工艺培训讲义

工艺基础知识培训

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。第一部分：原料系统1.原料配料：我公司现在采用的是4组份配料，分别是：石灰石、砂岩、粉煤灰、铁渣。提供熟料中的CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3。2.有害成分2.1.MgO的影响熟料中2%的左右的MgO有利于C3S的形成，减少fCaO，增加液相量，降低烧成温度，提高熟料强度。熟料中的MgO大于2%时，液相量偏大，容易结大块fCaO不易控制，熟料强度低。通常采取的应对办法是适当提高KH或N值、快转窑、缩短烧成带长度等。2.2碱（K2O、Na2O）的影响正常情况下熟料中的碱的含量低于1.5%熟料中的碱含量过高，熟料液相粘度大，烧成范围窄、容易结熟料圈、窑头飞砂大，耐火砖寿命短。如果熟料中的碱含量大于1.7%。fCaO明显提高，凝结时间短，早期强度高，但后期强度明显下降。生料中的K2O+Na2O含量超过1%，预热器、烟室结皮相当严重。2.3硫的影响一般来说，硫主要来源于煤，有些情况来源于原料。硫对烧成的影响主要是挥发、凝聚形成的循环从而造成窑尾结皮堵塞。一班情况下，入窑热生料中的硫是熟料中的硫2-6倍，其比值大小主要取决于窑的操作和原料性能。窑尾热生料中的硫含量的极限值为4%，熟料中的硫含量大于1%时对后期强度影响很大2.4氯的影响生料中有95%以上的氯会循环挥发，导致窑尾热生料中的氯是熟料中的近百倍。对于含氯较高的原料，暂时没有太好的操作方法来避免结皮。减少氯的循环现在最有效的办法是采取：旁路放风。生料中的氯含量不超过0.015%，最大不超过0.02%，入窑热生料中最大不超过2%，正常小于0.8%3.原料粉磨3.1立磨工作原理电动机通过减速机带动磨盘转动，物料从下料口落到磨盘中央，在离心力的作用下向磨盘边缘移动并受到磨辊的碾压，粉碎后的物料从磨盘边缘溢出，同时被来自喷嘴环（风环）高速向上的热气流带至与立磨一体的高效选粉机内，粗粉经分离器分选后返回到磨盘上，重新粉磨；细粉则随气流出磨，在系统的收尘装置中收集下来，即为产品。没有被热气流带起的粗颗粒物料和意外进入的金属件从风环处沉落，由刮料板刮出后，经外循环的斗提机喂入磨内再次粉磨第二部分烧成系统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.悬浮预热器基本流动方式：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。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2.分解炉窑外分解技术2.1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。2.2影响分解炉内分解速度的因素①分解温度：温度越高，分解越快。②炉气中CO2浓度：浓度越低，分解越快。③料粉的物理、化学性质，结构致密，结晶粗大的石灰石分解速度较慢。④影响分解所需时间的因素还有料粉粒径，粒径越大，时间越长。⑤生料的悬浮分散程度：悬浮分散性差，相当于加大了颗粒尺寸，改变了分解过程性质，降低了分解速度。2.3分解炉中料粉的分解时间

①在一般分解炉中，当分解温度为820～900℃时，料粉分解率为85％～95％，需要分解时间平均为4～10s，而不是有的人认为的1～2.5s(气流通过时间)。

②影响料粉分解时间的主要因素有分解温度、炉气中CO2浓度、料粉品质、颗粒尺寸及颗粒组成。2.4分解炉的热工性能分解炉生产工艺对热工条件的要求如下。

①炉内气流温度不宜超过950℃，以防系统产生结皮、堵塞。

②燃烧速度要快，以保证供给碳酸盐分解所需要的大量的热量。③保持窑炉系统较高的热效率和生产效率。2.5分解炉内燃料的燃烧（无焰燃烧与辉焰燃烧）当煤粉进入分解炉后，悬游于气流中，经预热、分解、燃烧发出光和热，形成一个个小火星，无数的煤粉颗粒便形成无数的迅速燃烧的小火焰。这些小火焰浮游布满炉内，从整体看，看不见一定轮廓的有形火焰。所以分解炉中煤粉的燃烧并非一般意义的无焰燃烧，而是充满全炉的无数小火焰组成的燃烧反应。有人把分解炉内的燃烧称为辉焰燃烧，这主要指分解炉内将料粉或煤粉均匀分散于高温气流中，使粉料颗粒受热达一定温度后，固体颗粒发出光、热辐射而呈辉焰。但并不能看到有形的火焰而只见满炉发光。分解炉内无焰燃烧的优点是燃料均匀分散，能充分利用燃烧空间，不易形成局部高温。燃烧速度较快，发热能力较强。由于分解炉内的煤粉为无焰燃烧，不会形成高温集中的“火焰”，因而煤只能靠迅速分散与炉内气流密切接触，得到所需的氧气和着火的温度，才能较好地着火和燃烧。因此煤粉分散性不好或在炉内分布不均是导致煤不能着火或仅部分着火的主要因素。

2.6分解炉内的燃烧速度

分解炉内的燃烧速度，影响着分解炉的发热能力和炉内的温度，从而影响物料的分解率。燃烧速度快，放热多，炉内温度就高，分解速度将加快。反之，分解率将降低。因此加快燃料燃烧的速度，是提高分解炉效能的一个重要问题。分解炉内的燃烧温度通常在860～950℃，燃烧过程的性质处于低温化学动力学控制范围与高温扩散控制范围的交界，因此，影响这两种过程的影响因素，均对分解炉内的燃烧速度有重要影响。其中影响燃烧速度的化学动力学因素有燃料的种类、性质、温度、压力及反应物浓度等，影响扩散燃烧速度的主要因素有炉气的紊流程度、燃料与气流的相对速度、燃料的分散度等。

为适当加快燃烧速度，控制好炉温，一般应注意下列几个方面。

①选择适当的燃料加入点并分成几点加入。

②适当控制燃料的雾化粒度或煤粉细度。

③选择适当的燃料品种，例如煤粉中含有适当的挥发物，使挥发物与焦炭先后配合燃烧，以达到好的热效应。

④选择适当的一次、二次风速以及合适的加料点的位置。

⑤调节燃料加入量以改变燃烧的空气过剩系数。2.7分解炉内的传热的特点

分解炉内的传热方式主要为对流传热，其次是辐射传热。炉内燃料与料粉悬浮于气流中，燃料燃烧，燃料中的潜热把气体加热至高温，高温气流同时以对流方式传热给物料。由于气固相充分接触，传热速率高。分解炉中燃烧气体的温度在900℃左右，其辐射放热性能没有回转窑中燃烧带的辐射能力大。然而由于炉气中含有很多固体颗粒，CO2含量也较多，增大了分解炉中气流的辐射传热能力，这种辐射传热对促进全炉温度的均匀极为有利。

2.8分解炉气体的运动有如下要求

①适当的速度分布。②适当的回流及紊流。③较大的物料浮送能力。④较小的流体阻力。3.回转窑

3.1窑工艺带的划分

预分解窑将物料预热移到预热器，物料分解移到分解炉，窑内只进行小部分分解反应、放热反应、烧结反应和熟料冷却。因此，一般将预分解窑分为三个工艺带：过渡带、烧成带(烧结带)及冷却带，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1280～1450～1300℃区间为烧成带；窑头端部为冷却带。3.2分解反应

一般从4级预热器排出的物料，分解率为85～95%、温度820～850℃的细颗粒料粉，当它刚喂入窑内时，还能继续进行分解，但由于重力作用，随即沉积在窑的底部，形成堆积层，随窑的转动料粉又开始运动，但这时即使气流温度(窑尾烟气温度)达1000℃，料层内部的料温低于900℃，其分解反应亦将暂时停止。因料层内部颗粒周围被CO2气膜所包裹，气膜又受到上部料层的压力，因而使颗粒周围CO2的压力达到l大气压，料温在其平衡分解温度900℃以下是难以进行分解的。但处于料层表面的料粉仍能继续分解。随着时间的推移，料粉颗粒受气流及窑壁的加热。温度从820℃上升到900℃时，料层内部再进行分解反应，直到分解反应基本完成。由于窑内总的物料分解量大大减少，因此窑内分解区域的长度比悬浮预热器窑缩短。3.3固相反应当料粉中分解反应基本完成以后，料温逐步提高，进一步发生固相反应。一般初级固相反应于800℃在分解炉内就已开始。但由于在分解炉内呈悬浮态，各组分间接触不紧密，所以主要的固相反应在进入回转窑并使料温升高后才大量进行，最后生成C2S、C3A及C4AF。固相反应的另一个特点是放热，它放出的热量，直接全部用来提高物料温度，使窑内料温较快地升高到烧结温度。3.4烧结反应

预分解窑内的烧成反应，是整个熟料生产过程的主要关键所在

2CaOSiO2+3CaO3CaOSiO2

为了正确处理生产进程中产量、质量及消耗之间的矛盾，一般控制上述反应的条件为：温度在1300～1450～1300℃之间，液相量一般控制在20～30%，反应时间则比一般回转窑缩短，从一般的15～20分钟缩短为10～15分钟左右。物料在烧成带停留时间的缩短，主要是预分解窑窑速加快的结果，虽然烧结时间缩短，熟料质量仍能保持优良。4.熟料的冷却4.1熟料冷却机的功能及其在预分解窑系统中的作用如下：(1)作为一个工艺装备，它承担着对高温熟料的骤冷任务。骤冷可阻止熟料矿物晶体长大，特别是阻止C3S晶体长大，有利于熟料强度及易磨性能的改善；同时，骤冷可使液相凝固成玻璃体，使MgO及C3A大部分固定在玻璃体内，有利于熟料的安定性的改善及抗化学侵蚀性能。

(2)作为热工装备，在对熟料骤冷的同时，承担着对入窑二次风及入炉三次风的加热升温任务。在预分解窑系统中，尽可能地使二、三次风加热到较高温度，不仅可有效地回收熟料中的热量，并且对燃料(特别是中低质燃料)起火预热、提高燃料燃尽率和保持全窑系统有一个优化的热力分布都有着重要作用。3)作为热回收装备，它承担着对出窑熟料携出的大量热量的回收任务。一般来说，其回收的热量为1250～1650kJ/kgcl。这些热量以高温热随二、三次风进入窑、炉之内，有利于降低系统煅烧热耗，以低温热形式回收亦有利于余热发电。否则，这些热量回收率差，必然增大系统燃料用量，同时亦增大系统气流通过量，对于设备优化选型、生产效率和节能降耗都是不利的。(4)作为熟料输送装备，它承担着对高温熟料的输送任务。对高温熟料进行冷却有利于熟料输送和贮存。4.2熟料冷却机作业原理

熟料冷却机作业原理在于高效、快速地实现熟料与冷却空气之间的气固换热。4.3冷却机性能指标

对于冷却机性能的评价，一般采用下列指标。对其要求是：(1)热效率(ηc)高。(2)冷却效率(ηL)高。(3)空气升温效率(φi)高。(4)进入冷却机的熟料温度与离开冷却机的入窑二次风及去分解炉的三次风温度之间的差值小。(5)离开冷却机的熟料温度低。(6)冷却机及其附属设备电耗低。(7)投资少，电耗低，磨耗小，运转率高等。5.预分解窑生产中重点监控的主要工艺参数

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。5.1烧成带物料温度由于测量上的困难，

一般由中控操作员根据摄像头看到的火焰及其温度判断。5.2氧化氮(N0x)浓度由于窑内N2几乎不存在消耗，故仅与02浓度及烧成带温度有关，过剩空气系数大，02浓度高及燃烧温度高，N0x生成量则多；在还原气氛中或燃烧温度较低，N0x浓度则下降。此外，N0x的生成同02的混合方式、混合速度亦有关系。窑系统中对N0x的测量，一方面是为了控制其含量，满足环保要求；另一方面，在窑系统生产情况及过剩空气系数大致固定的情况下，窑尾废气中的N0x浓度同烧成带火焰温度有密切关系，烧成带温度高，N0x浓度增加，反之降低，故以N0x浓度作为窑烧成带温度变化的一种控制标志，时间滞后较小，很有参考价值。故可以此连同其他参数，综合判断烧成带情况。5.3窑转动力矩由于煅烧温度较高的熟料，被窑壁带动得较高，因而其转动力矩比煅烧得较差的熟料高，故以此结合比色高温计对烧成带温度的测量结果，废气中N0x浓度等参数，可对烧成带物料煅烧情况进行综合判断。但是，由于窑内掉窑皮以及喂料量变化等原因，亦会影响窑转动力矩的测量值，因此，当转动力矩与比色高温计测量值、N0x浓度值发生逆向变化时，必须充分考虑掉窑皮等物料变化的影响，综合权衡，做出正确判断。5.4窑尾气体温度

窑尾气体温度同烧成带煅烧温度一起表征窑内各带热力分布状况，同最上一级旋风筒出口气体温度(或连同分解炉出口气体温度)一起表征预热器(或含分解炉)系统的热力分布状况。同时，适当的窑尾温度对于窑系统物料的均匀加热及防止窑尾烟室、上升烟道及旋风筒因超温而发生粘结堵塞也十分重要。一般可根据需要，控制在900～1050℃之间。5.5分解炉或最低一级旋风筒出口气体温度

在预分解窑系统中，分解炉出口或最低一级旋风筒出口气体温度，表示物料在分解炉内预分解状况，保证物料在分解炉或预热器系统内预烧状况的稳定，从而使全窑系统热工制度稳定，对防止分解炉及预热器系统的粘结堵塞十分重要。5.6最上一级旋风筒出口气体温度

当设有五级预热器时，一般控制在320℃

-350℃，超温时，需要检查以下几种状况：生料喂料是否中断或减少；某级旋风筒或管道是否堵塞；燃料量与风量是否超过喂料量需要等。查明原因后，做出适当处理。当温度降低时，则应结合系统有无漏风及其他级旋风筒温度状况酌情处理。5.7窑尾、分解炉出口或预热器出口气体成分它们是通过设置在各相应部位的气体成分自动分析装置检测的，指示着窑内、分解炉内或整个系统的燃料燃烧及通风状况。对窑系统燃料燃烧的要求是，既不能使燃料在空气不足的情况下燃烧，而产生一氧化碳；又不能有过多的过剩空气，增大热耗。

5.8每一级旋风筒锥部负压它表示每级旋风筒的工作状态，当该旋风筒发生粘结堵塞时，锥体下部负压下降，此时即需迅速采取措施加以消除

5.9预热器主排风机出口管道负压

在窑系统与生料磨系统联合操作时，该处负压主要指示系统风量平衡情况。当该处负压较目标值增大或正压较目标值减小(视测量部位而规定目标值)时，应关小电收尘器的排风机闸门；反之，则开大闸门，以保持风量平衡。5.10电收尘器入口气体温度温度控制在规定范围，对保证电收尘器设备安全及防止气体冷凝结露十分重要。电收尘器一般装有自控装置，当入口气温达到最高允许值时，电收尘器的高压电源自动跳闸。在生料磨系统利用预热器废气作为烘干介质，窑、磨联合操作时，电收尘器入口气温有较大变化，如果预热器系统工作正常，则需检查生料磨系统及增湿塔出口气温状况。5.11窑速及生料喂料量

在各种类型的水泥窑系统中，一般都装有与窑速同步的定量喂料装置，以保证窑内料层厚度的稳定。在预分解窑系统中，对生料喂料量与窑速的同步调节。。5.12窑头负压

窑头负压表征着窑内通风及冷却机入窑二次风之间的平衡。

5.13篦冷机一室下压力

一室下压力不仅指示篦冷机篦床阻力，亦可指示窑内烧成带温度变化。当烧成带温度上升或下降，必然导致熟料结粒变大或减小，使篦冷机一室料层阻力发生变化，在一室篦床速度不变时，一室篦床下压力必然发生变化。5.14窑筒体温度

窑筒体温度表征了窑内窑皮、窑衬的情况，据此可以监测窑皮粘挂、脱落、窑衬侵蚀、掉砖及窑内结圈状况，以便及时粘补窑皮，延长窑衬使用周期，避免红窑事故的发生，提高窑的运转率。以上的参数，中控操作员应该时刻监控。

6.窑系统常见故障的处理

6.1预热器堵料预热器堵塞是新型干法窑常见的工艺故障主要原因有：l、预热器系统高温，特别是C5筒高温。2、翻板阀卡死。3、下料溜管结皮。4、内筒脱落或预热器耐火材料脱落。5、风料不平衡。6、有害成分超标。

6.2跑生料

跑生料多发生在投料或停窑时，正常生产时入窑溜子温度控制在850℃~870℃之间，入溜子温度控制过低也会造成跑生料。跑生料前有很多征兆，分解炉出口温度及入窑溜子温度持续下降，窑尾温度持续下降，窑电流持续下跌，如调整不及时，从窑头工业电视可看到窑头变混浊，火焰有回逼现象，同时NOx浓度下降，当这种现象持续一段时闻(约10~15min)，就会从窑头看到有生料粉涌出，当生料粉涌入篦冷机篦下压力会迅速上升。此时，窑电流很低甚至接近于空载电流。由于跑生料前有很多征兆，且物料通过窑有一个较长的时间，所以如果在发现跑生料前能采取一些措施，跑生料是可以避免或减小到最低程度的。投料时，喂料量不要加得过快，新窑或长时间停窑投料时更应注意。

6.3f-CaO持续偏高游离氧化钙是判断熟料质量好坏的重要指标。国标要求控制在1.5％，各熟料基地控制稍有不同(如1.0，1.2).正常操作中由于温度或物料的波动游离氧化钙偶尔偏高是正常的，但如果游离氧化钙连续超标，甚至连续是二点几或更高则就是窑系统出了问题或生料成分发生了大的波动。造成游离氧化钙连续偏高的原因通常有：a．窑内温度主要是烧成带温度低。当窑内通风不好或三次风档板开度过大造成窑内有效通风量大大减小，窑头煤粉不能完全燃烧，持续的窑内还原气氛造成窑内温度偏低，熟料液相量不足或液相反应不完全，造成游离氧化钙偏高。当发生这种情况时，窑头昏暗，能明显看到黑火头，NOx浓度低于正常值，且越加煤窑内温度越低，N0x越低。这种情况下烧出的熟料结粒大但无光泽且表面较粗糙，砸开后，里面是明显的黄心料，这种料子强度很低用手就可捏碎。这种料子游离钙一般都较高通常在2.0以上。碰到这种情况时，应将三次风档板关小，同时加大高温风机转速，使系统保持较正常大的通风量，适当退窑头煤，保证窑头煤能够完全燃烧，这时窑速不宜过慢，保持窑内较低的填充率。

b．当生料成分发生较大偏差，超出控制范围较多时，也容易造成游离氧化钙偏高。如较高的KH值(0.93甚至更高)。当KH值过高时，烧出的熟料外观与正常的熟料相似，结粒稍差，由于过多的CaO不能被C2S完全吸收，造成游离氧化钙偏高。此时可适当减产或加大窑内通风，将火焰拉长，加少量窑头煤、适当减窑速，延长物料在烧成带停留时间。

6.4窑内结大蛋

窑内结大蛋的主要原因有：

1、配料中Fe203含量过高。2、窑速较慢。

3、窑头不完全燃烧。

窑内结大蛋时，首先表现为窑电流的不规则波劣，电流曲线波。幅明显增加且有上升趋势。其次，直径较大的“蛋’’会严重影响到窑内通风，表现为窑尾负压升高，火焰变短，严重时有回逼现象，由于窑内有效通风量减少，窑头煤粉会出现不完全燃烧，当大蛋进入烧成带NOx浓度下降很多，窑头变混浊。在窑筒体下听，能明显听到窑内有大块滚动的声音。

当判断出窑内结大蛋时，可根据实际情况适当加快高温风机转速，加强窑内通风，减少量窑头煤，保证煤粉完全燃烧，避免CO出现。如判断蛋较大时，可适当减产。如蛋直径不是很大，可适当提高窑速0.2~0.3转，尽快将蛋滚出窑内，防止其在窑内停留更长时间，结成更大的蛋。总之，调整要适当，以确保窑系统热工制度一的稳定。在大蛋滚出之前，应先将篦冷机后端物料尽量送走，前端保持一定的料层厚度，使大蛋在滚入篦冷机时有一定缓冲，在大蛋进入篦床约20min(视篦床长度和篦速而定)，大蛋会到达破碎机