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第五章竖窑概述竖窑★结构★工作原理★热工计算★高温竖窑★并流蓄热式竖窑1.用途耐火原料、冶金石灰、水泥熟料的煅烧设备。2.原料煅烧设备特点竖窑：优点设备结构简单，投资省，热利用好，燃耗低。缺点物料煅烧不均匀；易出现粘窑、结砣等现象；以焦碳为燃料时，污染原料；对原料的适应性较差，不能煅烧高纯原料。英文名称：shaftkiln一.概述（一）竖窑的结构组成与基本原理一筒状窑体，主要由衬有耐火砖的钢筒或钢筋混凝土筒壳组成。由预热、煅烧、冷却三带组成。属于逆流热工设备。原料块或球由窑顶加入，空气由窑的下部导入。如果用固体燃料，则与原料块轮流加入或掺入原料内。如果用气体或液体燃料，则与空气一同喷入。原料块借重力逐渐下移，经预热、煅烧、冷却等阶段而成产品，由炉底卸出。构造简单，可连续操作。主要用于煅烧石灰石、白云石、水泥、菱镁矿等。5.1竖窑的结构（二）竖窑的分类按燃料分有混烧窑，即烧固体燃料，焦炭、焦粉、煤等。和气烧窑。气烧窑包括烧高炉煤气，焦炉煤气，电石尾气，发生炉煤气，天然气等。直筒形：上下内径相同的圆筒形。优点：结构简单、坚固，利于物料顺行和下沉。缺点：物料煅烧不够均匀。喇叭形：哑铃形：煅烧带向预热带扩大应在较长距离内过渡，向冷却带扩大应在较短距离内过渡。矩型截面：大容积需外设燃烧室的竖窑。5.1.1窑体的形状直筒形：上下内径相同的圆筒形，此种类型适用于煅烧各种耐火材料和使用各种燃料，因此被广泛的采用。优点：结构简单、坚固，利于物料顺行和下沉，并砌筑方便。缺点：物料在竖窑内自上而下运动时，体积发生收缩，使物料与窑壁间形成环形缝隙，造成窑周边阻力比窑中间阻力小，此外，物料在贴边窑壁处的堆积也比中部疏松，这两方面原因使竖窑同一断面通风不均，因而物料煅烧不均。喇叭形：煅烧带内径收缩的圆筒形。为了适应物料在煅烧过程中的体积收缩，将煅烧带内径略加收缩，这样可以减少物料与窑壁间的缝隙，从而能使气流沿截面较为均匀地分布。对于使用气化冷却炉衬的竖窑，还可以使周边物料在下沉过程中可能向内翻动，从而改善周边物料的煅烧条件，减少欠烧品。哑铃形：煅烧带向预热带扩大应在较长距离内过渡，向冷却带扩大应在较短距离内过渡。为了扩大窑的体积（一般在容积大于50m3)，常采用预热带和冷却带扩大的哑铃形截面。这种哑铃形截面要求由煅烧带到于热带的扩大应在较长距离内平缓过渡，以利于窑内物料顺行。反之，如果在预热带上端设置急剧的扩大口将会影响周边物料下沉，导致周边物料过热分解，强迫下降，而在加料时受热块撞击以致粉碎。由煅烧带到冷却带的扩大则宜在很短距离内完成，以利于加强从冷却带周边上行的气流向煅烧带中心流动。图3-3矩型截面：圆形截面的重油及煤气竖窑的内径由于受火焰穿透深度的限制，窑的容积不能很大。大容积需外设燃烧室的竖窑。竖窑的内径与高度内径内径大产量高（优点）内径过大窑内燃烧不均匀、窑内煅烧不易掌握（缺点）∴由煅烧物料的性质，煅烧温度，生产操作灵活程度等决定。高度过高流体阻力大，风机能力不足时，产量、质量低且能耗大。过短熟料冷却效果差、空气预热不够，产量、质量低且能耗大。5.1.2内径与高度窑体应有最佳的高径比。竖窑的高径比KL为窑的有效高度H（从窑底出料口到加料口之间垂直距离）与内径D之比，即KL=H/D。KL意义KL过大气流透过料层的阻力加大KL过小不能充分进行热交换。不同竖窑的KL水泥竖窑：3~4耐火材料竖窑：5~7白云石、镁石竖窑：6~7.6石灰石、粘土竖窑：≥5材质组成工作层+永久层+隔热层+钢壳对材质的要求及选取：工作层预热带→承受机械磨损、温度波动及物料撞击；煅烧带→承受高温、化学侵蚀、机械磨损、物料撞击等。根据煅烧物料的种类，选取适宜的耐火材料。永久层当工作层过度磨损或烧穿时，保护窑体。选取一般耐火材料。隔热层要求隔热性能好。选取保温材料（耐火填料、耐火纤维等）5.1.3窑体砌筑材料基本要求：尽可能消除或减少靠近窑壁处空隙率过大的现象，均衡窑内通风阻力。合理的布料方法：大块料布于中心，中小块料布于四周，以使风量沿窑截面保持均匀。常用的布料装置：⑴固定式布料钟结构简单，布料不均。5.1.4布料装置⑵回转式分级布料器布料器随着伞形齿轮的旋转，大块物料由布料斗的短腿撒向窑的中间，小块物料由布料斗的长腿撒向窑的周边。图3-4⑶升降式布料器布料钟的行程可调。通过伞形调节器活动板的张度变化调节布料状态。图3-5在窑罩内安装回转撒料溜子。撒料溜子通过铰链与加料斗下口相连，并一起转动。撒料溜子与窑中心线0°～45°的夹角。可以根据下料位置的需要随时调整角度的大小，以便能沿窑断面不料均匀。⑷机械加料装置图3-6常用的出料装置：⑴拖板出料机四轮推板小车，安装于轨道上，通过传动装置使小车在轨道上往复运动，推动窑内物料落入窑下的受料斗。结构简单，投资省，但出料均匀性差，只适用于卸松散状物料。基本要求：物料均匀下沉，窑内三带相对位置不被破坏，而且对大块物料能起到破碎作用，并易于解决密封问题。图3-75.1.5出料装置图3-8⑵圆盘出料机结构旋转的圆盘上装有可拆换的铸钢衬板，衬板上铸有棱形齿，并有大小不等的下料孔。工作过程：圆盘转动（传动机构带动）→物料受料斗。特点对物料有破碎作用，能连续均匀出料。下料孔图3-9⑶摆动齿辊出料机结构:由并列的带有楞形齿的辊子组成。工作过程：液压传动→滚齿摆动→破碎物料→下料口出料特点：对辊子的耐热、密封结构、材料强度要求高。适用于高温下易结砣的物料。图3-10为了防止空气自下部逸出，造成漏损和飞扬，必须安装有效的密封装置。常用的密封装置：⑴机械密封装置——三道闸门第一道截流阀一块可绕固定轴心摆动的扇形铁板，作用是截流、控制卸料量和卸料时间。第二道、第三道密封闸门由闸门和闸门框组成。闸门圈凸形，闸门框凹槽，使其闭合紧密。5.1.6密封装置三道闸门的开闭顺序：①打开第二道闸门，②打开截流阀，③关闭截流阀，④关闭第二道闸门，⑤打开第三道闸门（卸料），⑥关闭第三道闸门。工作原理熟料卸入料封管内，形成一定高度的料柱，根据料柱高度的变化，通过电控线路自动控制电磁振动节流器。当料柱高度H＞H0，出料，当料柱高度H＜H0，停止出料。⑵料封管的密封装置结构料封部分、自动控制部分、收尘部分组成。图3-11监视料柱高度的方法：γ-射线法通风方式：根据风管插入窑体的位置底布鼓风、腰部鼓风。根据窑内形成的压力状态压入通风、抽出通风、均衡通风。底部鼓风→总风管引致窑体下面，从卸料篦子下部送风入窑。进风口对准窑体中心，属于中心鼓风方式。→有利于均匀送风，降低燃耗，有利于卸料装置的冷却。腰部鼓风→总风管环绕窑身中部，从风管上沿周围均匀设置的风口鼓风入窑，风口正对竖窑截面中心，属于周边鼓风方式。5.1.7通风装置压入通风→窑底鼓入空气，窑内形成正压；抽出通风→窑顶抽出烟气，窑内形成负压；均衡通风→窑底鼓风，窑顶抽风同时进行，窑内既有正压，又有负压，并在一定高度处形成零压。通风装置鼓风机（最好是回转式鼓风机：罗茨、叶氏两种）排气装置自然排烟→窑罩、烟囱机械排烟→窑罩、排烟机、烟囱5.2竖窑的工作原理5.2.1竖窑内物料的运动引起物料运动的原因：⑴物料在煅烧过程中体积收缩而引起上层（预热带和烧成带）物料的运动；⑵下部物料的卸出而引起全窑物料的运动。物料下降速度及对物料的影响：32/;;//785.0mkgmDhkgGhmDGumm物料的平均堆积密度，窑的内径，窑的产量，u影响物料在窑内的停留时间，影响产量与物料的煅烧质量。5.2.2竖窑内气体的流动气体流动的要求：①保证燃料燃烧所需的空气量；②气流在窑断面上合理分布；③降低气流流动过程中的阻力；④保证产品的产量与质量。⑴竖窑的产量与鼓风条件的关系风量大，流速大，换热强度高，产量、质量高；风量大，流速大，流体阻力大。保证风机足够的风量、风压，并确定合理的经济流速⑵窑内气体运动的阻力损失属于气体通过散料层的阻力损失PaudHhml2)1(492222VVVVVS0ε—物料堆积空隙率V0—颗粒堆积空隙体积，m3；Vs—固体颗粒的真实体积，m3；V—颗粒堆积的总体积，m3u—空窑速度，m/s；H—窑的高度，m；dm—窑的当量直径，m；λ—摩擦系数ρ—颗粒平均密度，kg/m3φ—球形度当颗粒为球形时，φ=1，当颗粒为其它形状时，0＜φ＜1。二者体积相等）颗粒表面积球体表面积（影响阻力损失的因素：①窑的高度，H↑→hl↑；②空窑速度，u↑→hl↑③窑内气流温度，温度↑→气体实际流速大→hl↑④物料块度，块度↓→hl↑⑤球形度、空隙率：在料块中，若夹杂有大量碎块，且颗粒大小不等，小料块填充于大块料之间，φ↓，ε↓→hl↑竖窑中希望颗粒尽可能均匀。⑶竖窑断面上的气流分布——窑壁效应窑壁效应—在窑的同一断面上，周边气流的分配较中心处为多，致使物料在窑的同一断面煅烧不均匀。窑壁效应影响煅烧带物料在竖窑中的位置与形状。“碗状”煅烧带粘窑事故—竖窑周边气体流动阻力过小，而燃料量又多，造成窑四周温度过高，使燃料中灰分与物料中低熔点物质粘结成砣，并粘附于窑壁上。图3-12⑷竖窑的通风方式与窑内压力制度P254表5-3竖窑各种压力制度特点及应用5.2.3燃料燃烧①固体燃料的燃烧燃烧方式混料式、外设火箱式混料式：a.对燃料的质量要求较严格，要求其灰分尽量低，常以焦碳、无烟煤为燃料。b.燃料的灰分夹杂与熟料中，降低熟料的质量。c.高温下灰分易熔化，使窑内物料结砣，且腐蚀窑内衬。d.对燃料块度的要求：太大、太小都不利，生产中常用焦碳的块度为25～40mm。外设火箱式a.对燃料的质量要求较低，可以使用的燃料种类较广泛；b.需外设燃烧室，窑体结构复杂；c.物料煅烧不均匀，中间易出现欠烧现象；d.燃料消耗较大。②气体燃料的燃烧③液体燃料的燃烧⑹窑内的热交换5.2.4窑内的热交换5.3竖窑的热工操作1.装出窑制度混料式竖窑装窑方法：分层装窑、混合装窑装出窑应采取勤装、勤出，装出窑的时间间隔与装出窑量应保持均衡与稳定。入窑原料块度的要求：物料在窑内所需停留时间与其块度的二次方成正比。块度大物料在窑内停留时间长，产量低。块度太小料层阻力大，风机功耗大，且难以保持料层的稳定性。所以，规定：耐火原料的竖窑入窑块度：最小块度25～30mm，最大块度80～150mm。入窑原料应有适宜的块度比块度比—指原料组成中最大块度与最小块度的尺寸比值。它表征原料块度的均匀性。小块度比，物料煅烧均匀。对于重油和煤气竖窑，宜采用较小的块度比。白云石、镁石块度比：2～3；粘土、高铝矾土块度比：3～4。2.温度制度包括最高煅烧温度、出窑废气温度、出料温度。最高烧成温度——由煅烧物料的种类决定；出窑废气温度——应控制在较低数值；出料温度——不超过出料设备和物料运输设备安全运转的允许温度。一般情况≤150℃，特殊情况≤300℃高温竖窑是一种用于煅烧块状或成球物料的装置,主要用于烧结石灰石、白云石、菱镁矿和板状刚玉。窑体一般为圆柱型,物料由窑体上部加入,锻烧后至窑体下部卸出,助燃气体则由下而上冲刷物料,形成逆流燃烧。目前已实现较高的自动化控制水平,热耗约360kcl/kg,是普通高温竖窑热耗的60%,机械化竖窑热耗的50%。5.4高温竖窑5.5原料轻烧设备一.概述★二步煅烧工艺：对某些高纯原料如白云石、镁石等，一步煅烧时，煅烧质量差，燃耗高。此时，采用二步煅烧工艺，即：先轻烧，再煅烧。★原料轻烧设备的种类：主要有：多层炉、沸腾炉、悬浮轻烧炉。★对一步轻烧设备的基本要求：①热工制度稳定；②轻烧后物料的活性好，即物料已完全分解，但没有烧结；③热效率高，能耗低。5.5.1多层轻烧炉结构图图4-15.5.2沸腾炉沸腾炉是按固体流态化原理进行连续焙烧的热工设备，适用于菱镁石等碳酸盐矿石的轻烧。流态化——使用固体颗粒与液体或气体接触而悬浮起来，在床层内做剧烈运动，像沸腾的液体那样上下翻滚的现象。结构示意图1.炉体2.空气分布器3.炉顶盖4.进料口5.喷油口6.进风口7.出口沸腾炉结构图