烧成系统的组成环节

洛阳理工学院水泥大作业1烧成系统的组成环节回转窑对生料连续加热，使其经过一系列物理化学反应变成熟料。整个熟料生产过程可以分为以下四个阶段：①干燥、预热。生料经卸料、计量系统，再经气力输送和高效斗提机喂入五级旋风筒预热器，由热风进行干燥、加热到一定温度。②分解。经干燥预热后的物料进入分解炉，从冷却机抽来的热风送入分解炉旋涡室，使物料进一步升温，完成分解。③煅烧。经预热器、分解炉后大体完成了碳酸盐分解的物料进入水泥回转窑进行煅烧。④冷却。煅烧后的熟料进入窑头蓖冷机系统进行熟料冷却，再经盘式输送机输送到熟料储库。来自窑尾提升机的生料经双道电动锁风阀后喂入预分解系统的2#旋风筒上升管道，依次经1#—5#旋风筒、分解炉换热、升温及分解等过程使生料入窑表观分解率达到90%以上。经预热分解的物料进入φ4.0×60m回转窑煅烧。出1#旋风筒的废气（～3200C），大部分进入生料立式磨系统作为烘干介质，另一部分经多管冷却器冷却后进入袋收尘器前汇风室与出生料磨废气汇合后进袋收尘器净化排放。出窑熟料落入控制流篦冷机冷却，熟料通过篦板的往复运动进入冷却机尾部破碎机，经破碎同拉链输送机来的物料一起由链斗输送机送入φ50m的熟料储存库，储存库储量25000吨，储期12.5d。篦冷机冷却熟料后的热空气部分作为二次风入窑和作为三次风送入分解炉，部分供煤磨烘干原煤用，多余的废气经窑头袋收尘器净化处理后排放大气。在回转窑生产工艺中，生料从窑尾进料，进窑的生料在回转窑不停旋转的运动状态下，随着窑体的旋转不断地翻转滚动。由于窑尾高于窑头，生料同时也不停地向窑头移动，最后从窑头出料。生料在窑内的温度也逐渐升高，发生了复杂的物理化学变化。由于窑的转动，窑内在各个断面上的温度基本是一致的，所以在回转窑内，可以按物料的温度和物理化学变化划分为干燥预热带、碳酸盐分解带、放热反应带、烧成带和冷却带。燃料除供给热量外几乎与熟料煅烧反应无关。①生料的烘干与脱水:洛阳理工学院水泥大作业2硅酸盐水泥主要原料是石灰石和粘土，而粘土等的主要矿物是各种水化硅酸铝，通常为高岭土（AI2O3·SiO2·2H2O）或蒙脱石（AI2O3·4SiO2·9H2O）。高岭土加热时，在300℃以下主要失去机械结合水；到450～600℃时，高岭土脱去结晶水而成偏高岭土（AI2O3·2SiO2），并且进一步分解为无定型的新生态2SiO2和AI2O3。450～600℃AI2O3·SiO2·2H2OAI2O3·2SiO2+2H2O↑AI2O3·2SiO2AI2O3+2SiO2②碳酸盐分解：当温度升高到600℃以上时，生料中的碳酸盐开始分解。碳酸镁在750℃左右分解激烈而迅速；碳酸钙的分解温度到900℃以上才会有迅速的分解反应，直到1000℃左右碳酸盐分解结束。750℃MgCO3MgO+CO2↑910℃CaCO3CaO3+CO2↑碳酸盐分解经分解反应后，进入放热反应，烧成熟料的温度也逐渐降至320℃左右，从窑头出料。③固相反应：由于粘土脱水、碳酸盐分解等反应，生料中出现了单独存在性质活泼的SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO等氧化物。氧化物之间开始了化合反应。随着温度的升高，CaO的量也增加，这些氧化物相互间的化学反应速度也逐渐加快。这个阶段的化学反应发生在固体微粒间相互接触的表面，而且是依靠细微晶体表面的离子振动，相互交换而实现的。当温度增高，离子振动的振幅增大时，就很容易脱离晶体，于是反应也随之加快。这种依靠固体表面间相互进行的反应称为固相反应。固相反应比较复杂，属于多级反应，可用下列反应式表示逐个阶段的反应过程：800~900℃：CaO+Fe2O3CaO·Fe2O3CaO+Al2O3CaO·Al2O3900~1000℃：3（CaO·Al2O3）+2CaO5CaO·3Al2O32CaO+SiO22CaO·SiO2洛阳理工学院水泥大作业3CaO·Fe2O3+CaO2CaO·Fe2O3（其中生成2CaO·SiO2的反应大约到1200℃时结束）。1000~1200℃：5CaO·Al2O3+4CaO3（3CaO·Al2O3）5CaO·3Al2O3+3（2CaO·Fe2O3）+CaO3（4CaO·Al2O3·Fe2O3）④熟料的烧成当温度升高到1300℃左右时，C3A与C4AF熔融，物料中出现了液相。CaO、2CaO·SiO2（即C2S）溶于液相重，有利于分子扩散，进一步化合成3CaO·SiO2（即C3S）：2CaO·SiO2+CaO3CaO·SiO2这一反应通常称为石灰吸收过程。因为是在液相中通过分子扩散进行的，所以液相的数量和粘度对于C2S吸收CaO生成C3S的过程就有很大的影响，这就是为什么我们总是希望在硅酸盐水利熟料中有适量的C3A、C4AF熔媒矿物存在的原因。为了使这一反应进行得快而且尽可能完全，在实际生产中物料的温度控制到高于1300℃，一般在1350~1450℃的温度范围内，这一温度范围就是所谓的“烧成温度。”从生料在回转窑中的物料化学反应变化过程中，回转窑尾气中含有SiO2等矿物原料的粉尘和煤在燃烧中的SO2、NOx等的烟尘以及矿物中的水分等等大气污染物。（7）煤粉制备及输送进厂的原煤堆存在30m×160m的堆棚，堆棚的储存量为5000吨，储期16.8d，原煤经预均化堆栅，通过送煤皮带输送机、提升机送入原煤仓，出原煤仓的煤经调速带秤、锁风阀喂入无烟煤细磨机进行烘干和粉磨。为保证窑系统的良好的燃料燃烧和热传递条件，从而保证窑系统的最佳的稳定的热工制度，工艺要求模拟量输入（AI）165点，模拟量输出（AO）32点，数字量输入（DI）282点，数字量输出（DO）163点。模拟量输入信号包括设备调速、挡板烧。经预热器、分解炉后大体完成了碳酸盐分解的物料进入水泥回转窑进行煅烧。开度、温度、压力、流量、电机功率、电机电流等信号的输出给定;模拟量输出信号包括设备调速、挡板开度等信号的输出给定;数字量输入信号包括备妥、设备运行、故障、各种限位开关、保护开关等发出的信号;数字量输出信号包括各台设备的驱动信号。洛阳理工学院水泥大作业4烧成系统包括四个子系统：预热器、分解炉、回转窑、篦冷机。水泥熟料的煅烧指将水泥生料喂入窑系统，经干燥、预热、分解、烧成反应，最后冷却成水泥熟料的过程。预热器物料从上一级下料管下来后，被下一级管道上来的热气流吹上去，在管道内迅速换热，然后进入旋风筒内进行气固分离，气体从内筒上升到上一级管道，物料则被分离下来，进入下一级。它的热交换主要发生在管道中，而分离则完全是在旋风筒内。众多的资料表明，气固间80%以上的热交换是在入口管道内进行的，热交换方式以对流换热为主。物料在转向被加速的起始区段内完成换热。物料与气体完成换热后，必须进行气固分离，分离出的物料向高温区（下一级预热器，分解炉或回转窑）运动，进行进一步的预热、分解或煅烧。否则，物料将随气流一起流向低温区，使预热效果降低，甚至起不到预热作用。预热器不仅仅是预热作用，还有有一定的分解功能（MgCO3的分解温度为600℃）。分解炉一、分解炉的主要作用就是碳酸盐的分解。碳酸盐的分解热耗最大，因此在该阶段增设喷煤管（或叫火嘴）以提供足够的热量。二、碳酸钙的分解特点强吸热反应：900℃时分解吸热1660KJ/Kg烧失量大：每100KgCaCO3分解，排出44KgCO2气体，留下56KgCaO。在不过烧（低于900℃）的情况下，燃烧产物体积变化不大，比原来仅收缩10～15%，因此所得石灰具有多孔结构，对于在固相反应中加快CaO与其他组分的化学反应速度是有益的。三、一般认为分解炉温度为820～900℃时，物料分解率为85～95%，需要分解的时间平均为4～10s。四、影响物料分解时间的主要因素有：分解温度、炉气中CO2浓度、料粉品质、颗粒尺寸及颗粒组成。五、一般生产中对出炉料粉分解率要求以85～95%为宜，要求过高，在炉内停留时间就要延长很多，炉的容积就大。而过低分解率的生料入窑，窑外分解的优越性就得不到充分发挥。六、分解炉生产工艺对热工条件的要求：a炉内气流温度不宜超过950℃，以防系统产生结皮、堵塞；b燃烧速度要快，以保证供给碳酸盐分解所需的大量热量；c保持窑炉系统较高的热效率和生产效率。七、分解炉内的燃烧：煤粉颗粒进入分解炉后，浮游于气流中，经预热、分解、燃烧发出光和热，形成一个个小火星，无数的煤粉颗粒便形成无数的迅速燃烧的小火焰。分解炉内火焰燃烧的优点是燃料均匀分散，能充分利用燃烧空间而不易形成局部高温。燃烧速度较快，发热能力较强。分解炉就是为碳酸盐的分解提供环境条件，分解炉温度再满足分解率的情况下，尽可能的降低是保证分解炉乃至整个窑系统良好运行的前提，也有一定的节能降耗效果。回转窑一、回转窑的主要结构有：筒体、轮带、托轮、挡轮、传动装置和窑头窑尾密封装置等组成。二、回转窑的规格回转窑的规格用筒体的直径乘长度来表示。目前新型干法最常见的两种规格为：洛阳理工学院水泥大作业5Φ4×60m（最初设计能力为日产熟料2000t，后来通过提高窑的转速，降低窑内物料填充率；增大预热器和分解炉，以及篦冷机的生产能力，可达到日产熟料3000t以上）和Φ4.8×72/74m（为5000t/d熟料生产线的设计规格）三、熟料的烧成在窑内可分为三个工艺带：过渡带、烧成带、冷却带从窑尾起至物料温度1280℃止（也有1300℃）为过渡带，主要任务是物料升温及5%左右CaCO3分解和固相反应（放热反应）；物料在1300～1450～1300℃区间则为烧成带；窑头端为冷却带。四、烧成带长度主要取决于火焰温度和长度。一般认为烧成带长度为火焰长度的0.6～0.65倍。矿物烧成决定了水泥熟料的质量，其烧成反应需要很高的温度和反应时间，因此在该阶段必须保持一定的温度和高温停留的时间。物料在窑内停留的时间与窑的类型有关，悬浮预热器窑45～60min，预分解窑25～30min。一般而言，无矿化剂的情况下，物料在预分解窑和悬浮预热器窑烧成带停留的时间为10～15min，窑内物料填充率一般在5%～17%。五、燃烧器（喷煤管）及回转窑内燃料的燃烧目前水泥熟料生产单位所用的喷煤管主要有三风道和四风道两种，由于四风道的巨大优势，应用已经非常广泛。四风道燃烧器与三风道燃烧器的重要区别就是，它多了一股中心风拢焰罩和一股中心风。四风道燃烧器的头部结构及特点1.特点：采用火焰稳定器，使火焰根部保持稳定的涡流循环，降低内风的旋转，从而使一次风量可以降低一半。采用拢焰罩，可以避免气流的迅速扩张，使火焰形状更加合理，避免窑头高温，延长窑口护铁的使用寿命。外净风由环形间隙喷射改为间断的小孔喷射，二次风能从相隔小孔的缝隙中进入火焰根部，提高CO2含量，从而降低纯氧含量，避免生成过多的NOX气体。旋流叶片安装在内风道前端，以延缓煤粉与一次净风的混合。2.喷煤管的位置一般在第四象限略向下偏料（如右图）从煤粉仓过来的煤粉一次风机吹出的风吹出喷煤管。对于烟煤而言，煤粉中的挥发份达到一定温度和浓度时先着火燃烧，然后焦炭开始燃烧（焦炭是热量的主要来源）。燃烧是一种强烈的氧化作用，有光和热的产生，燃烧本身产生的热量能够维持较高温度，使燃料燃烧继续进行。具体的燃烧过程是：煤粉在喷煤管内与一次风混合进入窑内后，温度达到燃点（450～500℃）与二次风相遇，助燃就会使煤粉爆炸式燃烧形成火焰，煤粉燃烧首先是干燥预热（黑火焰部分）阶段，需要时间0.03s～0.05s，然后是挥发份燃烧（白火焰部分），需要时间为0.01～0.03s，最后是固定碳燃烧（残余的焦炭）阶段，需要时间0.2～0.4s。理想的火焰，从外观上看，火焰形状完整，顺畅，活泼，有力，前边发亮不烧窑皮，后边发暗不挂窑皮。3.调整喷煤管的位置要根据：火焰的颜色与烧成温度；窑皮；窑内物料的结粒；窑内结圈的位置。六、回转窑内的化学反应（物理化学）当入窑生料的分解率达到85%以上后，CaO与其他酸性氧化物进一步发生固相反应，生成除C3S外的所有矿物。当物料温度达到1200℃时化学反应更为激烈，当温度达到1300℃后固相反应结束，生成C3A、C4AF、C2S,并剩余部分CaO，物料到