熱工設(shè)備教案

1、授課班級(jí)：09108-0 9111班第 1 次課授課學(xué)時(shí)： 2 學(xué)時(shí)教學(xué)手段：多媒體、板書甘肅省建筑材料工業(yè)學(xué)校教案授課名稱：熱工設(shè)備與測(cè)試技術(shù)授課章節(jié)：1水泥工業(yè)熱工設(shè)備 §1.1水泥熟料的煅燒方法主要教學(xué)內(nèi)容：第一節(jié)：水泥熟料的煅燒方法、水泥熟料的形成、加速水泥熟料煅燒的措施、水泥熟料的煅燒方法及窯型的演變教學(xué)要求：掌握水泥熟料的形成過程、加速水泥熟料煅燒的措施。教學(xué)難點(diǎn)：經(jīng)過一個(gè)假期，同學(xué)們可能對(duì)水泥工藝學(xué)這門課程中所學(xué)的有關(guān)水泥煅燒過程的知識(shí)記憶模糊。作業(yè)：復(fù)習(xí)思考題1.1、1.2、1.3授課過程：一、前言（5min） 水泥熟料的煅燒是水泥生產(chǎn)工藝過程中最重要的一個(gè)工藝環(huán)節(jié)。

2、水泥熟料的煅燒過程直接決定了水泥熟料的產(chǎn)量、質(zhì)量，并直接影響到水泥的產(chǎn)量、質(zhì)量。二、新課（80min）1、水泥熟料的形成 水泥熟料的形成過程，是對(duì)合格生料進(jìn)行煅燒，使其連續(xù)加熱，經(jīng)過一系列的物理化學(xué)反應(yīng)，變成熟料，再進(jìn)行冷卻的過程。整個(gè)過程主要分為水分蒸發(fā)、粘土質(zhì)原料脫水、碳酸鹽分解、固相反應(yīng)、燒結(jié)反應(yīng)和熟料冷卻六個(gè)階段。水分蒸發(fā)（吸熱） 指自由水的蒸發(fā)，蒸發(fā)溫度約在100150。一般情況下，新型干法生產(chǎn)工藝所需各種原料的含水量比較少，因此水分的蒸發(fā)主要是在立式磨內(nèi)進(jìn)行，借助窯系統(tǒng)廢氣對(duì)物料進(jìn)行烘干。粘土質(zhì)原料脫水（吸熱）指結(jié)構(gòu)水的脫離，脫水溫度約在400600，粘土的主要組分高嶺石將脫水分離

3、出活性的SiO2和Al2O3。反應(yīng)方程式如下：Al2O3·2SiO2·2H20 Al2O3 + 2SiO2 + 2H20碳酸鹽分解（吸熱） 是指高溫下，石灰石中的碳酸鈣和碳酸鎂分解產(chǎn)生氧化鈣、氧化鎂和二氧化碳。當(dāng)CO2分壓為一個(gè)大氣壓時(shí)： MgCO3 分解始于402408，劇烈分解溫度約在700750。 CaCO3 分解反應(yīng)于600開始，812928快速分解。思考：碳酸鹽分解反應(yīng)的特點(diǎn)？（可逆、強(qiáng)吸熱、燒失量大等） 影響碳酸鹽分解反應(yīng)速率的因素有那些？（略）固相反應(yīng)（放熱）硅酸鹽水泥熟料的主要礦物C2S、C3A、C4AF通過固相反應(yīng)生成。思考：固相反應(yīng)的特點(diǎn)？（放熱、多級(jí)）

4、 影響固相反應(yīng)速率的因素有那些？（略）燒結(jié)反應(yīng)（微吸熱）C3S通過燒結(jié)反應(yīng)形成,反應(yīng)方程式：C2S + CaO C3S。此反應(yīng)時(shí)在液相中進(jìn)行時(shí)的反應(yīng)溫度為130014501300。思考：影響燒結(jié)反應(yīng)的因素？（最低共熔溫度、液相量、液相粘度、 C2S和CaO溶于液相的速率、燒結(jié)時(shí)間等）熟料冷卻出窯熟料需進(jìn)行冷卻，采用淬冷（急速冷卻）的方式，常用的設(shè)備是篦式冷卻機(jī)。思考：冷卻的目的？（便于運(yùn)輸儲(chǔ)存、回收利用余熱、改善熟料質(zhì)量） 急速冷卻熟料對(duì)改善熟料的質(zhì)量有那些好處？（略）2、熟料形成熱（略）3、加速熟料煅燒的措施礦化劑的使用：常用的是螢石，礦化作用有2點(diǎn)，一是加速碳酸鹽的分解和固相反應(yīng)，二是加快

5、C3S的形成。使用?；郀t礦渣配生料。略4、水泥熟料煅燒方法及窯型的演變水泥熟料煅燒方法：干法生產(chǎn)、濕法生產(chǎn)以及半干法生產(chǎn)。窯型的演變：自1885年回轉(zhuǎn)窯作為水泥高溫煅燒設(shè)備以來，其規(guī)格經(jīng)歷了由細(xì)變粗、變長(zhǎng)、再由長(zhǎng)變短的發(fā)展過程。它是伴隨著干法工藝出現(xiàn)的，但是由于當(dāng)時(shí)水泥生產(chǎn)煅燒工藝還不成熟，有很多問題沒有結(jié)局，尤其是原料均勻性差。所以出現(xiàn)了濕法生產(chǎn)工藝。1950年前后隨著預(yù)熱器技術(shù)的出現(xiàn)和不斷完善，加上生料干法預(yù)均化技術(shù)的改善和應(yīng)用，使得以干法生產(chǎn)為特征的回轉(zhuǎn)窯，又回到了它應(yīng)有的發(fā)展軌道上來了。1970年以后出現(xiàn)的窯外預(yù)分解技術(shù)，以及近幾十年對(duì)預(yù)熱器和分解爐結(jié)構(gòu)及操作參數(shù)的不斷優(yōu)化和完善，新

6、型高效篦冷機(jī)的出現(xiàn)，設(shè)計(jì)合理和控制靈活的多通道燃燒器的推出和應(yīng)用，使得回轉(zhuǎn)窯的功能發(fā)生了實(shí)質(zhì)的變化，實(shí)現(xiàn)了水泥工業(yè)技術(shù)的飛躍。三、本節(jié)課小結(jié)（5min） 本次課主要講述了水泥熟料的煅燒的6個(gè)過程以及煅燒方法等。甘肅省建筑材料工業(yè)學(xué)校教案授課班級(jí)：09108-0 9111班第 2 次課授課學(xué)時(shí)： 2 學(xué)時(shí)教學(xué)手段：多媒體、板書授課名稱：熱工設(shè)備與測(cè)試技術(shù)授課章節(jié)： §1.2.1回轉(zhuǎn)窯的結(jié)構(gòu)（1）主要教學(xué)內(nèi)容：回轉(zhuǎn)窯的結(jié)構(gòu)、回轉(zhuǎn)窯的宏觀結(jié)構(gòu)、作用、筒體、輪帶、托輪教學(xué)要求：掌握回轉(zhuǎn)窯的宏觀結(jié)構(gòu)和作用、筒體的形狀和剛度要求、輪帶的形式和固定方式等。教學(xué)難點(diǎn)：同學(xué)們大多沒見過實(shí)際中的回轉(zhuǎn)窯，

7、盡管有圖片展示，但本次教學(xué)仍然給大家?guī)砝щy。作業(yè)：復(fù)習(xí)思考題1.1、1.2、1.3授課過程：一、前言（5min）回轉(zhuǎn)窯是水泥生產(chǎn)中重要的設(shè)備，它擔(dān)負(fù)著熟料的燒結(jié)任務(wù)?；剞D(zhuǎn)窯是一個(gè)傾斜放置的回轉(zhuǎn)圓筒體。有很多類型，如中空式回轉(zhuǎn)窯、干法長(zhǎng)窯、濕法長(zhǎng)窯等。二、新課（80min）1、回轉(zhuǎn)窯的宏觀結(jié)構(gòu)及作用回轉(zhuǎn)窯是一個(gè)傾斜放置的回轉(zhuǎn)圓筒體，它的規(guī)格是用筒體的內(nèi)徑和長(zhǎng)度表示的。如3.5m×135m回轉(zhuǎn)窯，即表示筒體內(nèi)徑為3.5m，窯身長(zhǎng)度為135m。假如窯有擴(kuò)大帶，那么它的直徑用分?jǐn)?shù)表示。如4.4m/4.15m×180m回轉(zhuǎn)窯，即表示筒體兩段內(nèi)徑為4.4m，而中間筒體的內(nèi)徑為4.15

8、m，總長(zhǎng)為180m。回轉(zhuǎn)窯的類型有很多，但是從總體結(jié)構(gòu)上來看，基本上由筒體、輪帶、托輪及支撐裝置、傳動(dòng)裝置、窯頭和窯尾密封等部分組成。2、回轉(zhuǎn)窯筒體 筒體是回轉(zhuǎn)窯基體，它是一個(gè)鋼制的圓筒，預(yù)先用鋼板做成一段一段的圓筒，安裝時(shí)再把各段鉚接或者焊接而成，直徑一般26m，長(zhǎng)度30200m。筒體外有若干道輪帶，安放在相應(yīng)的托輪上，為使物料能由窯尾逐漸向窯頭運(yùn)動(dòng)，筒體一般有3%5%的斜度。為了保護(hù)筒體，筒體內(nèi)鑲砌有100230mm厚的耐火材料。筒體的形狀：物料入窯后發(fā)生物理化學(xué)變化形成熟料，為了使筒體適應(yīng)各帶物料反應(yīng)的不同要求，往往將筒體做成各種形狀，常見的有：直筒形：回轉(zhuǎn)窯各部分直徑都相同，因此結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)

9、單，便于制造、維修，部件和所有的耐火材料尺寸規(guī)格及品種少，便于管理。但是由于直徑相同，對(duì)于提高傳熱面積、增加窯的產(chǎn)量適應(yīng)性差。一段擴(kuò)大：可以是熱端擴(kuò)大或者是冷端擴(kuò)大。冷端擴(kuò)大常用于干濕法長(zhǎng)窯，擴(kuò)大后，可多掛鏈條或其它熱交換裝置，增加傳熱面積，提高預(yù)燒能力，降低出窯廢氣溫度，降低熱耗，同時(shí)使窯尾風(fēng)速減小，減少飛揚(yáng)損失，有利于降低料耗。在窯內(nèi)傳熱面積相同的情況下，可縮短窯的長(zhǎng)度。熱鍛過大就是擴(kuò)大燃燒帶的直徑，擴(kuò)大后，使燃燒帶容積增加，提高了燃燒帶的發(fā)熱能力，有利于提高窯產(chǎn)量，減少結(jié)圈。兩段擴(kuò)大形，也稱啞鈴型。這是將一種將冷端擴(kuò)大和熱端擴(kuò)大結(jié)合起來的窯型。筒體剛度： 隨著回轉(zhuǎn)窯直徑的增加，筒體自重增

10、加，加上耐火材料和窯內(nèi)物料的重量，在兩道托輪中間的筒體會(huì)產(chǎn)生軸向彎曲，輪帶處產(chǎn)生橫截面的徑向變形。軸向變形和徑向變形是影響回轉(zhuǎn)窯長(zhǎng)期安全運(yùn)轉(zhuǎn)的重要原因之一，因此要求筒體在運(yùn)轉(zhuǎn)中保持“直而圓”的幾何形狀是非常必要的，為此筒體必須具有一定的強(qiáng)度和剛度。為達(dá)到此目的，在筒體結(jié)構(gòu)上可以采取以下措施：增加回轉(zhuǎn)窯筒體鋼板厚度：可增加筒體剛度。筒體鋼板的厚度由窯的規(guī)格和鋼板材質(zhì)確定，一般為1850mm，大型回轉(zhuǎn)窯要用3060mm后的鋼板，輪帶所在的這一段筒體，其厚度有的超過90mm，輪帶附近的筒體也應(yīng)選用較厚的鋼板，高溫區(qū)筒體也應(yīng)用耐高溫的防腐蝕性較好的鍋爐鋼板，使筒體有較好的橫向剛度和縱向柔度，降低支撐裝

11、置對(duì)筒體直線度的敏感性，保護(hù)筒體、襯磚和支撐裝置。 回轉(zhuǎn)窯筒體徑向變形位置發(fā)生在回轉(zhuǎn)窯支撐處，與筒體支撐處的鋼板厚度成反比，并隨著與支撐位置距離的增大而減小，即在支持輪帶下筒體變形最大，而離開輪帶中心距離越大，筒體徑向變形越小。因此輪帶下鋼板厚度，使回轉(zhuǎn)窯的橫斷面在支撐處的徑向變形盡量小，以延長(zhǎng)窯內(nèi)耐火磚壽命，提高窯的運(yùn)轉(zhuǎn)率。 加厚筒體，可以減小筒體的軸向和徑向變形。焊接筒體：燒成帶筒體表面溫度較高，鉚接的鉚釘桿易過熱伸長(zhǎng)失去初應(yīng)力，造成鉚釘松動(dòng)，使筒體變形。焊接具有很多優(yōu)點(diǎn)，只有現(xiàn)場(chǎng)不具備良好的焊接條件時(shí)才允許保留局部的鉚接結(jié)構(gòu)。新型干法回轉(zhuǎn)窯基本上全部采用焊接筒體。加強(qiáng)輪帶剛度：在機(jī)械設(shè)計(jì)

12、中，要保證輪帶有足夠的剛度，以增強(qiáng)窯筒體的剛度（提高筒體橫向剛度，降低筒體徑向變形）。選擇適當(dāng)?shù)妮啂c筒體墊板之間的間隙，使筒體在熱態(tài)下與輪帶呈無間隙的緊密配合，否則起不到增強(qiáng)窯筒體剛度的作用。 關(guān)于回轉(zhuǎn)窯筒體跨距的分布，主要考慮了了筒體表面溫度和附加彎曲應(yīng)力。根據(jù)目前預(yù)分解窯入窯物料分解率大于93%的情況，一般燒成帶長(zhǎng)度占到回轉(zhuǎn)窯長(zhǎng)度的50%左右，出窯物料溫度一般在13701400，窯筒體高溫區(qū)域長(zhǎng)。從實(shí)際生產(chǎn)情況看，窯皮長(zhǎng)度為5.56D左右，窯皮之后的筒體因失去了窯皮的保護(hù)作用而表面溫度增高，因增產(chǎn)而強(qiáng)化窯內(nèi)煅燒造成窯皮之后的筒體表面溫度經(jīng)常在450 。若按照等支撐反力原則分配跨距，則第一

13、檔、第二檔輪帶和支撐裝置都將處于高溫區(qū)域，容易因?yàn)檩啂Ш蛪|板之間的間隙不當(dāng)或即使有合適的間隙但因操作不當(dāng)，窯升溫速度太快產(chǎn)生筒體“縮頸”，耐火磚很難砌牢，影響窯的運(yùn)轉(zhuǎn)率。 輪帶與墊板之間的間隙應(yīng)控制在多少? 答：冷態(tài)時(shí)限制在78mm左右。 熱態(tài)時(shí)不應(yīng)超過23mm，最佳間隙狀態(tài)為零。 回轉(zhuǎn)窯因安裝誤差，各窯墩基礎(chǔ)下沉不勻，各檔輪帶、托輪、軸承磨損不同，運(yùn)轉(zhuǎn)中托輪調(diào)整誤差等原因會(huì)破壞窯中心線的直線度，造成各檔支反力發(fā)生很大變化，并在窯內(nèi)產(chǎn)生附加應(yīng)力?；剞D(zhuǎn)窯筒體的附加彎曲應(yīng)力的大小與回轉(zhuǎn)窯筒體縱向剛度及支撐裝置間的跨度有關(guān)。 為保證橫截面的剛性，改善支撐裝置的受力狀態(tài)，有的在筒體進(jìn)、出料端分別裝有耐

14、高溫、耐磨損的窯口護(hù)板。其中，窯頭護(hù)板與冷風(fēng)套組成環(huán)形分隔的套筒空間，冷風(fēng)從冷風(fēng)室的喇叭形端口吹入，冷卻窯頭護(hù)板的非工作面，保證該部件的長(zhǎng)期安全運(yùn)轉(zhuǎn)。為保證靠近窯頭溫度較高的兩檔支撐裝置運(yùn)行可靠，在窯頭兩檔輪帶下裝有特設(shè)的冷風(fēng)裝置。2、輪帶 支撐裝置是回轉(zhuǎn)窯的重要組成部分，它承受著窯的全部重量，對(duì)窯起定位作用，使回轉(zhuǎn)窯能安全平穩(wěn)的運(yùn)轉(zhuǎn)。支撐裝置包括輪帶、托輪、軸承和擋輪組成。我們先來學(xué)習(xí)輪帶。 輪帶是一個(gè)堅(jiān)固的大圓鋼圈，套裝在窯筒體上，整個(gè)回轉(zhuǎn)窯（包括窯磚和物料）的全部重量，通過輪帶傳遞給托輪，由托輪支撐，輪帶隨筒體在托輪上滾動(dòng)，其本身還起著增加筒體剛性的作用。 由于輪帶附近的筒體的變形大，所

15、以輪帶不應(yīng)安裝在筒體的接縫處。 輪帶在運(yùn)動(dòng)中受到接觸應(yīng)力和彎曲應(yīng)力的作用，使表面呈片狀脫落、龜裂，有時(shí)徑向斷面上還出現(xiàn)斷裂，所以要求輪帶有足夠的剛度來抵抗接觸應(yīng)力和彎曲應(yīng)力。 輪帶可以采用鑄鋼，也可以用鍛鋼。鍛鋼的輪帶其截面為實(shí)心結(jié)構(gòu)，質(zhì)量好，熱應(yīng)力小，使用壽命長(zhǎng)，但是散熱慢，剛性小，制造工藝復(fù)雜，成本較高。截面尺寸大的輪帶，一般采用鑄造，其截面有實(shí)心矩形和空心箱型。 輪帶的型式 矩形輪帶：斷面是實(shí)心矩形，形狀簡(jiǎn)單。由于斷面是整體，所以鑄造缺陷不突出，裂縫少。矩形輪帶加固筒體的作用較好，既可以鑄造，也可以鍛造。箱形輪帶：特點(diǎn)是剛性大，有利于增強(qiáng)筒體的剛度，散熱較好。但是由于截面形狀復(fù)雜，鑄造時(shí)

16、，在冷縮過程中容易產(chǎn)生裂縫等缺陷，這些缺陷有時(shí)導(dǎo)致橫截面斷裂。輪帶在筒體上的安裝方式輪帶在筒體上的安裝方式有兩種：一種是固定式，將輪帶通過墊板直接鉚接在筒體上；另一種是活套式，將輪帶活套在筒體上。活套式：輪帶與筒體墊板之間留有空隙，彌補(bǔ)筒體與輪帶溫差過大引起的熱膨脹量，所以輪帶活套在筒體墊板上。鉚接或者焊有墊板時(shí)，為了適應(yīng)熱膨脹，輪帶內(nèi)徑和墊板外徑留有間隙，合適的間隙應(yīng)使窯在正常生產(chǎn)中，輪帶正好箍住筒體墊板，既無過盈又無縫隙，這樣使輪帶下的筒體變形與輪帶變形一樣，既起到加強(qiáng)筒體徑向剛度的作用，又不致于產(chǎn)生大的熱應(yīng)力。輪帶在長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)中由于磨損使間隙變大，導(dǎo)致筒體徑向變形很快加大，為此可將墊板做成

17、可更換的結(jié)構(gòu)，定期更換，也可使用耐磨材料做墊板，在輪帶內(nèi)表面加潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑，以減小磨損。思考：為什么活套式安裝方式的輪帶與簡(jiǎn)體之間應(yīng)有合適的間隙?答：一方面加強(qiáng)了散熱，另一方面降低了由窯體到輪帶的熱傳導(dǎo)并使輪帶內(nèi)外緣溫度差較小，降低了輪帶的溫度應(yīng)力。當(dāng)窯運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)輪帶與筒體之間要產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)和互相磨損，同時(shí)留有間隙的目的是補(bǔ)償筒體壁和墊板的溫度高于輪帶所產(chǎn)生的熱膨脹值?；钐装惭b墊板厚度一般為20-50mm，墊板形式很多?，F(xiàn)在介紹2種：如圖，墊板與擋圈一起鉚接在筒體上，墊板被分成2段，可節(jié)約鋼板，但這種方式限制了筒體的自由膨脹，輪帶與筒體熱應(yīng)力較大。如圖，輪帶活套在筒體上，墊板一端自由，一端與筒體焊接，輪帶與墊板間留有36mm的間隙，它既可以控制熱應(yīng)力又可以充分利用輪帶的剛性，使之對(duì)筒體