1、7.3 7.3 熟料煅烧技术熟料煅烧技术p新型干法水泥生产过程中的熟料煅烧技术以及煅新型干法水泥生产过程中的熟料煅烧技术以及煅烧过程中的物理化学变化，烧过程中的物理化学变化，p以旋风筒以旋风筒换热管道换热管道分解炉分解炉回转窑回转窑冷却机冷却机为主线，掌握当代水泥工业发展的主流和最先进为主线，掌握当代水泥工业发展的主流和最先进的煅烧工艺及热工设备。的煅烧工艺及热工设备。 本节学习要点：本节学习要点：预分解窑生产流程图预分解窑生产流程图预分解窑工艺流程预分解窑工艺流程水泥的产量、质量、燃水泥的产量、质量、燃料与衬料的消耗以及窑料与衬料的消耗以及窑的安全运转。的安全运转。7.3.1 7.3.1 概
2、概 述：述：熟料的煅烧过程熟料的煅烧过程新型干法水泥生产新型干法水泥生产：p以以悬浮预热悬浮预热和和窑外分解技术窑外分解技术为核心，把为核心，把现代科学技术和工业生产成果，广泛用于现代科学技术和工业生产成果，广泛用于水泥生产全过程，使水泥生产具有高效、水泥生产全过程，使水泥生产具有高效、优质、低耗、符合环保要求和大型化、自优质、低耗、符合环保要求和大型化、自动化为特征的现代水泥生产方法，并具有动化为特征的现代水泥生产方法，并具有现代化的水泥生产新技术和与之相适应的现代化的水泥生产新技术和与之相适应的现代管理方法。现代管理方法。关键热工设备关键热工设备旋风旋风筒筒连接连接管管道道分解分解炉炉回转
3、回转窑窑冷却冷却机机预预 热热分解分解烧成烧成冷却冷却 工工作作原原理理p干燥（自由水蒸发）干燥（自由水蒸发） 吸热吸热 100100150150p粘土质原料脱水粘土质原料脱水 吸热吸热 450450p碳酸盐分解碳酸盐分解 强吸热强吸热 900900p固相反应固相反应 放热放热 80080012001200p熟料烧结熟料烧结 微吸热微吸热130013001450145013001300p熟料冷却熟料冷却 放热放热 13001300生料在煅烧过程中的物理化学变化生料在煅烧过程中的物理化学变化碳酸盐分解碳酸盐分解 反应式：反应式：MgCO3MgO+CO2-Q CaCO3CaO +CO2-Q 反应温
4、度：反应温度： MgCO3 始于402408最高700 CaCO3 600 开始，812928 快速分解碳酸钙分解碳酸钙分解p反应特点：反应特点： 可逆反应可逆反应 强吸热反应强吸热反应 烧失量大烧失量大 分解温度与分解温度与 CO2分压分压 和矿物结晶程度有关和矿物结晶程度有关 p影响反应速度的因素影响反应速度的因素 石灰质原料的特性石灰质原料的特性 生料细度和颗粒级配生料细度和颗粒级配 生料悬浮分散程度生料悬浮分散程度 温度温度 窑系统的窑系统的CO2分压分压 生料中粘土质组分的性质生料中粘土质组分的性质反应特点：反应特点： 多级反应 放热反应影响因素：影响因素： 生料细度及均匀程度 原料
5、性质 温度 矿化剂反应产物：反应产物： C2S、C3A、C4AF固相反应固相反应 熟料烧结过程：熟料烧结过程： 当物料温度升高到最低共熔温度后，当物料温度升高到最低共熔温度后，C3A、C4AF、MgO、R2O等熔融成液相。等熔融成液相。C2S、CaO逐步溶解于液相中，逐步溶解于液相中， C2S吸收吸收CaO形成形成C3S。 反应式：反应式： C2S+ CaO C3S C3S的形成熟料烧结熟料烧结 熟料烧结过程：熟料烧结过程： 随着温度的升高和时间延长，液相量增加，液相粘度降低， C2S、CaO不断溶解、扩散， C3S晶核不断形成，并逐渐发育、长大，形成几十微米大小、发育良好的阿利特晶体。晶体不
6、断重排、收缩、密实化，物料逐渐由疏松状态转变为色泽灰黑、结构致密的熟料。熟料烧结熟料烧结熟料烧结 C3S形成形成条件：条件： 温度：温度：130014501300 液相量：液相量： 20%30% 时间：时间： 1020min 影响熟料烧结过程的因素影响熟料烧结过程的因素p最低共熔温度最低共熔温度p液相量液相量p液相粘度液相粘度p液相的表面张力液相的表面张力pC2S、CaO溶于液相的速率溶于液相的速率熟料烧结熟料烧结p冷却目的：冷却目的： 改善熟料质量与易磨性；改善熟料质量与易磨性； 降低熟料的温度，便于运输、储存、降低熟料的温度，便于运输、储存、 和粉磨和粉磨 回收热量，预热二次空气，降低热耗
7、、提高热利用率。回收热量，预热二次空气，降低热耗、提高热利用率。p冷却方式：冷却方式： 急冷急冷熟料冷却熟料冷却p快冷对改善熟料质量的作用：快冷对改善熟料质量的作用： 防止或减少防止或减少C C3 3S S的分解；的分解； 避免避免-C-C2 2S S转变成转变成 -C -C2 2S S ； 改善了水泥安定性；改善了水泥安定性； 使熟料晶体减少，提高水泥抗硫酸盐性能；使熟料晶体减少，提高水泥抗硫酸盐性能； 改善熟料易磨性；改善熟料易磨性； 可克服水泥瞬凝或快凝。可克服水泥瞬凝或快凝。熟料冷却熟料冷却p热耗：烧成热耗：烧成1 1熟料所消耗的热量。熟料所消耗的热量。KJ/kgKJ/kgp热效率：热
8、效率：理论热耗：理论热耗：1630-1800 KJ/kg 1630-1800 KJ/kg ；实际热耗：实际热耗：3400-7500KJ/kg3400-7500KJ/kg实际热耗理论热耗：因为有各种热损失。实际热耗理论热耗：因为有各种热损失。%100实际热耗理论热耗熟料形成热熟料形成热p7.3.1 7.3.1 悬浮预热技术悬浮预热技术p7.3.2 7.3.2 悬浮预热器的构成及功能悬浮预热器的构成及功能 p7.3.3 7.3.3 旋风预热器旋风预热器p7.3.4 7.3.4 预分解技术预分解技术悬浮预热技术悬浮预热技术 是指低温粉状物料均是指低温粉状物料均匀分散在高温气流之匀分散在高温气流之中，
9、在悬浮状态下进中，在悬浮状态下进行热交换，使物料得行热交换，使物料得到迅速加热升温的技到迅速加热升温的技术。术。 7.3.17.3.1悬浮预热技术悬浮预热技术定义定义优越性优越性 物料悬浮在热气流中，物料悬浮在热气流中，与气流的接触面积大与气流的接触面积大幅度增加，传热、传幅度增加，传热、传质迅速可大幅度提高质迅速可大幅度提高了生产效率和热效率。了生产效率和热效率。 7.3.27.3.2悬浮预热器的构成及功能悬浮预热器的构成及功能 （旋风式）（旋风式）构成：构成：旋风筒连接管道(换热管道)功能：功能：使气、固两相能充分分散均布迅速换热高效分离三个功能2 2悬浮预热器的构成及功能悬浮预热器的构成
10、及功能 （旋风式）（旋风式）p预热器的主要功能是充分的利用回转窑和分解炉排出废气余热加热生料，使生料预热及部分的碳酸盐分解。为了最大限度的提高气固间的换热效率从而实现整个煅烧系统的优质，高产，低耗，预热器必须具备分散均匀，换热迅速和高效分离三个功能。p旋风预热器是由旋风筒和连接旋风预热器是由旋风筒和连接管道组成的热交换器。管道组成的热交换器。 p换热管道除管道本身外还装设换热管道除管道本身外还装设有下料管、撒料器、锁风阀等有下料管、撒料器、锁风阀等装备，它们同旋风筒一起组合装备，它们同旋风筒一起组合成一个换热单元。成一个换热单元。7.3.3 7.3.3 旋风预热器旋风预热器p对管道的设计十分重
11、要对管道的设计十分重要p管道风速太低，热交换时间延长，但影响传热效管道风速太低，热交换时间延长，但影响传热效率，甚至会使生料难以悬浮而沉降积聚，并且使率，甚至会使生料难以悬浮而沉降积聚，并且使管道面积过大管道面积过大p风速过高，则增大系统阻力，增加电耗，并影响风速过高，则增大系统阻力，增加电耗，并影响旋风筒的分离效率旋风筒的分离效率p正确确定换热管道尺寸，必须首先确定合适的管正确确定换热管道尺寸，必须首先确定合适的管道风速道风速：一般：一般121218m/s18m/s连接管道连接管道作作 用：用：进行热交换，约进行热交换，约8080以上。以上。热交换方式：热交换方式：对流传热对流传热主要是气固
12、分离，传热只占主要是气固分离，传热只占6%6%12.5%12.5%。 旋风筒旋风筒作作 用用性能评价性能评价原原 理理物料悬浮于气流中从切线进入旋风筒，产生离心力，物料悬浮于气流中从切线进入旋风筒，产生离心力，料气特性不同，料离心碰壁下行，气不受影响向上。料气特性不同，料离心碰壁下行，气不受影响向上。分离效率分离效率阻力损失阻力损失分离效率愈高，生料在系统内、分离效率愈高，生料在系统内、外循环量就愈少，收尘负荷减外循环量就愈少，收尘负荷减小，热效率提高小，热效率提高阻力损失越小，阻力损失越小，电耗越低电耗越低一级旋风筒一般为一级旋风筒一般为并联的双旋风筒。并联的双旋风筒。必须采取的措施：必须采
13、取的措施：锁风阀锁风阀作用：作用：下料、锁风下料、锁风类型：类型： 单、双翻板阀单、双翻板阀p选择生料进入管道的合适方位，使生料逆选择生料进入管道的合适方位，使生料逆气流方向进入管道，以提高气固相的相对气流方向进入管道，以提高气固相的相对速度和生料在管道内停留时间。速度和生料在管道内停留时间。p两级旋风筒之间的管道必须有足够的长度，两级旋风筒之间的管道必须有足够的长度，以保证生料悬浮起来，并在管道内有足够以保证生料悬浮起来，并在管道内有足够的停留运行距离，充分发挥管道传热的优的停留运行距离，充分发挥管道传热的优势。势。 其他措施其他措施撒料器撒料器板式撒料板式撒料器器箱式撒料器箱式撒料器作用：
14、作用：防防止下料管止下料管下行物料下行物料进入换热进入换热管道时的管道时的向下冲料，向下冲料，并促使下并促使下冲物料冲冲物料冲至下料板至下料板后飞溅、后飞溅、分散。分散。影响旋风筒气固分离效率的因素：影响旋风筒气固分离效率的因素：p1.1.旋风筒的直径（筒径越小，分离效率越高）旋风筒的直径（筒径越小，分离效率越高）p2.2.旋风筒进风口的类型与尺寸（切向，减涡流）旋风筒进风口的类型与尺寸（切向，减涡流）p3.3.出风管（内筒）的尺寸和插入深度出风管（内筒）的尺寸和插入深度 （出风管（内筒）直径小，深度大，效率高）（出风管（内筒）直径小，深度大，效率高）p4.4.旋风筒高度（增加高度，有利分离）
15、旋风筒高度（增加高度，有利分离）4 4 影响预热器分离换热的因素影响预热器分离换热的因素影响旋风预热器换热效率的因素：影响旋风预热器换热效率的因素：p1.1.粉料在管道内的悬浮粉料在管道内的悬浮p2.2.气固之间的换热效果气固之间的换热效果p3.3.气固相间的分离程度气固相间的分离程度4 4 影响预热器分离换热的因素影响预热器分离换热的因素定义：定义：将已经过悬浮预热将已经过悬浮预热后的水泥生料，在达到分后的水泥生料，在达到分解温度前，进入到分解炉解温度前，进入到分解炉内与进入炉内的燃料混合，内与进入炉内的燃料混合，在悬浮状态下迅速吸收燃在悬浮状态下迅速吸收燃料燃烧热，使生料中的碳料燃烧热，使
16、生料中的碳酸钙迅速分解成氧化钙的酸钙迅速分解成氧化钙的技术。技术。7.3.4 7.3.4 预分解技术预分解技术. .在悬浮预热器与回转窑之间增设一个分解炉或利用窑尾在悬浮预热器与回转窑之间增设一个分解炉或利用窑尾上升烟道，上升烟道，. .装设燃料喷入装置，喷入煅烧所需的装设燃料喷入装置，喷入煅烧所需的60%60%左右的燃料左右的燃料. .使燃料燃烧的放热过程与生料的碳酸盐分解的吸热过程，使燃料燃烧的放热过程与生料的碳酸盐分解的吸热过程，在分解炉中以悬浮态或流化态下极其迅速地进行，在分解炉中以悬浮态或流化态下极其迅速地进行，. .使入窑生料的分解率达到使入窑生料的分解率达到85%85%95%95
17、%。. .减轻窑内煅烧带的热负荷，有利于缩小窑的规格及生产减轻窑内煅烧带的热负荷，有利于缩小窑的规格及生产大型化，并且可以节约单位建设投资，延长衬料寿命，大大型化，并且可以节约单位建设投资，延长衬料寿命，大幅度提高了窑系统的生产效率，有利于减少大气污染。幅度提高了窑系统的生产效率，有利于减少大气污染。预分解窑特点预分解窑特点p分解炉内的燃料燃烧分解炉内的燃料燃烧p分解炉内的传热分解炉内的传热p分解炉内的气体运动分解炉内的气体运动 分解炉的热工性能分解炉的热工性能p分解炉内的燃料燃烧分解炉内的燃料燃烧A A 无烟燃烧：无烟燃烧：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，燃烧速度快
18、，发热能量强。B 两种动力学机制两种动力学机制：化学反应控制（低温） 表面扩散控制（氧粒向表面扩散） 分解炉的热工性能分解炉的热工性能p分解炉内的燃料燃烧分解炉内的燃料燃烧C C 煤粉着火：煤粉着火： 着火：着火：煤粉的燃烧速度大于系统的散热速率，着火点即分界点的温度值。 无CaCO3 ，环境散热少，煤的着火点降低；煤的或许提高或挥发分含量高，着火点下降。 煤粉的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。分解炉的热工性能分解炉的热工性能p分解炉内的燃料燃烧分解炉内的燃料燃烧C 煤粉着火： 促进煤粉燃烧手段：促进煤粉燃烧手段：增加煤粉细度；提高炉内湍流流动；提高煤粉的分散
19、度。 煤粉燃烧状况：煤粉燃烧状况：分解炉操作温度；分解炉中氧气浓度；空气和煤粉的均匀混合；煤粉在炉内的停留时间；分解炉内生料与煤粉的比例。 分解炉的热工性能分解炉的热工性能p分解炉内的燃料燃烧分解炉内的燃料燃烧C 煤粉着火： 分解炉内温度分布：分解炉内温度分布： 分解炉的轴向及平面温度都比较均匀； 炉内纵向温度由下而上逐渐升高，变化幅度不大； 炉内中心温度较高，边缘温度低。分解炉的热工性能分解炉的热工性能p分解炉内的传热分解炉内的传热 主要对流传热，汽车辐射传热，高温气体900度，炉内主要传热因素是传热面积增加。 式中式中 K 为总传热系数为总传热系数 这种提高悬浮预热、传质速率与边燃烧边放热
20、边分解吸热，形成炉内热工特点。分解炉的热工性能分解炉的热工性能12ffQkAttp分解炉内的气体运动分解炉内的气体运动 气流作用：气流作用： 供氧燃烧；浮送作用；传热介质分解炉的热工性能分解炉的热工性能p分解炉内的气体运动分解炉内的气体运动p阻力分布：阻力分布： 蜗壳进口段（压力降80%，改变方向和缩口）；分解炉筒体及锥体（很少）；分解炉出口（20%）分解炉的热工性能分解炉的热工性能p分解炉内的气流运动基本型式：分解炉内的气流运动基本型式：即涡旋式、喷腾式、即涡旋式、喷腾式、悬浮式及流化床式。悬浮式及流化床式。p功能：功能：在这四种型式的分解炉内，生料及燃料分别依在这四种型式的分解炉内，生料及
21、燃料分别依靠靠“涡旋效应涡旋效应”、“喷腾效应喷腾效应”、“悬浮效应悬浮效应”和和“流态化效应流态化效应”分散于气流之中。由于物料之间在炉分散于气流之中。由于物料之间在炉内流场中产生相对运动，从而达到高度分散、均匀混内流场中产生相对运动，从而达到高度分散、均匀混合和分布、迅速换热、延长物料在炉内的滞留时间，合和分布、迅速换热、延长物料在炉内的滞留时间，达到提高燃烧效率、换热效率和入窑物料碳酸盐分解达到提高燃烧效率、换热效率和入窑物料碳酸盐分解率的目的。率的目的。 分解炉分解炉p以以SFSF型为代表：型为代表： SFSF型型 NSFNSF型型旋流旋流- -喷腾式分解炉喷腾式分解炉旋流式分解炉旋流
22、式分解炉NSF型p以以FLS (FFLS (FL LSmidth)Smidth)型为例，如图所示型为例，如图所示喷腾式分解炉喷腾式分解炉p以以MFC(Mitsubish Fluidized Calciner)MFC(Mitsubish Fluidized Calciner)型为代表型为代表沸腾式分解炉沸腾式分解炉MFCMFC型型分解炉分解炉u适当扩大炉容，延长气流在炉内的滞留时间；适当扩大炉容，延长气流在炉内的滞留时间；u改进炉的结构，延长物料在炉内滞留时间；改进炉的结构，延长物料在炉内滞留时间；u保证向炉内均匀喂料，且料入炉后，尽快地分散、均布；保证向炉内均匀喂料，且料入炉后，尽快地分散、均
23、布；u改进燃烧器形式与结构，合理布置，使燃料尽快点燃；改进燃烧器形式与结构，合理布置，使燃料尽快点燃；u下料、下煤点及三次风之间布局的合理匹配，以有利于燃下料、下煤点及三次风之间布局的合理匹配，以有利于燃料起火、燃烧和碳酸盐分解；料起火、燃烧和碳酸盐分解；u选择分解炉在预分解窑系统的最优部位、布置和流程，有选择分解炉在预分解窑系统的最优部位、布置和流程，有利于分解炉功能的充分发挥，提高全系统功效，降低利于分解炉功能的充分发挥，提高全系统功效，降低NOxNOx，SOSO3 3等有害成分排放量，确保环保达标。等有害成分排放量，确保环保达标。分解炉的发展方向分解炉的发展方向p1 1、“喷喷- -旋旋
24、”型分解炉型分解炉 如如RSPRSP型型新型分解炉型新型分解炉型“喷腾喷腾”型分解炉型分解炉“流化悬浮流化悬浮”型分解炉型分解炉ATAS-MSCAS“悬浮悬浮”型分解型分解炉炉u一是中低质及低挥发分燃料在炉内的迅速点火一是中低质及低挥发分燃料在炉内的迅速点火起燃的环境改善；起燃的环境改善；u二是使用中低质及低挥发分燃料时，要二是使用中低质及低挥发分燃料时，要“以空以空间换时间间换时间”，即扩大炉容，改进结构，提高燃，即扩大炉容，改进结构，提高燃料燃尽率；料燃尽率；u三是降低窑炉内三是降低窑炉内NOxNOx生成量，并在出窑入炉前生成量，并在出窑入炉前制造还原气氛，促使制造还原气氛，促使NOxNO
25、x还原，满足环保要求；还原，满足环保要求；u四是采取措施，促进替代燃料和可燃废弃物的四是采取措施，促进替代燃料和可燃废弃物的利用。利用。趋势和目标趋势和目标p在线式（同线式）在线式（同线式）分解炉与窑连接方式分解炉与窑连接方式特点：特点：1 1、分解炉直、分解炉直接坐落在窑接坐落在窑尾烟室之上。尾烟室之上。2 2、窑气进炉、窑气进炉分解炉与窑连接方式分解炉与窑连接方式半离线式半离线式p分解炉设于窑的一侧分解炉设于窑的一侧p窑气不入炉窑气不入炉p炉气出炉后可以在窑尾上炉气出炉后可以在窑尾上升烟道下部与窑气会合升烟道下部与窑气会合( (如如RSPRSP、MFCMFC等等) )，亦可在，亦可在上升烟
26、道上部与窑气会合上升烟道上部与窑气会合( (如如N-MFCN-MFC、SLCSLCS S等等) )，离线式离线式 p分解炉自成体系，分解炉自成体系，p窑尾设有两列预热器，一窑尾设有两列预热器，一列通过窑气，一列通过炉列通过窑气，一列通过炉气，窑气不进炉气，窑气不进炉p一般设有两台主排风机，一般设有两台主排风机，一台专门抽吸窑气，一台一台专门抽吸窑气，一台抽吸炉气。抽吸炉气。人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。
