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§3.4熟料烧成一、熟料烧成系统的发展二、预分解窑系统的设计1预分解窑系统的开发2预分解窑系统的工艺特点3回转窑4分解炉5悬浮预热器6熟料冷却机三、窑产量的标定5旋风预热器5.1预热器概述5.2旋风筒的改进5.3旋风预热器规格的确定5.4旋风筒的选型5.5预热器技术性能要求及布置5.1预热器概述悬浮预热技术：使低温粉体物料均匀分散在高温气流中，在悬浮状态下进行热交换，得到迅速加热升温。悬浮预热器：旋风预热器及立筒预热器，立筒预热器已趋于淘汰，预分解窑采用旋风预热器。预热器的作用：充分利用回转窑及分解炉排出的炽热气流中所具有的热焓加热生料，使之预热并部分碳酸盐分解，然后进入分解炉或回转窑内继续加热分解。旋风预热器的热交换单元设备：主要是旋风筒及各级旋风筒之间的联接管道（换热管道）。预热器的功能：使气、固两相能充分分散均布、迅速换热、高效分离。三个功能的高效化，可最大限度地提高换热效率，为全窑系统优质、高效、低耗和稳定生产创造条件。早期悬浮预热器综合分类表这些悬浮预热器大多是20世纪五、六十年代研制开发，在各种类型的悬浮预热窑及80年代初期的各种预分解窑上广泛应用。早期各种悬浮预热器示意图旋风预热器旋风预热器的优点：热效率高，一般情况下生料可预热至800℃，碳酸钙表观分解率达30％以上，热耗较低。预分解窑窑尾系统：由多级旋风预热器组合而成，一般多采用四级或五级旋风筒。如果原料或燃料中碱、氯、硫超过一定限度后，可采用一级或二级预热器，或者增设旁路系统，使部分窑尾废气不经旋风预熟器而排出(经冷却和净化后排入大气)，以减轻碱、氯、硫的危害。旋风筒换热单元功能结构示意图5.2旋风筒的改进1）老式旋风筒阻力较大的主要原因：A旋风筒进口切向气流与筒内旋转气流的碰撞干扰；B筒内自由旋转流与强制旋转流使气固两相流的流场不断变化；C气流在旋风筒锥体部位转向上升；D旋风筒内壁与两相流的摩擦损失等。2）降低旋风筒压损的对策：a降低旋风筒内气流旋转速度；b缩短气流在旋风筒内的无效行程；c减少进口气流与回流冲撞；d减少气流不必要的搅动。3）采取的措施—加阻流型导流板；—设置偏心内筒(扁圆内筒)或靴形内筒；—采用大蜗壳内螺旋入口结构；—适当降低气流入口速度；—蜗壳底面做成斜面；—旋风筒采用倾斜入口及顶盖结构；—加大内筒面积；—缩短内筒插入深度；—适当加大旋风筒高径比；—旋风筒下部设置膨胀仓。4）新型旋风筒新型旋风筒结构示意图新型高效低压损旋风筒设计原则：降低旋风筒阻力TC型高效低压损旋风筒结构特点：采用三心270°大蜗壳，扩大了大部分进口区域与蜗壳，减少了进口区涡流阻力；大蜗壳内设有螺旋结构，可将气流平稳引入旋风筒，物料在惯性力和离心力的作用下达到筒壁，有利于提高物料分离效率；进风口尺寸优化设计，减少进口气流与回流相撞；适当降低旋风筒入口风速，蜗壳底边做成斜面，适当降低旋风筒内气流旋转速度；适当加大内筒直径，缩短旋风筒内气流无效行程；旋风筒高径比适当增大，减少气流扰动；旋风筒出口与连接管道结构合理，减少阻力损失；保持连接管道合理风速。系统性能：TC型旋风筒用于五级预热器系统，总压损为4800±300Pa，分离效率：C192～96%，C2-C487～88%，C592～88%左右NC型高效低压损旋风筒旋风筒的结构：采用了多心大蜗壳、短柱体、等角变高过渡连接、偏锥防堵结构、内加挂片式内筒、导流板、整流器、尾涡隔离等技术旋风筒的性能：单体阻耗低550～650Pa；分离效率高C2-C586～92%、C595%以上；低返混度；良好的防堵塞性能和空间布置性能。5.3旋风预热器规格的确定旋风筒尺寸：D-旋风筒内径；H-旋风筒总高度；h1-圆筒部分高度；h2-圆锥部分高度；h3-内筒插入深度；h4-喂料口底部至内筒末端距离；a-进风口宽度；b-进风口高度；d-内筒直径；dr-排灰口内径；do-下料管内径；α-锥边仰角5.3.1旋风筒的直径旋风筒的结构设计：圆锥体及圆柱体的设计最重要，在各部分尺寸的设计中，大多以圆锥体部分的直径D为基础。因此首先要确定D的尺寸。在水泥工业中，将旋风筒作为悬浮预热器的组合单元来考虑，一般可按下式计算：Q—通过旋风筒的气体流量m3／sva—假想截面风速，即假定气流沿旋风筒全截面通过时的平均流速，过去一般为3～4.5m/s，新型旋风筒一般为5～6m/s，TJ为3.5～5.5m/s。Q=1/4πD2vaavQ2D(m)5.3.2进风口尺寸、型式进风管的型式：一般为矩形b/a=2±ab=0.2D2±中间级大些，最下级小些。旋风筒气流进口方式分类：直入式和蜗壳式蜗壳式进口：进入旋风筒气流通道逐渐变窄，有利于减小颗粒向筒壁移动的距离，增加气流通向排气管的距离，避免短路，可以提高分离效率。优点：可避免短路，分离效率高，处理风量大，压损小。新型旋风筒度采用270°大蜗壳进风口以降低阻力，同时蜗壳进风口有的由原来的平面改为倾斜面，对防止积灰有良好作用。a-直接切入；b-90°；c-180°；d-270°5.3.3排气管（內筒）排气管：截面一般为圆形；结构、尺寸对旋风筒流体阻力及分离效率很重要。直径d（m）、插入旋风筒的内筒长度h3(m)d排=0.5~0.6D(m)h3：过小容易短路、扬尘量大；过大则流体阻力大；最上级旋风筒：h3≥b中间级旋风筒：h3=0.5b减少压损最下级旋风筒：h3=0.25b避免烧坏TJ型旋风筒内筒插入深度C11.1～1.3，C2-C50.5～0.6新型旋风筒的内筒新型旋风筒内筒：主要是最下级旋风筒内筒，已将原来整体结构改进为分片式或浇筑组合结构，以利于安装和维修，还有的将圆形结构改进为扁圆形或靴型结构。旋风筒出口风速：一般为10～20m/s，新型旋风筒为了降低阻力，有扩大内筒直径降低出口风速的趋势。TC型旋风筒出口风速区取11~14m/sc旋风筒内筒结构示意图a整体内筒；b分片内筒；c浇注组合内筒。5.3.4圆柱体(H1)及圆锥体(H2)的高度圆柱体高度及圆锥体高度：关系到生料粉是否有足够的沉降时间。可根据不同的分离要求，用它们和旋风筒直径D的相对比例关系确定，二者高度越大则其分离效率越高。旋风筒高度HH=H1+H2H／D2，高型旋风筒，H1/H21者称圆柱型旋风筒，H1/H21者称圆锥型旋风筒，H1/H2=1者称过渡型旋风筒。H／D2，低型旋风筒；H／D=2，过渡型旋风筒。分离效率的控制高型旋风筒：直径较小，含尘气体停留时间较长，可使粒度较小的尘粒沉降，分离效率较高；在高型旋风筒中，又以圆锥体高度较大的圆锥形旋风筒的分离效率较高。TJ旋风筒高径比C12.8～3.0，C2-C51.9～2.05.3.5换热管道的结构与功能功能：上下两级旋风筒连接和气固流的输送，物料分散、均布、锁风，气、固两相间的换热。结构：换热管道除管道本身外还装设有下料管,撒料器,锁风阀等装备，同旋风筒一起组合成一个换热单元。生料与气流的热交换：主要（约80%以上）在连接管道内进行，换热管道中生料尘粒与热气流之间的温差及相对速度较大，生料粉被气流吹起悬浮，热交换剧烈。换热管道管道风速的确定：根据生料粒径、悬浮速度以及工况因素进行理论计算。影响管道风速的因素复杂，许多因素的考虑也不能完全符合实际，计算后常需要一些实验数据或经验数据予以修正。设计或制造单位一般根据实践经验数据选定各部换热管道风速”并作为管道尺寸设计的基础。各种类型的旋风预热器的换热管道风速一般设定为12～18m/s。风速太低，虽然热交换时间延长，但影响传热效率，甚至会使生料难以悬浮而沉降积聚，并且使管道面积过大；风速过高，则增大系统阻力，增加电耗，并影响旋风筒的分离效率。5.4旋风筒的选型I级旋风筒：选用高型旋风筒中的圆锥型旋风筒，并大多采用双筒。主要作用是收尘，减少出预热器系统废气中带出的粉尘，提高其分离效率；双筒易缩小筒径，使其更有利于分离作业；II-III级旋风筒：选用低型旋风筒，并大多选用单筒，其分离效率可较上一级旋风筒稍低，降低整个系统阻力。IV-V级旋风筒：适当增大其高径比要有适当的分离效率，减少已分解物料的不必要的内部循环和高温热损失，应。实践证明，旋风筒分离效率高低将对系统的阻力消耗以及热耗均产生一定的影响。在进行各级旋风筒选型时必须权衡利弊，综合判断，力求获得最佳的经济效益。五级旋风筒的基本技术指标I级II-III级IV-V级截面风速(m/s)3.54.55分离效率(%)907070物料温度(℃)315495-6708005.5预热器技术性能要求及布置a采用高效低压损型预热器系统，包括分解炉z在内的总压损应不大于5.5kPa；b物料在气流中的分散性好，热交换效率高，排出气体的温度低，采用四级预热器系统排出气体的温度不应高于380℃，采用五级预热器时不应高于350℃；c预热器的分离效率高，一级预热器的分离效率应不低于92%；预热器技术性能要求及布置d系统的密闭性能好，锁风装置灵活；e预热器的风管和料管应有吸收热膨胀的措施；f预热器应有捅料和防堵措施；g当原燃料中有害成分高并影响窑系统生产或要求生产低碱水泥时，可采用旁路放风系统；预热器技术性能要求及布置h在满足预热预分解窑系统工艺生产要求的前提下，布置紧凑，占地面积小，预热器塔架高度较低，预热器塔架根据布置要求除设置各层主平台外，在需要操作和维护的地方都必须设置平台，并应有足够的平面和空间；i检修时需要临时堆放耐火材料的各层楼面上应有放置耐火材料的位置；j压缩空气管路系统应送至预热器塔架各层主平台；k窑尾塔架宜设置客货两用电梯。6熟料冷却机6.1熟料冷却机的功能6.2熟料冷却机的类型6.3推动式篦式冷却机6.4篦式冷却机的选型6.5篦式冷却机的设计要求6.1熟料冷却机的功能１）作为工艺装备，使高温熟料骤冷。骤冷可以阻止矿物晶体长大，特别是阻止C3S晶体长大，有利于熟料强度及易磨性能的改善；同时，骤冷可以使液相凝固成玻璃体，使MgO及C3A大部分固定在玻璃体内，有利于熟料的安定性改善及抗化学侵蚀性能。２）作为热工装备，在对熟料骤冷的同时，加热升温入窑二次风及入炉三次风。在预分解窑系统中，尽可能的使二、三次风加热到较高温度，不仅可有效地回收熟料中的热量，并且对燃料特别是中低质燃料起火预热、提高燃料燃尽率和保持全窑系统有一个优化的热力分布都有着重要的作用。熟料冷却机的功能３）作为热回收装备，回收出窑熟料携出的大量热焓。一般来说，其回收的热量为1250～1650kJ/kg·cl。这些热量以高温热风随二、三次风进入窑、炉之内，有利于降低系统煅烧热耗，以低温热形式回收亦有利于余热发电。否则，这些热量回收率差，必然增大系统燃料用量，同时亦增大系统气流通过量，对于设备优化选型、生产效率和节能降耗都是不利的。４）作为熟料输送装备，输送高温熟料。对高温熟料进行冷却有利于熟料输送和储存。6.2熟料冷却机的类型筒式：包括单筒及多筒；篦式：包括震动、回转、推动篦式；其它型式：包括立式及“g”式。在预分解窑诞生之前的相当长的时间内，单筒式、多筒式与篦式冷却机长期并存，各自经过不断改进，形成三足鼎立的局面。预分解窑问世之后，由于炉用三次风抽取，以及对二、三次风温度日益增高的要求，再加上推动篦式冷却机的优化改进，目前除少量预分解窑仍使用改进型单筒冷却机以外，几乎形成了推动篦式冷却机独占鳌头的局面。立筒冷却机是一种对流与沸腾床换热相结合的新型冷却机，但从20世纪60年代研制至今，尚未达到普遍实用阶段；而g型冷却机是一种再冷式冷却机，必须串联在其他冷却机后复合使用。推动篦式冷却机:目前预分解窑系统中最佳的熟料冷却匹配装备。Diamant水泥厂4.8/5.3m×44m单筒冷却机预分解窑史密斯公司新型Unax多筒冷却机篦式冷却机篦式冷却机：属穿流骤冷式气固换热装备，冷却空气以垂直方向穿过熟料料层，使熟料得以冷却。篦子运动方式：