建筑材料生產(chǎn)工藝與設(shè)備第9章 水泥工業(yè)窯

1、正面第9章 水泥工業(yè)窯概論回轉(zhuǎn)窯立窯新型干法水泥回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng) 水泥工業(yè)窯系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)內(nèi)容提綱概論一、分類(lèi)1、立窯：有普通立窯和機(jī)械化立窯。2、回轉(zhuǎn)窯：新型干法水泥回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)。二、特點(diǎn)（一）立窯生產(chǎn)的特點(diǎn) 1、優(yōu)點(diǎn) （1）基本建設(shè)投資小，投入生產(chǎn)快。 （2）立窯內(nèi)填充系數(shù)高，因而單位體積產(chǎn)量高。 （3）可以就地取材，充分利用地方資源。 （4）窯內(nèi)傳熱效率高，散熱損失小，約為總熱值的3%（回轉(zhuǎn)窯為15%），可節(jié)約燒成用燃料。 （5）需要設(shè)備和動(dòng)力容量少，故可節(jié)約鋼材和動(dòng)力。 2、缺點(diǎn)： （1）生產(chǎn)規(guī)模小。 （2）熟料質(zhì)量較差。 （3）勞動(dòng)生產(chǎn)率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，單機(jī)產(chǎn)量低。 （4）環(huán)保達(dá)標(biāo)難。二、特點(diǎn)

2、（二）回轉(zhuǎn)窯的特點(diǎn) 濕法回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)熱耗高，但電耗較低，生料易于均化，成分均勻，熟料質(zhì)量較高且輸送方便，粉塵少。所以此生產(chǎn)方法在20世紀(jì)30年代左右得以迅速發(fā)展。缺點(diǎn)是能耗高。 新型干法回轉(zhuǎn)窯是當(dāng)前世界各國(guó)競(jìng)相發(fā)展的窯型。懸浮預(yù)熱器窯和窯外分解窯技術(shù)的開(kāi)發(fā)成功，使水泥生產(chǎn)方法開(kāi)始逐步發(fā)生變化，出現(xiàn)了向干法發(fā)展及濕法改干法的發(fā)展趨勢(shì)。新型干法回轉(zhuǎn)窯的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)能、產(chǎn)量高、質(zhì)量穩(wěn)定、環(huán)保、生產(chǎn)率高?；剞D(zhuǎn)窯回轉(zhuǎn)窯的功能、特性及工作原理 回轉(zhuǎn)窯屬于可以旋轉(zhuǎn)的窯爐，最早用于煅燒水泥熟料，目前也用于耐火材料及其冶金工業(yè)，如圖所示。圖9.1 230m 回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)1.回轉(zhuǎn)窯窯體；2.窯頭小車(chē)；3.熱煙室；4.冷卻

3、筒；5.窯頭鼓風(fēng)機(jī)；6.集塵室；7.煙囪；8.進(jìn)料回轉(zhuǎn)窯作為水泥煅燒的關(guān)鍵裝備，它的功能如下： （1）作為燃料燃燒裝置。它具有廣闊的空間和熱力場(chǎng)，可以供應(yīng)足夠的空氣，裝設(shè)優(yōu)良的燃燒裝置，保證燃料充分燃燒，為水泥煅燒提供必要的熱量。 （2）作為熱交換裝備，它具有比較均勻的溫度場(chǎng)，可以滿(mǎn)足水泥熟料生產(chǎn)過(guò)程各個(gè)階段的換熱要求。 （3）作為化學(xué)反應(yīng)器，隨著水泥熟料礦物形成不同階段的不同需要，它既可分階段地滿(mǎn)足不同礦物形成對(duì)熱量、溫度的要求，又可以滿(mǎn)足它們對(duì)時(shí)間的要求。 （4）作為輸送設(shè)備，它具有更大的潛力。一、回轉(zhuǎn)窯的功能和特征 水泥熟料的形成過(guò)程，實(shí)際上是將石灰質(zhì)、粘土質(zhì)、硅質(zhì)和鐵質(zhì)四種原料中的Ca

4、O、SiO2、Al2O3、和Fe2O3等四種主要組成，通過(guò)粉磨成細(xì)粉，在高溫狀態(tài)下煅燒，使之發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成C3S、C2S、C3A、C4AF等四種硅酸鹽水泥熟料主要礦物的過(guò)程。這個(gè)過(guò)程干法回轉(zhuǎn)窯可分為3個(gè)帶，即過(guò)渡帶、燒成帶和冷卻帶。熟料在各帶的停留時(shí)間大約分別為15min、12min和2min；（料在預(yù)熱帶和分解帶的時(shí)間約為1min和2min。）這里回轉(zhuǎn)窯主要起到熟料燒結(jié)的功能。 回轉(zhuǎn)窯（旋窯）是一個(gè)有一定斜度的圓筒狀物，斜度為33.5%，借助窯的轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)促進(jìn)料在回轉(zhuǎn)窯（旋窯）內(nèi)攪拌，使料互相混合、接觸進(jìn)行反應(yīng)。窯頭噴煤燃燒產(chǎn)生大量的熱，熱量以火焰的輻射、熱氣的對(duì)流、窯磚(窯皮)傳導(dǎo)等方式傳

5、給物料。物料依靠窯筒體的斜度及窯的轉(zhuǎn)動(dòng)在窯內(nèi)向前運(yùn)動(dòng)。（回轉(zhuǎn)窯是有氣體流動(dòng)、燃料燃燒、熱量傳遞和物料運(yùn)動(dòng)等過(guò)程所組成的?；剞D(zhuǎn)窯就是如何使燃料能充分燃燒，燃料燃燒的熱量能有效的傳給物料，物料接受熱量后發(fā)生一系列的物理化學(xué)變化，最后形成成品熟料。）二、回轉(zhuǎn)窯的工作原理回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的煅燒熟料煅燒物料可分為：水分蒸發(fā)生料預(yù)熱生料分解熟料煅燒熟料冷卻五個(gè)功能單元。相應(yīng)分為干燥帶、預(yù)勢(shì)帶、分解帶和放熱帶，燒成帶和冷卻帶。 一、干燥帶（物料溫度150） 承擔(dān)生料中水分的蒸發(fā)任務(wù)。濕法窯物料含32-40%的水分，經(jīng)干燥后，物料水分減到22-26%，漿料失水變成球狀。 干法窯由于入窯生料水分小于1%，幾乎沒(méi)有干燥帶

6、。 半干法窯的干燥過(guò)程在加熱機(jī)上進(jìn)行，在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)無(wú)干燥帶。預(yù)熱器窯、窯外分解窯干燥在預(yù)熱器內(nèi)進(jìn)行，因此回轉(zhuǎn)窯內(nèi)無(wú)干燥帶。二、預(yù)熱帶（物料溫度150-750） 承擔(dān)粘土質(zhì)等原料中化學(xué)水的分解脫水任務(wù)。當(dāng)溫度升到400-550時(shí)，粘土開(kāi)始脫水分解出活性SiO2和Al2O3，當(dāng)溫度升到600-700時(shí)，MgCO3繼續(xù)分解。帶懸浮預(yù)熱器和加熱機(jī)的窯，預(yù)熱都在窯外進(jìn)行，回轉(zhuǎn)窯內(nèi)預(yù)熱帶很短或者沒(méi)有。反應(yīng)式：2SiO2Al2O2SiO2Al2O32H20三、分解帶（物料溫度750-1000） 主要承擔(dān)MgCO3和CaCO3的分解任務(wù)。在預(yù)熱帶未分解完的MgCO3在該帶繼續(xù)分解，但主要是CaCO3的分解。這一

7、帶末端，分解產(chǎn)物之間產(chǎn)生固相反應(yīng)，生成堿性的CA、CF、C2S。 帶懸浮預(yù)熱器和加熱機(jī)的窯，分解反應(yīng)有一部分在預(yù)熱器和加勢(shì)機(jī)內(nèi)進(jìn)行，而帶窯外分解爐的窯絕大部分的分解反應(yīng)是在分解爐內(nèi)進(jìn)行。四、放熱反應(yīng)帶（過(guò)渡帶）（物料溫度1000-1300） 在分解帶分解出的大量Ca0、Si02、Al203等氧化物在該帶進(jìn)行固相反應(yīng)，生成大量C3A、C4AF和C2S。這些反應(yīng)是放熱反應(yīng)，故稱(chēng)“固相反應(yīng)帶”。由于固相反應(yīng)放熱，物料溫度迅速上升，使該帶在窯內(nèi)占的比例較小。五、燒成帶（物料溫度13001450-1300） 該帶又稱(chēng)燒結(jié)帶，是回轉(zhuǎn)窯內(nèi)溫度最高的一帶，物料進(jìn)入這帶就出現(xiàn)液相，在液相中C2S和游離氧化鈣作用

8、形成C3S即：Ca0C2SC3S，因此，此帶也叫“石灰吸收帶”。為C3S的生成反應(yīng)完全，物料在此停留的時(shí)間，也就是燒成帶應(yīng)有一定長(zhǎng)度，因此，要求回轉(zhuǎn)窯內(nèi)燃料燃燒的火焰應(yīng)有一定的長(zhǎng)度和溫度。六、冷卻帶（物料溫度13001000） 在燒成帶形成的C3S、C2S、C3A、C4AF四種主要礦物的晶體繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng)與溫度較低的二次空氣相遇，熟料溫度下降，這一區(qū)域稱(chēng)為冷卻帶。在該帶快速冷卻后，形成含C3S、C2S、C3A、C4AF圓形顆粒和玻璃體阿利特晶體，落入冷卻機(jī)內(nèi)。 立窯內(nèi)煅燒大體與回轉(zhuǎn)窯相同，此不再敘述。立窯 立窯是一種豎式固定床熟料煅燒設(shè)備：含煤生料球從窯頂喂入窯內(nèi)，料球自上而下運(yùn)動(dòng)，空氣自下而上

9、運(yùn)動(dòng)。其物理化學(xué)變化與回轉(zhuǎn)窯大致相同，將立窯自上而下分為三帶：預(yù)熱帶、高溫?zé)蓭Ш屠鋮s帶。 1.立窯形狀 窯體形狀對(duì)物料在窯內(nèi)的運(yùn)動(dòng)和氣流在窯內(nèi)的分布具有重要意義。常見(jiàn)有四種：直筒形立窯，喇叭形立窯（圖），啞鈴形立窯，矩形截面立窯。 圖9.3 機(jī)械化水泥立窯系統(tǒng)1.煙囪；2.撒料溜子；3.窯體；4.耐火磚；5.腰風(fēng)管；6.底風(fēng)管；7.傳送裝置；8.電動(dòng)機(jī)；9.密封卸料.立窯2.內(nèi)徑與高度 窯的內(nèi)徑由煅燒產(chǎn)物性質(zhì)，溫度，操作靈活程度等因素來(lái)確定。一般對(duì)煅燒白云石的立窯內(nèi)徑在，石灰石的立窯，水泥立窯。 立窯高度決定于物料在窯內(nèi)預(yù)熱、煅燒和冷卻時(shí)間。以立窯的高徑比KL = H/D來(lái)表征。 水泥窯高徑

10、比34，對(duì)于溫度高(1650)煅燒的白云石高徑比，立窯高徑比在10以上。 立窯3.立窯內(nèi)襯 立窯內(nèi)襯材料的要求耐高溫，散熱少，具有一定強(qiáng)度。如圖，立窯內(nèi)襯分三層，最里層為工作層，中間為永久層，次外層為隔熱層，最外層為殼體鋼板。預(yù)熱帶和冷卻帶要求工作層耐磨損和耐熱沖擊，而煅燒帶還要求抗高溫的氣體腐蝕作用。4.布料裝置 基本要求：均衡窯內(nèi)通風(fēng)阻力，盡可能消除或減少靠近窯壁孔處孔隙率過(guò)大的現(xiàn)象。合理布料的方法是大塊布料于窯的中心，中小塊于四周，以使風(fēng)量沿截面保持均勻立窯5.出料裝置 要求保證出料時(shí)窯內(nèi)物料均勻下降。窯內(nèi)三帶相對(duì)位置不被破壞。常用的三種出料裝置為：拖板出料機(jī)，圓盤(pán)出料機(jī)以及擺動(dòng)齒輥出料

11、機(jī)。6.通風(fēng)裝置 由于立窯中燃燒需要大量空氣，所產(chǎn)生的煙氣也需要及時(shí)排出。因此必須設(shè)置鼓風(fēng)和排風(fēng)裝置。根據(jù)風(fēng)管插入窯體的位置分為底部鼓風(fēng)（中心鼓風(fēng)）和腰部鼓風(fēng)（周邊鼓風(fēng)）兩種方式。立窯的排氣裝置主要由窯罩和煙囪組成（自然排風(fēng)），或機(jī)械排煙。7.密封裝置 加大窯內(nèi)鼓風(fēng)量對(duì)立窯生產(chǎn)有利，加強(qiáng)窯的密封性也是十分關(guān)鍵。常用的密封裝置有三道閘門(mén)和料封管。立窯新型干法水泥回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng) 新型干法水泥生產(chǎn)技術(shù)不是狹義上的窯外分解技術(shù)，其技術(shù)的發(fā)展不僅與預(yù)熱分解系統(tǒng)不斷優(yōu)化密切相關(guān)，還與回轉(zhuǎn)窯、燃燒器、冷卻機(jī)、高溫風(fēng)機(jī)、窯的密封裝置、燒成系統(tǒng)鎖風(fēng)閥等生產(chǎn)裝備的改進(jìn)，與耐溫、隔熱、耐磨、耐腐等新型材料的不斷開(kāi)發(fā)研制

12、，與原料預(yù)均化技術(shù)、生料均化技術(shù)、高效破碎與粉磨技術(shù)、電子計(jì)量及控制技術(shù)、X熒光分析在線檢測(cè)技術(shù)、電子計(jì)算機(jī)和自動(dòng)化控制儀表等技術(shù)的發(fā)展密切相關(guān)。因此隨著新型干法水泥生產(chǎn)技術(shù)的不斷提高，早期提出的那些經(jīng)典公式與當(dāng)前國(guó)內(nèi)外的先進(jìn)生產(chǎn)水平相比，存在了較大的偏差。工作原理：1）生料2）燃料3）氣體入分解爐煤(60%-70%)入窯煤（40%-30%）一次空氣：輸送煤粉的二次空氣：來(lái)自冷卻機(jī)的三次空氣：進(jìn)入分解爐的 懸浮預(yù)熱器一、懸浮預(yù)熱器的功能與特征 1、功能。懸浮預(yù)熱器的主要功能在于充分利用回轉(zhuǎn)窯及分解爐內(nèi)排出的熾熱氣流中所具有的熱焓（熱量）加熱生料，使之進(jìn)行預(yù)熱及部分碳酸鹽分解，然后進(jìn)入分解爐或回

13、轉(zhuǎn)窯內(nèi)繼續(xù)加熱分解，完成熟料燒成任務(wù)。因它具有使氣固兩相能充分分散均布、迅速換熱、高效分離等三大功能。 2、特征。各種懸浮預(yù)熱器窯的不同特性，主要取決于同它配套的懸浮預(yù)熱器的特性，而多種懸浮預(yù)熱器的特性，又取決于它的結(jié)構(gòu)及換熱方式。構(gòu)成多種懸浮預(yù)熱的熱交換單元設(shè)備有旋風(fēng)筒（包括聯(lián)接管道）及立筒（渦室）兩種，所有懸浮預(yù)熱氣窯都是由這兩種熱交換單元設(shè)備中的一種單獨(dú)組成或混合組成。 下面以旋風(fēng)筒工作示意圖，介紹其工作原理。 無(wú)論是以旋風(fēng)筒為主或以立筒為主組成的懸浮預(yù)熱器，都是由多級(jí)換熱單元組成的。使用多級(jí)換熱單元的目的在于提高預(yù)熱器的熱效率。二、結(jié)構(gòu)和工作原理工作原理(1)生料粉在廢氣中分散與懸浮(

14、2)氣、固之間換熱 （在聯(lián)結(jié)管道內(nèi)完成）(3)氣、固相的分離，生料粉的收集 （在旋風(fēng)筒內(nèi)完成）三、懸浮預(yù)熱器的分類(lèi)分類(lèi)方法有三種： 1、按制造廠商名分類(lèi)：早期有洪堡型、史密斯型、多波爾型、維達(dá)格型、蓋波爾型、ZAB型等數(shù)種。 2、按熱交換工作原理分類(lèi)：有以同流熱交換為主的，以逆流熱交換為主的及混流熱交換的三種。 3、按預(yù)熱器組成分類(lèi)：有數(shù)級(jí)旋風(fēng)筒組合式、以立筒為主的組合式及旋風(fēng)筒與立筒（或渦室）混合組合式三種。附1：早期懸浮預(yù)熱器綜合分類(lèi)表按制造商命名分類(lèi)按熱交換方式分類(lèi)按預(yù)器組成分類(lèi)洪堡史密斯EVS/SVS維達(dá)格同流熱交換為主型以數(shù)級(jí)旋風(fēng)筒組合蓋波爾ZAB普列洛夫逆流熱交換為主型以立筒為主組

15、合多波爾米亞格混流熱交換型旋風(fēng)筒與立筒混合組合型附2：懸浮預(yù)熱器工作原理示意圖9.4.2 分解爐 預(yù)分解窯是當(dāng)代水泥工業(yè)用于煅燒水泥熟料的最為先進(jìn)的工藝裝備，具有高效、優(yōu)質(zhì)、低耗等一系列優(yōu)良性能。一、分解窯的功能與特征 1、功能。承擔(dān)預(yù)分解系統(tǒng)中繁重的燃燒、換熱和碳酸鹽分解任務(wù)。 2、特征。一是在結(jié)構(gòu)方面，它是在懸浮預(yù)熱窯的懸浮預(yù)熱器與回轉(zhuǎn)窯之間，增設(shè)了一個(gè)分解爐，承擔(dān)了原來(lái)在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)進(jìn)行的碳酸鹽分解任務(wù)；二是在熱工方面，分解爐是預(yù)分窯系統(tǒng)的“第二熱源”，將傳統(tǒng)上全部由窯頭加入燃料的做法，改變?yōu)樯俨糠謴母G頭加入，大部分從分解爐內(nèi)加入，從而改善了窯系統(tǒng)內(nèi)的熱力分布格局；三是工藝方面，把熟料煅燒工

16、藝過(guò)程中耗熱最多的碳酸鹽分解過(guò)程，移至分解爐內(nèi)進(jìn)行之后，由于燃料與生料混合均勻，燃料燃燒熱及時(shí)傳遞給物料，使燃燒、換熱及碳酸鹽分解過(guò)程都得到優(yōu)化，使熟料煅燒工藝更趨完善。1、按制造廠名分類(lèi)： 如：SF型（其改進(jìn)型有N-SF、C-SF型），日本石川島公司與秩父水泥公司研制。MFC型（其改進(jìn)型有N-MFC型），日本三菱公司研制等等。2、按分解爐內(nèi)氣流的主要運(yùn)動(dòng)形式分類(lèi)： 分為：旋風(fēng)式、噴騰式、懸浮式及沸騰式（或稱(chēng)流態(tài)化床式）四種。3、按全窯系統(tǒng)氣體流動(dòng)方式分類(lèi)： （1）第一種類(lèi)型在線型。分解爐需要的三次風(fēng)由回轉(zhuǎn)窯內(nèi)通過(guò)，不再增設(shè)三次風(fēng)管道，一般也不設(shè)專(zhuān)門(mén)的分解爐，而是利用窯尾與最下一級(jí)的旋風(fēng)筒之間

17、的上升煙道，經(jīng)過(guò)適當(dāng)改進(jìn)或加長(zhǎng)作為分解室。如圖所示。二、分解爐的分類(lèi)（2）第二種類(lèi)型半離線型。設(shè)有單獨(dú)的三次風(fēng)管，從冷卻機(jī)抽取的熱風(fēng)在爐前或爐內(nèi)與窯氣混合。如圖所示。（3）第三種類(lèi)型離線型。設(shè)有單獨(dú)的三次風(fēng)管，但窯氣不在爐前或爐內(nèi)與三次風(fēng)混合，爐內(nèi)燃料燃燒全部用從冷卻機(jī)抽取的三次風(fēng)。如圖所示。以RSP半離線型爐為例來(lái)說(shuō)明其工作原理。（圖）此窯最早是由日本小野田公司和川琦重工業(yè)公司共同研制。我州滇水、州水泥廠等企業(yè)就采用此型爐窯。三、分解爐的結(jié)構(gòu)和工作原理回轉(zhuǎn)窯 回轉(zhuǎn)窯是一個(gè)長(zhǎng)的鋼質(zhì)圓筒，內(nèi)砌耐火磚襯里，與水平略呈傾斜，可圍繞窯軸線以一定的速度轉(zhuǎn)動(dòng)?，F(xiàn)代窯的直徑可達(dá)6m，長(zhǎng)度可超過(guò)180m，熟料

18、生產(chǎn)能力可達(dá)5000t/d。回轉(zhuǎn)窯圖 9.4.4 熟料冷卻機(jī) 水泥工業(yè)的回轉(zhuǎn)窯誕生之初，并沒(méi)有任何熟料冷卻設(shè)備，熱的熟料靠?jī)A卸于露天堆場(chǎng)自然冷卻。隨著水泥生產(chǎn)工藝技術(shù)的改進(jìn)和提高，目前，冷卻機(jī)已成為當(dāng)代預(yù)分解窯系統(tǒng)中一個(gè)不可缺少的重要設(shè)備。一、熟料冷卻機(jī)的功能 1、作為一個(gè)工藝裝備，它承擔(dān)著對(duì)高溫熟料的驟冷任務(wù)。 2、作為熱工裝備，在對(duì)熟料驟冷的同時(shí)，承擔(dān)著對(duì)入窯二次風(fēng)及入爐三次風(fēng)的加熱升溫任務(wù)。 3、做為回收裝備，它承擔(dān)著對(duì)出窯熟料攜出的大量熱焓的回收任務(wù)。 4、作為熟料輸送裝備，它承擔(dān)著對(duì)高溫熟料的輸送任務(wù)。對(duì)高溫熟料進(jìn)行冷卻，有利于熟料輸送和儲(chǔ)存。熟料冷卻機(jī)主要有三種類(lèi)型： 1、筒式：包

19、括單筒和多筒。 2、篦式：包括震動(dòng)、回轉(zhuǎn)、推動(dòng)篦式。 3、其他形式：包括立式及“”式。目前，以推動(dòng)式篦冷機(jī)使用最為廣泛。二、熟料冷卻機(jī)的分類(lèi)三、熟料冷卻器的工作原理其他重要裝備及設(shè)備 由于水泥生產(chǎn)工藝過(guò)程使用的設(shè)備較多，很難在短時(shí)間內(nèi)把它系統(tǒng)地學(xué)習(xí)完。下面我們以圖片的方式，對(duì)一些重要設(shè)備和裝備再作些介紹和了解。一、生料制備階段 二段破碎工藝流程圖、破碎機(jī)、預(yù)均化堆場(chǎng)、ABAU均化庫(kù)、CF均化、生料磨（風(fēng)掃磨、立式磨） 1、預(yù)熱器系統(tǒng)圖、旋風(fēng)筒、旋風(fēng)預(yù)熱器、散料裝置、雙鎖風(fēng)閥、單銷(xiāo)風(fēng)閥。 2、分解爐、預(yù)分解窯組合分類(lèi)、在線分解爐、半離線型分解爐、離線型分解爐。 3、水泥回轉(zhuǎn)窯3、水泥回轉(zhuǎn)窯1、水泥回轉(zhuǎn)窯2、噴煤管、冷卻機(jī)、立窯。