武理工無機非金屬材料熱工設備教案02水泥工業(yè)熱工設備

模塊2水泥工業(yè)熱工設備

課程模塊2是關于水泥工業(yè)熱工設備的介紹，具體是新型干法水泥回轉窯系統(tǒng)（或稱：新型干法水泥熟料燒成系統(tǒng)）。在本模塊的教學過程中，以筒（旋風筒）—管（旋風筒之間的聯(lián)接管道）—爐（分解爐）—窯（回轉窯）—

機（冷卻機）為講課的主線，這是因為筒—管

—

爐—窯

—

機這"五位一體"的熱工設備共同構成了新型干法水泥回轉窯系統(tǒng)。所以，本模塊的教學綱領是：整體概述、科學布局、逐次展開、重點突出、彼此關聯(lián)。本模塊的主要內容是：（1）系統(tǒng)概述；（2）旋風預熱器；（3）分解爐；（4）回轉窯；（5）篦冷機；（6）煤粉燃燒器簡介；（7）操作過程概述；（8）所用耐火襯料概況。

課程模塊2概要：關于本模塊的概要，如下所述：

教學要求是：本模塊的教學要求是要講清楚"新型干法水泥回轉窯系統(tǒng)"，也就是說，新型干法水泥回轉窯系統(tǒng)的由來、優(yōu)點、流程、組成以及基本原理、設備結構、操作要點、耐火襯料等方面的知識要在講課過程中講清楚。讓同學們能夠徹底地弄懂弄通這個先進且成熟的水泥熟料燒成系統(tǒng)的原理、結構以及操作等方面的知識，從而對于該水泥熟料燒成系統(tǒng)對于水泥生產(chǎn)過程的重要性會有一個全新的認識。

重點難點：本模塊的重點在于新型干法水泥回轉窯系統(tǒng)五個核心設備"筒（旋風筒）—管（旋風筒之間的聯(lián)接管道）—爐（分解爐）—窯（回轉窯）—機（篦冷機）"。本模塊的難點在于怎樣正確地認識各種分解爐與各種篦冷機的原理、結構、特點所在以及該水泥熟料燒成系統(tǒng)的技術進步對于"節(jié)能減排"、對于社會的可持續(xù)發(fā)展的重要性所在。

教學設計：我們課程團隊將本模塊的教學內容設計為按照以下的思路來進行講解：系統(tǒng)與有關參數(shù)的概述、旋風預熱器、分解爐、回轉窯、篦冷機、操作要點、耐火襯料簡介。當然在具體的講課過程中有些內容可能會有相互融合、相互滲透。這種教學思路的設計既有利于任課教師的講課邏輯次序，又能夠使同學們理順學習的頭緒，從而有序且完整地學習好本模塊的有關內容。

評價考核：本模塊教學效果的評價考核主要是考察同學們對于"筒—管—爐—窯—機"這五位一體的核心設備是否有正確的認識？對于有關的技術參數(shù)是否能夠科學地認識？對于旋風預熱器、分解爐、回轉窯、篦冷機、煤粉燃燒器的工作原理與具體結構有沒有正確的理解？對于新型干法水泥回轉窯系統(tǒng)的操作要點與耐火襯料的選用原則有沒有科學地去理解？

教材內容：本課程所選用的教材是由武漢理工大學出版社出版的《無機非金屬材料熱工設備（第5版）》這本國家級規(guī)劃教材。本模塊具體講課的內容就體現(xiàn)在該教材的2章之中，具體來說是其第2.1節(jié)

~

2.6節(jié)、2.8節(jié)、2.9節(jié)。

知識點注釋：旋風預熱器

—旋風預熱器是由若干級的換熱單元所組成（最早的旋風預熱器為4級，現(xiàn)在一般為5級，大型窯為6級），每個換熱單元都必需同時具備以下三個功能：第一，生料粉在廢氣中的分散與懸??；第二，氣、固相之間的換熱；第三，氣、固相之間的分離（氣流被排走，生料粉被收集）。每一級換熱單元都是由旋風筒及其聯(lián)接管道所構成。各個旋風筒之間的聯(lián)接管道在氣、固相換熱方面起著主要作用，而旋風筒的主要功能是完成氣、固相的分離與固相生料粉的收集。

分解爐

—分解爐是在旋風預熱器與回轉窯之間的一個熱源設備。在分解爐內會噴入相當數(shù)量的燃料（約占整個燒成系統(tǒng)燃料燒耗的60%

~

70%）與其助燃空氣（被稱為：三次風）以大大提高入窯生料的分解率（表觀分解率可以提高到85

~

95%）。設置分解爐有三大優(yōu)點：第一，分解爐高效地承擔了原來在回轉窯內進行的大量碳酸鈣分解任務，這樣就可以縮短回轉窯、減少占地面積以及降低窯體的設備費用。第二，由于大量的燃料被送入分解爐內，這就有效地改善了整個窯系統(tǒng)的熱力布局，從而大大減輕回轉窯內耐火襯料的熱負荷，延長窯齡。這種優(yōu)化的熱力布局也有助于降低氮氧化物NOx（有害成分）的含量，從而有利于環(huán)境保護。第三，將水泥熟料燒成過程中耗熱量最大的碳酸鈣分解過程主要放在分解爐內進行后，由于燃料與生料粉處于同一空間且高度地分散，所以燃料炭燒所產(chǎn)生的熱量能夠及時高效地傳遞給預熱后的水泥生料，于是燃燒、換熱及碳酸鈣的分解過程都得到優(yōu)化，水泥熟料煅燒工藝更臻完善，水泥熟料的質量、回轉窯的單位溶劑產(chǎn)量、單機產(chǎn)量因而得到大幅度的提高，水泥熟料燒成的熱耗也因此有所降低，也能夠利用一些低質燃料。

回轉窯

—水泥回轉窯是一個傾斜的、通過若干輪代放置在若干對托輪上的旋轉圓筒體。從其工作原理的角度來看，水泥回轉窯具備以下幾個功能：第一，水泥回轉窯是一個燃料燃燒設備，它具有較大的燃燒空間和熱力場，能夠供應足夠的助燃空氣，是一個裝備優(yōu)良的燃燒裝置，能夠保證燃料充分燃燒，可以為水泥熟料的煅燒提供必要的熱源。第二，水泥回轉窯室一個熱交換設備，它具有比較均勻的溫度場，可以滿足熟料生產(chǎn)過程中各個階段的換熱要求，特別是A礦生成的要求。第三，水泥回轉窯是一個高溫化學反應設備。熟料礦物形成的不同階段有不同的要求，水泥回轉窯既能夠滿足不同階段、不同礦物對于熱量、溫度的要求，又能夠滿足它們對于停留時間的要求。第四，水泥回轉窯是一個輸送設備，用來輸送物料和讓氣流通過。只是從輸送物料的角度來看，水泥回轉窯還具有更大的潛力。除了這四條功能以外，水泥回轉窯還具有講解與利用一些可燃廢棄物的作用，這在講究環(huán)境保護的當今社會顯得非常重要。

篦冷機

—

篦冷機的全稱是"推動篦式冷卻機"，它是當前獲得廣泛應用的水泥熟料冷卻機。而且，正在運行的篦冷機主要是第三代、第四代篦冷機。篦冷機的功能與作用有以下四條：第一，作為一個工藝設備，篦冷機承擔著對于高溫熟料的冷卻任務，尤其是具有驟冷的功能。驟冷能夠組織水泥熟料中A礦晶體的長大或分解，能夠使液相凝固為玻璃體（使得MgO以及大部分的C3A固化在玻璃體內），也可以防止（有活性的）β-C2S向（會引起水泥熟料粉化的）γ-C2S轉換，從而提高水泥熟料的質量。第二，作為一個熱工設備，篦冷機在對水泥熟料冷卻的同時還承擔著對于入窯二次風、入爐三次風的加熱升溫任務，這對于燃料（尤其是中、低質燃料）的著火與預燃、提高燃料的燃燼率、提高燃燒效率，從而保持全要系統(tǒng)有一個優(yōu)化的熱力分布具有重要的促進作用。第三，作為一個熱回收設備，篦冷機承擔著對于待冷卻水泥熟料中大量熱焓的回收任務。由冷卻風所回收的高溫熟料余熱除了在第二條中所述的通過高溫二次風入窯、高溫三次風入爐從而降低整個熟料燒成系統(tǒng)的熱耗以外，還隨同入煤磨熱風用于煤粉的干燥，也隨同余風進入余熱鍋爐進行中、低溫余熱發(fā)電，從而達到優(yōu)化設備用途、提高生產(chǎn)效率以及節(jié)能降耗之目的。第四，篦冷機對于高溫熟料進行有效的冷卻，也有利于熟料的輸送、儲存與粉磨。

專家講座：有待于本課程團隊在以后的課程建設中邀請相關的專家進行相關的學術講座。

學習手冊：本次課的學習手冊參見本網(wǎng)站【課程概要】＞學習指南。

文獻資料：本模塊的文獻資料以教材為主：

教材：姜洪舟.

無機非金屬材料熱工設備（第5版）.武漢：武漢理工大學出版社，2015

當然，其他的文獻資料也可以供同學們在學習本模塊有關內容時

閱讀參考，例如，如下所述的文獻資料可以閱讀參考：

[1]白禮懋.水泥廠工藝設計實用手冊.北京：中國建材工業(yè)出版社，1997.

[2]

陳傳德.

新型干法水泥技術原理原理與應用.

北京：中國建材工業(yè)出版社，2004.

[3]

高長明.預分解窯水泥生產(chǎn)技術及進展.

北京：化學工業(yè)出版社，2005.

[4]

胡道和.

水泥工業(yè)熱工設備.

武漢：武漢工業(yè)大學出版社，1992.

[5]李懷斌.預分解窯水泥生產(chǎn)綜合技術及操作實例.武漢：武漢理工大學出版社，2006.

[6]李海濤.新型干法水泥生產(chǎn)技術與裝備.北京：化學工業(yè)出版社，2006.

[7]

劉志江.

新型干法水泥技術.北京：中國建材工業(yè)出版社，2005.

[8]

馬寶國.

新型干法水泥生產(chǎn)工藝.北京：化學工業(yè)出版社，2007.

[9]王君偉.新型干法水泥生產(chǎn)工藝讀本.北京：化學工業(yè)出版社，2007.

[10]

熊會思，熊然.新型干法水泥廠設備選型使用手冊.北京：中國建材工業(yè)出版