水泥熟料生产线熟料煅烧的基本知识

熟料生产线热工基础知识 新型干法水泥回转窑系统概述 水泥是一种细磨材料，它加入适量水后，成为塑性浆体，这种 浆体是既能在空气中硬化，又能在水中硬化（硬化后要达到一定的强 度） ，并能把砂、石等材料牢固地胶结在一起的而且具有其他一些性 能的水硬性胶凝材料。 水泥生产要经过“二磨一烧” （即生料磨、水泥窑和水泥磨） ，其 中，水泥窑系统是将水泥生料在高温下烧成为水泥熟料的热工设备， 是水泥生产中一个极为重要的关键环节。 新型干法水泥回转窑系统是以悬浮预热技术和窑外分解技术为 核心，以 窑（或称 窑）为主导的水泥熟料烧成系统。 没有分解炉的新型干法水泥回转窑系统叫做 窑，有分解炉的 新型干法水泥回转窑系统叫做 窑， 在一些欧美国家也将 窑称 为 窑，即预分解窑。 窑外分解窑的工作原理为 （分别从料、煤、风的角度论述） 第一， 生料粉从第 级旋风筒和第 级旋风筒之间的联接管道加 入，加入的生料进入联接管道内后马上被分散在上升气流中，从而被 携带到第 级旋风筒（简称 ）内，在旋风筒内利用离心力的作用进 行气固分离后，废气被排走，而生料粉被再一次加到 和 之间的 联接管道内，然后再一次被携带到 内进行气固分离。 这样依次类推，生料粉依次通过各级旋风筒及其联接管道。生料 粉每与上升的气流接触一次，就经过一次剧烈的热交换，从而生料粉 被一次一次地预热升温，废气则被一次一次地冷却降温，从而达到回 收废气余热来预热生料。当生料达到一定温度，会发生一定程度的碳 酸盐分解（小部分分解，因为废气的热焓不足以使其发生大量分解） 。 出 的预热生料进入分解炉，在分解炉内完成大部分碳酸钙的 分解，分解反应所需热量来自于分解炉内的燃料燃烧。分解后的生料 与废气再一起进入 内，经 完成气固分离后，生料入回转窑内煅 烧，再经过一系列物理化学反应后，最终烧成为水泥熟料。出窑后熟 料再经过冷却机冷却后被送到熟料库内。熟料、石膏、混合材按一定 比例在水泥磨内混合粉磨后就成为水泥。 第二， 来自煤磨的煤粉被分成二部分， 小部分煤粉 （大约） 被送到窑头喷入回转窑内燃烧， 燃烧后产生的高温烟气供给回转窑内 煅烧水泥熟料所用；大部分煤粉（大约 ）被气力输送到分解 炉内燃烧，以供给预热生料中碳酸钙分解所需的大量热量。 第三，燃料燃烧所需的助燃空气被分成三部分，第一部分来自窑 头的鼓风机，称为一次风。一次风主要作用是携带从窑头煤粉仓下 来的煤粉经喷煤管高速喷入回转窑内高效燃烧来保持喷出火焰有一 定的“刚度” （平、顺、直） ；另外两个部分助燃空气来自熟料冷却机 内的预热空气，分别称为二次风和三次风。二次风从窑头进入回转窑 内成为窑头煤粉燃烧的主要助燃空气（另外少量的助燃空气是一次 风） 。三次风通过专门设立的三次风管进入分解炉成为分解炉内煤粉 燃烧所需的主要助燃空气。 二次风和三次风的预热温度不受限制，温度越高越好；而一次风 不允许被预热， 否则温度较高的一次风会使煤粉中的挥发份在喷煤管 中提前逸出， 从而可能造成煤粉爆炸。 因此， 二次风的比例越多越好， 即在能够保证一次风携带煤粉并以一定的动量喷入回转窑内的前提 下，一次风的比例越低越好。此外，出窑废气（简称窑气） 、出炉 废气（简称炉气）一起又到悬浮预热器内逐级预热生料。 悬浮预热器 悬浮预热是为了实现气（废气） 、固（生料粉）之间的高效换热， 从而达到提高生料温度，降低排出废气温度的目的。悬浮预热器曾经 有旋风预热器和立筒预热器之分。立筒预热器已经淘汰。因此，关于 悬浮预热器只介绍旋风预热器。 旋风预热器的工作原理 旋风预热器是由若干级换热单元所组成。 每一级换热单元都是由 旋风筒及其联接管道所构成。 一个换热单元必须同时具备以下三个功 能第一，生料粉在废气中的分散与悬浮；第二，气、固相之间的换 热；第三，气、固相的分离 气流被排走，生料粉被收集。 旋风预热器的工作原理是生料粉进入联接管道后，随即便被上 升气流所冲散，使其均匀悬浮于气流中。由于悬浮态时气固之间的接 触面积极大，对流换热系数较高，因此换热速度极快，完成有效换热 只需要 。当气料流到达旋风筒时，气固之间的温度差已 经很小， 所以气固之间的换热主要是在联接各个旋风筒的联接管道中 进行，所以有人干脆将其称为“换热管道” 。而旋风筒的主要功能则 是完成气固相的分离和固相生料粉的收集。 旋风筒的工作原理是气流携带生料粉以切线方向、高速进入旋 风筒，从而被迫在圆筒体与排气管之间的圆环柱内呈旋转运动，而且 是一边旋转，一边向下运动，从圆筒体到锥体，一直延伸到锥体的端 部，并反射旋转向上，最后气流从排气管排出。向下旋转的气流为外 旋流，向上旋转的气流为内旋流。旋转运动使粉料受到离心力，由于 粉料的密度大，在离心力作用下，粉料向边壁运动并沿边壁下滑后经 锥体端部排出，从而完成气固相的分离和固相生料粉的收集。 为了避免排出的粉料被下一级管道内逆流上升的气流吹起而造 成“二次飞扬” ，从而降低气固分离效率，所以在下料管上要有锁风 阀（也称翻板阀或闪动阀） 。锁风阀目前常用单板式、双板式。需 要指出由于上数第 级旋风筒 非常强调其气固分离效率要高， 所以 的下料管上往往设置有两道锁风阀，而其他级旋风筒上则只 设置一道锁风阀。 另外， 关于如何克服旋风筒内部旋风 （有人形象地称为 “龙卷风” ） 的风尾在旋风筒锥体内引起的“二次飞扬”问题，人们还常常采用以 下措施第一，延长旋风筒的长度，使其大于旋转气流的自然长度， 从而避免旋转气流的二次卷吸；第二，在旋风筒的锥体部分，采用隔 离膨胀仓技术；第三，在旋风筒锥体部分，设置隔离导向锥。 影响旋风筒气固分离效率的主要因素有 ①旋风筒直径筒径越小，分离效率越高。 ② 旋风筒进风口进风口结构应保证进风沿切向入筒、减小涡流干 扰。进风口形状现在多采用多边形。进风口尺寸应保证进口风速在 。 ③排气管 也称 出风管或出口导管 简称 内筒或套筒 的尺寸及其插 入深度 一般来说，内筒的直径越小，插入深度越深，旋风筒的气固 分离效率越高。 ④ 旋风筒的高度增加高度有利于气固分离效率的提高。 当然， 除上述 个主要因素以外， 其它因素 （像粉料颗料的大小、 气流中的粉料浓度、锁风阀的严密程度等）也都会对旋风筒的气固分 离效率有一定的影响。 除了气固分离效率以外， 旋风筒的另一个重要的性能指标就是它 的流体阻力损失（水泥行业中常叫做压损，即压强损失） 。 一般说来，强调分离效率的提高会引起旋风筒压损的提高，由于 压损的提高会增加整个系统的电耗，所以，具体设计和生产时，要统 筹考虑气固分离效率和电耗这两个指标，并兼顾考虑其他一些因素， 以综合效益最优者为最佳。 影响旋风预热器换热效率