圆筒 中线之下部位；中线之下部位；第三区：为主燃烧区，位于第三区：为主燃烧区，位于D-D分解炉圆筒部分分解炉圆筒部分 中线之上中线之上;第四区：为完全燃烧区，位于上部圆柱体内第四区：为完全燃烧区，位于上部圆柱体内双喷腾型海螺水泥厂海

18、螺水泥厂筒体筒体轮带轮带托轮托轮挡轮挡轮密封装置密封装置传动装置传动装置附属设备附属设备2.4.1 2.4.1 回转窑的结构回转窑的结构由不同厚度钢板事先卷成的，筒体内镶砌有耐火材料，圆筒外面套由不同厚度钢板事先卷成的，筒体内镶砌有耐火材料，圆筒外面套装有几道轮带，筒体成一定斜度，坐落在与轮带相对应的托轮上。装有几道轮带，筒体成一定斜度，坐落在与轮带相对应的托轮上。1、筒体v轮带是一个坚固的大钢圈套装在筒体上，轮带是一个坚固的大钢圈套装在筒体上，支撑回转窑支撑回转窑（ 包括包括窑砖和物料）的全部重力；窑砖和物料）的全部重力；v轮带的重量从轮带的重量从2020吨吨（直径（直径3.6m3.6m）到

19、）到100100吨吨（直径（直径5.6m5.6m）不等；）不等；v轮带附近的壁厚增大，轮带附近的壁厚增大， 目的是减少托轮的目的是减少托轮的 压力而产生的变形。压力而产生的变形。2、轮带轮带轮带轮轮 带带托轮通过轴承支撑托轮通过轴承支撑在窑的基础上，轴在窑的基础上，轴承安装在水泥墩上承安装在水泥墩上主要作用是主要作用是驱动窑体转动驱动窑体转动3、托轮托轮托轮1、液压挡轮是围绕纵向轴运动的滚轮安装在窑尾轮带靠近、液压挡轮是围绕纵向轴运动的滚轮安装在窑尾轮带靠近窑头侧的平面上。窑头侧的平面上。2、作用：及时指出窑体在托轮上的运转位置是不否合理，、作用：及时指出窑体在托轮上的运转位置是不否合理，并限

20、制或并限制或控制窑体轴向窜动控制窑体轴向窜动。4、液压挡轮目的：保证窑的旋转和调节窑的转数目的：保证窑的旋转和调节窑的转数小齿轮小齿轮大齿轮大齿轮联轴器联轴器主减速机主减速机主电机主电机附属减速机附属减速机附属电机附属电机联轴器联轴器5、传动装置回转窑是在负压下操作的，在筒体与窑头罩、烟室连接的地方回转窑是在负压下操作的，在筒体与窑头罩、烟室连接的地方都存在缝隙，为防止漏风，必须设有密封装置，否则会漏风和都存在缝隙，为防止漏风，必须设有密封装置，否则会漏风和漏料。漏料。6、密封装置烧成带的轴流风机：保护筒体烧成带的轴流风机：保护筒体7、辅助设备传感器传感器筒体温度传感器；筒体温度传感器；用来测

21、定窑传动力矩的电流表或功率表；用来测定窑传动力矩的电流表或功率表；窑纵向高位或低位的传感器，用于控制液压挡轮。窑纵向高位或低位的传感器，用于控制液压挡轮。筒体、轮带、托轮、挡轮、密封装置、传动装置、附属设备筒体、轮带、托轮、挡轮、密封装置、传动装置、附属设备2.4.1 2.4.1 回转窑的结构回转窑的结构 物料物料 喂入回转窑后，由于筒体具有一定的斜度，并以喂入回转窑后，由于筒体具有一定的斜度，并以一定的速度回转，物料就会由窑尾向窑头运动。一定的速度回转，物料就会由窑尾向窑头运动。（1 1）物料物料在窑内是如何向前运动的？在窑内是如何向前运动的？回转窑内物料的运动（2 2）物料在窑内的运动速度怎样计算？）物料在窑内的运动速度怎样计算？。窑的转速，窑的有效内径，窑的倾斜角度物料的自然休止角min/rn;mD%5%36035i00FDBGCAE低低端端高高端端图图2-75 回转窑内物料充填与运动简图回转窑内物料充填与运动简图物料休止角物料休止角；