水泥热工设备11水泥熟料形成过程及煅烧设备的分类.
水泥熟料的形成过程
第一章回转窑及预分解技术第一节水泥熟料的形成水泥是重要的建筑材料之一，它的煅烧方法从立窑生产到现代干法生产经过了180年的历史。
而水泥熟料是水泥生产的半成品，其形成过程是水泥生产的一个重要的环节，它决定着水泥产品的产量、质量、消耗三大指标。
本节将主要阐述熟料的形成过程和水泥熟料形成热的计算方法。
一、水泥熟料煅烧方法及窑型的演变（一）水泥熟料的煅烧方法从水泥熟料的生产方法分为干法生产、湿法生产以及半干法生产。
干法生产是指干生料粉进入窑内进行煅烧；湿法生产是将原料加水粉磨，黏土用淘泥机制成泥浆，然后将含水量为32-40%的生料浆搅拌均匀后入窑煅烧；半干法生产是将生料粉加入12-14%的水分成球后，再入窑进行煅烧。
（二）水泥窑型的演变自发明水泥以来，水泥窑型发生了巨大的变化，经历了立窑、干法中空回转窑、湿法窑、立波尔窑、悬浮预热器窑至窑外分解窑的变化。
其规模从!) 世纪的日产几吨，发展到目前日产1万吨，增加了1000倍以上。
在这些变化中有几次重大技术突破，第一次是%# 世纪初湿法回转窑的出现并得到全面推广，提高了水泥的产量和质量，奠定了水泥工业作为现代化工业的基础；第二次是20世纪50-70年代悬浮预热和预分解技术的出现（即新型干法水泥生产技术），大大提高了水泥窑的热效率和单机生产能力，促进了水泥工业向大型化、现代化的进一步发展；第三次是20世纪80年代以后计算机信息化和网络化技术在水泥工业中得到了广泛应用，使得水泥工业真正进入了现代化阶段。
1824年，世界上第一台立窑在英国诞生，这是人类最早的用来煅烧水泥熟料窑型。
它是一个竖直放置的静止的圆筒，窑内自然通风，生料制成块状，与燃料块交替分层加入窑内，采用间歇的人工加料和出料操作。
立窑的产生揭开了水泥工业窑的历史。
1877年出现了回转窑，它是一个倾斜卧着的回转圆筒，生料粉由高端加入，低端有燃料燃烧，物料一方面运动一方面被煅烧。
这便是最早的干法回转窑生产（见图1-1）图1-1 回转窑的最初形式在干法回转窑的生产中，由于初期的回转窑窑体较短，出窑废气的温度较高，热耗较高，随后出现了干法长窑，即干法中空窑，以及带预热锅炉的回转窑。
水泥煅烧工艺选择和用到哪些设备
水泥煅烧工艺选择和用到哪些设备郑州市鑫海机械制造有限公司引言：从使用回转窑煅烧水泥开始到今天已经有120余年的历史。
可以说到今天为止，水泥回转窑作为水泥熟料煅烧的最终设备没有异议。
它不断的被当做化学反应器、煅烧和传热设备、输送设备、降解废物回收设备等产品来利用，用水泥窑进行水泥煅烧，目前有四种工艺可供选择。
水泥窑煅烧水泥的四大工艺：1、湿法回转窑煅烧工艺湿法回转窑煅烧用到的是长径比为30-40的长窑，主要目的是为了增加窑的传热面积，窑尾部分挂上链条加速水分蒸发。
1.1煅烧工艺湿法回转窑煅烧时，生料磨内加水把生料制成含水量达30%-40%的料浆，经过均化后，由窑头喂料机送入湿窑内煅烧成熟料，熟料出窑经冷却后送入熟料库，煅烧所需热量由原煤烘干、粉磨、燃烧后提供。
1.2煅烧过程生料浆进入回转窑后，在窑内跟热气体发生热交换，依次发生干燥、脱水、盐分分解、固相反应、熟料烧成和冷却、制成熟料等反应。
回转窑内依次形成干燥带、预热带、碳酸盐分解带、放热反应带和烧成带，应该指出的是，形成的这五大反应带是交叉同时进行的，不是截然分开的。
1.3 湿法回转窑煅烧工艺的特点由于煅烧的生料具有流动性，所以对非均质原料适应性强，各原料之间混合好，生料成分均匀，工艺稳定，烧成的水泥熟料质量高，生料在粉磨过程中粉尘小，窑尾飞灰少。
缺点在热耗高，占到水泥生产成本的1/2-1/3，而且生产时用水量大，目前已经被限制甚至淘汰。
2、悬浮预热器窑煅烧水泥工艺2.1工艺用到设备立筒预热器窑和旋风预热器窑。
以旋风预热器窑为主。
2.2工艺流程旋风预热窑煅烧工艺主要由回转窑和旋风预热器组成，旋风预热器由若干级旋风筒换热单元串联组成，通常为4-6级，习惯性由上向下排列编号，旋风预热器一般由司机风筒串联而成。
旋风预热器塔架比较高，所以生料喂料通常用提升泵或者提升机协助，提升机用的最多。
旋风预热器窑生产工艺图：预热器结构图：生料由一级旋风筒(C1)进风管喂入，热烟分散，悬浮于热烟气内进行热交换，被热烟气带入一级旋风筒的生料在离心力和重力作用下跟烟气分离，沉降到旋风筒椎体底部，由下料管喂入二级旋风筒（C2）进风管，被进入C2的气流分散、悬浮、加热，再被气流带入C2，与C2内的气流分离，生料依次喂入三级旋风筒（C3）、四级旋风筒（C4）的进风管，依次被悬浮进一步加热，最后在C4旋风筒内与气流分离，经下料管喂入窑内，生料在旋风预热器内经过四级旋风筒四级加热，窑尾排出的热烟气已经经过C4、C3、C2、C1与生料换热后，排出预热器，经收尘后经过烟囱排入大气。
水泥熟料生产工艺及设备
1一物料层；2一漏斗；3一库底中心锥；4一收尘器 ；5-钢 制减压锥；6一充气管道；7一气动流量控制阀；8一电动流 量控制阀；9一套筒式生料计量仓；lO一固体流量计
干法生产：将原料先烘干后粉磨或同时烘干与粉磨成生料粉，而后喂 入干法窑内煅烧成熟料。但也有将生料粉加入适量水制成生料球，送 入立波尔窑内煅烧成熟料的方法，称之为半干法，仍属干法生产之一 种。
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黏土堆场 泥浆库
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石灰石
单段锤式破碎机 碎石库
生料湿法粉磨系统
铁粉堆场 铁粉库
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三、具体工艺流程-----生料制备
原燃材料的储存设施一般为各种储存库，也有的为露天堆场或堆棚、 预均化设施兼储存等。
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三、具体工艺流程-----生料制备
原燃料在储存、取用过程中，通过采用特殊的堆、取料方式及设施， 使原料或燃料化学成分波动范围缩小，为入窑前生料或燃料煤成分趋 于均匀一致而做的必要准备过程，通常称作原燃料的预均化。
粉磨：将各种原料（石灰石、粘土、铁粉）配料的混合物后在磨机内 磨成适合窑煅烧的的生料。
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三、具体工艺流程-----煤粉磨
煤粉磨指从原煤仓、喂料控制、烘干粉磨、收尘到煤粉仓等生产贮存 环节。其简要的生产流程：
原煤 破碎机 煤预均化堆场 原煤仓 喂煤计量控制 煤 粉烘干粉磨 煤粉仓 煤粉输送 分别到窑和分解炉燃烧器。
水泥煅烧技术及设备
蓖式冷却机水泥熟料冷却机是水泥回转窑中重要的设备，也是一种热交换装置，它通过高温物料向低温气体传热，使从回转窑内卸出的熟料(温度一般在1000—1400℃之间)经过冷却后温度阵至100一200℃，并将含有大量热量(相当于熟料热耗的20％一85％)的废气加以利用，提高窑的热效率；另外，熟料的冷却过程还可改善熟料质量和火焰燃烧条件，提高熟料易磨性，节约能源。
其主要功能是对水泥熟料进行冷却、输送；同时为回转窑及分解炉等提供热空气，是烧成系统热回收的主要设备。
随着现代新型干法水泥生产技术和装备的迅速发展，以及水泥熟料篦冷机的技术不断提高，高效能、运行可靠的熟料篦冷机成为确保系统生产能力的关键。
设计特点：●进料端采用了先进的KID系统及脉动供风，使出窑高温熟料快速冷却，提高了熟料的强度和易磨性，彻底消除堆“雪人”及“红河”现象对篦板的毁坏，提高设备运转率；●优化的篦床分区供风，精确控制各冷却区域的用风量，最终达到高效冷却，获得高的热回收效率，节能效果显著；●摆动补偿器能补偿篦床在三维空间的运动，使用寿命长；●所有轴承外臵，风室内无润滑点、运转可靠；●结构紧凑、占用空间少；●高效新型篦板结构，漏料量极少，减少篦板磨损、延长使用寿命。
拉链机间歇运行，减少故障率、降低电耗；●新结构的料封阀，减少空气泄漏。
结构简单、维护方便；●模块化设计，减少安装费用、加快安装进度；●完善的监测调控技术，确保篦冷机运行更加可靠、稳定窑的操作。
具有以上特点的HCFC型控制流篦冷机已广泛应用于水泥及氧化铝生产线的新建及老设备的改造，及电力行业中颗粒物料的冷却，生产实际使用已达到国际指标，保持国内领先水平。
技术指标：●产量600~10000 t/d ●热效率≥72%●入料温度1370℃●出料温度65℃+环境温度●出料熟料粒度≤25mm ●设备运转率≥98%●篦板使用>2年熟料冷却机性能是否满足要求，应考虑如下几方面的问题。
(1)冷却机的热效率回收熟料的热量与熟料带进冷却机的热量之比，叫冷却机的热效率。
《水泥熟料煅烧》课件
熟料煅烧的设备
熟料预热器用于预热和预分解熟料，以提高煅烧效率。 窑头、窑尾、回转窑是常用的熟料煅烧设备，它们通过高温处理熟料并使其 进行各种反应。 熟料冷却器用于冷却高温下煅烧后的熟料，以保证产品质量。
熟料煅烧的新技术
高温回收利用技术可以有效回收和利用熟料煅烧过程中产生的热能，提高能 源利用效率。
余热利用技术将熟料煅烧过程中产生的余热转化为其他形式的能源，进一步 提高能源利用效率。
窑壳隔热技术可以减少热量散失，降低能源消耗，提高熟料煅烧的效果。
熟料煅烧的发展前景
以节能减排为主导的技术创新将推动熟料煅烧工艺的发展和改进。 工艺改进和理论研究的深化将进一步提高熟料煅烧的效率和产品质量。 熟料煅烧的生态环保与可料煅烧》PPT课 件
水泥熟料煅烧是水泥生产中至关重要的步骤。本课件将介绍煅烧的概述、原 理、工艺、设备，以及熟料煅烧的新技术和发展前景。
概述
煅烧是指将水泥原料经高温处理，使之有一定的煅烧反应，形成矿物质组成 和结构上有所改变的水泥熟料。 影响熟料煅烧质量的因素包括原料成分、煅烧温度、气氛、时间及配比等。
熟料煅烧的原理
熟料煅烧的化学反应是指原料在高温下发生的各种物质转化和化学反应，如水化硅酸钙生成三钙硅酸盐等。 熟料煅烧的物理过程包括水分蒸发、碳酸盐分解、氧化反应和石灰石分解等。
熟料煅烧的工艺
熟料煅烧工艺流程包括原料预处理、煅烧、冷却和熟料磨制等。 熟料煅烧工艺参数控制包括窑温、煅烧时间、配比等的控制，以确保熟料煅 烧质量的稳定性和优良性。
水泥生产设备分类
水泥生产设备分类
水泥生产设备是指用于生产水泥的各种机械设备，主要包括破碎机、磨机、烧结炉、冷却机、输送机、包装机等。
这些设备在水泥生产过程中起着至关重要的作用，直接影响着水泥的质量和生产效率。
破碎机是水泥生产设备中的重要组成部分，主要用于将原材料进行粉碎。
破碎机的种类很多，常见的有锤式破碎机、颚式破碎机、圆锥破碎机等。
不同类型的破碎机适用于不同的原材料，如锤式破碎机适用于较硬的原材料，颚式破碎机适用于较软的原材料。
磨机是水泥生产设备中的核心设备，主要用于将粉碎后的原材料进行细磨。
磨机的种类也很多，常见的有球磨机、辊压机、立式磨等。
不同类型的磨机适用于不同的生产工艺，如球磨机适用于干法生产工艺，辊压机适用于半干法生产工艺。
烧结炉是水泥生产设备中的重要组成部分，主要用于将磨好的原材料进行烧结。
烧结炉的种类也很多，常见的有旋转窑、立式炉、流化床炉等。
不同类型的烧结炉适用于不同的生产工艺，如旋转窑适用于湿法生产工艺，立式炉适用于干法生产工艺。
冷却机、输送机、包装机等设备也是水泥生产过程中不可或缺的设备。
冷却机主要用于将烧结后的水泥熟料进行冷却，输送机主要用于将原材料和成品进行输送，包装机主要用于将成品进行包装。
水泥生产设备是水泥生产过程中不可或缺的设备，不同类型的设备
适用于不同的生产工艺，选择合适的设备可以提高生产效率和水泥的质量。
水泥熟料生产线熟料煅烧的基本知识
熟料生产线热工设备基础知识1.1新型干法水泥回转窑系统概述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而且具有其他一些性能的水硬性胶凝材料。
水泥生产要经过“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，是水泥生产中一个极为重要的关键环节。
新型干法水泥回转窑系统是以悬浮预热技术和窑外分解技术为核心，以NSP窑（或称：PC窑）为主导的水泥熟料烧成系统。
没有分解炉的新型干法水泥回转窑系统叫做SP窑，有分解炉的新型干法水泥回转窑系统叫做NSP窑，在一些欧美国家也将NSP窑称为PC窑，即预分解窑。
窑外分解窑的工作原理为：（分别从料、煤、风的角度论述）第一，生料粉从第1级旋风筒和第2级旋风筒之间的联接管道加入，加入的生料进入联接管道内后马上被分散在上升气流中，从而被携带到第1级旋风筒（简称C1）内，在旋风筒内利用离心力的作用进行气固分离后，废气被排走，而生料粉被再一次加到C2和C3之间的联接管道内，然后再一次被携带到C2内进行气固分离。
这样依次类推，生料粉依次通过各级旋风筒及其联接管道。
生料粉每与上升的气流接触一次，就经过一次剧烈的热交换，从而生料粉被一次一次地预热升温，废气则被一次一次地冷却降温，从而达到回收废气余热来预热生料。
当生料达到一定温度，会发生一定程度的碳酸盐分解（小部分分解，因为废气的热焓不足以使其发生大量分解）。
出C4的预热生料进入分解炉，在分解炉内完成大部分碳酸钙的分解，分解反应所需热量来自于分解炉内的燃料燃烧。
分解后的生料与废气再一起进入C5内，经C5完成气固分离后，生料入回转窑内煅烧，再经过一系列物理化学反应后，最终烧成为水泥熟料。
出窑后熟料再经过冷却机冷却后被送到熟料库内。
熟料、石膏、混合材按一定比例在水泥磨内混合粉磨后就成为水泥。
水泥热工设备
水泥的热工设备指水泥熟料的煅烧设备 及附属设备。
水泥熟料煅烧是水泥生产中的重要工序，是影 响和决定水泥质量的重要环节。 任何水泥熟料的煅烧都要经历干燥、预热、分 解、固相反应、烧成阶段。 水泥热工设备根据熟料煅烧的各个阶段所采用 的方法和设备不同，水泥的热工设备也各不相同。
一、分类 1. 按水泥煅烧熟料窑的结构分类
2、多筒冷却机 由环绕在回转窑出料端的若干个（4-16）冷却 筒构成。筒径一般为 0.8-1.4m， L/D 4.5-5.5， 长度4-7m，冷却筒与窑体连成一体，并随回转窑一 起回转。 特点： 结构简单，不需要另设传动装置，电耗较低， 无废气污染。但是冷却机与窑体连体，窑头胴体承 受的机械负荷很大，限制了多筒冷却机冷却能力的 进一步提高及在大型窑上的应用。 结构：
湿法中等长度回转窑：L/D 18-30，与料浆压滤机 组合
干法回转窑煅烧系统有:
干法中空长窑：L/D 20-38 干法短窑带余热锅炉：L/D 15-30 干法短窑与料球加热机组合（立波尔窑）：L/D 10-15 干法短窑与悬浮预热器、预分解炉组合： L/D 14-17，通称新型干法分大约30-35%，，为 了强化传热，往往在窑内冷端加装链条和或窑炉外 加装料浆预热器。 湿法回转窑的热耗与干法相比，热耗较大，其热 量主要由燃料提供，支出的热量： 反应 ：30-33% 蒸发料浆水分：25-30% 废气带走:20-24% 窑炉表面散热:10% 熟料和其他原因带走一部分热量
（二）冷却机类型
筒式冷却机 单筒 多筒式 推动篦式 振动篦式 回转篦式
蓖式冷却机
立筒式 其它冷却机 “g”型冷却机
（三）冷却机结构特点
1、单筒冷却机 是最早使用的冷却机，和回转窑相似。单筒冷却 机与回转窑的相对布置方法有逆流和顺流两种方式。 特点： 单筒冷却机结构简单，运转可靠，热效率高，无 废气收尘处理；但是冷却机内高温熟料不能骤冷， 熟料出冷却机温度较高，热散失较大，不适用大型 窑的配套使用。 结构:
精品课件--水泥熟料煅烧及设备
2）化学反应
最易和硫反应形成硫酸盐：
K2O＋SO3
K2SO4
Nａ2O＋SO3
Nａ2SO4 钾钠芒硝
3K2O＋Nａ2O＋4SO3
3K2SO4 Nａ2SO4
（氧化气氛）
K2O＋CａO＋SO3
2CａSO4 K2SO4
（还原气氛）
钙明矾石
剩余的碱置换熟料矿物
30-40%。
• 对于湿法生产，降低水分是节能关键
（2）预热----粘土脱水分解
• 脱水反应： Al2O3·2SiO2·2H2O → Al2O3·2SiO2（偏高岭石） + 2H2O Al2O3·2SiO2→ Al2O3 + 2SiO2 • 粘土矿物的化合水： ①晶体配位水：以OH-离子状态存在晶体结构中，400-600℃
大小； • 5）生料分散程度：分解炉中完成90%分解仅需 2秒，回
转窑内分解15分钟； • 6）矿化剂的影响。
（4）固相反应
反应历程： • 800℃： CA、CF、C2S 开始形成 • 800~900℃：C12A7 开始形成 • 900~1100℃：C3A、C4AF开始形成； • 1100~1200℃：大量形成C3A、C4AF，C2S达到最
3）钡、锶、钒、硼等元素的存在，有利于熟料煅烧和矿物 形成，不同程度的起到矿化、助熔、稳定β-C2S和活化矿 物的作用。
3.3 水泥熟料煅烧设备
回转窑系统流程 (1)窑中系统：回转窑筒体 (2)窑尾系统：喂料系统、烟室、预热器、分解炉、
增湿塔、排风机、收尘器、余热发电系统、烟囱. (3)窑头系统：窑罩、喷煤管、鼓风机、喂煤系统、
C3A·3CS·H32＋2C4AH13＝3（C3A·CS·H12）＋2CH＋20H C3A·CS·H12称单硫型硫铝酸钙，以AFｍ表示。 ｄ）AFｔ全部转变为AFｍ后，若还有C3A，则形成C4AH13和AFｍ的固溶体： C3A·CS·H12＋C3A＋CH＋12H＝2 C3A（CS，CH）H12
11水泥熟料形成过程及煅烧设备的分类
➢ 2 生料的脱水（预热带）
（1）高岭石脱水
CaCO3 CaOCO2165kJkg1(890C)
（2）蒙脱石脱水
MgCO MgOCO1420124kJkg(560~650C) Al2O3.4SiO2.m H2O→Al2O3.4SiO2+m H2O (晶体结构—活性低)
1
（3）伊利石脱水
32
晶体结构,伴随体积膨胀
➢ 机体散热多 ➢不完全燃烧热损失高 ➢系统漏风严重 ➢废气带走的热较多
*
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国内外不同窑型的热耗、热效率
项目
理论热耗
湿法长窑
干法长窑
热耗 热效 热耗 热效率 (kj/kg) 率(%) (kj/kg) (%)
1756 28.99 1756 44.07
半干法 热耗 (kj/kg)
1756
预热器窑 热效 热耗 热效 率 (%) (kj/kg) 率(%)
形成液相 硅酸三钙形成
吸热 105kJ/kg 熟料 微吸热 8.6kJ/kg-C3S
*
114
1.1.3 熟料矿物形成的热化学
2、熟料的形成热仅与矿物的组成有关。
熟料矿物的形成热（理论热耗)1675--1755 Kj/kg ；
实际热耗：目前 > 2900Kj/kg
思考：为什么实际热耗＞理论热耗？
造成热耗高的原因：
C3A、C4AF,f-CaO最大。
1100--1200℃，大量形成C3A和C4AF,C2S达到最大值。
特 点：多级反应；放热反应。
反应产物：C2S、C3A、C4AF
*
7
1.1.1 水泥熟料的形成过程
5、1250 ~1280℃，有液相形成
主要由C3A、C4AF、少量的mgo、Na2O、K2O组 成。
水泥生产工艺流程及主体设备组成
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第一节 水泥熟料的形成过程和煅烧设备的分类
PCO2环境
—环境介质中CO2分压，包括分解产生的CO2和 燃气中CO2之和，Pa。
4、影响碳酸钙分解因素的讨论：
上式很明确表达了影响碳酸钙分解的诸因素及其 相互联系。 根据粗略估算：反应温度每升高10℃，反应时间可 缩短50%； 环境中CO2分压每降低2%，反应时间可缩短10%。 颗粒的粗细，愈细，分解愈快。 其他因素略。
3、碳酸钙分解反应的动力学关系 碳酸钙分解反应的动力学表达式，根据A · lle Mü 大量试验结果，将温度、粒度尺寸及环境条件考虑在 内，有如下实用关系：
1 1 e0 A e
1 3
E RT
1 1 1 PCO2 eq PCO2环境 d p / 2
（3）伊利石脱水 产物也是晶体结构,伴随体积膨胀
二、碳酸盐分解反应机制
1、碳酸盐分解反应 碳酸盐的分解主要为碳酸钙和碳酸镁的分解，其 化学反应式为：
碳酸盐（主要是碳酸钙、少量碳酸镁）的分解反 应是典型的缩核型强吸热的气固相反应。
CaCO3
2、石灰石颗粒的分解机制
分解过程分五步进行：
CaO
（1）气流向颗粒表面的传热过程； （2）热量由表面以热传导方式向分解面传递过程； （3）碳酸盐在一定温度下吸收热量，进行分解并放出 CO2的化学过程； （4）分解出的CO2，穿过CaO层面向表面扩散的传质 过程； （5）表面的CO2向周围介质气流扩散过程
900～1200℃
1250～1280℃ 1280～1450℃ 1450～1300℃
生料的干燥与脱水
干燥 自由水的蒸发。这一过程由于煅烧方式的不同而有 所差异。干法窑生料含水量一般不超过1.0％；半干法立 波尔窑和立窑为便于生料成球，通常含水12-15%，半湿 法立波尔窑过滤水分后的料块通常为18-22%；湿法为保 证料浆的可泵性则通常为30-40%。 自由水蒸发热耗： 100℃时，2257kJ/kgH2O（539kCal/kg）
水泥熟料的形成过程
第一章回转窑及预分解技术第一节水泥熟料的形成水泥是重要的建筑材料之一，它的煅烧方法从立窑生产到现代干法生产经过了180年的历史。
而水泥熟料是水泥生产的半成品，其形成过程是水泥生产的一个重要的环节，它决定着水泥产品的产量、质量、消耗三大指标。
本节将主要阐述熟料的形成过程和水泥熟料形成热的计算方法。
一、水泥熟料煅烧方法及窑型的演变（一）水泥熟料的煅烧方法从水泥熟料的生产方法分为干法生产、湿法生产以及半干法生产。
干法生产是指干生料粉进入窑内进行煅烧；湿法生产是将原料加水粉磨，黏土用淘泥机制成泥浆，然后将含水量为32-40%的生料浆搅拌均匀后入窑煅烧；半干法生产是将生料粉加入12-14%的水分成球后，再入窑进行煅烧。
（二）水泥窑型的演变自发明水泥以来，水泥窑型发生了巨大的变化，经历了立窑、干法中空回转窑、湿法窑、立波尔窑、悬浮预热器窑至窑外分解窑的变化。
其规模从!) 世纪的日产几吨，发展到目前日产1万吨，增加了1000倍以上。
在这些变化中有几次重大技术突破，第一次是%# 世纪初湿法回转窑的出现并得到全面推广，提高了水泥的产量和质量，奠定了水泥工业作为现代化工业的基础；第二次是20世纪50-70年代悬浮预热和预分解技术的出现（即新型干法水泥生产技术），大大提高了水泥窑的热效率和单机生产能力，促进了水泥工业向大型化、现代化的进一步发展；第三次是20世纪80年代以后计算机信息化和网络化技术在水泥工业中得到了广泛应用，使得水泥工业真正进入了现代化阶段。
1824年，世界上第一台立窑在英国诞生，这是人类最早的用来煅烧水泥熟料窑型。
它是一个竖直放置的静止的圆筒，窑内自然通风，生料制成块状，与燃料块交替分层加入窑内，采用间歇的人工加料和出料操作。
立窑的产生揭开了水泥工业窑的历史。
1877年出现了回转窑，它是一个倾斜卧着的回转圆筒，生料粉由高端加入，低端有燃料燃烧，物料一方面运动一方面被煅烧。
这便是最早的干法回转窑生产（见图1-1）图1-1 回转窑的最初形式在干法回转窑的生产中，由于初期的回转窑窑体较短，出窑废气的温度较高，热耗较高，随后出现了干法长窑，即干法中空窑，以及带预热锅炉的回转窑。
水泥熟料的形成过程原料
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回转窑
生产能力高（10000吨/日） 操作较稳定，熟料质量好，劳动生产率高 投资大，钢材消耗多，建设周期较长
30
水泥技术的发展
立窑 湿法生产 60年代初期，预均化技术，流态化 1951，1971出现悬浮预热器和分解炉 沸腾床（不成熟）
31
水泥窑类型特征及主要工业指标
C2S+L(CaO) →C3S
熟料的理论热耗（1675～1755 kJ/kgsh ）
固相反应矿物形成总放热量估算
1 （C3 S 465 C2 S 610 C3 A 88 C4 AF 105）KJ / Kg熟料 100 熟料中各成分百分含量
Q矿物放热
生产1kg熟料所需理论热耗经验公式： － 21.40SiO2sh －2.47Fe2O3sh（kJ/kgsh）
窑型 分类 所带附属设备 长径 单位熟料热耗q 比L/D kJ/kg熟料 单机生产能力 （大型）t/日
回 转 窑
湿法长窑：带内 30-38 部热交换装置如 链条，格子式热 交换器 湿法回转窑 湿法窑：带外部 热交换装置，如 18-30 料浆蒸发机、压 滤机、料浆干燥 机
干法回转窑 半干法窑
5300-6800
（lg（2x ））
CaC03分解反应的动力学表达式
考察温度、粒径、环境1 (来自 eo ) A1 3
EK RT
[
1 PCO2 eq
1 ] PCO2 环境 d p / 2
工业上：eo≧95%或1min： △eo<0.2%视为分解完全
1
eo CaCO3分解率 % A 反应的频率因子 3.05106 Pa m / s E 反应活化能 171.850J / m ol K R 气体常数 8.314J / m ol K T 反应温度℃ d p 颗粒直径 m
水泥热工设备复习资料
填空题：1、悬浮预热器的每一个单元应具备：料粉的分散与悬浮，气固相换热和气固相的分离、物料收集。
2、悬浮预热器的共性有：稀相气固系统直接悬浮换热；预热过程要求多次串联进行。
3、在悬浮预热器中气固之间的换热大部分在上升的管道中进行。
4、生料的组分数越多，出现液相的温度越低，越有利于C3S的生成。
5、熟料煅烧设备按生料的制备方法分干法，湿法，半干法。
6、旋风筒的直径越小，风速越大，分离效率越高，流体阻力越大；内筒插入越深，流体阻力越大，分离效率越大。
8、在悬浮预热器中气固相之间的分离大部分在旋风筒中进行。
9、旋风筒进风口的涡壳角度越大、分离效率越高，流体阻力越大。
10、分解炉下游或出口的气温900左右℃；该温度能表明燃料燃烧与物料分解情况。
11、正常生产时，回转窑物料的运动速度与转速有关。
12、分解炉内燃烧温度远低于回转窑内燃料的燃烧温度，炉温分布均匀（850—950℃）不易形成高温、分解炉内煤粉的燃烧属于无焰燃烧。
13、料粉在分解炉中充分及均匀的分散是分解炉正常工作的前提。
14、旋风效应指旋风分解炉及预热器内气流作旋回运动，使物料滞后于气流的效应。
1、简述水泥生料在回转窑中物理化学变化。
答：物料进入回转窑后，在高温作用下，进行一系列的物理化学变化后烧成熟料，按照不同反应在回转窑内所占的空间，被称为“带”。
干燥带，预热带，碳酸盐分解带，放热反应带，烧成带2、旋风预热器有哪些基本功能？答：1、能将生料粉分散与悬浮在废气中。
2、实现气、固相之间的高效换热，加热生料粉。
3、有助于气，固相之间的分离：气流被带走，生料粉被收集。
4、保证锁风功能。
3、一般对单系列的旋风预热器，为什么一级设计成2个直径小的旋风筒，其他为一个旋风筒？答：缩小了旋风筒直径，风速得到提高，气团分离效率也增大，且设置2个较设置一个时，降低了流体的阻力，从而降低电耗。
其他级为一个旋风筒，是因为与一级旋风筒比较，其分离效率要求没那么高，选择合适直径的旋风筒不仅能减少设备一次投资，还能保证生产的顺利进行。
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1.1、系统概述
• 1.1.1 水泥熟料形成过程及煅烧设备分类 • 1.1.2 回转窑煅烧系统 • 1.1.3 新型干法水泥回转窑系统的几个重要
性能指标
1.1.1 水泥熟料形成过程及煅烧 设备分类
要求：
• 理解水泥熟料的形成过程，重点掌握影响 碳酸盐分解反应的因素。 • 理解熟料矿物形成的热化学。 重点：
③哪些因素影响水泥熟料的烧成？ 最低共熔温度 液相量和液相粘度 煅烧温度和烧成时间。
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（7）水泥熟料冷却阶段：(T<1300℃)（冷却带）
C3S的形成终止。 水泥熟料的矿物组成： C3S 、 C2S、 C3A、C4A
水泥熟料烧成每个阶段需要的温度 和热效应不同，如下表：
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吸热 932kJ/kg 高岭土 吸热 1420kJ/kg-MgCO3 放热 260 ～ 285kJ/kg 脱水 高岭土 吸热 1655kJ/kg-CaCO3 放热 420～500kJ/kg 熟料 吸热 105kJ/kg 熟料 微吸热 8.6kJ/kg-C3S
13
2、碳酸盐分解反应机理
按B .福斯滕观点分五步： （1）气流向颗粒表面的传热过程； （2）热量由表面以热传导方式向分 解面传递过程； （3）碳酸盐在一定温度下吸收热量， 进行分解并放出CO2的化学过程； （4）分解出的CO2，穿过CaO层面 向表面扩散的传质过程； （5）表面的CO2向周围介质气流扩 散过程
（4）、固相反应过程
• --800℃，开始形成CA,C2F,C2S
• 800 ℃--900℃，开始形成C12A7
• 900 ℃--1000℃时形成C2AS并接着分解，开始形成
C3A、C4AF,f-CaO最大。 • 1100--1200℃，大量形成C3A和C4AF,C2S达到最大值。 特 点：多级反应；放热反应。 反应产物：C2S、C3A、C4AF
温度和热效应
温度（℃）
100 450 600 900 900 900 ～ 1200 1250 ～ 1280
08:41:49 1300 ～1450～1300
反应
游离水蒸发 粘土结合水逸出 碳酸镁分解 粘土中无定形物 结晶 碳酸钙分解 固相反应 形成液相 硅酸三钙形成
相应温度下1吨物料的热变 化 吸热 2250kJ/kg 水
干法窑生料含水量一般不超过1.0％；
08:41:49
5
（2）生料的脱水（预热带）
（1）高岭石脱水
Al2O3 2SiO2 2H2O Al2O3 2SiO2 2H2O
（2）蒙脱石脱水 Al2O3.4SiO2.m H2O→Al2O3.4SiO2+m H2O (晶体结构—活性低) （3）伊利石脱水 晶体结构,伴随体积膨胀
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思考题：
1、熟料在回转窑内经历了哪些物理化学变化？ 2、以湿法窑为例说明窑内各反应带的划分？ 3、窑外分解窑的工艺流程？有何优点？ 4、回转窑内为何要加强通风？ 5、影响碳酸盐反应的因素有哪些？ 6、窑外分解水泥回转窑与普通回转窑相比有哪些不 同？ 7、什么原因会造成水泥熟料的实际热耗比理论热耗 高？ 8、什么是熟料的形成热？一般为多少？与什么有关？
6
（3）碳酸盐分解阶段（600℃-900 ℃）
CaCO3 CaO CO2 1655kJ .kg 1 (890C ) MgCO3 MgO CO2 1420 ~ 1214kJ .kg 1 (560 ~ 650C )
问题一：碳酸盐分解反应有何特点？
熟料矿物的形成热（理论热耗)1675--1755 Kj/kg
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4、水泥熟料煅烧设备的分类（了解）
1、按生料的制备方法分：
干法－制备料粉; 湿法－制备成料浆（含水30-40%）; 半干法－制备成料球（含水12-14%）.
• 2、按窑型分：
回转窑（干法窑、半干法窑、湿法窑） 立窑（煅烧料球）
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热量
CaCO3
CaO
CO2
3、熟料矿物形成的热化学
（1）、什么是熟料矿物的形成热？
指生料在加热过程中发生了一系列物理 化学变化，将全过程的总吸热量减去总 放热量，由0℃的干生料在没有任何热 量损失和物料损失的情况下，烧成1Kg 熟料所需的净热量。 （2）、熟料的形成热仅与矿物的组成有关。
（3）碳酸盐分解阶段（600℃-900 ℃）
（4）固相反应过程 （5）1250 ~1280℃，有液相形成 （6）水泥熟料烧成阶段（烧成带） （7）水泥熟料冷却阶段：(T<1300℃)
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（1） 生料的干燥（干燥带）
干燥阶段（水分的蒸发~100~150℃）
自由水的蒸发。耗热：100℃时，2250kJ/kgH2O 这一过程由于煅烧方式的不同而有所差异。
缩核型强吸热气固反应； 烧失量大.
问题二：影响碳酸盐分解速度的因素？
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影响碳酸盐分解速度的因素？
石灰质原料的活性和物理性质；结构致密,结晶粗大的 石灰石,分解速率慢; 生料中粘土质组分的性质：粘土质中的矿物组分的活 性依次按高岭土、蒙脱石、伊利石、石英降低.粘土质 原料活性越大，可加速碳酸盐的分解过程. 生料细度和颗粒级配：生料细度细,颗粒均匀,粗粒少, 分解速率快; 生料悬浮分散程度：生料悬浮分散良好, 增大了传热面 积,提高了碳酸盐分解速率; 窑系统的CO2分压：通风良好, CO2分压较低,有利于碳 酸盐分解。 温度08:41:49 随温度升高，分解时间缩短；分解率提高。 8
掌握水泥熟料煅烧过程； 掌握碳酸盐分解机理及影响因素。
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1、水泥熟料的形成过程
回顾水泥熟料生产的工艺流程？ 石灰质原料、 粘士质原料 少量的铁质原料
按一定要求的 比例配合
1450℃
生料
经均化、 粉磨、调 配而成。
熟料
发生了什么变化？
08:41:49
1、水泥熟料的形成过程
（1） 生料的干燥（干燥带） （2 ）生料的脱水（预热带）
08:41:49 9
（5）1250 ~1280℃，有液相形成
主要由C3A、C4AF、少量的mgo、Na2O、 K2O组成。 900~1300℃主要承担固相反应任务，为放热 反应，称为固相反应带。
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（6）水泥熟料烧成阶段（烧成带）
①条件：温度：1300℃~1450℃~1300℃ 液相量： 20% ~ 30% ②反应式：C2S(液)+CaO（液） C3S（固）