水泥回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)分析及工藝參數(shù)選擇

1、水泥回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)分析及工藝參數(shù)選擇1、水泥生產(chǎn)概述新型干法水泥生產(chǎn)技術(shù)以其能耗低、排放少的優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于水泥生產(chǎn)過程。與濕法、老式干法和半干法生產(chǎn)方法相比較，它具有生產(chǎn)能力大、自動(dòng)化程度高、產(chǎn)品質(zhì)量高、能耗較低、有害物排放量較低等特點(diǎn)。新型干法水泥生產(chǎn)過程主要包括生料制備、熟料燒制和水泥制備三個(gè)環(huán)節(jié)，工藝流程如下圖所示: 圖1水泥生產(chǎn)工藝流程圖1.1、生料制備 生料制備是水泥原料加工處理的過程，它又包括了原料的破碎及預(yù)均化和生料的粉磨及預(yù)均化等步驟。硅酸鹽水泥的主要原料為石灰質(zhì)原料和茹土質(zhì)原料，有時(shí)還要根據(jù)原料品質(zhì)和水泥品種，摻加校正原料以補(bǔ)充某些成分的不足，同時(shí)還可以利用工業(yè)廢渣或混合材料作

2、為水泥的原料。從礦山開采得到的原料都是塊度很大的石料，這種原料的硬度高，難以直接進(jìn)行粉磨、燒制。破碎過程就是將大塊原料盡可能的破碎成粒度小且均勻的物料，以減輕粉磨設(shè)備的負(fù)荷，提高磨機(jī)產(chǎn)量。原料經(jīng)過破碎處理后，可以盡可能的減少因運(yùn)輸和貯存引起的不同粒度原料分離的現(xiàn)象，有利于下一步對原料的均化。原料預(yù)均化是提高水泥生料成分穩(wěn)定、提高生產(chǎn)質(zhì)量的工藝。均化堆料的方法有很多種，主要的幾種方式有:“人”字形堆料法，水平層堆料法，波浪形堆料法，橫向傾斜層堆料法。然后根據(jù)不同的堆料方法采取端面取料、側(cè)面取料或者底部取料。這樣可以盡可能降低因開采、運(yùn)輸?shù)纫蛩貙?dǎo)致的原料成分波動(dòng)。原料經(jīng)過破碎和均化后按比例進(jìn)行混合

3、，然后送入生料磨中進(jìn)行粉磨。粉磨過程可以進(jìn)一步降低物料粒度，當(dāng)提供相同熱量時(shí)，物料粒度越小的生料其反應(yīng)速度越快，熟料燒結(jié)越容易。生料制備的最后一個(gè)步驟是預(yù)均化處理，這也是熟料制備工藝前能有效提高生料成分穩(wěn)定性的操作。生料均化一般在生料均化庫中進(jìn)行，采用空氣攪拌，在重力的作用下產(chǎn)生“漏斗效應(yīng)”，促使生料在下落的過程中充分混合。1.2熟料燒制 熟料燒制可分為四個(gè)過程:懸浮預(yù)熱、窯外分解、窯內(nèi)燒結(jié)和熟料冷卻。常見的預(yù)熱器是多級旋風(fēng)預(yù)熱器，在其中含熱廢氣與生料發(fā)生熱交換。生料從最上面的第一級旋風(fēng)筒連接風(fēng)管喂入，在高速上升氣流的帶動(dòng)下，生料折轉(zhuǎn)向上隨氣流運(yùn)動(dòng)，然后被送入旋風(fēng)筒內(nèi)。在氣流和重力的作用下，物

4、料貼著筒壁分散下落，最后進(jìn)入下一級旋風(fēng)筒的喂料管中，重復(fù)以上運(yùn)動(dòng)過程。經(jīng)過五級旋風(fēng)筒的預(yù)熱，生料就可以被加熱到800左右，而含熱廢氣則由約1100降低到約3 00。由于物料在旋風(fēng)筒內(nèi)處于懸浮分散狀態(tài)，熱交換過程可以很快發(fā)生。預(yù)熱器的使用充分利用了窯尾產(chǎn)生廢氣，降低了熟料燒成的熱耗。預(yù)熱器最底部一級旋風(fēng)筒和分解爐相連，物料通過管道進(jìn)入分解爐，并在其中進(jìn)行分解。生料與噴入分解爐的煤粉在爐內(nèi)充分分散、混合和均布，爐內(nèi)高溫使得煤粉燃燒，迅速向物料傳遞熱量。物料中的碳酸鹽在高溫的作用下，迅速吸熱、分解，釋放出二氧化碳。入窯前，物料的分解率可以達(dá)到90%以上，進(jìn)一步減輕了窯內(nèi)水泥鍛燒的熱負(fù)荷，提高了煤粉的

5、利用率。物料進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯后進(jìn)一步分解，并隨著窯的轉(zhuǎn)動(dòng)向前移動(dòng)，窯內(nèi)煤粉燃燒產(chǎn)生的熱量使得物料發(fā)生一系列的化學(xué)反應(yīng)，最后生成水泥熟料的主要成分硅酸三鈣。隨后熟料被送到蓖式冷卻機(jī)中，冷卻機(jī)采用風(fēng)冷的方式，冷卻風(fēng)從底部吹入對熟料進(jìn)行冷卻。同時(shí)，熟料在蓖板的往復(fù)作用下逐漸向前移動(dòng)。蓖式冷卻機(jī)可以對熾熱的熟料起到驟冷作用，提高了熟料的強(qiáng)度，同時(shí)還有出料溫度低、冷卻能力大等優(yōu)點(diǎn)。1.3水泥制備 水泥終粉磨是水泥生產(chǎn)過程最后一道工藝。由于不同產(chǎn)品對水泥的粒度要求不一樣，因此需要對水泥熟料進(jìn)一步加工。水泥熟料和石膏先經(jīng)過輥壓機(jī)多次擠壓粉碎，隨后送入到立磨中進(jìn)行終粉磨，以形成不同標(biāo)號的水泥成品，最后打包裝袋或散裝

6、出廠。2水泥回轉(zhuǎn)窯工藝參數(shù)選擇2.1熟料燒結(jié)機(jī)理分析水泥熟料的鍛燒過程，是水泥生產(chǎn)中最重要的過程。該過程是在回轉(zhuǎn)窯中進(jìn)行，回轉(zhuǎn)窯具有臺時(shí)產(chǎn)量高、所生產(chǎn)水泥熟料質(zhì)量好、機(jī)械化和自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)，被多數(shù)水泥廠所采用。一般情況下，回轉(zhuǎn)窯筒體具有一定的傾斜角度，物料在其中會(huì)隨著筒體轉(zhuǎn)動(dòng)而不斷翻滾向前。回轉(zhuǎn)窯為燃料燃燒、物料之間的化學(xué)反應(yīng)提供了最夠的空間和熱反應(yīng)環(huán)境。圖2水泥回轉(zhuǎn)窯示意圖 硅酸鹽水泥的主要成分包括CaO,SiO2,A12O3和Fe2O3，在高溫的條件下進(jìn)行一系列的反應(yīng)生成等礦物?；剞D(zhuǎn)窯內(nèi)部空間按溫度可以大致分為四個(gè)區(qū)域:分解帶、過渡帶、燒成帶和冷卻帶。物料在進(jìn)入時(shí)分解率達(dá)到90%左右，

7、剩余沒有分解的物料將在進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯后逐漸分解。過渡帶部分溫度高達(dá)900-1150，使得生料中的二氧化硅、三氧化二鐵和三氧化二鋁等氧化物發(fā)生固相反應(yīng)。固相反應(yīng)是放熱反應(yīng)，放熱量約為480-500kJ/kg，這為物料的燒結(jié)提供了大量的熱量。當(dāng)物料溫度在1300-1450時(shí)，固相反應(yīng)生成的礦物成為液相，大部分的C2S和CaO很快被高溫熔融的液相所溶解，這種溶于液相中的C2S和CaO進(jìn)行反應(yīng)，從而生成硅酸三鈣，同時(shí)硅酸三鈣的反映時(shí)間應(yīng)維持15-20min。熟料通過燒成帶后溫度開始下降，為了保證水泥質(zhì)量，要求熟料被驟冷，蓖式冷卻機(jī)的使用可以大大降低物料冷卻的時(shí)間，從而減少了副產(chǎn)品的生成。2.2影響回轉(zhuǎn)窯溫

8、度因素的選擇 通過上文對回轉(zhuǎn)窯內(nèi)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)的闡述可知，水泥熟料的品質(zhì)是由物料發(fā)生化學(xué)反時(shí)的應(yīng)溫度決定。其中燒成帶溫度直接影響到硅酸三鈣的生成量，當(dāng)燒成帶的溫度得以保證時(shí)，窯內(nèi)含熱氣體會(huì)將大量熱量帶入分解帶和過渡帶，從而提供了物料分解和熔融所需能量。因此，及時(shí)、準(zhǔn)確的獲得燒成帶溫度有著重要的意義。 本文采用數(shù)據(jù)擬合的方法對燒成帶溫度進(jìn)行預(yù)測，預(yù)測首先要選取輸入變量。回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)是一個(gè)變量眾多、存在時(shí)間滯后性、變量間又有一定的耦合的復(fù)雜系統(tǒng)。窯內(nèi)的可測變量包括噴煤量、入窯料量、高溫風(fēng)機(jī)擋板開度、窯頭罩溫度、窯尾溫度、窯電流、窯轉(zhuǎn)速等等。它們與回轉(zhuǎn)窯燒成帶溫度都有著或多或少的聯(lián)系，為了盡可能準(zhǔn)確地選擇影響回轉(zhuǎn)窯燒成帶溫度的變量，下面將采用定性分析和定量分析相結(jié)合的方法選擇輸入變量。 (1)定性分析 假定在水泥配料合理、生料成分穩(wěn)定的情況下，各個(gè)變量與燒成帶溫度之間的關(guān)系如下表所示:表1各變量與燒成帶溫度之間的關(guān)系 將現(xiàn)場采集到的