_熟料煅燒技術

1、 熟料煅燒技術熟料煅燒技術 主要介紹新型干法水泥生產(chǎn)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，著重介紹當代水泥工業(yè)發(fā)展的主流和最先進的煅燒工藝及設備、生產(chǎn)過程的控制調節(jié)等。 概概 述述 硅酸鹽水泥主要由熟料所組成。熟料的煅燒過程直接決定水泥的產(chǎn)量、質量、燃料與襯料的消耗以及窯的安全運轉。 新型干法水泥生產(chǎn)，是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(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、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)新技術和與之相適應的現(xiàn)代管理方法。生料回 轉窯

2、預熱器窯氣 懸浮預熱、窯外分解技術，從根本上改變了物料的預熱、分解過程的傳熱狀態(tài)，將窯內物料堆積狀態(tài)的預熱和分解過程，分別移到懸浮預熱器和分解爐內進行。 預分解窯的關鍵技術裝備有旋風筒、預分解窯的關鍵技術裝備有旋風筒、換熱管道、分解爐、回轉窯、冷卻機（簡換熱管道、分解爐、回轉窯、冷卻機（簡稱筒稱筒- -管管- -爐爐- -窯窯- -機）等。這五組關鍵技術機）等。這五組關鍵技術裝備五位一體，彼此關聯(lián)，互相制約，形裝備五位一體，彼此關聯(lián)，互相制約，形成了一個完整的熟料煅燒的熱工體系，分成了一個完整的熟料煅燒的熱工體系，分別承擔著水泥熟料煅燒過程的預熱、分解、別承擔著水泥熟料煅燒過程的預熱、分解、燒

3、成、冷卻任務燒成、冷卻任務。 生料在煅燒過程中的物理化學變化生料在煅燒過程中的物理化學變化 生料在加熱過程中，依次發(fā)生干燥、粘土礦物脫水、碳酸鹽分解、固相反應、熟料燒結及熟料冷卻結晶等重要的物理化學反應。這些反應過程的反應溫度、反應速度及反應產(chǎn) 物不僅受原料的化學成分和礦物組成的影響，還受反應時的物理因素諸如生料粒徑、均化程度、氣固相接觸程度等的影響。 干干 燥燥 排除生料中自由水分的工藝過程稱為干燥 脫脫 水水 脫水是指粘土礦物分解放出化合水 。層間水在100左右即可排除，而配位水則必須高達400600以上才能脫去。 碳酸鹽分解碳酸鹽分解 MgC0MgC03 3 MgO + CO MgO +

4、 CO2 2(1047(10471214)J/g1214)J/g CaC0 CaC03 3 CaO + CO CaO + CO2 21645 J/g1645 J/g生料中的碳酸鈣和夾雜的少量碳酸鎂在煅燒過程中分解并放出CO2的過程稱碳酸鹽分解。碳酸鎂的分解溫度始于402480左右，最高分解溫度700左右；碳酸鈣在600時就有微弱分解發(fā)生，但快速分解溫度在812928之間變化 碳酸鈣分解反應的特點碳酸鈣分解反應的特點 1可逆反應；2強吸熱反應；每1 kg純碳酸鈣在890時分解吸收熱量為1645J/g，是熟料形成過程中消耗熱量最多的一個工藝過程。分解所需總熱量約占預分解窯的二分之一；3燒失量大；4

5、分解溫度與CO2分壓和礦物結晶程度有關 。碳酸鈣的分解過程碳酸鈣的分解過程熱氣流向顆粒表面?zhèn)鬟M分解所需要的熱量； 熱量以傳導方式由表面向分解面?zhèn)鬟f的過程；在一定溫度下碳酸鈣吸收熱量，進行分解并放出CO2的化學過程；分解放出的CO2，穿過CaO層，向表面擴散傳質；表面的CO2向周圍氣流介質擴散。 分解速度或者分解所需的時間將決定于化學反應所需時間，即反應生成的CO2通過表面CaO層的擴散是整個碳酸鈣分解過程中的速度控制過程。 影響碳酸鈣分解速度的因素影響碳酸鈣分解速度的因素1石灰質原料的特性 2生料細度和顆粒級配 3生料懸浮分散程度 4溫度5系統(tǒng)中CO2分壓6 生料中粘土質組分的性質固相反應固相

6、反應 通常在碳酸鈣分解的同時，分解產(chǎn)物CaO與生料中的SiO2、Fe2O3、Al2O3等通過質點的相互擴散而進行固相反應，形成熟料礦物。 固相反應的過程比較復雜，其過程大致如下：800 CaO+ Al2O3 CaOAl2O3 (CA) Ca0+Fe2O3 CaOFe2O3 (CF) 2Ca0+ Si02 2CaOSi02 (C2S)開始形成800900 7(CaOAl2O3)+5CaO 12CaO7Al2O3 (C12A7)9001100 2CaO+Al2O3+Si02 2CaOAl2O3Si02 (C2AS)形成后又分解 12CaO7Al2O3+9CaO 7(3CaOAl2O3) (C3A)

7、開始形成7(2CaOFe2O3)+2CaO+12CaO7Al2O3 7(4CaOAl2O3Fe2O3) (C4AF)開始形成1100l200 大量形成C3A和C4AF，C2S含量達最大值。水泥熟料礦物的固相反應是放熱反應，固相反應的放熱量約為420500J/g。固相反應通常需要在較高溫度下進行，影響固相反應的主要因素主要有以下幾點：（1）生料細度及均勻程度（2）原料性質（3）溫度熟料燒結熟料燒結 在高溫液相作用下，固相硅酸二鈣和氧化鈣都逐步溶解于液相中，硅酸二鈣吸收氧化鈣形成硅酸鹽水泥的主要礦物硅酸三鈣，其反應式如下： C2S + Ca0 C3S 隨著溫度的升高和時間延長，液相量增加,液相粘度

8、降低，氧化鈣、硅酸二鈣不斷溶解、擴散，硅酸三鈣晶核不斷形成，并逐漸發(fā)育、長大，最終形成幾十微米大小、發(fā)育良好的阿利特晶體。與此同時，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?、結構致密的孰料，以上過程為熟料的燒結過程，簡稱熟料燒結。130014501300稱為熟料的燒結溫度。在此溫度范圍內大致需要1020 min完成熟料燒結過程。影響熟料燒結過程的因素 : 1.最低共熔溫度2.液相量3.液相粘度 4.液相的表面張力 5.氧化鈣和硅酸二鈣溶于液相的速率 熟料冷卻熟料冷卻 熟料燒結過程完成之后，C3S的生成反應結束，熟料從燒成溫度開始下降至常溫，熔體晶化、凝固，熟料顆粒結構形成，

9、并伴隨熟料礦物相變的過程稱為熟料的冷卻。冷卻的目的冷卻的目的1.改善熟料質量與易磨性；2.降低熟料溫度，便于熟料的運輸、儲存和粉磨；3.部分回收熟料出窯帶走的熱量，預熱二、三次空氣，4.降低熟料熱耗，提高熱利用率。急冷對改善熟料質量的作用急冷對改善熟料質量的作用 1防止或減少C3S的分解 2避免-C2S轉變成-C2S 3改善了水泥安定性 4使熟料C3A晶體減少，提高水泥抗硫酸鹽性能 5改善熟料易磨性 6克服水泥瞬凝或快凝 懸浮預熱技術懸浮預熱技術1懸浮預熱技術2懸浮預熱技術的優(yōu)越性 3懸浮預熱器的構成及功能 4旋風預熱器是主要的預熱設備 1 1、懸浮預熱技術懸浮預熱技術懸浮預熱技術:是指低溫粉

10、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。 2 2、懸浮預熱技術的優(yōu)越性懸浮預熱技術的優(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，因此傳熱速度極快，傳熱效率很高。生料粉與燃料在懸浮態(tài)下均勻混合，燃料燃燒產(chǎn)生的熱及時傳給物料，使之迅速分解。由于傳熱、傳質迅速，大幅度提高了生產(chǎn)效率和熱效率。 3 3、懸浮預熱器的構成及功能懸浮預熱器的構成及功能 構成旋風預熱器的熱交換單元主要是旋風筒及各級旋風筒之間的連接管道(換熱管道) 。預熱器必須具備三個功能：使氣、固兩相能充分分散均布迅速換熱高效分離三個功能4 4 、旋風預熱器是主要的預熱設備旋風預熱器是

11、主要的預熱設備旋風預熱器是由旋風筒和連接管道組成的熱交換器。 換熱管道是旋風預熱器系統(tǒng)中的重要裝備，它不但承擔著上下兩級旋風筒間的連接和氣固流的輸送任務，同時承擔著物料分散、均布、鎖風和氣、固兩相間的換熱任務，所以，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。 旋風筒的作用主要是氣固分離，旋風筒的作用主要是氣固分離，傳熱只占傳熱只占6%6%12.5%12.5%。 氣流主要受離心力、器壁的摩擦力的作用粉塵主要受離心力、壁的摩擦力和氣流的阻力作用兩者還同時受到含塵氣流從旋風筒上部連續(xù)擠壓而產(chǎn)生的向下推力作用，這個推力則是含塵氣流旋轉向下運動的原因。

12、含塵氣流中的氣流和粉塵的受力狀況基本相同，但由于兩者物理特性不同，致使兩者在受力狀況基本相同的條件下，得到不同的運動效果，從而使得含塵氣流最后得到分離。 旋風筒的分離效率旋風筒的分離效率旋風筒的分離效率的高低，對系統(tǒng)的傳熱速率和熱效率有重要影響。旋風筒的分離效率愈低，生料在系統(tǒng)內、外循環(huán)量就愈高。系統(tǒng)內生料循環(huán)量等于喂料量時，廢氣溫度將升高38。外循環(huán)量增加，就會增加收塵設備的負荷，降低熱效率。最高一級旋風筒的分離效率決定著預熱器系統(tǒng)的粉塵排出量，提高它的分離效率是降低外部循環(huán)的有效措施，因此一級旋風筒一般為并聯(lián)的雙旋風筒。熱交換主要在連接管道內進行約熱交換主要在連接管道內進行約8080以上以

13、上對管道的設計十分重要管道風速太低，雖然熱交換時間延長，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管道風速的確定管道風速的確定可根據(jù)生料粒徑、懸浮速度以及工況等因素進行理論計算。由于影響因素復雜，許多因素的考慮也不能完全符合實際，故計算后亦常需要以實驗數(shù)據(jù)或經(jīng)驗數(shù)據(jù)予以修正，故各國設計或制造單位，一般根據(jù)實踐經(jīng)驗數(shù)據(jù)選定各部換熱管道風速，作為管道尺寸設計的基礎。各種類型的旋風預熱器的換熱管道風速，一般選用1218m/s。必須采取的措施：必須采取的措施：目的：使生料能

14、夠充分的分散懸浮于管道內的氣流中，加速氣固之間的傳熱。措施1： 1.在生料進入每級預熱器的上升管道處，管道內應有物料分散裝置，一般采用板式撒料器（如圖6-4所示）和箱式撒料器。 作用：在于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。裝置雖小，但作用極大。2.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。3.兩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。4.旋風筒下料管道上設有鎖風翻板排灰閥，要求結構合理、輕便靈活不漏風，生料能連續(xù)卸出，

15、有料封作用。 撒料板裝置撒料板裝置鎖風翻板排灰閥鎖風翻板排灰閥鎖風翻板排灰閥(簡稱鎖風閥)是預熱器系統(tǒng)的重要附屬設備。它裝設于上級旋風筒下料管與下級旋風筒出口的換熱管道入料口之間的適當部位。其作用在于保持下料管經(jīng)常處于密封狀態(tài)，既保持下料均勻暢通，又能密封物料不能填充的下料管空間，最大限度地防止由于上級旋風筒與下級旋風筒出口換熱管道間由于壓差容易產(chǎn)生的氣流短路、漏風，做到換熱管道中的氣流及下料管中的物料“氣走氣路、料走料路”，各行其路。既有利于防止換熱管道中的熱氣流經(jīng)下料管上竄至上級旋風筒下料口，引起已經(jīng)收集的物料再次飛揚，降低分離效率；又能防止換熱管道中的熱氣流未經(jīng)同物料換熱，而經(jīng)由上級旋風

16、筒底部竄入旋風筒內，造成不必要的熱損失。鎖風閥鎖風閥4 4 預分解技術預分解技術定義：預分解(或稱窯外分解)技術是指將已經(jīng)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。 預分解窯的特點預分解窯的特點 .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，.裝設燃料噴入裝置，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)下極其迅速地進行，.使入窯生料的分解率達到85%95%。.減輕窯內煅燒帶的熱負荷，有利于縮小窯的規(guī)格及生產(chǎn)大

17、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(chǎn)效率，有利于減少大氣污染。分解爐內氣、固流運動方式及功能分解爐內氣、固流運動方式及功能 分解爐內的氣流運動，有四種基本型式：即渦旋式、噴騰式、懸浮式及流化床式。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(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。 1.1.旋流式分解爐又稱旋風式分解爐旋流式分解爐又稱旋風式分解爐 以SF型為代表?，F(xiàn) 已

18、發(fā) 展 為N S F ( N e w S u s p e n s i o n P r e h e a t c r Flash Calciner) 型，它的原理已發(fā)展為旋流-噴騰式分解爐類型。2 2渦流燃燒式分解爐渦流燃燒式分解爐 以RSP(Reinforced Suspension Prcheater)型為例。 3 3噴騰式分解爐噴騰式分解爐 以FLS (FLSmidth)型為例4 4沸騰式分解爐沸騰式分解爐 以MFC(Mitsubish Fluidized Calciner)型為代表，如圖所示為MFC系統(tǒng)工藝流程與帶出式N-MFC沸騰分解爐的示意圖。該爐分四個區(qū)： (1)流化層區(qū) (2)供氣

19、區(qū) (3)稀薄流化區(qū) (4)懸浮區(qū) 新型分解爐的發(fā)展方向新型分解爐的發(fā)展方向(1) 適當擴大爐容，延長氣流在爐內的滯留時間，以空間換取保證低質燃料完全燃燒所需的時間； (2) 改進爐的結構，使爐內具有合理的三維流場，力求提高爐內氣、固滯留時間比，延長物料在爐內滯留時間；(3) 保證物料向爐內均勻喂料，并做到物料入爐后，盡快地分散、均布； (4) 改進燃料燃燒器形式與結構，以及合理布置，使燃料入爐后盡快點燃；(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) 根據(jù)需要，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

20、效，降低NOx，SO3等有害成分排放量，確保環(huán)保達標。新型分解爐型及結構分析新型分解爐型及結構分析 1、“噴-旋”型分解爐“噴-旋”迭加型分解爐的噴騰作用有利于物料在爐內的分散、均布，旋流有利于延長物料在爐內的滯留時間：RSP爐SC室對中低質及低揮發(fā)分煤的點火預燃的優(yōu)異作用 流阻力較大，噴-旋流場組織不好，不但不能充分發(fā)揮兩種流 場 迭 加 的 應 有 作 用 ， 反 而 引 起 系 統(tǒng) 阻 力 增 加 2、“噴騰”型及“噴騰迭加”型分解爐 噴騰型及噴騰迭加型分解爐，由于其阻力小，結構簡單，布置方便，爐內物料分散、均布以及點火起燃條件、換熱功能良好，只要結合原燃料條件，保證有一個充足的爐容是很

21、有發(fā)展前途的。3、“流化懸浮”型分解爐MFC窯具有“兩步到位”，適應中低質燃料，充分利用窯氣熱量和防止“粘結堵塞”的優(yōu)點； N-MFC爐是對MFC爐流化床阻力大、流化風溫度低等缺點的改進和優(yōu)化在使用中低質燃料、甚至劣質燃料時都可以適應 4、“懸浮”型分解爐“懸浮型”分解爐以Prepol和Prolong型爐為代表。其主要特點是以延長和擴展的上升煙道作為管道式爐，雖然“懸浮效應”的固氣滯留時間比值較其他爐型小，爐內氣固流湍流效應較差，但是由于它們有較充裕的爐容補差，爐型結構也比較簡單，布置方便，隨著中低質燃料的使用、工業(yè)垃圾的處理和環(huán)境保護，因而得到了較為廣泛地應用。 預分解窯及各種分解爐預分解窯

22、及各種分解爐技術創(chuàng)新的共同趨勢和目標技術創(chuàng)新的共同趨勢和目標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。第一種方式第一種方式分解爐與窯連接方式分解爐與窯連接方式分解爐直接坐落在窯尾煙室之上，稱為同線型分解爐。這種爐型實際是上升煙道的改良和擴展。它具有布置簡單的優(yōu)點，窯氣經(jīng)窯尾煙室直接進入分解爐，由于爐內氣流量大，O2含量低，要求分解爐具有較大的爐容或較大的K值（固

23、氣滯留時間比）。這種爐型布置簡單、整齊、緊湊，出爐氣體直接進入最下級旋風筒，因此它們可布置在同一平臺，有利于降低建筑物高度。同時，采用“鵝頸”管結構增大爐區(qū)容積，亦有利于布置，不增加建筑物高度。第二種方式第二種方式分解爐自成體系，稱為離線型爐。采用這種方式時，窯尾設有兩列預熱器，一列通過窯氣，一列通過爐氣，窯系列物料流至最下級旋風筒后再進入分解爐，同爐系列物料一起在爐內加熱分解后，經(jīng)爐系列最下級旋風筒分離后進人窯內。同時，離線型窯一般設有兩臺主排風機，一臺專門抽吸窯氣，一臺抽吸爐氣，生產(chǎn)中兩列工況可以單獨調節(jié)。在特大型窯，則設置三列預熱器，兩個分解爐。第三種方式第三種方式分解爐設于窯的一側，稱

24、半離線型爐。這種布置方式中，分解爐內燃料在純三次風中燃燒，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、SLCS等)，然后進入最下級旋風筒。這種方式工藝布置比較復雜，廠房較大，生產(chǎn)管理及操作亦較為復雜。其優(yōu)點在于燃料燃燒環(huán)境較好，在采用“兩步到位”模式時，有利于利用窯氣熱量和防止粘結堵塞。5 5、回轉窯回轉窯 回轉窯的功能預分解窯系統(tǒng)中回轉窯具有五大功能。 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回轉窯兩個很大的缺點和不足回轉窯兩個很大的缺點和不足 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(chǎn)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。 預分解窯工藝帶的劃分預分解窯工藝帶的劃分 從窯尾起至物料溫度1280止(也有以1300)為過渡帶，主要任務是物料升溫及小部分碳酸鹽分解和固相反應。 物料