硅酸鹽水泥熟料的煅燒與冷卻

1、5 硅酸鹽水泥熟料的煅燒硅酸鹽水泥熟料的煅燒 學(xué)習(xí)要點(diǎn)學(xué)習(xí)要點(diǎn)本章主要介紹新型干法水泥生產(chǎn)過本章主要介紹新型干法水泥生產(chǎn)過程中的熟料煅燒技術(shù)以及煅燒過程程中的熟料煅燒技術(shù)以及煅燒過程中的物理化學(xué)變化，以旋風(fēng)筒中的物理化學(xué)變化，以旋風(fēng)筒換換熱管道熱管道分解爐分解爐回轉(zhuǎn)窯回轉(zhuǎn)窯冷卻機(jī)冷卻機(jī)為主線，著重介紹當(dāng)代水泥工業(yè)發(fā)為主線，著重介紹當(dāng)代水泥工業(yè)發(fā)展的主流和最先進(jìn)的煅燒工藝及設(shè)展的主流和最先進(jìn)的煅燒工藝及設(shè)備、生產(chǎn)過程的控制調(diào)節(jié)等。備、生產(chǎn)過程的控制調(diào)節(jié)等。5.1 生料煅燒過程中的物理、化學(xué)變化生料煅燒過程中的物理、化學(xué)變化盡管煅燒過程因窯型不同而有所差異，但物理、化盡管煅燒過程因窯型不同而有所差

2、異，但物理、化學(xué)變化過程基本相似學(xué)變化過程基本相似.其過程可概括為：其過程可概括為：干燥與脫水干燥與脫水碳酸鹽分解碳酸鹽分解固相反應(yīng)固相反應(yīng)液相和熟料的燒結(jié)液相和熟料的燒結(jié)熟料的冷卻熟料的冷卻熟料的煅燒過程直接決定水泥的產(chǎn)量、質(zhì)量、燃熟料的煅燒過程直接決定水泥的產(chǎn)量、質(zhì)量、燃料與襯料的消耗以及窯的安全運(yùn)轉(zhuǎn)。水泥窯有多種功料與襯料的消耗以及窯的安全運(yùn)轉(zhuǎn)。水泥窯有多種功能：反應(yīng)爐、熔爐、燃燒爐和傳熱設(shè)備、物料和氣體能：反應(yīng)爐、熔爐、燃燒爐和傳熱設(shè)備、物料和氣體的輸送設(shè)備。的輸送設(shè)備。5.1.1 生料的干燥與脫水生料的干燥與脫水干燥干燥自由水的蒸發(fā)。這一過程由于煅燒方式的不同自由水的蒸發(fā)。這一過程由

3、于煅燒方式的不同而有所差異。干法窯生料含水量一般不超過而有所差異。干法窯生料含水量一般不超過1.0；半干法立波爾窯和立窯為便于生料成球，通常含水半干法立波爾窯和立窯為便于生料成球，通常含水12-15%，半濕法立波爾窯過濾水分后的料塊通常為，半濕法立波爾窯過濾水分后的料塊通常為18-22%；濕法為保證料漿的可泵性則通常為；濕法為保證料漿的可泵性則通常為30-40%。 自由水蒸發(fā)熱耗：自由水蒸發(fā)熱耗： 100時(shí)，時(shí)，2257kJ/kgH2O（539kCal/kg）粘土礦物的化合水存在形式：粘土礦物的化合水存在形式： 層間水層間水：以水分子形式吸附于晶層結(jié)構(gòu)中。：以水分子形式吸附于晶層結(jié)構(gòu)中。 配位

4、水配位水：以：以O(shè)H狀態(tài)存在于晶體結(jié)構(gòu)中。狀態(tài)存在于晶體結(jié)構(gòu)中。232223222222Al OSiOH OAl OSiOH O脫水脫水指黏土礦物分解釋放化學(xué)結(jié)合水。指黏土礦物分解釋放化學(xué)結(jié)合水。層間水在層間水在100左右即可排除，左右即可排除，而配位水則必須高達(dá)而配位水則必須高達(dá)400600以上以上才能脫去。才能脫去。（2）蒙脫石脫水）蒙脫石脫水 Al2O3.4SiO2.m H2OAl2O3.4SiO2+m H2O (晶體結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu)活性低活性低)（3）伊利石脫水）伊利石脫水 產(chǎn)物也是晶體結(jié)構(gòu)產(chǎn)物也是晶體結(jié)構(gòu),伴隨體積膨脹伴隨體積膨脹 （1）高嶺石脫水）高嶺石脫水5.1.2碳酸鹽分解碳酸鹽分

5、解 碳酸鹽的分解主要為碳酸鈣和碳酸鎂的分解，其碳酸鹽的分解主要為碳酸鈣和碳酸鎂的分解，其化學(xué)反應(yīng)式為：化學(xué)反應(yīng)式為：分解過程分五步進(jìn)行：分解過程分五步進(jìn)行： （1）氣流向顆粒表面的傳熱過程；）氣流向顆粒表面的傳熱過程； （2）熱量由表面以熱傳導(dǎo)方式向分解面?zhèn)鬟f過程；）熱量由表面以熱傳導(dǎo)方式向分解面?zhèn)鬟f過程； （3）碳酸鹽在一定溫度下吸收熱量，進(jìn)行分解并放出）碳酸鹽在一定溫度下吸收熱量，進(jìn)行分解并放出CO2的化學(xué)過程；的化學(xué)過程； （4）分解出的）分解出的CO2，穿過，穿過CaO層面向表面擴(kuò)散的傳質(zhì)過層面向表面擴(kuò)散的傳質(zhì)過程；程； （5）表面的）表面的CO2向周圍介質(zhì)氣流擴(kuò)散過程向周圍介質(zhì)氣流擴(kuò)

6、散過程1321321645(890)1214(590)CaCOCaOCOJ gCMgCOMgOCOJ gCCaOCaCO3 影響碳酸鹽分解速率的因素影響碳酸鹽分解速率的因素30(11)11()dtKpP溫度溫度 隨溫度升高，分解速率常數(shù)和壓力倒數(shù)差相隨溫度升高，分解速率常數(shù)和壓力倒數(shù)差相應(yīng)增大，分解速率和時(shí)間縮短；應(yīng)增大，分解速率和時(shí)間縮短； (單個(gè)顆粒碳酸鹽分解動力學(xué)方程單個(gè)顆粒碳酸鹽分解動力學(xué)方程) 式中：式中： t分解時(shí)間；分解時(shí)間；K分解常數(shù)；分解常數(shù)； PCO2的分壓；的分壓；分解率分解率 d生料等效粒徑；生料等效粒徑；窯系統(tǒng)的窯系統(tǒng)的CO2分壓分壓 通風(fēng)良好通風(fēng)良好, CO2分壓較

7、低分壓較低,有利有利于碳酸鹽分解于碳酸鹽分解; 生料細(xì)度和顆粒級配生料細(xì)度和顆粒級配 生料細(xì)度細(xì)生料細(xì)度細(xì),顆粒均勻顆粒均勻,粗粒粗粒少少,分解速率快分解速率快; 生料懸浮程度生料懸浮程度 生料懸浮分散良好生料懸浮分散良好,相對減小顆粒相對減小顆粒尺寸尺寸,增大了傳熱面積增大了傳熱面積,提高了碳酸鹽分解速率提高了碳酸鹽分解速率; 石灰石的種類和物理性質(zhì)石灰石的種類和物理性質(zhì) 結(jié)構(gòu)致密結(jié)構(gòu)致密,結(jié)晶粗大的結(jié)晶粗大的石灰石石灰石,分解速率慢分解速率慢; 生料中粘土質(zhì)組分和性質(zhì)生料中粘土質(zhì)組分和性質(zhì) 粘土質(zhì)中的礦物組分粘土質(zhì)中的礦物組分的活性依次按高嶺土、蒙脫石、伊利石、石英降低的活性依次按高嶺土、

8、蒙脫石、伊利石、石英降低.粘粘土質(zhì)原料活性越大，可加速碳酸鹽的分解過程土質(zhì)原料活性越大，可加速碳酸鹽的分解過程.在碳酸鹽分解的同時(shí)，石灰質(zhì)與粘土質(zhì)組分間進(jìn)行固在碳酸鹽分解的同時(shí)，石灰質(zhì)與粘土質(zhì)組分間進(jìn)行固相反應(yīng)，其過程如下：相反應(yīng)，其過程如下： 800：CaO Al2O3，CaOFe2O3與與2CaOSiO2開始開始形成；形成； 800 900 ：開始形成：開始形成12CaO7Al2O3(C12A7); 900 1000 : 2CaO Al2O3SiO2(C2AS)形成后又分解。形成后又分解。開始形成開始形成3CaOAl2O3(C3A)和和4CaO Al2O3Fe2O3(C4AF)。所有。所有

9、碳酸鹽均分解碳酸鹽均分解,游離氧化鈣達(dá)到最高值。游離氧化鈣達(dá)到最高值。 1100 1200:大量形成大量形成C3A和和C4AF，C2S含量達(dá)最大含量達(dá)最大值。值。5.1.3固相反應(yīng)固相反應(yīng)影響固相反應(yīng)的因素影響固相反應(yīng)的因素生料的細(xì)度生料的細(xì)度 生料愈細(xì)，比表面積越大，組分接觸面越生料愈細(xì)，比表面積越大，組分接觸面越大，同時(shí)表面質(zhì)點(diǎn)的自由能越大，使擴(kuò)散和反應(yīng)大，同時(shí)表面質(zhì)點(diǎn)的自由能越大，使擴(kuò)散和反應(yīng)能力增強(qiáng)，因而反應(yīng)速率加快；能力增強(qiáng)，因而反應(yīng)速率加快； 生料的均化程度生料的均化程度 生料的均勻混合，可增加各組分間接生料的均勻混合，可增加各組分間接觸，也有利于加速反應(yīng)；觸，也有利于加速反應(yīng)；

10、壓力壓力 在固相反應(yīng)中，增大壓力可加速物質(zhì)的傳遞過在固相反應(yīng)中，增大壓力可加速物質(zhì)的傳遞過程程.但熟料燒結(jié)過程是多相共存、多反應(yīng)同時(shí)進(jìn)但熟料燒結(jié)過程是多相共存、多反應(yīng)同時(shí)進(jìn)行的過程行的過程.因此，提高壓力有時(shí)并不表現(xiàn)出積極因此，提高壓力有時(shí)并不表現(xiàn)出積極作用；作用； 礦化劑礦化劑 礦化劑可通過與反應(yīng)物形成固溶體使晶格活礦化劑可通過與反應(yīng)物形成固溶體使晶格活化，反應(yīng)能力加強(qiáng)；也可以形成低共熔物，使物化，反應(yīng)能力加強(qiáng)；也可以形成低共熔物，使物料在較低溫度下形成液相，從而加速擴(kuò)散和和固料在較低溫度下形成液相，從而加速擴(kuò)散和和固相的溶解作用相的溶解作用p 液相的形成液相的形成 5.1.4 液相的形成與

11、熟料的燒結(jié)液相的形成與熟料的燒結(jié)液相的組成液相的組成：由氧化鐵、氧化鋁、：由氧化鐵、氧化鋁、氧化鈣、氧化鎂和堿氧化鈣、氧化鎂和堿及其他組分。及其他組分。最低共熔溫度：最低共熔溫度：物料在加熱過程中，兩種或兩種以上組物料在加熱過程中，兩種或兩種以上組分開始出現(xiàn)液相的溫度稱為最低共熔溫度。分開始出現(xiàn)液相的溫度稱為最低共熔溫度。其大小與組分的性質(zhì)與數(shù)目有關(guān)。（見表其大小與組分的性質(zhì)與數(shù)目有關(guān)。（見表141）液相量：液相量：液相量與組分的性質(zhì)、含量、溫度等因素有關(guān)液相量與組分的性質(zhì)、含量、溫度等因素有關(guān)(一般為一般為2030%) 。對。對CSAF四元系統(tǒng)，四元系統(tǒng)，在不同溫度下的液相量（在不同溫度下的

12、液相量（P）可按下式計(jì)算：）可按下式計(jì)算：液相的粘度液相的粘度：它直接影響硅酸三鈣的形成速率及晶體發(fā)：它直接影響硅酸三鈣的形成速率及晶體發(fā)育。其大小與液相的組分性質(zhì)與溫度有關(guān)。育。其大小與液相的組分性質(zhì)與溫度有關(guān)。溫度越高，粘度越低；鋁率越高，粘度越溫度越高，粘度越低；鋁率越高，粘度越大；多數(shù)微量元素可降低液相粘度。大；多數(shù)微量元素可降低液相粘度。液相的表面張力液相的表面張力：其大小與組分性質(zhì)、溫度有關(guān)。它：其大小與組分性質(zhì)、溫度有關(guān)。它影響著液相能潤濕固相的程度，表影響著液相能潤濕固相的程度，表面張力越小，潤濕性越好，有利于面張力越小，潤濕性越好，有利于C3S的形成。的形成。1400P2.9

13、5A2.20F 1450P3.00A2.25F 1500 P3.30A2.60F可以認(rèn)為水泥熟料可以認(rèn)為水泥熟料中的其它組分全部中的其它組分全部進(jìn)入液相。進(jìn)入液相。不同溫度下，液相的計(jì)算公式：不同溫度下，液相的計(jì)算公式：物理化學(xué)變化過程物理化學(xué)變化過程：隨著時(shí)間延長和溫度升高，液：隨著時(shí)間延長和溫度升高，液相量逐漸增加，氧化鈣、硅酸二相量逐漸增加，氧化鈣、硅酸二鈣不斷溶解、擴(kuò)散，硅酸三鈣晶鈣不斷溶解、擴(kuò)散，硅酸三鈣晶核不斷形成，小晶體逐漸發(fā)育長核不斷形成，小晶體逐漸發(fā)育長大，最終形成幾十微米大小、結(jié)大，最終形成幾十微米大小、結(jié)晶良好的阿利特晶體。晶良好的阿利特晶體。 硅酸三鈣的形成硅酸三鈣的形

14、成：影響因素影響因素：物料的化學(xué)組成、煅燒方法、升溫速率、物料的化學(xué)組成、煅燒方法、升溫速率、礦化劑與其他微量元素等。礦化劑與其他微量元素等。23C SC SCaO 液液相相p 熟料的燒結(jié)熟料的燒結(jié)目的目的：回收熟料帶走的熱量，預(yù)熱二次空氣，提高窯：回收熟料帶走的熱量，預(yù)熱二次空氣，提高窯的熱效率；改善熟料質(zhì)量與易磨性；便于熟料的熱效率；改善熟料質(zhì)量與易磨性；便于熟料運(yùn)輸、貯存與粉磨。運(yùn)輸、貯存與粉磨。過程過程：液相的凝固和相變兩個(gè)過程：液相的凝固和相變兩個(gè)過程.熟料為何要急冷？熟料為何要急冷？減少減少C3S分解；防止分解；防止-C-C2 2S S向向-C-C2 2S S轉(zhuǎn)化，提高熟料質(zhì)量；轉(zhuǎn)

15、化，提高熟料質(zhì)量；防止方鎂石晶體長大，防止方鎂石晶體長大，有利于有利于水泥安定性；急冷熟料晶粒小，水泥安定性；急冷熟料晶粒小，活性高；活性高；C3A主要呈玻璃體，抗硫酸鹽性能提高；易磨性好主要呈玻璃體，抗硫酸鹽性能提高；易磨性好等。等。生料在加熱過程中所發(fā)生的物理化學(xué)變化有吸熱和放生料在加熱過程中所發(fā)生的物理化學(xué)變化有吸熱和放熱反應(yīng)熱反應(yīng)水泥熟料形成各反應(yīng)的熱效應(yīng)經(jīng)計(jì)算，熟料的理論形成熱：經(jīng)計(jì)算，熟料的理論形成熱：1630-1800kJ/kg-熟料熟料1421kJ/kg-MC吸熱吸熱MgCOMgCO3 3分解分解600130-14501250-1280900-12009009004501001

16、50溫度（溫度（）微吸熱微吸熱吸熱吸熱放熱放熱吸熱吸熱放熱放熱吸熱吸熱吸熱吸熱熱效應(yīng)熱效應(yīng)2249kJ/kg水水游離水蒸發(fā)游離水蒸發(fā)8.6kJ/kg-cl硅酸三鈣形成硅酸三鈣形成105kJ/kg-cl形成液相形成液相418-502kJ/kg-cl固相反應(yīng)固相反應(yīng)1655kJ/kg-CC碳酸鈣分解碳酸鈣分解259-284kJ/kg-meta-kao粘土無定形脫水產(chǎn)物結(jié)晶粘土無定形脫水產(chǎn)物結(jié)晶932kJ/kg-kao粘土結(jié)合水逸出粘土結(jié)合水逸出數(shù)值數(shù)值 反應(yīng)反應(yīng)5.2 熟料形成的熱化學(xué)熟料形成的熱化學(xué)生料在加熱過程中所發(fā)生的物理化學(xué)變化有吸熱和放生料在加熱過程中所發(fā)生的物理化學(xué)變化有吸熱和放熱反應(yīng)

17、熱反應(yīng)水泥熟料形成各反應(yīng)的熱效應(yīng)5.3 礦化劑及微量元素的作用礦化劑及微量元素的作用5.3.1 礦化劑礦化劑p 礦化劑的宏觀作用礦化劑的宏觀作用改善生料易燒性，加速熟料改善生料易燒性，加速熟料礦物的形成，提高熟料質(zhì)量，降低能耗等。礦物的形成，提高熟料質(zhì)量，降低能耗等。p 礦化劑的種類礦化劑的種類 含氟化合物：含氟化合物：螢石、螢石、NaF、Na2SiF6、CaSiF6、MgSiF6 硫酸鹽：硫酸鹽：石膏、工業(yè)付產(chǎn)品石膏、重晶石等石膏、工業(yè)付產(chǎn)品石膏、重晶石等 其它工業(yè)廢渣：其它工業(yè)廢渣：各種冶金工業(yè)廢渣各種冶金工業(yè)廢渣不提倡，對環(huán)境有污染不提倡，對環(huán)境有污染p螢石的礦化作用螢石的礦化作用氟離子

18、破壞原料的晶格，提高生料的反應(yīng)活性，氟離子破壞原料的晶格，提高生料的反應(yīng)活性，促進(jìn)碳酸鹽分解，加速固相反應(yīng)；降低液相生成溫度促進(jìn)碳酸鹽分解，加速固相反應(yīng)；降低液相生成溫度（摻（摻13%螢石，液相形成溫度可降低螢石，液相形成溫度可降低50100）；）；通過形成中間產(chǎn)物，可使通過形成中間產(chǎn)物，可使C3S能在低于能在低于1200 形成。形成。p硫酸鹽硫酸鹽硫?qū)κ炝闲纬捎袕?qiáng)化作用：硫?qū)κ炝闲纬捎袕?qiáng)化作用：SO3降低液相粘度，降低液相粘度，增加液相量，有利于增加液相量，有利于C3S的形成；能形成的形成；能形成2C2SCaSO4及及C4A3。 2C2SCaSO4為中間產(chǎn)物，為中間產(chǎn)物，1300左右時(shí)分左右

19、時(shí)分解。解。 C4A3在在1400 以上大量分解。以上大量分解。p氟硫復(fù)合礦化劑氟硫復(fù)合礦化劑該復(fù)合礦化劑的摻入，與熟料組成、該復(fù)合礦化劑的摻入，與熟料組成、F/比、燒比、燒成溫度等有關(guān)。在成溫度等有關(guān)。在900950 形成形成3C2S3CaSO4CaF2生成，該四元過渡相消失時(shí)，出現(xiàn)液相。降低了液相生成，該四元過渡相消失時(shí)，出現(xiàn)液相。降低了液相出現(xiàn)溫度和粘度，使出現(xiàn)溫度和粘度，使A礦形成溫度降低礦形成溫度降低150200 ，促進(jìn)其形成。氟硫比在促進(jìn)其形成。氟硫比在0.40.6。5.3.2 微量元素的影響微量元素的影響p 堿堿堿的來源堿的來源 堿對操作的影響堿對操作的影響 堿對熟料燒成的作用堿

20、對熟料燒成的作用可降低最低共熔溫度，增加可降低最低共熔溫度，增加液相量，降低粘度，降低燒成溫度。但堿太高，能液相量，降低粘度，降低燒成溫度。但堿太高，能形成含堿礦物和固溶體形成含堿礦物和固溶體KC23S12和和NC8A3，使，使C3S難難以形成，增加以形成，增加f-CaO。當(dāng)有硫存在時(shí)，能緩和堿的。當(dāng)有硫存在時(shí)，能緩和堿的不利影響，因其能生成鉀石膏，導(dǎo)致水泥快凝或結(jié)不利影響，因其能生成鉀石膏，導(dǎo)致水泥快凝或結(jié)塊。制成混凝土?xí)r，能引起塊。制成混凝土?xí)r，能引起“堿集料反應(yīng)堿集料反應(yīng)”。p MgO少量的少量的MgO有利于熟料的形成，且改善水泥色澤。有利于熟料的形成，且改善水泥色澤。pP2O5 少量少

21、量P2O5存在，能提高熟料強(qiáng)度，這與能和存在，能提高熟料強(qiáng)度，這與能和C2S形成形成固溶體，阻止其晶型轉(zhuǎn)變有關(guān)。但其含量較高時(shí)，會導(dǎo)致固溶體，阻止其晶型轉(zhuǎn)變有關(guān)。但其含量較高時(shí)，會導(dǎo)致C3S的分解。的分解。 據(jù)研究：每增加據(jù)研究：每增加1% P2O5，將減少，將減少9.9%C3S，增加，增加10.9%的的C2S，當(dāng)，當(dāng)P2O5達(dá)達(dá)7%時(shí)，時(shí)，C3S將減為將減為0。氟可以抵消部。氟可以抵消部分分P2O5的不良影響。的不良影響。pTiO2 少量少量TiO2可作為可作為C2S的穩(wěn)定劑，對熟料質(zhì)量有利，但的穩(wěn)定劑，對熟料質(zhì)量有利，但過多會形成鈣鈦礦，減少過多會形成鈣鈦礦，減少C3S含量。應(yīng)含量。應(yīng)1%

22、。 p其他微量元素其他微量元素預(yù)分解窯生產(chǎn)流程圖預(yù)分解窯生產(chǎn)流程圖預(yù)分解窯工藝流程預(yù)分解窯工藝流程水泥的產(chǎn)量、質(zhì)量、燃水泥的產(chǎn)量、質(zhì)量、燃料與襯料的消耗以及窯料與襯料的消耗以及窯的安全運(yùn)轉(zhuǎn)。的安全運(yùn)轉(zhuǎn)。5.45.4回轉(zhuǎn)窯內(nèi)熟料的煅燒回轉(zhuǎn)窯內(nèi)熟料的煅燒熟料的煅燒過程熟料的煅燒過程以懸浮預(yù)熱和窯外分解技術(shù)為核心，把現(xiàn)代科以懸浮預(yù)熱和窯外分解技術(shù)為核心，把現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和工業(yè)生產(chǎn)成果，廣泛用于水泥生產(chǎn)全過程，學(xué)技術(shù)和工業(yè)生產(chǎn)成果，廣泛用于水泥生產(chǎn)全過程，使水泥生產(chǎn)具有高效、優(yōu)質(zhì)、低耗、符合環(huán)保要求使水泥生產(chǎn)具有高效、優(yōu)質(zhì)、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(chǎn)方法，并和大型化、自動化為

23、特征的現(xiàn)代水泥生產(chǎn)方法，并具有現(xiàn)代化的水泥生產(chǎn)新技術(shù)和與之相適應(yīng)的現(xiàn)代具有現(xiàn)代化的水泥生產(chǎn)新技術(shù)和與之相適應(yīng)的現(xiàn)代管理方法。管理方法。新型干法水泥生產(chǎn)新型干法水泥生產(chǎn)：關(guān)鍵技術(shù)裝備關(guān)鍵技術(shù)裝備旋風(fēng)旋風(fēng)筒筒連接連接管管道道分解分解爐爐回轉(zhuǎn)回轉(zhuǎn)窯窯冷卻冷卻機(jī)機(jī)預(yù)預(yù) 熱熱分解分解燒成燒成冷卻冷卻生料在煅燒過程中的物理化學(xué)變化生料在煅燒過程中的物理化學(xué)變化干燥（自由水蒸發(fā)）干燥（自由水蒸發(fā)）吸熱 100150粘土質(zhì)原料脫水粘土質(zhì)原料脫水 吸熱吸熱 450碳酸鹽分解碳酸鹽分解 強(qiáng)吸熱強(qiáng)吸熱 900固相反應(yīng)固相反應(yīng) 放熱放熱 8001200熟料燒結(jié)熟料燒結(jié) 微吸熱 130014501300熟料冷卻熟料冷卻

24、 放熱 1300反應(yīng)式：反應(yīng)式：MgCO3MgO+CO2-Q CaCO3CaO +CO2-Q 反應(yīng)溫度：反應(yīng)溫度： MgCO3 始于402408最高700 CaCO3 600 開始，812928 快速分解反應(yīng)特點(diǎn)：反應(yīng)特點(diǎn)： 可逆反應(yīng) 強(qiáng)吸熱反應(yīng) 燒失量大 分解溫度與 CO2分壓 和礦物結(jié)晶程度有關(guān) 影響反應(yīng)速度的因素影響反應(yīng)速度的因素 石灰質(zhì)原料的特性 生料細(xì)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(zhì)組分的性質(zhì)固相反應(yīng)固相反應(yīng)反應(yīng)特點(diǎn)：反應(yīng)特點(diǎn)： 多級反應(yīng) 放熱反應(yīng)影響因素：影響因素： 生料細(xì)度及均勻程度 原料性質(zhì) 溫度 礦化劑反應(yīng)產(chǎn)物：反應(yīng)產(chǎn)物： C2S、C3A

25、、C4AF 熟料燒結(jié)過程：熟料燒結(jié)過程： 當(dāng)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(yīng)式： C2S+ CaO C3S 隨著溫度的升高和時(shí)間延長，液相量增加，液相粘度降低， C2S、CaO不斷溶解、擴(kuò)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(shí)化，物料逐漸由疏松狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樯珴苫液凇⒔Y(jié)構(gòu)致密的熟料。C3S的形成熟料燒結(jié)熟料燒結(jié)熟料燒結(jié) C3S形成條件：條件： 溫度：溫度：130014501300 液相量：液相量： 20%30% 時(shí)間：

26、時(shí)間： 1020min 影響熟料燒結(jié)影響熟料燒結(jié) 過程的因素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(jié)熟料燒結(jié)冷卻目的冷卻目的：1.改善熟料質(zhì)量與易磨性；2.降低熟料的溫度，便于運(yùn)輸、儲存、 和粉磨3.回收熱量，預(yù)熱二次空氣，降低熱耗、提高熱利用率。 冷冷卻方式：卻方式： 急冷熟料冷卻熟料冷卻快冷對改善熟料質(zhì)量的作用：快冷對改善熟料質(zhì)量的作用： 防止或減少C3S的分解； 避免-C2S轉(zhuǎn)變成 -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。熱耗：燒成1熟料所消耗的熱量。Kj/kg熱效率：

27、理論熱耗：理論熱耗：1630-1800 1630-1800 KjKj/kg /kg ；實(shí)際熱耗：實(shí)際熱耗：3400-7500Kj/kg3400-7500Kj/kg實(shí)際熱耗理論熱耗：因?yàn)橛懈鞣N熱損失。%100實(shí)際熱耗理論熱耗熟料形成熱熟料形成熱6.3.1懸浮預(yù)熱技術(shù)及其優(yōu)越性6.3.2懸浮預(yù)熱器的構(gòu)成及功能 6.3.3旋風(fēng)預(yù)熱器是主要的預(yù)熱設(shè)備 懸浮預(yù)熱技術(shù)懸浮預(yù)熱技術(shù) 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(jìn)行熱交換，使物料得到迅速加熱升溫的技術(shù)。 6.3.1懸浮預(yù)熱技術(shù)懸浮預(yù)熱技術(shù)定義定義優(yōu)越性優(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(zhì)迅速可大幅度提高了

28、生產(chǎn)效率和熱效率。 旋風(fēng)筒連接管道(換熱管道)構(gòu)成及功能構(gòu)成及功能構(gòu)成：構(gòu)成：功能：功能：使氣、固兩相能充分分散均布迅速換熱高效分離三個(gè)功能旋風(fēng)預(yù)熱器是由旋風(fēng)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(shè)有下料管、撒料器、鎖風(fēng)閥等裝備，它們同旋風(fēng)筒一起組合成一個(gè)換熱單元。6.3.3 旋風(fēng)預(yù)熱器旋風(fēng)預(yù)熱器對管道的設(shè)計(jì)十分重要管道風(fēng)速太低，熱交換時(shí)間延長，但影響傳熱效率，甚至?xí)股想y以懸浮而沉降積聚，并且使管道面積過大風(fēng)速過高，則增大系統(tǒng)阻力，增加電耗，并影響旋風(fēng)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(fēng)速：一般1218m/s1218m/s連接管道連接管道作作 用：用：

29、熱交換方式：熱交換方式：對流傳熱旋風(fēng)筒旋風(fēng)筒作 用性能評價(jià)原 理物料懸浮于氣流中從切線進(jìn)入旋風(fēng)筒，產(chǎn)生離心力，物料懸浮于氣流中從切線進(jìn)入旋風(fēng)筒，產(chǎn)生離心力，料氣特性不同，料離心碰壁下行，氣不受影響向上。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(nèi)、外循環(huán)量就愈少，收塵負(fù)荷減小，熱效率提高阻力損失越小，電耗越低？一級旋風(fēng)筒一般為并聯(lián)的雙旋風(fēng)筒。鎖風(fēng)閥鎖風(fēng)閥作用：作用：下料、鎖風(fēng)類型：類型： 單、雙翻板閥選擇生料進(jìn)入管道的合適方位，使生料逆氣流方向進(jìn)入管道，以提高氣固相的相對速度和生料在管道內(nèi)停留時(shí)間。兩級旋風(fēng)筒之間的管道必須有足夠的長度，以保證生料懸浮

30、起來，并在管道內(nèi)有足夠的停留運(yùn)行距離，充分發(fā)揮管道傳熱的優(yōu)勢。 其他措施其他措施撒料器撒料器板式撒料器箱式撒料器作用：作用：防止下料管下行物料進(jìn)入換熱管道時(shí)的向下沖料，并促使下沖物料沖至下料板后飛濺、分散。定義：定義：將已經(jīng)過懸浮預(yù)熱后的水泥生料，在達(dá)到分解溫度前，進(jìn)入到分解爐內(nèi)與進(jìn)入爐內(nèi)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(shù)。5.5預(yù)分解技術(shù)預(yù)分解技術(shù).在懸浮預(yù)熱器與回轉(zhuǎn)窯之間增設(shè)一個(gè)分解爐或利用窯尾上升煙道，.裝設(shè)燃料噴入裝置，噴入煅燒所需的60%左右的燃料.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

31、進(jìn)行，.使入窯生料的分解率達(dá)到85%95%。.減輕窯內(nèi)煅燒帶的熱負(fù)荷，有利于縮小窯的規(guī)格及生產(chǎn)大型化，并且可以節(jié)約單位建設(shè)投資，延長襯料壽命，大幅度提高了窯系統(tǒng)的生產(chǎn)效率，有利于減少大氣污染。預(yù)分解窯特點(diǎn)預(yù)分解窯特點(diǎn)分解爐內(nèi)的氣流運(yùn)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(nèi)，生料及燃料分別依靠“渦旋效應(yīng)”、“噴騰效應(yīng)”、“懸浮效應(yīng)”和“流態(tài)化效應(yīng)”分散于氣流之中。由于物料之間在爐內(nèi)流場中產(chǎn)生相對運(yùn)動，從而達(dá)到高度分散、均勻混合和分布、迅速換熱、延長物料在爐內(nèi)的滯留時(shí)間，達(dá)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。 分解爐分解爐以SF型為代表： SF

32、型 NSF型旋流-噴騰式分解爐旋流式分解爐旋流式分解爐NSF型以以FLS (FFLS (FL LSmidthSmidth) )型為例，如圖所示型為例，如圖所示 噴騰式分解爐噴騰式分解爐以MFC(Mitsubish Fluidized Calciner)型為代表，沸騰式分解爐沸騰式分解爐MFCMFC型型分解爐分解爐1.1.適當(dāng)擴(kuò)大爐容，延長氣流在爐內(nèi)的滯留時(shí)間；適當(dāng)擴(kuò)大爐容，延長氣流在爐內(nèi)的滯留時(shí)間；2.2.改進(jìn)爐的結(jié)構(gòu)，延長物料在爐內(nèi)滯留時(shí)間；改進(jìn)爐的結(jié)構(gòu)，延長物料在爐內(nèi)滯留時(shí)間；3.3.保證向爐內(nèi)均勻喂料，且料入爐后，盡快地分散、均保證向爐內(nèi)均勻喂料，且料入爐后，盡快地分散、均布；布；4.4

33、.改進(jìn)燃燒器形式與結(jié)構(gòu)，合理布置，使燃料盡快點(diǎn)燃；改進(jìn)燃燒器形式與結(jié)構(gòu)，合理布置，使燃料盡快點(diǎn)燃；5.5.下料、下煤點(diǎn)及三次風(fēng)之間布局的合理匹配，以有利下料、下煤點(diǎn)及三次風(fēng)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；于燃料起火、燃燒和碳酸鹽分解；6.6.選擇分解爐在預(yù)分解窯系統(tǒng)的最優(yōu)部位、布置和流程，選擇分解爐在預(yù)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，降有利于分解爐功能的充分發(fā)揮，提高全系統(tǒng)功效，降低低NOxNOx，SOSO3 3等有害成分排放量，確保環(huán)保達(dá)標(biāo)。等有害成分排放量，確保環(huán)保達(dá)標(biāo)。分解爐的發(fā)展方分解爐的發(fā)展方向向1 1、“噴噴-

34、-旋旋”型分解爐型分解爐 如如RSPRSP型型新型分解爐型新型分解爐型“噴騰噴騰”型及型及“噴騰噴騰 迭加迭加”型分解爐型分解爐“噴騰迭加噴騰迭加”型分解爐型分解爐“流化懸浮流化懸浮”型分解爐型分解爐ATAS-MSCAS“懸浮懸浮”型分解爐型分解爐1.1.中低質(zhì)及低揮發(fā)分燃料在爐內(nèi)的迅速點(diǎn)火起燃的中低質(zhì)及低揮發(fā)分燃料在爐內(nèi)的迅速點(diǎn)火起燃的環(huán)境改善；環(huán)境改善；2.2.使用中低質(zhì)及低揮發(fā)分燃料時(shí)，要使用中低質(zhì)及低揮發(fā)分燃料時(shí)，要“以空間換時(shí)以空間換時(shí)間間”，即擴(kuò)大爐容，改進(jìn)結(jié)構(gòu)，提高燃料燃盡率；，即擴(kuò)大爐容，改進(jìn)結(jié)構(gòu)，提高燃料燃盡率；3.3.降低窯爐內(nèi)降低窯爐內(nèi)NOxNOx生成量，并在出窯入爐前制

35、造還生成量，并在出窯入爐前制造還原氣氛，促使原氣氛，促使NOxNOx還原，滿足環(huán)保要求；還原，滿足環(huán)保要求；4.4.采取措施，促進(jìn)替代燃料和可燃廢棄物的利用。采取措施，促進(jìn)替代燃料和可燃廢棄物的利用。趨勢和目標(biāo)趨勢和目標(biāo)在線式（同線式）在線式（同線式）分解爐與窯連接方式分解爐與窯連接方式特點(diǎn)：1、分解爐直接坐落在窯尾煙室之上。2、窯氣進(jìn)爐分解爐與窯連接方式分解爐與窯連接方式分解爐自成體系，窯尾設(shè)有兩列預(yù)熱器，一列通過窯氣，一列通過爐氣，窯氣不進(jìn)爐一般設(shè)有兩臺主排風(fēng)機(jī)，一臺專門抽吸窯氣，一臺抽吸爐氣。分解爐與窯連接方式分解爐與窯連接方式分解爐設(shè)于窯的一側(cè)窯氣不入爐爐氣出爐后可以在窯尾上升煙道下部

36、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、SLCS等)，預(yù)分解窯系統(tǒng)中回轉(zhuǎn)窯功能預(yù)分解窯系統(tǒng)中回轉(zhuǎn)窯功能: : 1、燃料燃燒功能 2、熱交換功能 3、化學(xué)反應(yīng)功能 4、物料輸送功能 5、降解利用廢棄物功能6.5 6.5 回轉(zhuǎn)窯回轉(zhuǎn)窯1.1.作為熱交換裝置，窯內(nèi)熾熱氣流與物料之間主作為熱交換裝置，窯內(nèi)熾熱氣流與物料之間主要是要是“堆積態(tài)堆積態(tài)”換熱，換熱效率低，從而影響換熱，換熱效率低，從而影響其應(yīng)有的生產(chǎn)效率的充分發(fā)揮和能源消耗的降其應(yīng)有的生產(chǎn)效率的充分發(fā)揮和能源消耗的降低；低；2.2.熟料煅燒過程所需要的燃料全部從窯熱端供給，熟料煅燒過程所需要的燃料全部從

37、窯熱端供給，燃料在窯內(nèi)煅燒帶的高溫、富氧條件下燃燒，燃料在窯內(nèi)煅燒帶的高溫、富氧條件下燃燒，NOxNOx等有害成分大量形成，造成大氣污染等有害成分大量形成，造成大氣污染。 回轉(zhuǎn)窯缺點(diǎn)和不回轉(zhuǎn)窯缺點(diǎn)和不足足過渡帶：過渡帶：從窯尾起至物料溫度從窯尾起至物料溫度12801280止止( (或或1300) 1300) 主要任務(wù)：物料升溫、部分碳主要任務(wù)：物料升溫、部分碳酸鹽分解、固相反應(yīng)。酸鹽分解、固相反應(yīng)。 燒成帶：燒成帶：物料溫度物料溫度128012801450145013001300 主要任務(wù)：熟料燒成主要任務(wù)：熟料燒成冷卻帶：冷卻帶：窯頭端部，窯頭端部，13001300 之后之后預(yù)分解窯工藝帶的

38、劃分預(yù)分解窯工藝帶的劃分回轉(zhuǎn)窯內(nèi)物料溫度和氣體溫度以及各帶劃分的大致情況回轉(zhuǎn)窯內(nèi)物料溫度和氣體溫度以及各帶劃分的大致情況回轉(zhuǎn)窯內(nèi)回轉(zhuǎn)窯內(nèi)“帶帶”劃分劃分分解反應(yīng)分解反應(yīng) ：反應(yīng)量少，但需反應(yīng)溫度高。 入窯料先升溫，后分解固相反應(yīng)固相反應(yīng) ： 燒結(jié)反應(yīng)燒結(jié)反應(yīng) ：物料在窯內(nèi)的工藝反應(yīng)物料在窯內(nèi)的工藝反應(yīng)因產(chǎn)量大幅提高，反應(yīng)量成倍增因產(chǎn)量大幅提高，反應(yīng)量成倍增加，需加快反應(yīng)速度。加，需加快反應(yīng)速度。熟料冷卻技術(shù)熟料冷卻技術(shù)目前新干法生目前新干法生產(chǎn)中，采用第產(chǎn)中，采用第三代推動篦式三代推動篦式冷卻機(jī)及從窯冷卻機(jī)及從窯罩抽取三次風(fēng)，罩抽取三次風(fēng)，可認(rèn)為最佳方可認(rèn)為最佳方案案(1)作為工藝裝備，對高溫

39、熟料的驟冷。 (2)作為熱工裝備，對二次風(fēng)、三次風(fēng)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(jī)的功熟料冷卻機(jī)的功能能熟料冷卻機(jī)作業(yè)原理在于高效、快速地實(shí)現(xiàn)熟料冷卻機(jī)作業(yè)原理在于高效、快速地實(shí)現(xiàn)熟料與冷卻空氣之間的氣固換熱。熟料與冷卻空氣之間的氣固換熱。冷卻機(jī)作業(yè)原理冷卻機(jī)作業(yè)原理(1) 熱效率(c)高，各種冷卻機(jī)熱效率一般在40%80%之間。(2) 冷卻效率(L)高，各種冷卻機(jī)冷卻效率一般在8095%。(3) 空氣升溫效率(i)高。，本指標(biāo)為篦冷機(jī)評價(jià)指標(biāo)之一，一般i 0.9。(4) 進(jìn)入冷卻機(jī)的熟料溫度與離開冷卻機(jī)的入窯二次風(fēng)及

40、去分解爐的三次風(fēng)溫度之間的差值小。(5)離開冷卻機(jī)的熟料溫度低。 (6)冷卻機(jī)及其附屬設(shè)備電耗低。(7)投資少，電耗低，磨耗小，運(yùn)轉(zhuǎn)率高等。冷卻機(jī)性能指標(biāo)冷卻機(jī)性能指標(biāo)類型單位篦床面積產(chǎn)量t/ (m2d)單位冷卻風(fēng)量(Nm3/kgc1)熱效率(%)第一代福勒型篦冷機(jī)25273.44.0 50第二代厚料層篦冷機(jī)32342.73.26570第三代控制流篦冷機(jī)40551.72.27075第四代推動棒式篦冷機(jī)45551.52.07276篦冷機(jī)性能指標(biāo)篦冷機(jī)性能指標(biāo)(1)篦冷機(jī)入口端采用阻力篦板及充氣梁結(jié)構(gòu)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(yù)分解窯熟料顆粒變細(xì)及分布不

41、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(fēng)量回收熾熱熟料的熱量，提高二、三次風(fēng)溫 (3)由于脈沖供風(fēng)，使細(xì)粒熟料不被高速氣流攜帶，同時(shí)由于細(xì)粒熟料擾動，增加氣料之間換熱速度。 第三代第三代篦冷機(jī)特點(diǎn)篦冷機(jī)特點(diǎn)階梯篦板階梯篦板(4)高壓空氣通過空氣梁特別是篦冷機(jī)熱端前數(shù)排空氣梁向篦板下部供風(fēng)，增強(qiáng)對熟料均布、冷卻和對篦板的冷卻作用，消滅“紅河”，保護(hù)篦板。(5)設(shè)有對一段篦床一、二室各行篦板風(fēng)量、風(fēng)壓及脈沖供氣的自控調(diào)節(jié)系統(tǒng)，或各塊篦板的人工調(diào)節(jié)閥門，以便根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)。同時(shí)，一段篦速與篦下壓力自動調(diào)節(jié)，保持料層設(shè)定厚度，其他段篦床與一段篦床同步調(diào)節(jié)

42、。第三代第三代篦冷機(jī)特點(diǎn)篦冷機(jī)特點(diǎn)充氣梁充氣梁可控氣流通風(fēng)篦板(1)采用TC型“充氣梁”技術(shù)，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(shù)，中小型篦冷機(jī)設(shè)計(jì)最大料層厚600650mm，大型篦冷機(jī)700800mm(3)合理配風(fēng) 關(guān)鍵在于淬冷區(qū)和熱回收區(qū)“充氣篦床”配風(fēng)適當(dāng)。 (4)全機(jī)篦床配置適當(dāng) 淬冷高溫區(qū)設(shè)置固定充氣篦床，高溫區(qū)設(shè)置活動充氣篦床，中溫區(qū)設(shè)置固定篦床，低溫區(qū)設(shè)置普通篦床，整機(jī)效率高，結(jié)構(gòu)簡化，維修方便。(5)鎖風(fēng)良好 設(shè)置了全機(jī)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(yùn)行。TCTC型第三代篦冷機(jī)型第三代篦冷機(jī)充氣篦板充氣篦板低漏料篦低漏料篦板板4.4.預(yù)分解

43、窯技術(shù)的生產(chǎn)控制預(yù)分解窯技術(shù)的生產(chǎn)控制(1)燒成帶物料溫度 (2)氧化氮(N0 x)濃度(3)窯轉(zhuǎn)動力矩 (4)窯尾氣體溫度(5)分解爐或最低一級旋風(fēng)筒出口氣體溫度(6)最上一級旋風(fēng)筒出口氣體溫度(7)窯尾、分解爐出口或預(yù)熱器出口氣體成分(8)最上一級及最低一級旋風(fēng)筒出口負(fù)壓(9)最下一、二級旋風(fēng)筒錐體下部負(fù)壓(10)預(yù)熱器主排風(fēng)機(jī)出口管道負(fù)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(fù)壓(14)篦冷機(jī)一室下壓力。 (15)窯筒體溫度 重重點(diǎn)點(diǎn)監(jiān)監(jiān)控控參參數(shù)數(shù)(1)窯頭負(fù)壓篦冷機(jī)余風(fēng) 排風(fēng)機(jī)閥門開度。(2)篦冷機(jī)一室下壓力 篦床速度。(3)分解窯加煤 量最下級旋風(fēng)筒(或

44、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(fēng)機(jī)風(fēng)門開度 最上級旋風(fēng)筒出口氣體O2含量及壓力。(7)電收塵器進(jìn)口風(fēng)壓 電收塵出口風(fēng)機(jī)風(fēng)門開度。(8)喂料秤測重負(fù)荷傳感器 喂料倉自動調(diào)節(jié)計(jì)量閥門開度。(9)氣力提升泵下松動壓力 計(jì)量滑動閥門開度。(10)生料計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)倉重量 均化庫出口閥板開度。(11)其他可根據(jù)需要設(shè)置自動調(diào)節(jié)回路自動調(diào)節(jié)回路中央控制室簡介中央控制室簡介中央控制室中央控制室 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(chǎn)過程集中進(jìn)行監(jiān)視和控制的一個(gè)中心場所。在中控室里，通過計(jì)算機(jī)等技術(shù)能將整個(gè)生產(chǎn)過程參數(shù)、設(shè)備運(yùn)行情況等全面迅速反映出來，并能對過程參數(shù)實(shí)現(xiàn)及時(shí)、準(zhǔn)確的控制。因此，中央控制室是全廠的控制樞紐和指揮中心控制樞紐和指揮中心。把