水泥煅燒課件

7.3熟料煅燒技術(shù)新型干法水泥生產(chǎn)過程中的熟料煅燒技術(shù)以及煅燒過程中的物理化學(xué)變化，以旋風(fēng)筒—換熱管道—分解爐—回轉(zhuǎn)窯—冷卻機為主線，掌握當(dāng)代水泥工業(yè)發(fā)展的主流和最先進的煅燒工藝及熱工設(shè)備。

本節(jié)學(xué)習(xí)要點：預(yù)分解窯生產(chǎn)流程圖預(yù)分解窯工藝流程水泥的產(chǎn)量、質(zhì)量、燃料與襯料的消耗以及窯的安全運轉(zhuǎn)。7.3.1概述：熟料的煅燒過程新型干法水泥生產(chǎn)：

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，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。關(guān)鍵熱工設(shè)備旋風(fēng)筒連接管道分解爐回轉(zhuǎn)窯冷卻機預(yù)熱分解燒成冷卻工作原理干燥（自由水蒸發(fā)）吸熱100～150℃粘土質(zhì)原料脫水吸熱450℃碳酸鹽分解強吸熱900℃固相反應(yīng)放熱800～1200℃熟料燒結(jié)微吸熱1300～1450～1300℃熟料冷卻放熱1300℃～生料在煅燒過程中的物理化學(xué)變化碳酸鹽分解

反應(yīng)式：MgCO3MgO+CO2-QCaCO3CaO+CO2-Q

反應(yīng)溫度：

MgCO3

始于402~408℃最高700℃CaCO3600℃開始，812~928℃快速分解碳酸鈣分解反應(yīng)特點：

可逆反應(yīng)強吸熱反應(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

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)反應(yīng)特點：多級反應(yīng)放熱反應(yīng)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：

C2S、C3A、C4AF固相反應(yīng)

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

C3S的形成熟料燒結(jié)

熟料燒結(jié)過程：

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(zhuǎn)變?yōu)樯珴苫液?、結(jié)構(gòu)致密的熟料。熟料燒結(jié)熟料燒結(jié)

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(jié)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)冷卻目的：

改善熟料質(zhì)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(yù)熱二次空氣，降低熱耗、提高熱利用率。冷卻方式：

急冷熟料冷卻快冷對改善熟料質(zhì)量的作用：

防止或減少C3S的分解；避免β-C2S轉(zhuǎn)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。熟料冷卻熱耗：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7.3.1懸浮預(yù)熱技術(shù)7.3.2懸浮預(yù)熱器的構(gòu)成及功能7.3.3旋風(fēng)預(yù)熱器7.3.4預(yù)分解技術(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)下進行熱交換，使物料得到迅速加熱升溫的技術(shù)。

7.3.1懸浮預(yù)熱技術(shù)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(zhì)迅速可大幅度提高了生產(chǎn)效率和熱效率。7.3.2懸浮預(yù)熱器的構(gòu)成及功能（旋風(fēng)式）構(gòu)成：旋風(fēng)筒連接管道(換熱管道)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2懸浮預(yù)熱器的構(gòu)成及功能（旋風(fēng)式）

預(yù)熱器的主要功能是充分的利用回轉(zhuǎn)窯和分解爐排出廢氣余熱加熱生料，使生料預(yù)熱及部分的碳酸鹽分解。為了最大限度的提高氣固間的換熱效率從而實現(xiàn)整個煅燒系統(tǒng)的優(yōu)質(zhì)，高產(chǎn)，低耗，預(yù)熱器必須具備分散均勻，換熱迅速和高效分離三個功能。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)筒一起組合成一個換熱單元。7.3.3旋風(fēng)預(yù)熱器對管道的設(shè)計十分重要管道風(fēng)速太低，熱交換時間延長，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12～18m/s連接管道作用：進行熱交換，約80％以上。熱交換方式：對流傳熱主要是氣固分離，傳熱只占6%～12.5%。

旋風(fēng)筒作用性能評價原理物料懸浮于氣流中從切線進入旋風(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。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。必須采取的措施：鎖風(fēng)閥作用：下料、鎖風(fēng)類型：

單、雙翻板閥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(nèi)停留時間。兩級旋風(fēng)筒之間的管道必須有足夠的長度，以保證生料懸浮起來，并在管道內(nèi)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。影響旋風(fēng)筒氣固分離效率的因素：1.旋風(fēng)筒的直徑（筒徑越小，分離效率越高）2.旋風(fēng)筒進風(fēng)口的類型與尺寸（切向，減渦流）3.出風(fēng)管（內(nèi)筒）的尺寸和插入深度（出風(fēng)管（內(nèi)筒）直徑小，深度大，效率高）4.旋風(fēng)筒高度（增加高度，有利分離）4

影響預(yù)熱器分離換熱的因素影響旋風(fēng)預(yù)熱器換熱效率的因素：1.粉料在管道內(nèi)的懸浮2.氣固之間的換熱效果3.氣固相間的分離程度4

影響預(yù)熱器分離換熱的因素定義：將已經(jīng)過懸浮預(yù)熱后的水泥生料，在達到分解溫度前，進入到分解爐內(nèi)與進入爐內(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)。7.3.4預(yù)分解技術(shù)１.在懸浮預(yù)熱器與回轉(zhuǎn)窯之間增設(shè)一個分解爐或利用窯尾上升煙道，２.裝設(shè)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(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)分解窯特點分解爐內(nèi)的燃料燃燒分解爐內(nèi)的傳熱分解爐內(nèi)的氣體運動

分解爐的熱工性能分解爐內(nèi)的燃料燃燒A無煙燃燒：優(yōu)點是燃料均勻分散，能充分利用燃燒空間，不易形成局部高溫，燃燒速度快，發(fā)熱能量強。B兩種動力學(xué)機制：化學(xué)反應(yīng)控制（低溫）表面擴散控制（氧粒向表面擴散）分解爐的熱工性能分解爐內(nèi)的燃料燃燒C煤粉著火：

著火：煤粉的燃燒速度大于系統(tǒng)的散熱速率，著火點即分界點的溫度值。無CaCO3，環(huán)境散熱少，煤的著火點降低；煤的或許提高或揮發(fā)分含量高，著火點下降。煤粉的分散性不好或在爐內(nèi)分布不均是導(dǎo)致煤不能著火或僅部分著火的主要因素。分解爐的熱工性能分解爐內(nèi)的燃料燃燒C煤粉著火：

促進煤粉燃燒手段：增加煤粉細(xì)度；提高爐內(nèi)湍流流動；提高煤粉的分散度。

煤粉燃燒狀況：分解爐操作溫度；分解爐中氧氣濃度；空氣和煤粉的均勻混合；煤粉在爐內(nèi)的停留時間；分解爐內(nèi)生料與煤粉的比例。

分解爐的熱工性能分解爐內(nèi)的燃料燃燒C煤粉著火：

分解爐內(nèi)溫度分布：分解爐的軸向及平面溫度都比較均勻；爐內(nèi)縱向溫度由下而上逐漸升高，變化幅度不大；爐內(nèi)中心溫度較高，邊緣溫度低。分解爐的熱工性能分解爐內(nèi)的傳熱

主要對流傳熱，汽車輻射傳熱，高溫氣體900度，爐內(nèi)主要傳熱因素是傳熱面積增加。

式中K為總傳熱系數(shù)

這種提高懸浮預(yù)熱、傳質(zhì)速率與邊燃燒邊放熱邊分解吸熱，形成爐內(nèi)熱工特點。分解爐的熱工性能分解爐內(nèi)的氣體運動

氣流作用：供氧燃燒；浮送作用；傳熱介質(zhì)分解爐的熱工性能分解爐內(nèi)的氣體運動阻力分布：蝸殼進口段（壓力降80%，改變方向和縮口）；分解爐筒體及錐體（很少）；分解爐出口（20%）分解爐的熱工性能分解爐內(nèi)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(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(nèi)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(dāng)擴大爐容，延長氣流在爐內(nèi)的滯留時間；改進爐的結(jié)構(gòu)，延長物料在爐內(nèi)滯留時間；保證向爐內(nèi)均勻喂料，且料入爐后，盡快地分散、均布；改進燃燒器形式與結(jié)構(gòu)，合理布置，使燃料盡快點燃；下料、下煤點及三次風(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；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，降低NOx，SO3等有害成分排放量，確保環(huán)保達標(biāo)。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“噴騰”型分解爐“流化－懸浮”型分解爐ATAS-MSCAS“懸浮”型分解爐一是中低質(zhì)及低揮發(fā)分燃料在爐內(nèi)的迅速點火起燃的環(huán)境改善；二是使用中低質(zhì)及低揮發(fā)分燃料時，要“以空間換時間”，即擴大爐容，改進結(jié)構(gòu)，提高燃料燃盡率；三是降低窯爐內(nèi)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(biāo)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、窯氣進爐分解爐與窯連接方式半離線式分解爐設(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