建筑材料热工设备-1-水泥窑-第4节 熟料冷却及设备

1、建筑材料热工设备过程装备与控制工程系严晗第一章 水泥回转窑3第4节 熟料的冷却及设备 水泥熟料煅烧热工过程中，预热、烧成和冷却是三个不可分割的工艺环节。熟料冷却机是水泥回转窑不可缺少的重要配套设备。(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

2、量约12501650kJ/kg熟料） (4)作为输送设备：输送水泥熟料1、水泥熟料冷却机的功能与作用：熟料必须进行冷却的主要原因是：n回收高温熟料的热量，用以预热助燃空气，改善燃料燃烧过程，节约能源。n熟料急冷有利于水泥强度的发挥，增强水泥抗硫酸盐性能，改善安定性，提高水泥质量。n冷却熟料，确保输送和储存熟料设施的安全运转。n熟料急冷后，易磨性得到改善，有利于粉磨。 在选用或评价冷却机时，应考虑以下技术经济指标：p 冷却机的热效率。 即从熟料中回收和用于煅烧过程的热量与熟料离窑时的总热焓量之比。计算公式如下：%100ABAL（2-73） 式中： L冷却机的热效率，； A熟料离窑时的总热焓量，k

3、J/kg熟料；B冷却机的热量损失（包括熟料和排出气体带走的热量、冷却机的辐射热损失等），kJ/kg熟料； 各种型式的冷却机热效率一般在4080之间。p 入窑二次空气温度。 入窑二次空气温度高，二次空气带入窑的热量多，冷却机热效率就高，一般入窑二次空气温度为4001000。p 熟料的冷却程度。 以熟料离开冷却机的温度来表示，一般在50300。p 操作费用。p 环境保护。 主要包括噪音污染及粉尘污染。主要包括冷却机的动力消耗及维护费用。p 投资费用。主要包括设备费用及土建费用。 单筒冷却机多筒冷却机回转篦式冷却机（立波尔窑）振动篦式冷却机推动篦式冷却机（预分解窑）新型多筒冷却机单筒冷却机（日产16

4、003700t熟料回转窑）熟料冷却机的分类如下：水泥熟料冷却机 筒式冷却机单筒式多筒式篦式冷却机 推动篦式振动篦式 回转篦式其他冷却机立筒式冷却机“g”型冷却机二、筒式冷却机（一）单筒冷却机 单筒冷却机是最早使用的冷却机，它与回转窑相类似，是一个支承在二对托轮上的回转圆筒，其内部装设耐火衬料和扬料装置。熟料由窑头卸落在冷却筒内，被扬料板提升与撒落，冷空气从冷却机出料端吸入，与熟料逆流接触并进行热交换，加热后空气全部进入窑内。单筒冷却机与回转窑的相对布置方式有逆流式与顺流式两种。单筒冷却机 图2-86为逆流布置方式，即冷却机内熟料运动方向与回转窑内物料的流动方向相反，反之则为顺流布置。顺流布置的

5、缺点是占地面积大。 单筒冷却机布置在回转窑的下面，需要提高烧成车间基础的高度。单筒冷却机的筒体直径一般为2.05.0m，长度为2050m，长径比为1012，斜度为34%。 单筒冷却机的单位容积生产能力为2.53.5t/m3。日，出冷却机熟料温度一般为150300，入窑二次空气温度为400750，干法窑的单筒冷却机热效率一般为5575%，湿法窑单筒冷却机的热效率约为78%左右。单筒冷却机的优缺点： 单筒冷却机结构简单，运转可靠，热效率较高，无废气收尘处理；但冷却机内高温熟料不能骤冷，出冷却机熟料温度较高，散热损失较大，不适应大型窑的配套，因而随着多筒冷却机的出现，特别是篦式冷却机的兴起，单筒冷却

6、机逐渐被替代。（二）多筒冷却机1普通多筒冷却机 自1922年丹麦史密斯公司的尤纳克斯多筒冷却机出现后，在水泥工业中得到了广泛的应用。这类冷却机由环绕在回转窑出料端的若干个（通常为614个）冷却筒所构成，筒直径一般为0.81.4m，长度为47m，为L/D4.55.5。冷却筒与窑连成一体，并随窑一起回转。每个冷却筒长度的1/4部分砌有耐火砖，其余部分装有链条或扬料板等。在回转窑的出料端窑体上开孔，用联结管将冷却筒和窑筒体联结起来，熟料从窑体上的卸料孔经联结管卸入冷却筒，与吸入冷却筒的冷空气进行逆流换热，预热后的空气全部入窑作为二次空气。多筒冷却机的结构如图2-87所示。P100普通多筒冷却机的优点

7、是： 构造简单，不需另设传动装置，电耗较低，无废气污染。普通多筒冷却机的缺点是： 冷却筒与窑连体，窑头胴体承受的机械负荷很大，从而限制了多筒冷却机冷却能力的进一步提高及在大型窑上的应用。且处于高温下的下料弯头容易损坏，造成漏风漏料，冷却筒散热损失大，热效率仅5565%，入窑二次空气温度一般比单筒冷却机低，出冷却机熟料温度一般在200300。2新型多筒冷却机 为了提高多筒冷却机的冷却能力及热效率，并应用在大型低热耗的干法预热器窑上，丹麦史密斯公司对传统设计作了重大改进，于1965年推出了新型尤纳克斯多筒冷却机。其他水泥公司自1970年起也开始研制生产各自的新型多筒冷却机。 它的主要改进措施是：

8、（1）冷却筒长度加长到长径比为812，窑筒壳体向前延伸成通道并超过冷却筒的长度，在冷却筒前的窑壳体上增设一组托轮4支承，以减轻窑体负载，提高冷却机运转的稳定性，看火隧道5由一个固定的圆筒体构成，它伸入回转窑向窑头延伸至壳体之内。如图2-28所示。 （2）下料弯头内砌有耐高温、耐磨损的陶瓷衬里，有的将弯头做成歪脖接管偏心地装在冷却筒上，降低熟料掉落高度及对弯头的磨损，减少噪音。 （3）冷却筒的高温段（约为筒体长度的50%以上）均砌有耐火衬里，以保护筒体，同时又起隔热作用，减少散热损失。 （4）冷却筒内采用各种形式的扬料装置，形成较为理想的料幕，强化对流换热，提高冷却机热效率。 图2-89为新型尤

9、纳克斯冷却机结构图。 图中上图为纵剖视图，下图为横剖视图。如图所示，靠近下料弯头（A-A视图），最热端使用凸棱状耐火衬里，图中B-B剖面下部所示；中间区域也砌有耐火衬里，并装有扬料板，图中B-B剖面上部和C-C剖面下部；靠近出料端区域，只装扬料器而不砌耐火衬里，图中C-C剖面上部。CCBBAACCBBAA （5）窑头燃烧器伸入窑内较长，出窑熟料温度一般在10001200，以免过热熟料在联结处结圈堵塞。 新型多筒冷却机的熟料出口温度一般为100150，入窑二次空气温度一般为730780，冷却机热效率可达7072%。图2-90为丹麦史密斯公司介绍的典型多筒冷却机热平衡图。 新型多筒冷却机除了具有普

10、通多筒冷却机的优点外，还具有热效率高，熟料冷却好，生产能力高等优点。但大型新型多筒冷却机存在一些问题，如冷却筒与窑体的联结结构及热膨胀问题，下料弯头结构问题、冷却筒的耐火衬里及扬料器的热变形及机械变形、噪音大等问题。另外多筒冷却机由于不能方便地抽取热空气供分解炉用，因此不适合大型预分解窑，尚需进一步研究改进。 目前我国已能设计、制造高效率多筒冷却机。该机采取保温型筒体结构，在冷却机热端采用凸台形素瓷砖，衬砖与筒体之间填有硅酸铝纤维毡；配有弹性接管的直流式整体弯头，不漏风，漏料，下料速度快，采用连体型弧形扬料板，形成较致密的雨状料幕，增大熟料与二次空气的传热面积；由于水蒸气导热系数在温度超过40

11、0时明显大于空气的导热系数，据此用水蒸气为传热介质，以加快传热速度，取得了很好的技术经济效益。三、篦式冷却机篦式冷却机是一种骤冷式冷却机。 出窑熟料进入冷却机后，在篦板上铺成一定厚度的料层，鼓入的冷空气，以相互垂直的方向穿过篦床上运动着的料层使熟料得以骤冷。根据冷却机篦子的运动方式，篦冷机可分为回转式、振动式、推动式三种。60年代后，回转式与振动式篦冷机已很少被采用。 目前世界水泥行业采用的推动篦冷机，以美国富勒公司的富勒型为最多。 推动篦式冷却机，根据篦床的特点，又可分为水平式、倾斜式、复合式、组合阶段式四种。篦式冷却机 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

12、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。p 推动篦板由固定篦板和活动篦板相间排列所组成。p 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。p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。篦式冷却篦板耐热钢篦板第一代产品倾斜推动篦式冷却机 倾斜推动篦冷机的结构与工作原理和水平推动篦冷机基本相同，所不同的是篦床成倾斜安装。 早先一般倾斜10左右，这样一方面冷却机整机高度过高，另一方面在高压风吹动下，熟料在篦床上易产生流态化，而使运动速度过快，致使熟料冷却失控。因此近年来多数冷却机将倾角减少至3或

13、稍大一点。第一代产品水平推动式篦式冷却机 其内部装设水平篦床，它由固定篦板和活动篦板相间排列组成。篦板要求耐热、耐磨，其上有很多长方形缝隙，以使冷空气通过篦床上熟料层。一般小型水平推动篦冷机的篦床做成一段，较大型的篦床分成二段，活动篦板在传动装置带动下，成排地在固定篦板之间向前后方向作水平往复运动，将熟料向前推进。 高温熟料由窑口进入冷却机后，首先受到从篦板下部鼓入的高压风的急速冷却，随后由篦床推动前进，并且受到中压风的继续冷却。冷却后的小颗粒熟料穿过细珊条，经出料溜子直接入输送设备，大块熟料需经冷却机末端的破碎机破碎后，再进入输送设备。从篦板缝漏入空气热交换后，一部分作为二次空气进入窑内，一

14、部分作为三次空气引入分解炉或用于烘干原燃料，多余的热风经收尘后由烟囱排入大气。 但水平篦床也有缺陷。随着水泥窑的大型化，熟料粒度变细，料层变厚，在热端高温区，水平篦床上容易发生料层滞留不走的情况，即篦板在料层底部徒劳地往复推动，而无法把熟料推送向前，这样易使篦床局部过热而受损坏。 第二代产品复合推动篦式冷却机 目前在大型窑上用得最多的是水平与倾斜推动复合篦冷机。富勒式复合推动篦式冷却机 该机前两段篦床是倾斜的，倾斜角为3，篦床较窄，推动速度较小，因而获得了厚料层。采用厚料层技术，可使冷空气与热熟料充分进行热交换，提高二次空气温度；防止由于粗细熟料离析而出现“红料流”并造成对篦板的损害。第三段为

15、水平篦床，推动速度较快，料层较薄，大约在250mm左右，使熟料得到进一步冷却。第二代产品破碎机组合阶段型推动篦式冷却机 组合阶段型篦冷机的篦床分成前后二段，中间装有破碎机.经前段篦床冷却至500左右的熟料，通过破碎机破碎后，再进入后段篦床冷却。 这种冷却机的优点能使大块熟料或结圈破块，经中间破碎后再进入后段篦床冷却，因此出冷却机熟料颗粒均匀，熟料温度低，可提高冷却机的热效率。其缺点是中间破碎机在高温下运转，对破碎机材质和冷却等要求较高。 推动篦式冷却机的优点是出冷却机熟料温度低，入窑二次空气温度高，系统热效率高，最适合于大型预分解窑，也适合于老厂改造；但也存在着投资大，电耗高，磨损大，需处理废

16、气收尘等缺点。第三代产品（一）立筒式冷却机 立筒式冷却机由德国瓦尔泽尔勃啦什姆公司制造，是一种对流热交换相结合的冷却机。1328911107654立筒式冷却机1-燃料管；2-回转窑；3-窑头；4-沸腾层；5-运动颗粒；6-冷却机；7-辊篦；8-节流阀门；9-鼓风机；10-锁风装置；11-熟料输送装置 熟料从回转窑进入竖直的圆柱形立筒。如同在立窑上一样慢慢地向下运动，经几个破碎辊篦轧碎后卸出，鼓入的冷空气从两个或三个不同高度的部位进入熟料层，对熟料进行对流冷却。立筒的上端口径缩小，用以增加气流速度，形成一个约50mm后的沸腾层，使熟料得到充分冷却。立筒冷却机的优点是无废气排放，热效率高，缺点是熟

17、料出口温度高，动力消耗大，冷却机操作受熟料颗粒级配影响很大。（二）“g”型冷却机 “g”型冷却机由德国克劳迪斯彼得斯公司在70年代初开发，是一种再冷式冷却机，不能独立使用。“g”型冷却机实际上是一种间接空气换热器热效率：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%100%100)(%100%1000.sec0.00.00.QQQQQQQQQQQQQatecaldismairslosslRcL 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，kJkg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；1、冷却机三个效率 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%10000QQQmL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cliniaiaittt12ta1i、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