水泥工藝課程六熟料煅燒課件

第6章熟料煅燒技術新型干法水泥生產過程中的熟料煅燒技術以及煅燒過程中的物理化學變化，以旋風筒—換熱管道—分解爐—回轉窯—冷卻機為主線，掌握當代水泥工業(yè)發(fā)展的主流和最先進的煅燒工藝及設備、生產過程的控制調節(jié)等。本章學習要點：ManufacturingWorkforceTraining-Production預分解窯生產流程圖ManufacturingWorkforceTraining-Production預分解窯工藝流程ManufacturingWorkforceTraining-Production水泥的產量、質量、燃料與襯料的消耗以及窯的安全運轉。6.1概述：熟料的煅燒過程

以懸浮預熱和窯外分解技術為核心，把現(xiàn)代科學技術和工業(yè)生產成果，廣泛用于水泥生產全過程，使水泥生產具有高效、優(yōu)質、低耗、符合環(huán)保要求和大型化、自動化為特征的現(xiàn)代水泥生產方法，并具有現(xiàn)代化的水泥生產新技術和與之相適應的現(xiàn)代管理方法。新型干法水泥生產：關鍵技術裝備旋風筒連接管道分解爐回轉窯冷卻機預熱分解燒成冷卻

6.2：生料在煅燒過程中的物理化學變化干燥（自由水蒸發(fā)）吸熱100~150℃粘土質原料脫水吸熱450℃碳酸鹽分解強吸熱900℃固相反應放熱800~1200℃熟料燒結微吸熱1300~1450~1300℃熟料冷卻放熱1300℃~碳酸鹽分解反應式：MgCO3MgO+CO2-QCaCO3CaO+CO2-Q

反應溫度：

MgCO3

始于402~408℃最高700℃CaCO3600℃開始，812~928℃快速分解ManufacturingWorkforceTraining-Production碳酸鈣分解反應特點：

可逆反應強吸熱反應燒失量大分解溫度與CO2分壓和礦物結晶程度有關影響反應速度的因素

石灰質原料的特性生料細度和顆粒級配生料懸浮分散程度溫度窯系統(tǒng)的CO2分壓生料中粘土質組分的性質ManufacturingWorkforceTraining-Production固相反應反應特點：多級反應放熱反應影響因素：生料細度及均勻程度原料性質溫度礦化劑反應產物：

C2S、C3A、C4AFManufacturingWorkforceTraining-Production熟料燒結過程：

當物料溫度升高到最低共熔溫度后，C3A、C4AF、MgO、R2O等熔融成液相。C2S、CaO逐步溶解于液相中，C2S吸收CaO形成C3S。反應式：C2S+CaO→C3S

隨著溫度的升高和時間延長，液相量增加，液相粘度降低，C2S、CaO不斷溶解、擴散，C3S晶核不斷形成，并逐漸發(fā)育、長大，形成幾十微米大小、發(fā)育良好的阿利特晶體。晶體不斷重排、收縮、密實化，物料逐漸由疏松狀態(tài)轉變?yōu)樯珴苫液?、結構致密的熟料。C3S的形成熟料燒結熟料燒結ManufacturingWorkforceTraining-Production

C3S形成條件：

溫度：1300~1450~1300℃

液相量：

20%~30%

時間：

10~20min

影響熟料燒結過程的因素最低共熔溫度液相量液相粘度液相的表面張力C2S、CaO溶于液相的速率熟料燒結ManufacturingWorkforceTraining-Production冷卻目的：

改善熟料質量與易磨性；降低熟料的溫度，便于運輸、儲存、和粉磨回收熱量，預熱二次空氣，降低熱耗、提高熱利用率。

冷卻方式：

急冷熟料冷卻ManufacturingWorkforceTraining-Production快冷對改善熟料質量的作用：

防止或減少C3S的分解；避免β-C2S轉變成γ-C2S；

改善了水泥安定性；使熟料晶體減少，提高水泥抗硫酸鹽性能；改善熟料易磨性；可克服水泥瞬凝或快凝。ManufacturingWorkforceTraining-Production熱耗：燒成1㎏熟料所消耗的熱量。Kj/kg熱效率：理論熱耗：1630--1800Kj/kg；實際熱耗：3400--7500Kj/kg實際熱耗＞理論熱耗：因為有各種熱損失。熟料形成熱ManufacturingWorkforceTraining-Production6.3.1懸浮預熱技術及其優(yōu)越性6.3.2懸浮預熱器的構成及功能6.3.3旋風預熱器是主要的預熱設備6.3懸浮預熱技術ManufacturingWorkforceTraining-Production是指低溫粉狀物料均勻分散在高溫氣流之中，在懸浮狀態(tài)下進行熱交換，使物料得到迅速加熱升溫的技術。

6.3.1懸浮預熱技術定義優(yōu)越性

物料懸浮在熱氣流中，與氣流的接觸面積大幅度增加，傳熱、傳質迅速可大幅度提高了生產效率和熱效率。ManufacturingWorkforceTraining-Production6.3.2懸浮預熱器的構成及功能

（旋風式）旋風筒連接管道(換熱管道)構成及功能構成：功能：使氣、固兩相能充分分散均布迅速換熱高效分離三個功能ManufacturingWorkforceTraining-Production旋風預熱器是由旋風筒和連接管道組成的熱交換器。換熱管道除管道本身外還裝設有下料管、撒料器、鎖風閥等裝備，它們同旋風筒一起組合成一個換熱單元。6.3.3旋風預熱器ManufacturingWorkforceTraining-Production進行熱交換，約80％以上。對管道的設計十分重要管道風速太低，熱交換時間延長，但影響傳熱效率，甚至會使生料難以懸浮而沉降積聚，并且使管道面積過大風速過高，則增大系統(tǒng)阻力，增加電耗，并影響旋風筒的分離效率正確確定換熱管道尺寸，必須首先確定合適的管道風速：一般12~18m/s連接管道作用：熱交換方式：對流傳熱ManufacturingWorkforceTraining-Production主要是氣固分離，傳熱只占6%～12.5%。

旋風筒作用性能評價原理物料懸浮于氣流中從切線進入旋風筒，產生離心力，料氣特性不同，料離心碰壁下行，氣不受影響向上。分離效率阻力損失分離效率愈高，生料在系統(tǒng)內、外循環(huán)量就愈少，收塵負荷減小，熱效率提高阻力損失越小，電耗越低？一級旋風筒一般為并聯(lián)的雙旋風筒。ManufacturingWorkforceTraining-Production必須采取的措施：鎖風閥作用：下料、鎖風類型：

單、雙翻板閥ManufacturingWorkforceTraining-Production選擇生料進入管道的合適方位，使生料逆氣流方向進入管道，以提高氣固相的相對速度和生料在管道內停留時間。兩級旋風筒之間的管道必須有足夠的長度，以保證生料懸浮起來，并在管道內有足夠的停留運行距離，充分發(fā)揮管道傳熱的優(yōu)勢。

其他措施ManufacturingWorkforceTraining-Production撒料器板式撒料器箱式撒料器作用：防止下料管下行物料進入換熱管道時的向下沖料，并促使下沖物料沖至下料板后飛濺、分散。ManufacturingWorkforceTraining-Production定義：將已經過懸浮預熱后的水泥生料，在達到分解溫度前，進入到分解爐內與進入爐內的燃料混合，在懸浮狀態(tài)下迅速吸收燃料燃燒熱，使生料中的碳酸鈣迅速分解成氧化鈣的技術。6.4預分解技術ManufacturingWorkforceTraining-Production１.在懸浮預熱器與回轉窯之間增設一個分解爐或利用窯尾上升煙道，２.裝設燃料噴入裝置，噴入煅燒所需的60%左右的燃料３.使燃料燃燒的放熱過程與生料的碳酸鹽分解的吸熱過程，在分解爐中以懸浮態(tài)或流化態(tài)下極其迅速地進行，４.使入窯生料的分解率達到85%～95%。５.減輕窯內煅燒帶的熱負荷，有利于縮小窯的規(guī)格及生產大型化，并且可以節(jié)約單位建設投資，延長襯料壽命，大幅度提高了窯系統(tǒng)的生產效率，有利于減少大氣污染。預分解窯特點ManufacturingWorkforceTraining-Production分解爐內的氣流運動基本型式：即渦旋式、噴騰式、懸浮式及流化床式。功能：在這四種型式的分解爐內，生料及燃料分別依靠“渦旋效應”、“噴騰效應”、“懸浮效應”和“流態(tài)化效應”分散于氣流之中。由于物料之間在爐內流場中產生相對運動，從而達到高度分散、均勻混合和分布、迅速換熱、延長物料在爐內的滯留時間，達到提高燃燒效率、換熱效率和入窯物料碳酸鹽分解率的目的。

分解爐ManufacturingWorkforceTraining-Production以SF型為代表：SF型→NSF型→旋流-噴騰式分解爐旋流式分解爐NSF型ManufacturingWorkforceTraining-Production以FLS(F．L．Smidth)型為例，如圖所示

噴騰式分解爐

以MFC(MitsubishFluidizedCalciner)型為代表，沸騰式分解爐MFC型分解爐適當擴大爐容，延長氣流在爐內的滯留時間；改進爐的結構，延長物料在爐內滯留時間；(3)保證向爐內均勻喂料，且料入爐后，盡快地分散、均布；

(4)改進燃燒器形式與結構，合理布置，使燃料盡快點燃；(5)下料、下煤點及三次風之間布局的合理匹配，以有利于燃料起火、燃燒和碳酸鹽分解；(6)選擇分解爐在預分解窯系統(tǒng)的最優(yōu)部位、布置和流程，有利于分解爐功能的充分發(fā)揮，提高全系統(tǒng)功效，降低NOx，SO3等有害成分排放量，確保環(huán)保達標。分解爐的發(fā)展方向1、“噴-旋”型分解爐如RSP型新型分解爐型ManufacturingWorkforceTraining-Production“噴騰”型及“噴騰

迭加”型分解爐“噴騰迭加”型分解爐“流化－懸浮”型分解爐ATAS-MSCAS“懸浮”型分解爐ManufacturingWorkforceTraining-Production一是中低質及低揮發(fā)分燃料在爐內的迅速點火起燃的環(huán)境改善；二是使用中低質及低揮發(fā)分燃料時，要“以空間換時間”，即擴大爐容，改進結構，提高燃料燃盡率；三是降低窯爐內NOx生成量，并在出窯入爐前制造還原氣氛，促使NOx還原，滿足環(huán)保要求；四是采取措施，促進替代燃料和可燃廢棄物的利用。趨勢和目標ManufacturingWorkforceTraining-Production在線式（同線式）分解爐與窯連接方式特點：1、分解爐直接坐落在窯尾煙室之上。2、窯氣進爐ManufacturingWorkforceTraining-Production離線式分解爐與窯連接方式分解爐自成體系，窯尾設有兩列預熱器，一列通過窯氣，一列通過爐氣，窯氣不進爐一般設有兩臺主排風機，一臺專門抽吸窯氣，一臺抽吸爐氣。ManufacturingWorkforceTraining-Production半離線式分解爐與窯連接方式分解爐設于窯的一側窯氣不入爐爐氣出爐后可以在窯尾上升煙道下部與窯氣會合(如RSP、MFC等)，亦可在上升煙道上部與窯氣會合(如N-MFC、SLC—S等)，ManufacturingWorkforceTraining-Production預分解窯系統(tǒng)中回轉窯功能:

1、燃料燃燒功能2、熱交換功能

3、化學反應功能4、物料輸送功能

5、降解利用廢棄物功能6.5回轉窯一是作為熱交換裝置，窯內熾熱氣流與物料之間主要是“堆積態(tài)”換熱，換熱效率低，從而影響其應有的生產效率的充分發(fā)揮和能源消耗的降低；二是熟料煅燒過程所需要的燃料全部從窯熱端供給，燃料在窯內煅燒帶的高溫、富氧條件下燃燒，NOx等有害成分大量形成，造成大氣污染。

回轉窯缺點和不足ManufacturingWorkforceTraining-Production過渡帶：從窯尾起至物料溫度1280℃止(或1300℃)

主要任務：物料升溫、部分碳酸鹽分解、固相反應。

燒成帶：物料溫度1280～1450～1300℃

主要任務：熟料燒成冷卻帶：窯頭端部，1300℃

之后預分解窯工藝帶的劃分ManufacturingWorkforceTraining-Production分解反應：反應量少，但需反應溫度高。入窯料先升溫，后分解

固相反應：

燒結反應：物料在窯內的工藝反應因產量大幅提高，反應量成倍增加，需加快反應速度。ManufacturingWorkforceTraining-Production熟料冷卻技術目前新干法生產中，采用第三代推動篦式冷卻機及從窯罩抽取三次風，可認為最佳方案ManufacturingWorkforceTraining-Production(1)作為工藝裝備，對高溫熟料的驟冷。

(2)作為熱工裝備，對二次風、三次風的加熱升溫(3)作為熱回收裝備，對出窯熟料攜出熱量回收。

(4)作為熟料輸送裝備，輸送高溫熟料。

熟料冷卻機的功能ManufacturingWorkforceTraining-Production熟料冷卻機作業(yè)原理在于高效、快速地實現(xiàn)熟料與冷卻空氣之間的氣固換熱。冷卻機作業(yè)原理ManufacturingWorkforceTraining-Production(1)熱效率(ηc)高，各種冷卻機熱效率一般在40%～80%之間。(2)冷卻效率(ηL)高，各種冷卻機冷卻效率一般在80～95%。(3)空氣升溫效率(φi)高。，本指標為篦冷機評價指標之一，一般φi<0.9。(4)進入冷卻機的熟料溫度與離開冷卻機的入窯二次風及去分解爐的三次風溫度之間的差值小。(5)離開冷卻機的熟料溫度低。(6)冷卻機及其附屬設備電耗低。(7)投資少，電耗低，磨耗小，運轉率高等。冷卻機性能指標ManufacturingWorkforceTraining-Production類型單位篦床面積產量[t/(m2d)]單位冷卻風量(Nm3/kgc1)熱效率(%)第一代福勒型篦冷機25～273.4～4.0<50第二代厚料層篦冷機32～342.7～3.265～70第三代控制流篦冷機40～~551.7～2.270～75第四代推動棒式篦冷機45～551.5～2.072～76各種篦冷機有關性能指標篦冷機性能指標ManufacturingWorkforceTraining-Production

(1)篦冷機入口端采用阻力篦板及充氣梁結構篦床和窄寬度布置方式，增加篦板阻力在篦板加料層總阻力中的比例，力求消除預分解窯熟料顆粒變細及分布不均等因素對氣流均勻分布的影響。(2)發(fā)揮脈沖高速氣流對熟料料層的驟冷作用，以少量冷卻風量回收熾熱熟料的熱量，提高二、三次風溫

(3)由于脈沖供風，使細粒熟料不被高速氣流攜帶，同時由于細粒熟料擾動，增加氣料之間換熱速度。

第三代篦冷機特點階梯篦板ManufacturingWorkforceTraining-Production(4)高壓空氣通過空氣梁特別是篦冷機熱端前數(shù)排空氣梁向篦板下部供風，增強對熟料均布、冷卻和對篦板的冷卻作用，消滅“紅河”，保護篦板。(5)設有對一段篦床一、二室各行篦板風量、風壓及脈沖供氣的自控調節(jié)系統(tǒng)，或各塊篦板的人工調節(jié)閥門，以便根據需要進行調節(jié)。同時，一段篦速與篦下壓力自動調節(jié)，保持料層設定厚度，其他段篦床與一段篦床同步調節(jié)。第三代篦冷機特點充氣梁ManufacturingWorkforceTraining-Production可控氣流通風篦板ManufacturingWorkforceTraining-Production(1)采用TC型“充氣梁”技術，研發(fā)了TC型充氣篦板及TC型阻力篦板。(2)采用厚料層冷卻技術，中小型篦冷機設計最大料層厚600～650mm，大型篦冷機700～800mm(3)合理配風關鍵在于淬冷區(qū)和熱回收區(qū)“充氣篦床”配風適當。(4)全機篦床配置適當淬冷高溫區(qū)設置固定充氣篦床，高溫區(qū)設置活動充氣篦床，中溫區(qū)設置固定篦床，低溫區(qū)設置普通篦床，整機效率高，結構簡化，維修方便。(5)鎖風良好設置了全機自動控制和安全監(jiān)測系統(tǒng)，保證了系統(tǒng)穩(wěn)定安全運行。TC型第三代篦冷機充氣篦板低漏料篦板ManufacturingWorkforceTraining-Production6.7預分解窯技術的生產控制(1)燒成帶物料溫度(2)氧化氮(N0x)濃度(3)窯轉動力矩(4)窯尾氣體溫度(5)分解爐或最低一級旋風筒出口氣體溫度(6)最上一級旋風筒出口氣體溫度(7)窯尾、分解爐出口或預熱器出口氣體成分(8)最上一級及最低一級旋風筒出口負壓(9)最下一、二級旋風筒錐體下部負壓(10)預熱器主排風機出口管道負壓(11)電收塵器入口氣體溫度(12)窯速及生料喂料量(13)窯頭負壓(14)篦冷機一室下壓力。(15)窯筒體溫度重點監(jiān)控參數(shù)ManufacturingWorkforceTraining-Production(1)窯頭負壓篦冷機余風排風機閥門開度。(2)篦冷機一室下壓力篦床速度。(3)分解窯加煤量最下級旋風筒(或分解爐)出口氣體溫度。(4)增濕塔入口壓力增濕塔出口閥板開度。(5)增濕塔出口氣溫增濕水泵回水閥門開度。(6)窯尾主排風機風門開度最上級旋風筒出口氣體O2含量及壓力。(7)電收塵器進口風壓電收塵出口風機風門開度。(8)喂料秤測重負荷傳感器喂料倉自動調節(jié)計量閥門開度。(9)氣力提升泵下松動壓力計量滑動閥門開度。(10)生料計量標準倉重量均化庫出口閥板開度。(11)其他可根據需要設置自動調節(jié)回路ManufacturingWorkforceTraining-Production中央控制室簡介ManufacturingWorkforceTraining-Production中央控制室中央控制室是指能夠把全廠所有操作功能集中起來，并把生產過程集中進行監(jiān)視和控制的一個中心場所。在中控室里，通過計算機等技術能將整個生產過程參數(shù)、設備運行情況等全面迅速反映出來，并能對過程參數(shù)實現(xiàn)及時、準確的控制。因此，中央控制室是全廠的控制樞紐和指揮中心。把生產過程集中在中控室內進行顯示、報警、操作和管理，可以使操作人員對全廠的生產情況一目了然，便于針對生產過程中出現(xiàn)的問題及時進行調度指揮，從而有利于優(yōu)化操作、實現(xiàn)高產、優(yōu)質、低消耗。ManufacturingWorkforceTraining-Production應用以微型計算機為基礎的分布式控制系統(tǒng)（DCS），是一種控制功能分散化、監(jiān)視操作集中化的控制系統(tǒng)，既所謂的集散控制系統(tǒng)。集散控制系統(tǒng)將4C技術（計算機技術、控制技術、通訊技術、CRT顯示技術）相結合，解決了計算機集中控制所存在的問題。DCS、集散控制ManufacturingWorkforceTraining-Production集散控制系統(tǒng)具有較高的可靠性，設置了操作員CRT接口系統(tǒng)，有彩色CRT顯示器及鍵盤、打印機，CRT上以圖象形式形象地顯示出生產流程，還設有工程師操作站和計算機接口設備。集散控制系統(tǒng)ManufacturingWorkforceTraining-ProductionManufacturingWorkforceTraining-ProductionManufacturingWorkforceTraining-ProductionManufacturingWorkforceTraining-Production新型干法水泥生產技術的發(fā)展

1.世界超大型水泥熟料預分解窯的發(fā)展狀況