水泥回转窑系统分析及工艺参数选择

水泥回转窑系统分析及工艺参数选择1、水泥生产概述新型干法水泥生产技术以其能耗低、排放少的优点被广泛应用于水泥生产过程。与湿法、老式干法和半干法生产方法相比较，它具有生产能力大、自动化程度高、产品质量高、能耗较低、有害物排放量较低等特点。新型干法水泥生产过程主要包括生料制备、熟料烧制和水泥制备三个环节，工艺流程如下图所示:图1水泥生产工艺流程图1.1、生料制备生料制备是水泥原料加工处理的过程，它又包括了原料的破碎及预均化和生料的粉磨及预均化等步骤。硅酸盐水泥的主要原料为石灰质原料和茹土质原料，有时还要根据原料品质和水泥品种，掺加校正原料以补充某些成分的不足，同时还可以利用工业废渣或混合材料作为水泥的原料。从矿山开采得到的原料都是块度很大的石料，这种原料的硬度高，难以直接进行粉磨、烧制。破碎过程就是将大块原料尽可能的破碎成粒度小且均匀的物料，以减轻粉磨设备的负荷，提高磨机产量。原料经过破碎处理后，可以尽可能的减少因运输和贮存引起的不同粒度原料分离的现象，有利于下一步对原料的均化。原料预均化是提高水泥生料成分稳定、提高生产质量的工艺。均化堆料的方法有很多种，主要的几种方式有:“人”字形堆料法，水平层堆料法，波浪形堆料法，横向倾斜层堆料法。然后根据不同的堆料方法采取端面取料、侧面取料或者底部取料。这样可以尽可能降低因开采、运输等因素导致的原料成分波动。原料经过破碎和均化后按比例进行混合，然后送入生料磨中进行粉磨。粉磨过程可以进一步降低物料粒度，当提供相同热量时，物料粒度越小的生料其反应速度越快，熟料烧结越容易。生料制备的最后一个步骤是预均化处理，这也是熟料制备工艺前能有效提高生料成分稳定性的操作。生料均化一般在生料均化库中进行，采用空气搅拌，在重力的作用下产生“漏斗效应”，促使生料在下落的过程中充分混合。1.2熟料烧制熟料烧制可分为四个过程:悬浮预热、窑外分解、窑内烧结和熟料冷却。常见的预热器是多级旋风预热器，在其中含热废气与生料发生热交换。生料从最上面的第一级旋风筒连接风管喂入，在高速上升气流的带动下，生料折转向上随气流运动，然后被送入旋风筒内。在气流和重力的作用下，物料贴着筒壁分散下落，最后进入下一级旋风筒的喂料管中，重复以上运动过程。经过五级旋风筒的预热，生料就可以被加热到800℃左右，而含热废气则由约1100℃降低到约300℃。由于物料在旋风筒内处于悬浮分散状态，热交换过程可以很快发生。预热器的使用充分利用了窑尾产生废气，降低了熟料烧成的热耗。预热器最底部一级旋风筒和分解炉相连，物料通过管道进入分解炉，并在其中进行分解。生料与喷入分解炉的煤粉在炉内充分分散、混合和均布，炉内高温使得煤粉燃烧，迅速向物料传递热量。物料中的碳酸盐在高温的作用下，迅速吸热、分解，释放出二氧化碳。入窑前，物料的分解率可以达到90%以上，进一步减轻了窑内水泥锻烧的热负荷，提高了煤粉的利用率。物料进入回转窑后进一步分解，并随着窑的转动向前移动，窑内煤粉燃烧产生的热量使得物料发生一系列的化学反应，最后生成水泥熟料的主要成分硅酸三钙。随后熟料被送到蓖式冷却机中，冷却机采用风冷的方式，冷却风从底部吹入对熟料进行冷却。同时，熟料在蓖板的往复作用下逐渐向前移动。蓖式冷却机可以对炽热的熟料起到骤冷作用，提高了熟料的强度，同时还有出料温度低、冷却能力大等优点。1.3水泥制备水泥终粉磨是水泥生产过程最后一道工艺。由于不同产品对水泥的粒度要求不一样，因此需要对水泥熟料进一步加工。水泥熟料和石膏先经过辊压机多次挤压粉碎，随后送入到立磨中进行终粉磨，以形成不同标号的水泥成品，最后打包装袋或散装出厂。2水泥回转窑工艺参数选择2.1熟料烧结机理分析水泥熟料的锻烧过程，是水泥生产中最重要的过程。该过程是在回转窑中进行，回转窑具有台时产量高、所生产水泥熟料质量好、机械化和自动化程度高等优点，被多数水泥厂所采用。一般情况下，回转窑筒体具有一定的倾斜角度，物料在其中会随着筒体转动而不断翻滚向前。回转窑为燃料燃烧、物料之间的化学反应提供了最够的空间和热反应环境。图2水泥回转窑示意图硅酸盐水泥的主要成分包括CaO,SiO2,A12O3和Fe2O3，在高温的条件下进行一系列的反应生成等矿物。回转窑内部空间按温度可以大致分为四个区域:分解带、过渡带、烧成带和冷却带。物料在进入时分解率达到90%左右，剩余没有分解的物料将在进入回转窑后逐渐分解。过渡带部分温度高达900-1150℃，使得生料中的二氧化硅、三氧化二铁和三氧化二铝等氧化物发生固相反应。固相反应是放热反应，放热量约为480-500kJ/kg，这为物料的烧结提供了大量的热量。当物料温度在1300-1450℃时，固相反应生成的矿物成为液相，大部分的C2S和CaO很快被高温熔融的液相所溶解，这种溶于液相中的C2S和CaO进行反应，从而生成硅酸三钙，同时硅酸三钙的反映时间应维持15-20min。熟料通过烧成带后温度开始下降，为了保证水泥质量，要求熟料被骤冷，蓖式冷却机的使用可以大大降低物料冷却的时间，从而减少了副产品的生成。2.2影响回转窑温度因素的选择通过上文对回转窑内发生的化学反应的阐述可知，水泥熟料的品质是由物料发生化学反时的应温度决定。其中烧成带温度直接影响到硅酸三钙的生成量，当烧成带的温度得以保证时，窑内含热气体会将大量热量带入分解带和过渡带，从而提供了物料分解和熔融所需能量。因此，及时、准确的获得烧成带温度有着重要的意义。本文采用数据拟合的方法对烧成带温度进行预测，预测首先要选取输入变量。回转窑系统是一个变量众多、存在时间滞后性、变量间又有一定的耦合的复杂系统。窑内的可测变量包括喷煤量、入窑料量、高温风机挡板开度、窑头罩温度、窑尾温度、窑电流、窑转速等等。它们与回转窑烧成带温度都有着或多或少的联系，为了尽可能准确地选择影响回转窑烧成带温度的变量，下面将采用定性分析和定量分析相结合的方法选择输入变量。(1)定性分析假定在水泥配料合理、生料成分稳定的情况下，各个变量与烧成带温度之间的关系如下表所示:表1各变量与烧成带温度之间的关系将现场采集到的同一时间段内的输入输出变量数据去量纲，利用式(2-5)到(2-7)计算输入变量和输出变量的关联度，并列表:表2关联度的值各变量同烧成带温度的关联度值都较大，最终用于温度预测的输入变量有喷煤量、入窑料量、高温风机挡板开度、窑头罩温度、窑尾温度、窑电流和窑转速。