建筑材料熱工設(shè)備-1-水泥窯-第4節(jié) 熟料的冷卻及設(shè)備

1、建筑材料熱工設(shè)備過(guò)程裝備與控制工程系嚴(yán)晗第一章 水泥回轉(zhuǎn)窯3第4節(jié) 熟料的冷卻及設(shè)備 水泥熟料煅燒熱工過(guò)程中，預(yù)熱、燒成和冷卻是三個(gè)不可分割的工藝環(huán)節(jié)。熟料冷卻機(jī)是水泥回轉(zhuǎn)窯不可缺少的重要配套設(shè)備。(1)作為工藝設(shè)備：它承擔(dān)對(duì)高溫熟料的驟冷任務(wù)，驟冷可以阻止水泥熟料中礦物晶體的長(zhǎng)大，特別是阻止C3S晶體的長(zhǎng)大，還可以使液相凝固成玻璃體，使MgO及C3A大部分固定在玻璃體內(nèi)，提高水泥熟料的活性，防止-C2S向rC2S的轉(zhuǎn)變。(2)作為熱工設(shè)備：冷卻水泥熟料，并對(duì)入窯二次風(fēng)，入爐三次風(fēng)的加熱升溫任務(wù)，有利于燃料的著火和預(yù)燃、 (3)作為熱回收設(shè)備：對(duì)出窯熟料攜帶出去的大量熱焓進(jìn)行回收。 （回收的熱

2、量約12501650kJ/kg熟料） (4)作為輸送設(shè)備：輸送水泥熟料1、水泥熟料冷卻機(jī)的功能與作用：熟料必須進(jìn)行冷卻的主要原因是：n回收高溫熟料的熱量，用以預(yù)熱助燃空氣，改善燃料燃燒過(guò)程，節(jié)約能源。n熟料急冷有利于水泥強(qiáng)度的發(fā)揮，增強(qiáng)水泥抗硫酸鹽性能，改善安定性，提高水泥質(zhì)量。n冷卻熟料，確保輸送和儲(chǔ)存熟料設(shè)施的安全運(yùn)轉(zhuǎn)。n熟料急冷后，易磨性得到改善，有利于粉磨。 在選用或評(píng)價(jià)冷卻機(jī)時(shí)，應(yīng)考慮以下技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)：p 冷卻機(jī)的熱效率。 即從熟料中回收和用于煅燒過(guò)程的熱量與熟料離窯時(shí)的總熱焓量之比。計(jì)算公式如下：%100ABAL（2-73） 式中： L冷卻機(jī)的熱效率，； A熟料離窯時(shí)的總熱焓量，k

3、J/kg熟料；B冷卻機(jī)的熱量損失（包括熟料和排出氣體帶走的熱量、冷卻機(jī)的輻射熱損失等），kJ/kg熟料； 各種型式的冷卻機(jī)熱效率一般在4080之間。p 入窯二次空氣溫度。 入窯二次空氣溫度高，二次空氣帶入窯的熱量多，冷卻機(jī)熱效率就高，一般入窯二次空氣溫度為4001000。p 熟料的冷卻程度。 以熟料離開(kāi)冷卻機(jī)的溫度來(lái)表示，一般在50300。p 操作費(fèi)用。p 環(huán)境保護(hù)。 主要包括噪音污染及粉塵污染。主要包括冷卻機(jī)的動(dòng)力消耗及維護(hù)費(fèi)用。p 投資費(fèi)用。主要包括設(shè)備費(fèi)用及土建費(fèi)用。 單筒冷卻機(jī)多筒冷卻機(jī)回轉(zhuǎn)篦式冷卻機(jī)（立波爾窯）振動(dòng)篦式冷卻機(jī)推動(dòng)篦式冷卻機(jī)（預(yù)分解窯）新型多筒冷卻機(jī)單筒冷卻機(jī)（日產(chǎn)16

4、003700t熟料回轉(zhuǎn)窯）熟料冷卻機(jī)的分類(lèi)如下：水泥熟料冷卻機(jī) 筒式冷卻機(jī)單筒式多筒式篦式冷卻機(jī) 推動(dòng)篦式振動(dòng)篦式 回轉(zhuǎn)篦式其他冷卻機(jī)立筒式冷卻機(jī)“g”型冷卻機(jī)二、筒式冷卻機(jī)（一）單筒冷卻機(jī) 單筒冷卻機(jī)是最早使用的冷卻機(jī)，它與回轉(zhuǎn)窯相類(lèi)似，是一個(gè)支承在二對(duì)托輪上的回轉(zhuǎn)圓筒，其內(nèi)部裝設(shè)耐火襯料和揚(yáng)料裝置。熟料由窯頭卸落在冷卻筒內(nèi)，被揚(yáng)料板提升與撒落，冷空氣從冷卻機(jī)出料端吸入，與熟料逆流接觸并進(jìn)行熱交換，加熱后空氣全部進(jìn)入窯內(nèi)。單筒冷卻機(jī)與回轉(zhuǎn)窯的相對(duì)布置方式有逆流式與順流式兩種。單筒冷卻機(jī) 圖2-86為逆流布置方式，即冷卻機(jī)內(nèi)熟料運(yùn)動(dòng)方向與回轉(zhuǎn)窯內(nèi)物料的流動(dòng)方向相反，反之則為順流布置。順流布置的

5、缺點(diǎn)是占地面積大。 單筒冷卻機(jī)布置在回轉(zhuǎn)窯的下面，需要提高燒成車(chē)間基礎(chǔ)的高度。單筒冷卻機(jī)的筒體直徑一般為2.05.0m，長(zhǎng)度為2050m，長(zhǎng)徑比為1012，斜度為34%。 單筒冷卻機(jī)的單位容積生產(chǎn)能力為2.53.5t/m3。日，出冷卻機(jī)熟料溫度一般為150300，入窯二次空氣溫度為400750，干法窯的單筒冷卻機(jī)熱效率一般為5575%，濕法窯單筒冷卻機(jī)的熱效率約為78%左右。單筒冷卻機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)： 單筒冷卻機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)轉(zhuǎn)可靠，熱效率較高，無(wú)廢氣收塵處理；但冷卻機(jī)內(nèi)高溫熟料不能驟冷，出冷卻機(jī)熟料溫度較高，散熱損失較大，不適應(yīng)大型窯的配套，因而隨著多筒冷卻機(jī)的出現(xiàn)，特別是篦式冷卻機(jī)的興起，單筒冷卻

6、機(jī)逐漸被替代。（二）多筒冷卻機(jī)1普通多筒冷卻機(jī) 自1922年丹麥?zhǔn)访芩构镜挠燃{克斯多筒冷卻機(jī)出現(xiàn)后，在水泥工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。這類(lèi)冷卻機(jī)由環(huán)繞在回轉(zhuǎn)窯出料端的若干個(gè)（通常為614個(gè)）冷卻筒所構(gòu)成，筒直徑一般為0.81.4m，長(zhǎng)度為47m，為L(zhǎng)/D4.55.5。冷卻筒與窯連成一體，并隨窯一起回轉(zhuǎn)。每個(gè)冷卻筒長(zhǎng)度的1/4部分砌有耐火磚，其余部分裝有鏈條或揚(yáng)料板等。在回轉(zhuǎn)窯的出料端窯體上開(kāi)孔，用聯(lián)結(jié)管將冷卻筒和窯筒體聯(lián)結(jié)起來(lái)，熟料從窯體上的卸料孔經(jīng)聯(lián)結(jié)管卸入冷卻筒，與吸入冷卻筒的冷空氣進(jìn)行逆流換熱，預(yù)熱后的空氣全部入窯作為二次空氣。多筒冷卻機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖2-87所示。P100普通多筒冷卻機(jī)的優(yōu)點(diǎn)

7、是： 構(gòu)造簡(jiǎn)單，不需另設(shè)傳動(dòng)裝置，電耗較低，無(wú)廢氣污染。普通多筒冷卻機(jī)的缺點(diǎn)是： 冷卻筒與窯連體，窯頭胴體承受的機(jī)械負(fù)荷很大，從而限制了多筒冷卻機(jī)冷卻能力的進(jìn)一步提高及在大型窯上的應(yīng)用。且處于高溫下的下料彎頭容易損壞，造成漏風(fēng)漏料，冷卻筒散熱損失大，熱效率僅5565%，入窯二次空氣溫度一般比單筒冷卻機(jī)低，出冷卻機(jī)熟料溫度一般在200300。2新型多筒冷卻機(jī) 為了提高多筒冷卻機(jī)的冷卻能力及熱效率，并應(yīng)用在大型低熱耗的干法預(yù)熱器窯上，丹麥?zhǔn)访芩构緦?duì)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)作了重大改進(jìn)，于1965年推出了新型尤納克斯多筒冷卻機(jī)。其他水泥公司自1970年起也開(kāi)始研制生產(chǎn)各自的新型多筒冷卻機(jī)。 它的主要改進(jìn)措施是：

8、（1）冷卻筒長(zhǎng)度加長(zhǎng)到長(zhǎng)徑比為812，窯筒殼體向前延伸成通道并超過(guò)冷卻筒的長(zhǎng)度，在冷卻筒前的窯殼體上增設(shè)一組托輪4支承，以減輕窯體負(fù)載，提高冷卻機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性，看火隧道5由一個(gè)固定的圓筒體構(gòu)成，它伸入回轉(zhuǎn)窯向窯頭延伸至殼體之內(nèi)。如圖2-28所示。 （2）下料彎頭內(nèi)砌有耐高溫、耐磨損的陶瓷襯里，有的將彎頭做成歪脖接管偏心地裝在冷卻筒上，降低熟料掉落高度及對(duì)彎頭的磨損，減少噪音。 （3）冷卻筒的高溫段（約為筒體長(zhǎng)度的50%以上）均砌有耐火襯里，以保護(hù)筒體，同時(shí)又起隔熱作用，減少散熱損失。 （4）冷卻筒內(nèi)采用各種形式的揚(yáng)料裝置，形成較為理想的料幕，強(qiáng)化對(duì)流換熱，提高冷卻機(jī)熱效率。 圖2-89為新型尤

9、納克斯冷卻機(jī)結(jié)構(gòu)圖。 圖中上圖為縱剖視圖，下圖為橫剖視圖。如圖所示，靠近下料彎頭（A-A視圖），最熱端使用凸棱狀耐火襯里，圖中B-B剖面下部所示；中間區(qū)域也砌有耐火襯里，并裝有揚(yáng)料板，圖中B-B剖面上部和C-C剖面下部；靠近出料端區(qū)域，只裝揚(yáng)料器而不砌耐火襯里，圖中C-C剖面上部。CCBBAACCBBAA （5）窯頭燃燒器伸入窯內(nèi)較長(zhǎng)，出窯熟料溫度一般在10001200，以免過(guò)熱熟料在聯(lián)結(jié)處結(jié)圈堵塞。 新型多筒冷卻機(jī)的熟料出口溫度一般為100150，入窯二次空氣溫度一般為730780，冷卻機(jī)熱效率可達(dá)7072%。圖2-90為丹麥?zhǔn)访芩构窘榻B的典型多筒冷卻機(jī)熱平衡圖。 新型多筒冷卻機(jī)除了具有普

10、通多筒冷卻機(jī)的優(yōu)點(diǎn)外，還具有熱效率高，熟料冷卻好，生產(chǎn)能力高等優(yōu)點(diǎn)。但大型新型多筒冷卻機(jī)存在一些問(wèn)題，如冷卻筒與窯體的聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu)及熱膨脹問(wèn)題，下料彎頭結(jié)構(gòu)問(wèn)題、冷卻筒的耐火襯里及揚(yáng)料器的熱變形及機(jī)械變形、噪音大等問(wèn)題。另外多筒冷卻機(jī)由于不能方便地抽取熱空氣供分解爐用，因此不適合大型預(yù)分解窯，尚需進(jìn)一步研究改進(jìn)。 目前我國(guó)已能設(shè)計(jì)、制造高效率多筒冷卻機(jī)。該機(jī)采取保溫型筒體結(jié)構(gòu)，在冷卻機(jī)熱端采用凸臺(tái)形素瓷磚，襯磚與筒體之間填有硅酸鋁纖維氈；配有彈性接管的直流式整體彎頭，不漏風(fēng)，漏料，下料速度快，采用連體型弧形揚(yáng)料板，形成較致密的雨?duì)盍夏唬龃笫炝吓c二次空氣的傳熱面積；由于水蒸氣導(dǎo)熱系數(shù)在溫度超過(guò)40

11、0時(shí)明顯大于空氣的導(dǎo)熱系數(shù)，據(jù)此用水蒸氣為傳熱介質(zhì)，以加快傳熱速度，取得了很好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。三、篦式冷卻機(jī)篦式冷卻機(jī)是一種驟冷式冷卻機(jī)。 出窯熟料進(jìn)入冷卻機(jī)后，在篦板上鋪成一定厚度的料層，鼓入的冷空氣，以相互垂直的方向穿過(guò)篦床上運(yùn)動(dòng)著的料層使熟料得以驟冷。根據(jù)冷卻機(jī)篦子的運(yùn)動(dòng)方式，篦冷機(jī)可分為回轉(zhuǎn)式、振動(dòng)式、推動(dòng)式三種。60年代后，回轉(zhuǎn)式與振動(dòng)式篦冷機(jī)已很少被采用。 目前世界水泥行業(yè)采用的推動(dòng)篦冷機(jī)，以美國(guó)富勒公司的富勒型為最多。 推動(dòng)篦式冷卻機(jī)，根據(jù)篦床的特點(diǎn)，又可分為水平式、傾斜式、復(fù)合式、組合階段式四種。篦式冷卻機(jī) 出回轉(zhuǎn)窯的水泥熟料進(jìn)入篦式冷卻機(jī)后在器內(nèi)的壁板上鋪成一定厚度的料層，鼓

12、入的冷空氣垂直地穿過(guò)壁床上運(yùn)動(dòng)著的料層使水泥熟料驟冷。p 推動(dòng)篦板由固定篦板和活動(dòng)篦板相間排列所組成。p 篦板要求耐熱、耐磨，其上有許多縫或圓孔，使得從下向上鼓入的冷卻空氣能夠垂直地通過(guò)熟料層。p活動(dòng)篦板在傳動(dòng)裝置的帶動(dòng)下成排地位于固定篦板之間，沿前后方向作水平的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，將熟料推向前進(jìn)。篦式冷卻篦板耐熱鋼篦板第一代產(chǎn)品傾斜推動(dòng)篦式冷卻機(jī) 傾斜推動(dòng)篦冷機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理和水平推動(dòng)篦冷機(jī)基本相同，所不同的是篦床成傾斜安裝。 早先一般傾斜10左右，這樣一方面冷卻機(jī)整機(jī)高度過(guò)高，另一方面在高壓風(fēng)吹動(dòng)下，熟料在篦床上易產(chǎn)生流態(tài)化，而使運(yùn)動(dòng)速度過(guò)快，致使熟料冷卻失控。因此近年來(lái)多數(shù)冷卻機(jī)將傾角減少至3或

13、稍大一點(diǎn)。第一代產(chǎn)品水平推動(dòng)式篦式冷卻機(jī) 其內(nèi)部裝設(shè)水平篦床，它由固定篦板和活動(dòng)篦板相間排列組成。篦板要求耐熱、耐磨，其上有很多長(zhǎng)方形縫隙，以使冷空氣通過(guò)篦床上熟料層。一般小型水平推動(dòng)篦冷機(jī)的篦床做成一段，較大型的篦床分成二段，活動(dòng)篦板在傳動(dòng)裝置帶動(dòng)下，成排地在固定篦板之間向前后方向作水平往復(fù)運(yùn)動(dòng)，將熟料向前推進(jìn)。 高溫熟料由窯口進(jìn)入冷卻機(jī)后，首先受到從篦板下部鼓入的高壓風(fēng)的急速冷卻，隨后由篦床推動(dòng)前進(jìn)，并且受到中壓風(fēng)的繼續(xù)冷卻。冷卻后的小顆粒熟料穿過(guò)細(xì)珊條，經(jīng)出料溜子直接入輸送設(shè)備，大塊熟料需經(jīng)冷卻機(jī)末端的破碎機(jī)破碎后，再進(jìn)入輸送設(shè)備。從篦板縫漏入空氣熱交換后，一部分作為二次空氣進(jìn)入窯內(nèi)，一

14、部分作為三次空氣引入分解爐或用于烘干原燃料，多余的熱風(fēng)經(jīng)收塵后由煙囪排入大氣。 但水平篦床也有缺陷。隨著水泥窯的大型化，熟料粒度變細(xì)，料層變厚，在熱端高溫區(qū)，水平篦床上容易發(fā)生料層滯留不走的情況，即篦板在料層底部徒勞地往復(fù)推動(dòng)，而無(wú)法把熟料推送向前，這樣易使篦床局部過(guò)熱而受損壞。 第二代產(chǎn)品復(fù)合推動(dòng)篦式冷卻機(jī) 目前在大型窯上用得最多的是水平與傾斜推動(dòng)復(fù)合篦冷機(jī)。富勒式復(fù)合推動(dòng)篦式冷卻機(jī) 該機(jī)前兩段篦床是傾斜的，傾斜角為3，篦床較窄，推動(dòng)速度較小，因而獲得了厚料層。采用厚料層技術(shù)，可使冷空氣與熱熟料充分進(jìn)行熱交換，提高二次空氣溫度；防止由于粗細(xì)熟料離析而出現(xiàn)“紅料流”并造成對(duì)篦板的損害。第三段為

15、水平篦床，推動(dòng)速度較快，料層較薄，大約在250mm左右，使熟料得到進(jìn)一步冷卻。第二代產(chǎn)品破碎機(jī)組合階段型推動(dòng)篦式冷卻機(jī) 組合階段型篦冷機(jī)的篦床分成前后二段，中間裝有破碎機(jī).經(jīng)前段篦床冷卻至500左右的熟料，通過(guò)破碎機(jī)破碎后，再進(jìn)入后段篦床冷卻。 這種冷卻機(jī)的優(yōu)點(diǎn)能使大塊熟料或結(jié)圈破塊，經(jīng)中間破碎后再進(jìn)入后段篦床冷卻，因此出冷卻機(jī)熟料顆粒均勻，熟料溫度低，可提高冷卻機(jī)的熱效率。其缺點(diǎn)是中間破碎機(jī)在高溫下運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)破碎機(jī)材質(zhì)和冷卻等要求較高。 推動(dòng)篦式冷卻機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是出冷卻機(jī)熟料溫度低，入窯二次空氣溫度高，系統(tǒng)熱效率高，最適合于大型預(yù)分解窯，也適合于老廠改造；但也存在著投資大，電耗高，磨損大，需處理廢

16、氣收塵等缺點(diǎn)。第三代產(chǎn)品（一）立筒式冷卻機(jī) 立筒式冷卻機(jī)由德國(guó)瓦爾澤爾勃啦什姆公司制造，是一種對(duì)流熱交換相結(jié)合的冷卻機(jī)。1328911107654立筒式冷卻機(jī)1-燃料管；2-回轉(zhuǎn)窯；3-窯頭；4-沸騰層；5-運(yùn)動(dòng)顆粒；6-冷卻機(jī)；7-輥篦；8-節(jié)流閥門(mén)；9-鼓風(fēng)機(jī)；10-鎖風(fēng)裝置；11-熟料輸送裝置 熟料從回轉(zhuǎn)窯進(jìn)入豎直的圓柱形立筒。如同在立窯上一樣慢慢地向下運(yùn)動(dòng)，經(jīng)幾個(gè)破碎輥篦軋碎后卸出，鼓入的冷空氣從兩個(gè)或三個(gè)不同高度的部位進(jìn)入熟料層，對(duì)熟料進(jìn)行對(duì)流冷卻。立筒的上端口徑縮小，用以增加氣流速度，形成一個(gè)約50mm后的沸騰層，使熟料得到充分冷卻。立筒冷卻機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是無(wú)廢氣排放，熱效率高，缺點(diǎn)是熟

17、料出口溫度高，動(dòng)力消耗大，冷卻機(jī)操作受熟料顆粒級(jí)配影響很大。（二）“g”型冷卻機(jī) “g”型冷卻機(jī)由德國(guó)克勞迪斯彼得斯公司在70年代初開(kāi)發(fā)，是一種再冷式冷卻機(jī)，不能獨(dú)立使用?！癵”型冷卻機(jī)實(shí)際上是一種間接空氣換熱器熱效率：從出窯孰料中回收、且重新入水泥熟料燒成系統(tǒng)的總熱量與出窯熟料物理熱的百分比%100%100)(%100%1000.sec0.00.00.QQQQQQQQQQQQQatecaldismairslosslRcL QR.l-從出窯水泥熟料中回收的且重新入水泥熟料燒成系統(tǒng)的總熱量 Q。出窯熟料的物理熱，kJ/kg熟料；Qloss.s冷卻機(jī)總的熱損失，kJ/kg熟料； Qair冷卻機(jī)排出氣體(包括余風(fēng)和煤磨干燥風(fēng))帶走的物理熱，kJ/kg熟料；Qm出冷卻機(jī)水泥熟料帶走的物理熱，kJkg熟料；Qdis.l冷卻機(jī)散熱損失Qsec.a入窯二次風(fēng)的物理熱kJ/kg熟料；Qtec.a入窯三次風(fēng)的物理熱kJ/kg熟料；1、冷卻機(jī)三個(gè)效率 冷卻效率： 從出窯熟料中回收的總熱量與出窯熟料物理熱的百分比%10000QQQmL空氣升溫效率： 離開(kāi)冷卻機(jī)第i個(gè)室的冷卻空氣和鼓入該室冷卻空氣之間的溫度差與該室內(nèi)水泥熟料的平均溫度之比cliniaiaittt12ta1i、ta2i分別為鼓入和離開(kāi)冷卻機(jī)第i室的冷卻空氣溫度，； tclin在冷卻機(jī)第i室內(nèi)篦板上熟料的平均溫度， 一般用進(jìn)、出該室的水