ccl-窑炉工艺学-水泥熟料

1、材料科学与工程学院材料科学与工程学院 无机非专业无机非专业 主讲主讲: : 陈常连陈常连 2015.32015.3窑炉工艺学窑炉工艺学(KILN TECHNOLOGY)团结团结 严谨严谨 勤奋勤奋 求实求实 教学内容第第6 6章章: :水泥熟料煅烧设备水泥熟料煅烧设备教学大纲教学大纲第6章 水泥熟料煅烧设备6.1 6.1 分类分类6.2 6.2 回转窑煅烧设备回转窑煅烧设备6.3 6.3 新型干法窑系统中预烧过程和设备新型干法窑系统中预烧过程和设备 6.4 6.4 回转窑结构及其工作原理回转窑结构及其工作原理 6.5 6.5 熟料的冷却及设备熟料的冷却及设备 6.6 6.6 回转窑系统的设计计

2、算回转窑系统的设计计算 水泥的发明是一个渐进的过程。水泥生产技术随着社会生产力发展，水泥的发明是一个渐进的过程。水泥生产技术随着社会生产力发展，也有一个不断进步、成熟和完善的过程。今天，人们把水泥的生产过程也有一个不断进步、成熟和完善的过程。今天，人们把水泥的生产过程形象的概括为形象的概括为“二磨一烧二磨一烧”，即按一定比例配合的原料，先经粉磨制成，即按一定比例配合的原料，先经粉磨制成生料，再在窑内烧成熟料，最后通过粉磨制成水泥。在这个过程中，窑生料，再在窑内烧成熟料，最后通过粉磨制成水泥。在这个过程中，窑是核心设备，所以人们在研究水泥技术发展史的时候，往往以窑为代表。是核心设备，所以人们在研

3、究水泥技术发展史的时候，往往以窑为代表。回顾这过去的近二百年，水泥生产先后经历了仓窑、立窑、干法回转窑、回顾这过去的近二百年，水泥生产先后经历了仓窑、立窑、干法回转窑、湿法回转窑和新型干法回转窑等发展阶段，最终形成现代的预分解窑新湿法回转窑和新型干法回转窑等发展阶段，最终形成现代的预分解窑新型干法。型干法。仓窑仓窑18241824年阿斯普丁获得波特兰水泥专利时所用的煅烧设备叫瓶窑年阿斯普丁获得波特兰水泥专利时所用的煅烧设备叫瓶窑（Bottle KilnBottle Kiln），其形状像瓶子，因此而得名。），其形状像瓶子，因此而得名。18721872年强生在瓶窑的年强生在瓶窑的基础上，发明专门用

4、于烧制水泥的仓窑，并获得专利。基础上，发明专门用于烧制水泥的仓窑，并获得专利。立窑立窑18841884年在德国，狄兹年在德国，狄兹赫（赫（DietzschDietzsch）发明立窑，）发明立窑，并取得专利权。丹麦人史并取得专利权。丹麦人史柯佛（柯佛（SchoeferSchoefer）对立窑）对立窑进行了多次改进。进行了多次改进。19131913年年前后，德国人在立窑上开前后，德国人在立窑上开始采用移动式炉篦子始采用移动式炉篦子（Movable GrateMovable Grate）使熟料）使熟料自动卸出，同时进一步改自动卸出，同时进一步改善通风。善通风。干法回转窑干法回转窑经过十八年来的一次次

5、试验和一次次失败，在经过十八年来的一次次试验和一次次失败，在18951895年，美国工程师年，美国工程师亨利（亨利（HurryHurry）和化验师西蒙（）和化验师西蒙（SeamanSeaman）进行回转窑煅烧波特兰水泥的试）进行回转窑煅烧波特兰水泥的试验，终于获得成功，并在英国取得第验，终于获得成功，并在英国取得第2314523145号专利证。号专利证。18971897年德国贝赫门年德国贝赫门（I. A. BachmanI. A. Bachman）博士发明余热锅炉窑。）博士发明余热锅炉窑。19281928年，立雷帕博士与德国水年，立雷帕博士与德国水泥机械公司伯力鸠斯（泥机械公司伯力鸠斯（Pol

6、ysiusPolysius）合作，制造出窑尾带回转篦式加热机）合作，制造出窑尾带回转篦式加热机的干法回转窑。的干法回转窑。湿法回转窑湿法回转窑19121912年前后，丹麦史密斯（年前后，丹麦史密斯（F. L. SmithF. L. Smith）水泥机械公司用白垩土和）水泥机械公司用白垩土和其他辅助原料制成水泥生料浆，在回转窑上用它取代干生料粉进行煅烧其他辅助原料制成水泥生料浆，在回转窑上用它取代干生料粉进行煅烧试验，取得成功，从而开创出湿法回转窑生产水泥的新方法。试验，取得成功，从而开创出湿法回转窑生产水泥的新方法。新型干法回转窑新型干法回转窑曾在丹麦史密斯水泥机械公司工作过的工程师伏杰尔彦琴

7、森（曾在丹麦史密斯水泥机械公司工作过的工程师伏杰尔彦琴森（M. M. Vogel-JorgensenVogel-Jorgensen）于）于19321932年年6 6月月1 1日向捷克斯洛伐克共和国专利办公室日向捷克斯洛伐克共和国专利办公室（Patent OfficePatent Office）首次提出四级旋风筒悬浮预热器的专利申请。专利于）首次提出四级旋风筒悬浮预热器的专利申请。专利于19341934年年7 7月月2525日被批准并公布，编号为日被批准并公布，编号为4816948169。19511951年德国工程师密勒（年德国工程师密勒（F. F. MullerMuller）对专利内容作了多处

8、改进，在此基础上洪堡公司制造出世界上）对专利内容作了多处改进，在此基础上洪堡公司制造出世界上第一台四级旋风悬浮预热器。悬浮预热器简称第一台四级旋风悬浮预热器。悬浮预热器简称SPSP，这是，这是Suspension Suspension PreheaterPreheater的缩写。的缩写。19711971年，日本石川岛播磨重工业公司在洪堡窑的基础年，日本石川岛播磨重工业公司在洪堡窑的基础上首创水泥预分解窑。预分解窑简称上首创水泥预分解窑。预分解窑简称NSPNSP窑，窑，NSPNSP是是New Suspension New Suspension PreheaterPreheater的缩写，即新型悬

9、浮预热器的缩写。的缩写，即新型悬浮预热器的缩写。 一一 立窑立窑 是一种竖式固定床熟料煅烧设备：含煤生料球从窑是一种竖式固定床熟料煅烧设备：含煤生料球从窑顶喂入窑内，料球自上而下运动，空气自下而上运动。其物顶喂入窑内，料球自上而下运动，空气自下而上运动。其物理化学变化与回转窑大致相同，将立窑自上而下分为三带：理化学变化与回转窑大致相同，将立窑自上而下分为三带：。6.1 分类 窑体形状对窑体形状对物料在窑内的运物料在窑内的运动和气流在窑内动和气流在窑内的分布具有重要的分布具有重要意义。常见有四意义。常见有四种：种：（图（图7.37.3），）， 图图7.3 7.3 机械化水泥立窑系统机械化水泥立窑

10、系统1.1.烟囱；烟囱；2.2.撒料溜子；撒料溜子；3.3.窑体；窑体；4.4.耐火砖；耐火砖；5.5.腰风管；腰风管；6.6.底风管；底风管；7.7.传送装置；传送装置；8.8.电动机；电动机；9.9.密封卸料密封卸料. .6.1 分类 窑的内径由煅烧产物性质，温度，操作灵活程度等因素窑的内径由煅烧产物性质，温度，操作灵活程度等因素来确定。一般对煅烧白云石的立窑内径在来确定。一般对煅烧白云石的立窑内径在1.6-2.5m1.6-2.5m，石灰石，石灰石的立窑的立窑2.4-4.0m2.4-4.0m，水泥立窑，水泥立窑2.5m0.2%H20.2%要报警；若要报警；若0.6%0.6%要自动跳闸。要自

11、动跳闸。6.3新型干法窑系统中预烧过程和设备 第第6章章 水泥熟料煅烧设备水泥熟料煅烧设备5.5.窑尾气体温度窑尾气体温度控制在控制在90090010501050范围内为宜。范围内为宜。6.6.分解炉或最下一级旋风筒出口气体温度分解炉或最下一级旋风筒出口气体温度记为记为TfTf或或Tgc4Tgc4。对于。对于NSPNSP窑，窑，TfTf820820900900，对于对于SPSP窑窑Tgc4Tgc4800800850850。 6.3新型干法窑系统中预烧过程和设备 第第6章章 水泥熟料煅烧设备水泥熟料煅烧设备四、四、NPNP窑和窑和NSPNSP窑的发展过程与动向窑的发展过程与动向a) 50a) 5

12、0年代开发的年代开发的NPNP窑，虽然节能效果好，但由于对窑，虽然节能效果好，但由于对原料有害成分的敏感，使结皮堵塞事故频繁，故相当原料有害成分的敏感，使结皮堵塞事故频繁，故相当长一段时间，在生产上都致力于解决窑的长期稳定、长一段时间，在生产上都致力于解决窑的长期稳定、安全运转的问题。安全运转的问题。b) 70b) 70年代初期开发的预分解技术，使回转窑系统的年代初期开发的预分解技术，使回转窑系统的煅烧过程明显地划分为预热、预分解和烧成三个主要煅烧过程明显地划分为预热、预分解和烧成三个主要阶段，并分别在高效的设备中完成。从而促进了窑系阶段，并分别在高效的设备中完成。从而促进了窑系统总体性能的提

13、高。统总体性能的提高。6.3新型干法窑系统中预烧过程和设备 第第6章章 水泥熟料煅烧设备水泥熟料煅烧设备c) c) 石油危机和能源价格上涨，促使窑外分解以煤代石油危机和能源价格上涨，促使窑外分解以煤代替油技术的研究与开发，成功地改造成许多烧煤生产替油技术的研究与开发，成功地改造成许多烧煤生产线，使经济性能得到了改善。线，使经济性能得到了改善。d) d) 近年来，又在预热器和分解炉单体结构上作了大近年来，又在预热器和分解炉单体结构上作了大量工作，许多高效低阻预热器和各具特点的分解炉陆量工作，许多高效低阻预热器和各具特点的分解炉陆续涌现，为进一步节约能源创造了条件续涌现，为进一步节约能源创造了条件

14、 6.3新型干法窑系统中预烧过程和设备 第第6章章 水泥熟料煅烧设备水泥熟料煅烧设备e) e) 但从热工角度来看，到目前为止，对一些先进的但从热工角度来看，到目前为止，对一些先进的生产线来说，进一步降低熟料烧成热耗，其难度已越生产线来说，进一步降低熟料烧成热耗，其难度已越来越大。这是因为熟料形成热值是取决于所用原料。来越大。这是因为熟料形成热值是取决于所用原料。因此节约热耗只能着眼于所谓三大热损失即：废气带因此节约热耗只能着眼于所谓三大热损失即：废气带走热量损失、冷却机废气带走热量的损失和系统散热走热量损失、冷却机废气带走热量的损失和系统散热热损失。目前，各项热损失已降到接近必需的程度，热损失

15、。目前，各项热损失已降到接近必需的程度，继续降低往往受条件制约。因此，一般认为当前在经继续降低往往受条件制约。因此，一般认为当前在经济上需要进一步解决的问题，主要是用劣质原料生产济上需要进一步解决的问题，主要是用劣质原料生产特种水泥和低品味燃料的充分利用。特种水泥和低品味燃料的充分利用。6.3新型干法窑系统中预烧过程和设备 第第6章章 水泥熟料煅烧设备水泥熟料煅烧设备f) f) 随着工业发展，对于生产的要求越来越高，包括随着工业发展，对于生产的要求越来越高，包括成本降低、环境保护等等。为了全面满足各方面要求，成本降低、环境保护等等。为了全面满足各方面要求，近期更明显地趋向于全系统的合理匹配，亦

16、即不过分近期更明显地趋向于全系统的合理匹配，亦即不过分追求系统中某些单体性能最佳，而强调预热器分解追求系统中某些单体性能最佳，而强调预热器分解炉管道回转窑冷却机系统总体效益最佳。为此炉管道回转窑冷却机系统总体效益最佳。为此出现了各种流程的组合。这可以认为是新型干法煅烧出现了各种流程的组合。这可以认为是新型干法煅烧技术正在向更高层次的发展，是当前技术进步的重要技术正在向更高层次的发展，是当前技术进步的重要发展动向。需要强调的是这个动向还刚刚开始，今后发展动向。需要强调的是这个动向还刚刚开始，今后应该以大量生产经验与数据的积累、科学的模型试验应该以大量生产经验与数据的积累、科学的模型试验和计算机模

17、拟为基础，运用优化的科学方法，不断取和计算机模拟为基础，运用优化的科学方法，不断取得更好的效益。得更好的效益。6.3新型干法窑系统中预烧过程和设备 第第6章章 水泥熟料煅烧设备水泥熟料煅烧设备五、我国新型干法窑系统的发展及现状五、我国新型干法窑系统的发展及现状1.1.我国对旋风预热器的研究是从我国对旋风预热器的研究是从19561956年开始，第一台年开始，第一台日产日产50t50t熟料中间试验窑于熟料中间试验窑于19581958年在上海水泥分厂建年在上海水泥分厂建成。成。2.2.立筒预热器的研究是从立筒预热器的研究是从19641964年开始，第一台日产年开始，第一台日产180t180t熟料的中

18、间试验窑于熟料的中间试验窑于19691969年在杭州水泥厂建成。年在杭州水泥厂建成。6.3新型干法窑系统中预烧过程和设备 第第6章章 水泥熟料煅烧设备水泥熟料煅烧设备3.3.窑外分解技术是从窑外分解技术是从19711971年开始研究，第一台日产年开始研究，第一台日产350t350t熟料的烧油窑外分解中间试验生产线于熟料的烧油窑外分解中间试验生产线于19761976年在年在吉林省石岭水泥厂建成。吉林省石岭水泥厂建成。4.4.烧煤的中间试验生产线于烧煤的中间试验生产线于19791979年在辽宁本溪水泥厂年在辽宁本溪水泥厂建成，其规模为日产建成，其规模为日产1200t1200t熟料。熟料。5.805.80年代开始陆续引进了一批日产年代开始陆续引进了一批日产200020004000t4000t的先的先进的进的NSPNSP生产线，并立足国内大力发展了若干日产生产线，并立足国内大力发展了若干日产7007002000t2000t的各类的各类NSPNSP窑，均取得了较好的生产效果，窑，均取得了较好的生产效果，使我国新型干法窑的技术水平有了一个飞跃。使我国新型干法窑的技术水平有了一个飞跃。6.3新型干法窑系统中预烧过程和设备 第第6章章 水泥熟料煅烧设备水泥熟料煅烧设备6.6.在自动化方面，我国新型干法水泥生产线上，已开在自动化方面，我国新型干法水泥生产线上，已开始采用自