1、第四章第四章 水泥熟料煅烧水泥熟料煅烧刘辉敏材料科学与工程系材料科学与工程系第一节 水泥窑的作用和分类一、水泥窑的作用水泥窑是化学反应器。水泥窑是燃烧设备和传热设备。水泥窑是输送设备。水泥窑还具有降解利用废弃物的功能。气体流动二、水泥窑的分类第二节 水泥熟料煅烧工艺流程一、湿法回转窑煅烧工艺l一回转窑；2一多筒式冷却机；3一喷煤管；4一传动齿轮；5一热交换器；6一链条；7一托轮；8一水冷却；9一鼓风机；10一煤磨；11一选粉机；12一旋风收尘器；13一煤磨样风机；14一煤磨热风管；15一收尘器；16一烟囱v湿法回转窑煅烧的特点是：由于生料制成具有流动性的泥浆，所以对非均质原料适应性强，各原料之
2、间混合好，生料成分均匀，工艺稳定，烧成的熟料质量高，熟料中游离氧化钙一般较低，熟料结粒良好，熟料强度等级高，生料在粉磨过程中粉尘少，窑尾飞灰少。但湿法生产时蒸发35%的料浆水分，需要消耗较大热量，能耗占水泥成本的1/21/3，较立窑和干法回转窑均高。v淘汰。二、带料浆蒸发机回转窑1喂料糟；2卧式料浆蒸发机；3换热体；4回转窑；5旋风收尘器；6立式电收尘器；7螺旋输送机；8提升机；9入窑管；10熟料多筒式冷却机；11熟料链式输送机；12煤粉贮库；13鼓风机；14喷煤管；15排风机；16一烟囱三、干法中空窑1一回转窑，2一多筒式冷却机，3一鼓风机，4一传动牙轮，5一烟囱四、立波尔窑v对原料的适应性
3、不强。因生料需要成球，要求粘土可塑性好、石灰石品位高。v加热机内，料层表面与料层内部温差较大，料球预烧不均，增加窑内的负担，熟料质量较低。v加热机结构、操作、维护都较复杂，维修工作量大，影响窑的运转率。五、立窑六、悬浮预热窑七、预分解窑v完成生料制备后，下一步是把生料送到窑内进行煅烧。熟料的形成过程实际上就是石灰石、粘土等主要原料经过高温煅烧，从入窑到出窑发生一系列的物理化学变化二形成C3A、C4AF、C2S和C3S的过程。第3节 煅烧过程物理化学变化 自有水的蒸发 100150，也成干燥过程。150200，自由水蒸发完毕。粘土质原料脱水和分解 粘土主要组成高岭土在450 失去结构水，然后转变
4、为无定形物质。（层间水100脱除）在900 950 有无定形物质转变为晶体。碳酸盐的分解 生料中的碳酸钙和夹杂的少量碳酸镁在煅烧过程中分解并放出CO2的过程称碳酸盐分解。MgCO3 MgO+CO2(10471214)J/gCaCO3 CaO+CO21645 J/g碳酸镁的分解温度始于402480左右，最高分解温度700左右；碳酸钙在600时就有微弱分解发生，但快速分解温度在812928之间变化。碳酸钙分解反应的特点碳酸钙分解反应的特点 1可逆反应；2强吸热反应；每1kg纯碳酸钙在890时分解吸收热量为1645J/g，是熟料形成过程中消耗热量最多的一个工艺过程。分解所需总热量约占预分解窑的二分之
5、一；3烧失量大；4分解温度与CO2分压和矿物结晶程度有关。碳酸钙的分解过程碳酸钙的分解过程 热气流向颗粒表面传进分解所需要的热量；热量以传导方式由表面向分解面传递的过程；在一定温度下碳酸钙吸收热量，进行分解并放出CO2的化学过程；分解放出的CO2，穿过CaO层，向表面扩散传质；表面的CO2向周围气流介质扩散。分解速度或者分解所需的时间将决定于化学反应所需时间，即反应生成的CO2通过表面CaO层的扩散是整个碳酸钙分解过程中的速度控制过程。固相反应固相反应v通常在碳酸钙分解的同时，分解产物CaO与生料中的SiO2、Fe2O3、Al2O3等通过质点的相互扩散而进行固相反应，形成熟料矿物。v固相反应的
6、过程比较复杂，其过程大致如下：800 CaO+Al2O3 CaOAl2O3 (CA)Ca0+Fe2O3 CaOFe2O3 (CF)2Ca0+Si02 2CaOSi02 (C2S)开始形成 800900 7(CaOAl2O3)+5CaO12CaO7Al2O3 (C12A7)CaOFe2O3+CaO 2CaOFe2O3 (C2F)9001100 2CaO+Al2O3+Si02 2CaOAl2O3Si02 (C2AS)形成后又分解 12CaO7Al2O3+9CaO 7(3CaOAl2O3)C3A)开始形成 7(2CaOFe2O3)+2CaO+12CaO7Al2O3 7(4CaOAl2O3Fe2O3)
7、(C4AF)开始形成 1100l200 大量形成C3A和C4AF，C2S含量达最大值。熟料烧结熟料烧结 在高温液相作用下，固相硅酸二钙和氧化钙都逐步溶解于液相中，硅酸二钙吸收氧化钙形成硅酸盐水泥的主要矿物硅酸三钙，其反应式如下：C2S+Ca0 C3S 随着温度的升高和时间延长，液相量增加,液相粘度降低，氧化钙、硅酸二钙不断溶解、扩散，硅酸三钙晶核不断形成，并逐渐发育、长大，最终形成几十微米大小、发育良好的阿利特晶体。与此同时，晶体不断重排、收缩、密实化，物料逐渐由疏松状态转变为色泽灰黑、结构致密的孰料，以上过程为熟料的烧结过程，简称熟料烧结。130014501300称为熟料的烧结温度。在此温度
8、范围内大致需要1020 min完成熟料烧结过程。影响熟料烧结过程的因素:1.最低共熔温度 2.液相量 3.液相粘度 4.液相的表面张力 5.氧化钙和硅酸二钙溶于液相的速率 熟料冷却熟料冷却 熟料烧结过程完成之后，C3S的生成反应结束，熟料从烧成温度开始下降至常温，熔体晶化、凝固，熟料颗粒结构形成，并伴随熟料矿物相变的过程称为熟料的冷却。冷却的目的冷却的目的1.改善熟料质量与易磨性；2.降低熟料温度，便于熟料的运输、储存和粉磨；3.部分回收熟料出窑带走的热量，预热二、三次空气；4.降低熟料热耗，提高热利用率。急冷对改善熟料质量的作用急冷对改善熟料质量的作用 1防止或减少C3S的分解 2避免-C2
9、S转变成-C2S 3改善了水泥安定性 4使熟料C3A晶体减少，提高水泥抗硫酸盐性能 5改善熟料易磨性 6克服水泥瞬凝或快凝 第4节 熟料形成热1.理论热耗理论热耗v由于原料、燃料不一样以及原料的配比和熟料组成的变化，使煅烧时的理论热耗有所不同，但一般波动在16301800kJ/kg熟料。v水泥熟料形成过程中的吸热部分，碳酸盐分解吸收的热量最多，占总吸热量的一半左右；而在放热反应中，熟料冷却放出的热量最多，占放热量的50%以上。因此，降低碳酸盐分解吸收的热量和提高熟料冷却余热的利用率是提高热效率的有效途径。2.熟料热耗v在实际生产中，由于熟料形成过程中物料不可能没有损失，也不可能没有热量损失，而
10、且废气、熟料不可能冷却到计算的基准温度（0或20），因此，熟料形成的实际消耗热量要比理论 热耗大。每煅1kg烧熟料单位热耗称为熟料实际热耗，简称熟料热耗。3.影响熟料热耗的因素v生产方法与窑型 生产方法不同，生料在煅烧过程中消耗的热量不一。如湿法生产需蒸发大量的水分而耗热巨大，而新型干法生料粉在悬浮态受热，热效率较高。因此，湿法热耗一般均较干法高，而新型干法生产的熟料热耗则较干法中空窑热耗为低。窑本身的结构、规格大小亦是影响熟料热耗的重要因素，因为传热效率高，则热耗低。v废气余热的利用 熟料冷却时需放出大量热，虽然这部分热量是必须释放的，但可以设法最大可能回收利用。熟料冷却时产生的废气可用作助
11、燃空气或是利用窑尾废气余热发电，提高煅烧设备的热效率，最大限度降低窑尾排放的废气温度则可以降低热损失，从而降低熟料热耗。v生料组成、细度及生料易烧性 易烧性好的生料，则热耗低，而易烧性差的生料，颗粒粗时则热耗增大。v燃料不完全燃烧热损失 燃料的不完全燃烧包括机械不完全燃烧、化学不完全燃烧。燃煤质量不稳定及质量差、煤粒过粗或过细、操作不当等均是引起不完全燃烧的原因。在立窑中通风不良、料球碎裂等亦是造成煤燃烧不完全的重要原因。煤燃烧不完全，煤耗必然增加，故熟料热耗增大。v窑体散热损失 窑内衬隔热保温效果好，则窑体散热损失小，否则散热损失大，熟料热耗增加。v矿化剂及微量元素的作用 适量加入矿化剂或复
12、合矿化剂、晶种，或合理利用微量组分，则可以改善易烧性或加速熟料烧成，从而降低熟料热耗。v此外，稳定煅烧过程的热工制度，提高煅烧设备的运转率和水泥窑的产量等均有利于提高窑的热效率，降低熟料热耗。第六章第六章 回转窑工作原理回转窑工作原理第第1节节 回转窑的功能回转窑的功能v回转窑是一个输送设备;v回转窑又是一个燃烧设备;v回转窑具有热交换的功能;v回转窑具有化学反应功能;v降解利用废物的功能。第2节 回转窑的发展和变化直径变大，长度增加。最大直径7.6m，长度230m。现在的窑较短，长径比减小。10000t/d 6.292m。第3节 水泥熟料在窑系统内的形成过程v根据熟料在水泥窑内的形成过程，可
13、将其分为六个带一、干燥带二、预热带三、碳酸盐分解带四、放热反应带五、烧成带六、冷却带v 干燥带干燥带承担生料中水分的蒸发任务。干燥带内物料温度为20200，气体温度为250400 。对湿法窑来说，含水3040的料浆从窑尾喂料机喂入窑内被加热，该带用链条作为热交换装置，将气流的热量传递给料浆，料浆受热后温度逐渐升高，水分不断被蒸发，料浆由稀逐渐变稠，水分继续蒸发，出链条带时物料水分波动在05。这一带主要是自由水的蒸发，需要消耗大量的热，占总热耗的3035，反应吸热约2675kJ/kg。v半干法窑的干燥过程在加热机上进行，在回转窑内无干燥带。预热器窑(SP窑)和预分解窑(NSP窑)干在预热器内进行
14、，因此回转窑内也无干燥带。v预热带预热带内物料温度在200750，气体温度在400800。该带的反应首先是物料中有机物质的分解，当温度升到400450 时粘土开始脱水分解出活性SiO2和A12O3。v当温度升高到600700，MgCO3进行分解，物料主要为黄色粉状料。该带是吸热反应，但吸收的热量不多，物料温度逐渐升高，为CaCO3分解创造了条件。带悬浮预热器和加热机的窑，预热都在预热器或加热机内进行，回转窑内预热带很短或者没有。v碳酸盐分解带碳酸盐分解带，承担碳酸镁和碳酸钙的分解任务，主要是碳酸钙的分解，该带物料温度为7501000，气体温度为8001600。由于碳酸盐分解放出CO2，物料中充
15、填有大量的气体，使物料呈流态化，增加物料在窑内的运动速度，因此物料在这一带运动速度最快，扬尘多。v带悬浮预热器和加热机的窑，分解反应有一部分在预热器或加热机中进行，而带窑外分解炉的窑，9095的分解反应是在分解炉内进行。v放热反应带放热反应带，主要承担固相反应的任务。该带内物料温度在10001300，气体温度在16001700。碳酸钙分解出的CaO与粘土分解出的SiO2和A12O3等在该带进行固相反应，生成C2S、C3A和C4AF等，放出一定的热量，故称“放热反应带”。v放热反应带对看火操作起较大作用，由于该带物料温度和碳酸盐分解物料之间温度相差较大，物料在高温下发光性较强，低温时物料发光性弱
16、，碳酸盐分解带物料温度较低，因此显得暗些，从窑头看火孔看去，就显示出明暗的界限，一般称“黑影”。看火工根据“黑影”远近来判断窑内温度，一般的回转窑用稳定“黑影”位置的方法来稳定窑的热工制度。v烧成带烧成带主要承担熟料中主要矿物C3S的形成，完成熟料的最后烧成任务。烧成带内物料温度为130014501300，气体温度达1700左右。v冷却带冷却带主要承担熟料的冷却，使熟料中的一部分熔剂矿物C3A和C4AF形成结晶体析出；另一部分熔剂矿物因冷却速度较快来不及析晶百形成玻璃体。v在干燥带，热气体传给物料热量主要用于蒸发料浆中水分，需要较多的热量，物料升温不快。v在预热带由于物料化学变化，需要吸收热量
17、很少，因此物料温度很快升高。v碳酸盐分解带由于碳酸盐的分解，需要吸收大量的热，所以物料升温速度最慢。v放热反应带由于反应放热，结果物料升温速度最快。烧成带是微吸热反应，物料也很快升到1450。v气体温度在燃烧带最高，因为燃料在这一带燃烧放出热量，同时将热量传给物料和窑壁。第4节 物料在回转窑内的运动窑内物料的角一般为3560烧成带：5060冷却带：4550填充率：又称物料的负荷率，即窑内物料的容积占整个窑筒体容积的百分比。v湿法长窑熟料煅烧的全部过程都是在回转窑内以堆积态进行；v立波尔窑及悬浮预热器窑，3050%生料预热及的碳酸盐分解过程，移到了窑外篦式加热机或悬浮预热器系统中；v预分解窑碳酸
18、盐分解绝大部分在预热分解系统内完成，入窑生料分解率可达90%以上。长窑？短窑？第第5节节 各种类型回转窑熟料煅烧进程分析各种类型回转窑熟料煅烧进程分析第第6节节 气体在回转窑内的运动气体在回转窑内的运动v为使燃料能完全燃烧，要从窑头提供大量的助燃空气，而窑内产生的废气又要及时从窑尾排出，因此窑内有气体流动。v燃烧带火焰长度，主要决定于气体流速，可按下式计算：arnetbQDAmq,203600785.0100v窑内气体流速的大小，一方面影响对流传热系数，另一方面也影响窑内飞灰的多少，同时还影响火焰的长度。v窑内气体流速的大小一般用窑尾风速表示。直径3m左右的湿法窑其窑尾风速在5m/s为宜，干法
19、窑尾风速约为10m/s。v窑头及窑尾负压反映二次风入窑及窑内流体阻力的大小。v在正常操作中，应稳定窑头、窑尾负压在不大的范围内波动。v当冷却机情况未变，窑内通风增大时，窑头、窑尾负压均增大；v当窑内阻力增大（窑内有结圈或料层增厚时），则窑尾负压也增大，而窑头负压反而减小。v在生产中当排风机抽力不变，可根据窑头、窑尾负压的变化来判断窑内情况。v在正常生产时，窑头保持微负压状态。第7节 燃料在回转窑内的燃烧v燃料在回转窑内燃烧后，形成高温。通过燃烧控制，使燃料燃烧后形成的火焰有一定的长度、形状和稳定性长度、形状和稳定性，以保证在回转窑内形成工艺所要求的温度区间，使生料在各个带完成一系列的物理化学变
20、化形成熟料。一、煤粉在回转窑内的燃烧过程 任何燃料的燃烧过程都有着火及燃烧两个阶段。由缓慢的氧化反应转变为剧烈的氧化反应（即燃烧）的瞬间叫着火着火，转变时的最低温度叫着火温度着火温度（也称为燃点或着火点）。v回转窑内煤粉的燃烧所形成火焰属于湍流扩散火焰，燃烧过程可分为四个阶段：v燃料与空气混合v燃料与空气加热至一定温度，释放挥发分v挥发分着火燃烧放出热量，为固定碳燃烧创造高温条件v固定碳着火燃烧及燃尽，释放燃烧产物。v参考P192，增加内容。v无烟煤挥发分含量低，燃烧温度较高，同时燃烧过程中其焦炭粒子较致密，不利于氧气和燃烧产物CO、CO2的扩散和热的传导，使其燃烧速度降低，燃尽时间较长。因此
21、，在通常气和燃烧产物技术条件下，无烟煤较难用作回转窑，特别是用作预分解窑的燃料。（2）燃烧过程黑火头黑火头回火回火v煤粉在回转窑内的燃烧过程比较复杂，煤粉在燃烧的同时，还要向窑尾运动，并且在燃烧过程中，要进行传热，这几方面又相互影响。v在回转窑内煤粉以分散状态由喷煤嘴喷出，经过一段距离后才燃烧，煤粉自喷嘴喷出至开始燃烧的这段距离称黑火头黑火头。v黑火头的长短取决于煤粉干燥预热时间。当水分为12%时，一般需要0.030.05S。但在煤粉粗湿的情况下，干燥预热的时间要相应延长。v温度升高到450500时，挥发分开始逸出，在700800时全部逸出，剩下固定碳。v固定碳粒的燃烧是很缓慢的，它的燃烧速度
22、不但与温度高低有关，且与气体扩散速度有很大关系。所以加强气流扰动，以增加气体扩散速度，将大大加速固定碳粒子的燃烧。v火焰的传播火焰的传播v回火回火v燃料燃烧进程可分为燃料与空气混合、燃料和空气加热到着火温度、挥发分首先起火燃烧和焦炭燃烧及燃尽等四个阶段。v混合是燃烧的前提。v在高温范围内(如窑内)，燃烧是受颗粒边界层扩散速度控制，而在较低温度范围内(如分解炉内)，燃烧反应速率是受化学反应速度控制。v煤粉的挥发分含量对窑内燃烧反应速率的影响较小，而对分解炉内燃料燃烧反应速度影响较大。（3）一次风的作用及一次风量 输送煤粉；供给煤的挥发分燃烧所需氧气。通常为6-8（4）二次风的作用 新型干法窑的二
23、次风温可达1000以上。促进煤的燃烧；获得较高的温度；回收热量。调节二、三次风的比例可调节火焰长短。二、火焰温度及其影响因素v理论燃烧温度fefesmachafuarnetfeVCQQQQQQt,低位发热量 燃料和一次空气带入显热 二次空气带入显热 化学不完全燃烧损失 机械不完全燃烧损失 火焰向周围传出热量 废气比热容 废气量v以下因素影响火焰温度。（1）煤的热值；不低于20900KJ/Kg。（2）煤的水分；煤粉中保持11.5的水分可促进燃烧。（3）煤粉细度（4）燃烧空气量 过剩空气系数为 1.05 1.15（5）燃烧用助燃空气的预热温度 提高二次空气温度，必须要提高冷却机的效率。第8节 水泥
24、回转窑对火焰的要求v一次风的送风量尽量少，并能使煤风充分混合均匀，尽可能充分利用高温的二次风；v燃烧效率和煤粉的燃尽率高v火焰形状良好稳定，适应窑况的变化需要，窑内温度场分布合理，避免峰值温度出现，火焰无脉冲现象。v火焰形状根据需要调节方便灵活。v安全可靠，使用寿命长，不回火，并能适应高温和耐磨。v对煤质的适应性要强，可适应煤质波动变化的需要。v点火容易升温快，以缩短无效时间，减轻劳动强度。vNOx少。v一、火焰形状（火焰长度、粗细和完整性）（1）火焰长度L全焰长度；L1黑火焰；L2燃焰长度v火焰长度及其分布应与工艺过程相适应。特别是烧成带的火焰长度，必须保证物料有足够大的停留时间，才能煅烧出
25、高质量的熟料。v烧成带的火焰长度是火焰的高温部分，约占整个火焰长度的一大半，它所形成的窑皮比较坚固，称为主窑皮；火焰两头部分形成的窑皮比较松散，时长时消是动态过程，被称为松散窑皮区或副窑皮。v窑皮形成的长短、厚薄、位置、均匀与否和稳定程度等，是判断火焰质量和性能的依据，同时也是衡量操作水平的重要指标。v火焰长度对烧成工艺影响很大，当发热量一定，若不适当地拉长火焰会使烧成带温度降低，过早出现液相，易结圈，还会造成废气温度提高，使煤耗增加等缺点。相反，若火焰太短，高温部分过于集中，易烧垮“窑皮”及衬料，不利于窑的长期安全运转。因此，火焰长度应根据窑内实际情况进行调整。影响火焰长度的因素影响火焰长度
26、的因素气体在窑内的流速对火焰长度的影响 一次风速增加，一方面能提高煤粉的有效射程，使火焰拉长，另一方面又使风煤混合均匀，使燃烧速度快，火焰短，这是两个相反的作用。二次空气增加，使火焰外气体流速增加，从而将火焰拉长。（2）火焰粗细 外廓与窑皮之间保持100200mm的空隙（3）火焰完整性（4）火焰根部 黑火头太短，则煤粉出喷口就燃烧，易烧坏喷煤嘴。一般窑型，黑火头在1m左右；在新型干法窑、多通道燃烧器中，黑火头可以大大缩短，有的基本没有黑火头，所以对其燃烧器喷煤嘴的村质要求较高。v（5）良好的火焰形状a)水泥回转窑中理想的火焰；b)火焰过粗过短，无黑火焰；c)火焰过细，黑火头过长；d)火焰形状不
27、规整，偏火；e)尖端返回战蘑菇状不规整火焰二、火焰性能（1）火焰温度 熟料的烧成温度为13001450，要求火焰温度即气体温度应达到15401700。（2）火焰的性质 过剩空气系数；1.05 1.10之间。（3）火焰的强度 火焰强度包括火焰的软硬、方向及发光性等。第第9节节 窑的发热能力和燃烧带的热力强度窑的发热能力和燃烧带的热力强度v1.窑的热容量（发热能力）：热容量是指窑在单位时间所发出的热量。v2.燃烧带的热力强度v燃烧带的热力强度（热负荷）有容积热力强度、表面积热力强度和截面积热力强度。v容积热力容积热力强度是燃烧带单位容积、单位时间发出的热量v燃烧带是火焰在窑内所占据的空间，而烧成带
28、的长度只是燃烧带中温度最高的部分，一般烧成带的长度为燃烧带的0.600.65倍。v燃烧带热力强度过高会损坏窑衬，所以热力强度的提高受到耐火材料质量的限制，有些工厂燃烧带热力强度控制在（14.14-15）105 kJ/m3h，也有的高达20.9105kJ/m3h。v燃烧带的截面热力强度v燃烧带衬料表面热力强度第10节 回转窑内的传热v1.回转窑内的传热方式 传导传热、对流传热、辐射传热。v2.简化分析回转窑内的传热v2.1 热气流v热气流是热源，当工作状况稳定时，一定截面上热气流的温度不随时间而改变，它以辐射和对流的方式传热给衬料、物料上表面以及物料中分解出的气体和粉尘，气体传出总的热量为：v2
29、.2 衬料 衬料起到蓄热器的作用。窑衬暴露在热烟气中时,沿窑回转方向窑衬温度逐渐升高 窑衬被埋在物料中时,沿窑回转方向窑衬温度逐渐降低。v2.3 物料的传热vA 辐射传热辐射传热4410010067.5mffmRfmTTQ1111mffmva.火焰的黑度主要取决于固体粒子黑度。对于煤粉火焰来说，与没的种类、燃烧过程及是否向火焰中补充固体颗粒有关。v火焰黑度可近似等于1。vb 火焰温度 辐射传热与火焰温度4次方变化。vc 窑衬与物料平均温度 物料上表面温度，取决于物料截面上温度均匀性。窑转速增加，物料翻滚次数增多，物料越均匀。但窑速过高，变化不明显。必须同时考虑物料在各带的停留时间。B 传导传热
30、传导传热 xtFQa.衬料起到蓄热器的作用，把热量传给物料。b.1kg生料粉表面积300/，窑内堆积物料的传热面积仅0.120.13。C 对流传热对流传热FttQmga.与气体流速有关，但受到限制。b.传热面积同样很小。fefesmachafuarnetfeVCQQQQQQt,v在回转窑内高温带和低温带，气固之间的传热方式是不同的。气流温度在1000以上的高温带，辐射传热占主导地位，而对流及传导的换热量很小（不足10%）。v在气流温度低于 1000的低温带，辐射传热退居次要地位，而对流和传导速率主要影响换热过程，此时气固之间的换热面积成为热交换快慢的主要因素。v烧成带与分解带由于气流温度较高，
31、燃烧后的烟气中含有大量CO2和碳粒子等固体颗粒，同时又有较大的辐射空间，在这两带辐射传热占很大的比例。v烧成带与分解带又不同，分解带的物料需要大量的热量，而烧成带的物料，并不需要很多的热量，而需要保持一定的温度和足够的停留时间。v新型干法窑绝大部分碳酸盐分解移到窑外分解炉内进行，在分解炉内物料处于悬浮状态下进行热交换，传热效率很高。v在干燥带与预热带，气流温度波动在1000300。该带以对流和传导传热为主。这部分加强传热的主要措施是增加它们的热交换面积。v新型干法窑，如悬浮预热器窑由于物料悬浮在热气流中，热烟气与物料的接触面积大，使废气温度大大降低，从而减少了废气热损失，提高了热效率。v冷却带
32、的传热与干燥预热带基本相同，在该带，熟料不是接受热的主要对象，相反是传出热量的主体，熟料以辐射和传导的方式传热给衬料，又以对流方式传热给二次风，使其温度升高，预热了二次风，熟料本身被冷却。第11节 回转窑热经济分析v煅烧1kg水泥熟料，理论上只需要消耗的热量为17001750KJ。v理论上需要的热量与实际消耗的热量之比，称为回转窑的热效率第第12节节 回转窑结构回转窑结构1筒体；2轮带；3托轮；4大齿轮；5小齿轮；6烟室；7样凤机；8电收尘器；9烟囱；10煤粉仓；11喷煤管；12喂料管；13冷却机一、筒体一、筒体v钢质圆筒，直径26m，长度30200m。筒体外有若干道轮带轮带，安放在相对应的托
33、轮上，为使物料能由窑尾逐渐向窑前运动，筒体一般有35的斜度。v为保护筒体，筒体内镶砌有100230mm厚的耐火村料。1 筒体形状筒体形状v直筒型 v一端扩大型 冷端扩大冷端扩大，提高预烧能力，降低出窑废气温度，降低热耗，减小窑尾风速。大型悬浮预热器窑也有采用扩大冷端直径的。v热端扩大热端扩大，提高烧成能力，有利于提高窑产量，减少结圈。但若不相应提高预烧能力，会使窑尾废气温度升高。v两端扩大型两端扩大型，省钢材，但中间风速大。湿法长窑冷端扩大 直径较小的窑热端扩大 新型干法回转窑直筒形。2 规格规格 长度是从前窑口到后窑口的总长。直径是指窑筒体的公称直径。5000t/d 4.8mx72m 3.5
34、mx3.3mx3.5mx148mv筒体刚度1 增加钢板厚度v一般 1850mmv大型窑 3060mm v2.焊接筒体 烧成带筒体表面温度较高，铆接的铆钉杆易过热伸长失去初应力，造成铆钉松动，使筒体变形。v3.加强轮带刚度 保证轮带有足够的刚度，以增强窑筒体的刚度。选择适当的轮带与筒体垫板之间的间隙，使筒体在热态下与轮带呈无间隙的紧密配合，否则起不到增强窑筒体刚度的作用。要防止由于轮带与筒体间隙过小而使筒体产生缩颈。v预解窑入窑物料分解率大于90%，烧成带长度占回转窑长度的50%左右。窑皮的长度为(5.56D)左右，窑皮之后的筒体因失去了窑皮的保护作用而表面温度增高，因增产而强化窑内煅烧造成窑皮
35、后的筒体表面 温度经常在400左右。v按照等支撑反力原则分配跨距，第档、第档轮带和支撑装置都将处于高温区域，容易因为轮带与垫板两者的间隙不当或即使有合适的间隙但因操作不当，窑升温速度太快产生筒体“缩颈”，一旦产生“缩颈”，耐火砖很难砌牢，影响窑的运转率。l一轮带；2一托轮；3一托轮轴承，4一挡轮；5一底座二、支承装置二、支承装置v轮带附近筒体变形最大，不应安装在筒体的接缝处。v轮带在运转中受到接触应力和弯曲应力的作用，使表面呈片状剥落、龟裂，有时径向断面上还出现断裂，所以要求轮带要有足够抵抗接触应力和弯曲应力的能力。v1.轮带的型式 A.矩形轮带 断面是实心矩形，形状简单，由于断面是整体，铸造
36、缺陷相对来说不显突 出，裂缝少。矩形轮带加固筒体的作用较好，既可以铸造，也 可以锻造，是目前国内外大型窑应用较多的一种。vB.箱形轮带 刚性大，有利于增强筒体的刚度，散热较好。与矩形轮带相比可节约钢材，但由于截面形状复杂，铸造时，在冷缩过程中易产生裂缝等缺陷，这些缺陷有时导致横截面断裂。v2.轮带在筒体上的安装vA.活套式 轮带与筒体垫板之间要留有间隙，以弥补温差引起的热膨胀量，故把轮带活套于垫板上。为适应筒体的热膨胀，轮带内径与垫板外径留有间隙，合适的间隙应使窑在正常生产中，轮带正好箍住筒体垫板，既无过盈又无缝隙，这样使轮带下的筒体变形与轮带变形一样，既起到加强筒体径向刚度的作用，又不致产生
37、大的热应力。垫板与挡圈一起铆接在筒体上。垫板被分成两段，可节约钢板，但这种安装方式限制了筒体的自由膨胀，轮带与筒体的热应力较大，目前很少使用。垫板形式垫板一端自由，一端与筒体焊接，轮带与垫板间留有 的间隙，它既可以控制热应力又可以充分利用轮带的刚性，使之对筒体起到加固作用，应用较多。v2.轮带与筒体一体化结构v轮带既作为支撑部件，又是筒体的一部分；采用焊接方式与筒体固定连接，代替了现有的套装方式，提高了筒体的刚性。vA.实心铸钢结构v提高了轮带下筒体刚度，延长了耐火砖和轮带寿命，散热较好，温度应力小；但质量较大，消耗钢材较多。vB.箱形轮带v热应力小，筒体径向变形小，可以减轻窑体重量，节约钢材
38、。但是制造比较困难焊接工作量大。3.槽齿轮带在轮带内面均等地设置齿台，两齿台之间有凹槽，对称的桥形板放在齿台内，两端有X形定位板。桥形板与齿台之间设置楔形块，使桥形板稳定。窑在运转时，作用力通过桥形板、楔形块传至轮带内的齿台，呈切线方向受力，这比常规使用的浮动式轮带直接受力要小得多。三、托轮与窑体窜动三、托轮与窑体窜动v1.托轮安装v2.托轮及其轴承v托轮的直径一般为轮带直径的1/4，v宽度一般比轮带宽50100mm。v自动调位托轮自动调位托轮是在窑一侧的一对托轮下设置弹簧偏摆架。当窑在运转时出现架偏斜，托轮受力，则托轮下的偏摆架自动调位，使托轮面与轮带面始终保持良好的接触。由于托轮自动调位，
39、减缓了窑的上下窜动，因而不需设置挡轮。同时使窑的两端偏摆量减小，有利于窑头窑尾的密封。v传动托轮传动托轮，在槽齿轮带和自动调位托轮的基础上，由于轮带和托轮保持良好的面接触，其接触均衡、磨损量小，因而可以用托轮直接和轮带接触，取消大小齿轮，直接用液压电动机、行星式减速机、万向联轴器带动托轮，使窑运转。v3.回转窑筒体的窜动v计算表明，合力Q仅为摩擦力的1/21/8，虽不能克服轮带与托轮之间的摩擦力而使筒体向下滑动，但由于轮带与托轮接触处产生弹性变形而造成弹性滑动，导致筒体向下窜动。改变摩擦因数法歪斜托轮轴线法四、挡轮四、挡轮v回转窑筒体是以35的斜度支承在托轮支承装置上，当窑回转时，回转窑筒体是
40、要上、下窜动的，但这个窜动必须限制在一定范围之内。为了及时观察或控制窑的窜动，在某道（一般靠近大齿轮的一道）轮带两侧设有挡轮。挡轮为我们指出筒体在托轮上的运转位置是否正确，并起到限制或控制筒体轴向窜动的作用。v1.不吃力挡轮（信号挡轮）v2.吃力挡轮v3.液压挡轮v812h，移动12个周期五、传动装置五、传动装置v1.传动装置的作用和组成v水泥回转窑是慢速转动的煅烧设备，窑型、安装斜度和煅烧要求的不同，回转窑的转速也有区别，窑速一般控制在0.53.0r/min之间，新型干法回转窑的窑速可达3.8r/min。v传动装置的作用就是把原动力传递给筒体并减小到所要求的转速。回转窑的传动装置由电动机、减
41、速机和大小齿轮所组成。v2.大齿轮安装大齿轮安装v大齿轮的中心线必须与筒体中心线重合；v大齿轮通常制成两半或数块，用螺栓将其连接在一起；v大齿轮一般安装在靠近窑筒体中部，远离热端。vA切向连接v大齿轮固定在筒体切线方向的弹簧板上。弹簧板宽与齿轮相等，一端成切线与垫板及窑固定在一起，一端用螺栓与大齿轮接合在一起，接合处可以插入垫板，以调节大齿轮中心与窑体中心位置。v具有较大的弹性，能减少因筒体弯曲或开、停车时的冲击对大、小齿轮的影响；缺点是安装较困难，中心不易找准，齿轮制造困难。v制造简单、安装容易、大齿轮可以调面使用等优点，但在传递动力时，弹性程度较差。B轴向连接v3.传动装置的特点v传动比大
42、；v平滑无级调速，调节范围宽；（1:31:4）v启动力矩大。v4.传动方式vA.减速机传动布局紧凑，占地面积小，传动效率高，结构简单，部件少，安装调整方便，故障少，部件使用寿命长，安全可靠。vB.减速机与半敞式齿轮组合传动减速机外形尺寸小，同时减速机远离窑体，减少了受热辐射的影响，便于检修。占地面积大，效率低，耗油多，齿轮磨损快，安装修理、维护都比较麻烦。v3.双传动v零部件外形小，设备重量轻。v齿的受力减少一半，可防止因齿宽过大、受力不均匀而造成齿轮的过早损坏。v 大齿轮同时与两个小齿轮接触，力点增多，运转平稳。v安装与维修工作量增加。六、密封装置1.迷宫式密封装置v其原理是让空气流经曲折的
43、通道，产生流体阻力，使漏风量减少。v迷宫式密封结构简单，没有接触面，不存在磨损问题，同时不受筒体窜动的影响。v相邻迷宫圈间的间隙一般不小于40mm。间隙越大，迷宫数量越少，密封效果也就越差。v迷宫式密封适用于气体压力小的地方或与其他密封结合使用。v2.弹簧杠杆式密封v弹簧杠杆式窑尾密封如图所示，端面摩擦密封主要由烟室上的固定环和若干块随窑回转的活动扇形板来实现。后者由铰链支撑于窑筒体末端延伸的部分，借助于拉力弹簧和杠杆机构，把扇形板压向烟室的固定环上，保持紧密接触。扇形板外圆与环形内表面之间的间隙可通过调整机构控制。v由于扇形板是随窑转动的，不受筒体偏摆的影响，所以间隙可以调到小至0.5mm，
44、既允许扇形板轴向浮动，又能实现较好的密封。v优点是运动件比较轻巧灵活，便于调整，密封效果不错。但零件必须加工精确，安装调整仔细。v3.石墨块密封v石墨块在钢丝绳及钢带的压力下可以沿固定槽自由活动并紧贴筒体周围。紧贴筒外壁的石墨块相互配合可以阻止空气从缝隙处漏入窑内。石墨块之外套有一圈钢丝绳，此钢丝绳绕过滑轮后，两端各悬挂重锤，使石墨块始终受径向压力，由于筒体与石墨块之间的紧密接触，冷空气几乎完全被阻止漏入窑内，密封效果好。v石墨有自润滑性，摩擦功率消耗少，筒体不易磨损；石墨能耐高温抗氧化、不变形，使用寿命长。v缺点是下部石墨块有时会被小颗粒卡住，不能复位。用于窑头的密封弹簧易受热失效，石墨块磨
45、损较快。v4.移动滑环式密封v由三道密封环节组成，主要一道由密封槽5和与它一起配合的密封环6组成，后者固定不动，前者通过导向键槽4随窑一起转动，活套在窑体上，当窑体窜动时，无阻碍。环向压圈2主要防止漏风，3为密封垫板，它们组成第二道密封。第三道由四块弧形不锈钢板8构成，主要防止粉料流向其他两道密封。v这种密封装置用于预分解窑的窑尾，效果较好。序号9为12个相互衔接的耐热钢回料勺，随窑一起回转，能及时将窑口溢流出的物料舀起，撒在烟室斜坡上再流入窑内。v5.新型复合柔性密封v采用新型耐高温、耐磨损的半柔性材料，做成密闭的整体形锥体，能很好地适应回转窑端部的复杂运动，使用时其一端密闭地固定在窑尾烟室及窑头罩上，另一端用张紧装置柔性地张紧在回转窑的筒体上，有效地消除了回转窑轴向、径向和环向间隙，实现了无间隙密封，且内部辅助设置了自动回灰和反射板装置，密封效果好。七、喂料装置1.回转窑的主要功能是什么？2.回转窑内各带是如何划分的？各带内主要反应有哪些？3.回转窑内物料是如何运动的？影响物料运动速度的因素有哪些？4.煤粉在回转窑内是如何进行燃烧的？5.回转窑对火焰有哪些要求？火焰形状包含哪些内容？6.影响火焰温度因素有哪些？这些因素是如何影响的？7.回转窑筒体为何会变形？为控制其变形，应采取哪些措施？8.回转窑筒体为什么会产生窜动？如何控制筒体的窜动？
