熟料的冷却及设备

第一节新型干法水泥回转窑系统水泥是一种细磨材料，它加入适量水后，成为塑性浆体，这种浆体是既能在空气中硬化，又能在水中硬化(硬化后要达到一定的强度)，并能把砂、石等材料牢固地胶结在一起的水硬性胶凝材料。水泥生产的过程是要经过“二磨一烧”：即生料磨，水泥窑和水泥磨。其中水泥窑系统是将水泥生料在高温下烧成为水泥熟料的热工设备，是水泥生产中的一个极为重要的关键环节。水泥窑回转窑立窑干法中空回转窑湿法回转窑立波尔窑(半干法生产)悬浮预热器窑(SP窑)窑外分解窑(NSP窑)新型干法水泥回转窑系统。系统概述工作原理：1）生料2）燃料3）气体入分解炉煤(60%-70%)入窑煤（40%-30%）一次空气：输送煤粉的二次空气：来自冷却机的三次空气：进入分解炉的重要的技术指标两个主要的评价指标：产量、热耗几个典型的技术指标：1）回转窑的发热能力：回转窑内的燃烧带内单位时间燃料燃烧所放出的热量。arnetryrQGkmQ.G---回转窑的产量（kg熟料/h）k---回转窑内的燃料消耗量占水泥熟料烧成系统总燃料消耗量的比值mr--生产每千克熟料所需要的燃料量（kg煤/kg熟料）(kJ/h)2）水泥熟料的实际烧成热耗arnetrQmq.（kJ/kg熟料）3）回转窑内燃烧带的截面热力强度（燃烧带的截面热负荷）：燃烧带单位截面面积、单位时间内所承受的热量)/(422hmkJDQqiyrA4）回转窑内燃烧带的表面热力强度（燃烧带的表面热负荷)燃烧带单位表面面积、单位时间内所承受的热量)/(2hmkJLDQqiiyrF5）回转窑内燃烧带的容积热力强度（燃烧带的容积热负荷)燃烧带单位容积、单位时间内所承受的热量)/()1(4322hmkJLDQqiiyrVΦ物料填充系数6）回转窑内燃烧带的空气过剩系数根据生产经验已煤粉为燃料的水泥回转窑α=1.04-1.10范围较合理7）回转窑内的热效率%100qQshQsh---水泥熟料理论热耗（在没有热量损失和物损失时，由0℃的干生料烧成1kg水泥熟料所需要的热量（kJ/kg熟料）)/(47.240.2110.3210.2719.1732232shkgkJmmmmmQshOFeshSiOshCaOshMgOshOAlsh8）入窑生料分解率:两种表示方法（1）表观分解率e:指从窑尾取得入窑料样,分析其烧失量计算而得的分解率.所取样品即有预热生料又有窑尾循环飞扬的飞灰,是两种料的综合分解率。（2）真实分解率:生料在预热器内预热和分解的真实数据,不考虑飞灰对所取样品分解率的影响.(%))100()(100002121LLLLe(%))100())(100(100(%)10000)100)((100212111LLLLLmeeLLeemeefhfhfhfhfht1.2.1旋风预热器的工作原理(1)生料粉在废气中分散与悬浮(2)气、固之间换热（在联结管道内完成）(3)气、固相的分离，生料粉的收集（在旋风筒内完成）悬浮预热器分类：旋风筒和立筒基本流动方式：旋转流和喷射流功能：分散、换热、分离。影响旋风筒气固分离效率的主要因素：（1）旋风筒的直径：在其他条件相同时，筒径越小，分离效率越高（2）旋风筒进风口的类型与尺寸：进风口结构应以保证能沿切向入筒，减小涡流干扰为佳。进风口的形状现多采用多边形。进风口的尺寸应保证进口处工况风速在15～25m/s范围为宜(3)出风管(内筒)的尺寸和插人深度:一般来说，出风管(内筒)的直径越小，插入深度越深，旋风筒的气固分离效率越高。(4)旋风筒的高度：一般地：增加旋风筒的高度有利于气固分离效率的提高影响旋风筒气固分离效率的其他因素：粉料颗粒的大小、气流中的粉料浓度、锁风阀的严密程度。注意：分离效率的提高会影响到流动阻力损失的增大。在具体生产和设计过程中一定注意综合考虑这两项指标，旋风筒即要高分离效率有要地阻力损失。影响旋风预热器预热效率的因素因素之一：粉料在管道中的悬浮保证悬浮效果的几项措施：（1）选择合理的喂料位置：一般情况下，喂料点距出风管起始端应有大于1m多的距离，此距离还与来料落差、来料均匀程度、内筒插入深度以及管内气体的流速有关。(2)选择适当的管道风速一般要求粉料悬浮区内的风速在10—25m/s之间，通常要求大于15m／s以上气流的冲击悬浮能力，可在悬浮区局部缩小管径，使气体局部加速以增大冲击力。(3)在喂料口加装撒料装置-------目的是促使物料分散（4）来料均匀性换热方式已对流换热为主悬浮换热效果取决于生料在气流中的分散程度。用多个旋风换热单元相串联组成旋风预热系统。因素之二：气、固相的传热因素之三：气、固相的分离气、固相的分离的效果直接影响到换热效率。提高分离效率的措施：（1）开发新型高效、低阻的旋风筒（2）开发新型换热管道（3）开发新型锁风阀（4）开发新型撒料装置各级旋风预热器性能的配合（以5级为例）（1）各级旋风筒的气固分离效率23451ccccc（2）各级旋风筒的表面散热损失12345cccccLLLLL（3）各级旋风筒的漏风量12345cccccLokLokLokLokLok各级旋风预热器串联级数的选择（P29）旋风预热器分类以及几种典型的旋风预热器分类：传统的——洪堡型旋风预热器（阻力大）新型的——低压损旋风筒（阻力小）（书上表1.5）旋风筒改进的几个方面：1）旋风筒入口或出口处增设导向叶片；2）旋风筒筒体结构的改进；3）旋风筒进风口与排气管（内筒）结构的改进；4）旋风筒下料口结构的改进5）旋风筒旋流方式的改进特点：进风口截面有矩形改为多边形，通体改为双柱双锥的组合，柱体直径相对减小，内筒直径加大，插入深度减小等。试验研究证明：其流速分布比较较合理，气固分离效率较高(90％～96％)，处理气体量较大，流体阻力较小。特点：结构卧式，压损较低，高度较低，降低预热器系统的阻力和框架稿度。缺点：气固分离效率较低，适用于作为旋风预热器系统的中间级特点：最上一级为高型圆柱型旋风筒；最下一级的旋风筒则采用较陡的锥角；目的是为提高分离效率。中部各级采用的是低压损旋风筒，其排气管(内筒)部位采用了导向板，以便使旋风筒内的大部分循环气流由导向板直接引入排气管，从而保证在不降低气固分离效率的前提下，降低旋风筒中的阻力损失。分解炉窑外分解技术在悬浮预热器与回转窑之间增加一个新热源——分解炉，将生料中碳酸钙分解过程提到窑外进行，加快其分解提高其分解率，如要分解率课题高到85%-90%预分解窑的特点(与其它窑相比）1）结构特点：窑尾增设了一个分解炉，承担了原来在回转窑内进行的大量碳酸钙分解的任务；2）热工特点：窑尾增加“第二热源”，大部分燃料从分解炉内加入，改善了回转窑系统内的热力分布格局，大大地减轻了回转窑内耐火衬料的热负荷，延长了回转窑的寿命。3）工艺特点：将水泥熟料煅烧工艺过程中耗热量最大的碳酸钙分解过程移至要外进行，燃料与生料粉处于同一空间且高度分散，燃料燃烧所产生的热量能及时高效地传递给预热后的生料，使燃烧、换热及碳酸钙分解过程都得以优化，使水泥熟料煅烧工艺更完善。按炉内主气流运动形式来分分解炉的分类旋流式——旋流效应喷腾式——喷腾效应悬浮式——悬浮效应流化床式——流态化效应发展趋势按全窑系统主气流运动方式来分第一种类型（a)第二种类型(b)第三种类型(c）(c1)(c2)(c3)“综合效应”按制造厂家的公司名称来分(P39表1.6）“综合效应”的发展主要体现在以下几个方面：①适当扩大分解炉的容积，延长分解炉的出口管道形成“炉体+管道的结构，延长其留在分解炉内的停留时间②改进分解炉的结构，使炉内具有合理的三位流场，力求提高炉内气、固滞留时间比(τs/τg)，延长生料在分解炉内的滞留时间。③保证生料向分解炉内均匀喂料，尽快使生料分散且均匀分布。④改进和保证分解炉用燃料燃烧器的形式与结构，以及合理的布置燃烧器，使燃料尽快点燃和燃烧，并能踢高燃料的燃尽率。⑤合理匹配下料、下煤点及三次风管，保证分解炉内有合理的温度场，以利于燃料的着火、燃烧和碳酸钙的分解。⑥分解炉优化布置在预分解窑系统的流程中⑦扩大分解炉用煤的品种。(a):特点：分解炉所需助燃空气全部由窑内通过，无三次风管。优点是可节省投资、操作简便、冷却机选型不受限制。缺点是过多的空气通过窑内，影响窑的操作。(b):—目前常用形式特点：分解炉所需助燃空气由三次风管提供，并在炉内与窑气混合。(c):特点：分解炉所需助燃空气由三次风管提供，窑气不入炉。优点是保证炉内燃料在纯空气中燃烧。同线型(c1)：窑气在分解炉后与出分解炉的炉气混合，再入预热器系统。(c2)：窑气不与出分解炉的炉气混合，各自经过一个单独的预热器系统(c3):窑气从窑尾排出，可余热利用或旁路防风半同线型异线型旁路放风型几种典型分解炉的结构特征简介•评议分解炉的特征要点：（1）气体流动：气体进入方式：窑气进入方式空气进入方式（2）下料点的位置：燃料喷口生料入口（3）分解炉的温度（4）燃料燃烧条件（5）粉料与气体的停留时间(1)、NSF型和CSF型NSF型炉：•结构：上部：圆柱+圆锥体，为反应室下部：旋转涡壳——涡旋室•特点：气体：窑气、预热空气经涡旋室混合后形成喷旋叠加的湍流运动混合，回旋进入反应室燃料：通过几个喷煤嘴从漩涡室顶侧向下斜喷入三次风的空气流中，部分燃料开始燃烧，边燃烧边进入反应室。生料：分两部分，一部分从反应室锥体部加入，另一部分从上升烟道中加入。优点：气固之间的混合得到了改善，燃料燃烧完全，碳酸盐的分解程度高，热耗低。CSF型（在NSF上改进）主要改进：1）在分解炉上部设置了一个涡流室，使炉气呈螺旋形出炉。2）将分解炉与预热器之间的联接管道延长---相当于增加了分解炉的容积)，其效果是延长了生料在分解炉内的停留时间，使得碳酸盐的分解程度更高，更重要的是有利于使用燃烧速度较慢的一些燃料。(2)RSP型炉：RSP型炉：结构：左部：混合室（MC室）右部：上部旋风预燃室(SB炉)下部涡旋分解室(SC炉)特点：燃料：在旋风预燃室喷入，与热空气直接接触而燃烧，燃烧效果好。生料：从SC室喂入，被三次风分散。气体：窑气经上升管道喷腾进入，热空气从SC炉的内侧以切线方向送入，两股气流一起进入混合室。优点：对燃料适应性强缺点：结构比较复杂，系统通风调节比较困难，流动阻力损失大。改进型RSP型炉：（3）SLC分解炉•结构：上部：缩口中部：圆柱体下部：圆锥体•特点燃料：喷嘴布置在喷腾处，与喷腾而入的空气充分燃烧，燃烧效果好。生料：生料分两次加入，分散效果好气体：三次风喷腾而入，无窑气进入。SLC-S分解炉SLC-D分解炉(4)D-D炉：结构：上部：圆柱体中部：圆柱体下部：倒锥体两个圆柱体之间设有缩口，形成二次喷腾。强化气流与生料间混合气体：三次风径向而入，窑气喷腾进入燃料：分两部分，90%的燃料在三次风处进入，与空气充分燃烧。10%的在下部倒锥体进入。燃料燃烧处于还原态生料：生料在中部圆柱体进入，处于悬浮态根据工艺性能分四个区段：第一区：为脱NOx的还原区，位于D-D分解炉底部倒锥体部分；第二区：为生料分解及燃料燃烧区，位于D-D分解炉中部圆筒中线之下部位；第三区：为主燃烧区，位于D-D分解炉圆筒部分中线之上第四区：为完全燃烧区，位于上部圆柱体内（5）NKSV型炉：结构：上部：圆柱体中部：圆柱体下部：倒锥体两个圆柱体之间设有缩口，形成二次喷腾。强化气流与生料间混合气体：三次风切向旋转而入，窑气喷腾进入。燃料：分两部分，主喷嘴在三次风管上方，与空气充分燃烧，辅助喷嘴在下部倒锥体进入。燃料燃烧处于还原态生料：分两部分一部分从三次风管上部喂入，一部分则从中部圆柱体喂入。根据工艺性能分四个部分：喷腾床、旋流室、辅助喷腾床、混合室（5）N-MFC型炉：结构：上部：圆柱体下部：倒锥体气体：三次风切向而入，流化空气入炉窑气喷腾进入。燃料：从倒锥体下部进入，与流化空气直接接触。生料：从倒锥体上部进入根据工艺性能分四个区：流化区、供气区（涡流区）、稀薄流化区、悬浮区（6）P