6.5悬浮预热器与分解窑-陈德玉 (2)

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上节回顾
微量氧化物对熟料煅烧和质量的影响(碱、
氧化镁及其他微量元素)
水泥熟料在回转窑内的煅烧(回转窑的煅 烧方法、回转窑内“带”的划分、回转窑内 物料的运动、回转窑的热工特点)
6.5 悬浮预热器窑和预分解窑
悬浮预热器窑
预分解窑
6.5.1 悬浮预热器窑
工作原理:低温粉体物料均匀分散在高温气流
之中,在悬浮状态下进行热交换,使物料得 到迅速加热升温。起换热和气固两相分离的 双重作用。
?生产工艺与装备要求?能源和资源利用指标含废物回收利用指标?污染物产生指标?产品品质指标?环境管理要求水泥行业清洁生产指标要求水泥行业清洁生产指标要求水泥行业清洁生产指标要求水泥行业清洁生产指标要求653耐火材料耐火材料性能高温体积稳定性热震稳定性抗侵蚀性热传导性热膨胀系数耐磨性电传导性形状及尺寸的准确性
水泥行业清洁生产指标要求
6.5.3 耐火材料
耐火材料性能 耐火度、常温耐压强度、高温结构强度、 高温体积稳定性、热震稳定性、抗侵蚀性、热传导 性、热膨胀系数、耐磨性、电传导性、形状及尺寸 的准确性。 预分解窑耐火材料的使用环境
窑径增大使窑内衬料单位热负荷增加;窑速增快,使窑 内衬料热震应力增大;高质量熟料硅酸盐矿物增多,煅烧温 度增高,窑内衬料易受过热损坏和熔融;工业废料的应用, 不仅使燃料化学成分易于波动,并且它们的碱、硫等有害成 分及低熔点的重金属,都会增大耐火材料的化学侵蚀及应力; 原来使用较多的镁铬砖,由于在窑内碱性气氛下,稳定的3 价铬转化为氧化能力极强的6价格,污染水源,导致人体的 伤害。
5.7.2 立窑的煅烧方法 (1) 白生料法
(2) 黑生料法
(3) 差热煅烧法
6.7.3 立窑的成球工艺 (1)生料球的质量要求 具有一定的机械强度 在lm高处自由落下不碎或9-l0mm直径料球承受压力 为400-500g/个为宜。 具有一定的气孔率 热稳定性与气孔率有关,要求气孔率30%-35%为宜。 料球粒度大小要适当 粒度均匀,料球直径控制在8-12mm为宜,同时要求级 配合理。 适当的水分 12%-14%为宜。 热稳定性好 指料球在受热过程中抵抗炸裂的能力。
6.5.2 预分解窑
简介:预分解窑或称窑外分解窑。是70年代以 来发展起来的一种能显著提高水泥回转窑产量 的煅烧新技术。它是在悬浮预热器和回转窑之 间增设一个分解炉,把大量吸热的碳酸钙分解 反应从窑内传热速率较低的区域移到单独燃烧 的分解炉中进行。
预分解炉基本原理
在分解炉内同时喂入经预热后的生料、一定量 的燃料以及适量的热气体,生料在炉内呈悬浮 或沸腾状态。在900℃以下的温度,燃料进行无 焰燃烧,同时高速完成传热碳酸钙分解过程。
种类:种类、形式繁多 旋风预热器 立筒预热器 以不同形式组合的混合型
(1)旋风预热器
旋风预热器基本构成单元:
由一个旋风筒和换热管道组成。
实 物
旋风预 热器一 个换热 单元的 功能分 析图
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据研究:
将平均粒径 80 40μm左右水泥生 60 料喂入740-760℃、 0.16mm 流速为9-12m/s的气 40 流中,在料气比为 20 3,在 0.5-0.8kg/Nm 完全分散的条件下, 0.05 0.1 0.15 0 只要0.07-0.09秒, 加热时间(s) 即可将气流和生料 不同石灰石颗粒悬浮在气流中的加热时间 的温度温差减少到 30-90 ℃。 热流比可达0.908-0.968(热流比是指管道内有效 传热量与最佳传热量的比值,当热流比为1时,气固相温度达 完全平衡)
预热器窑和分解炉窑的预热器级数的选取 提高预热器级数 的提前条件: 低阻预热器的应用 保温措施 密封等
0 1 2
100
比值
总经济效益比
50
综合能耗比 热耗比 3 4 5 6 7 8
不同级数预热器技术经济指标对比
预热器窑和分解炉窑的煅烧进程及制度 进程
国内预分解窑生产特点:
• 生产线向大型化发展。在建设投产项目中大多是25005000t/d熟料生产线,最大的有10000t/d熟料生产线。 具有建设周期短(一般仅需12-15个月左右)、建设投 资省(投资约250元/t)和达标达产快等特点。

离线型
分解炉自成体系,称 为离线型炉。采用这 种方式时,窑尾设有 两列预热器,一列通 过窑气,一列通过炉 气,窑系列物料流至 最下级旋风筒后再进 入分解炉,同炉系列 物料一起在炉内加热 分解后,经炉系列最 下级旋风筒分离后进 人窑内。同时,离线 型窑一般设有两台主 排风机,一台专门抽 吸窑气,一台抽吸炉 气,生产中两列工况 可以单独调节。
(3)冷却带
冷却带处于烧成带以下至窑底,约占总高度的 80%,所以立窑熟料可冷至较低温度。不同的厂家 出窑熟料温度相差很大,低的仅100℃左右,高的 近300℃。 有的单位认为:冷却带的比例占得太大,因此 将冷却带的高度有所降低,预热带、烧成带也从原 先的5%-10%、10%-15%的比例分别增加至10%15%、15%-20%。
• 生产能耗低。熟料能耗可降低至2967.8kJ/kg,水泥电 耗可低于96kw.h/t。 • 劳动生产率高。有的企业可达6000t/(人.年)。
• 熟料强度高,其28d抗压强度可稳定在60MPa以上。
• 预分解窑生产线利用低品位原料、低挥发分燃料 及各种工业废弃物生产水泥已经完全实现,正在 进行利用各种垃圾生产水泥的开发研究。 • 环保保护达到高水平,使水泥生产成为清洁生产 。水泥生产排放废气含尘浓度(标况下)可低于 50mg/m3,NOx的排放量(标况下)可低于500600mg/m3 (国标况低于800mg/m3 )。其它生产方 法无法达到。
(2)立筒预热器窑
预热器的主体是一个立筒,型式多种,以常见 的克虏伯为例。
优点:结构简单,运行可靠,不易堵塞;气体 阻力小,仅为200Pa左右,筒体可用钢筋混凝土 代替钢材。 缺点:热效率低于旋风式预热器,单机生产能
力小。
立筒预热器
(3)悬浮预热器的发展
初期:旋风预热器系统一般为四级装置,在悬浮预热器 窑和预分解窑中得到了广泛应用。 70年代以来:五级或六级旋风预热器系统的研究开发, 获得了成功。 80年代后期以来:预热器系统一般均采用5级,少数厂 采用4级或6级。 预热器型式都为低阻高效旋风筒式,大型窑的预热器一 般为双列系统。
熟料冷却机
熟料冷却机是一种将高温熟料向低温气体传热的热交 换装置。 从“工艺”和“热工”两个方面对冷却机有如下 要求: ①尽可能多地回收熟料的热量,以提高入窑 二次空气的温度。降低熟料的热耗。 ②缩短熟料的冷却时间,以提高熟料质量,改善易 磨性。 ③冷却单位质量熟料的空气消耗量要少,以便提高 二次空气温度,减少粉尘飞扬、降低电耗。 ④结构简单、操作方便、维修容易、运转率高。
水泥工业常用的耐火材料有黏土质、高铝质、镁质、 镁铝质、镁铬质以及耐碱、隔热耐火材料等种类。 20世纪90年代以来,耐火材料工业通过技术创 新,已推出许多使用及环保性能兼备的新型产品,如 镁铝尖晶石砖、镁铁尖晶石砖、高温硅酸钙板、抗结 皮SiC浇注料等,以满足生态环境材料型水泥工业新 的需求。
6.6
颗粒表面温度/气体温度(%)
100
生料
Ⅰ 预热器 Ⅱ
Ⅲ Ⅳ 回转窑 窑 气
上长管道中的分散装置
生料 Ⅰ 预热器
悬浮预热器+分解炉+窑

Ⅲ Ⅳ
回转窑 窑

预分解窑内物料与气流运动
旋风式预热器的主要缺点
①流体阻力较大,一般在4-6kPa。
②单位产品电耗较高 ,达17-22kW· h/t熟料,湿 法长窑为12-20kW· h/t熟料。 ③原料的适应性较差 ,不适合煅烧碱、氯含量 较高的原料和使用含硫量较高的燃料,否则会在 预热器锥部及管道中造成结皮堵塞。

半离线型
分解炉设于窑的一侧,称半离线型炉。这种布置方式中, 分解炉内燃料在纯三次风中燃烧,炉气出炉后可以在窑尾 上升烟道下部与窑气会合(如RSP、MFC等),亦可在上升烟 道上部与窑气会合(如N-MFC、SLC—S等),然后进入最下 级旋风筒。这种方式工艺布置比较复杂,厂房较大,生产 管理及操作亦较为复杂。其优点在于燃料燃烧环境较好, 在采用“两步到位”模式时,有利于利用窑气热量和防止 粘结堵塞。
熟料烧成系统的发展
当今熟料烧成系统的国际先进水平及其发展趋势 可以概括如下:经济适宜的单线生产能力为55007500t/d,广泛采用五级或六级预热器的预分解窑和 控流式篦冷机、L/D=10-13的两支承回转窑将逐渐 推广,自动控制技术在烧成系统的应用日趋成熟可 靠,使之熟料热耗降为2721-2930KJ/Kg,熟料烧成 系统的电耗在18.5kW.h/t以下,随着装备可靠性和 管理水平的不断提高,全系统的年运转率将高达 85%-90%。
目前国内外水泥工业所使用回转窑系统的 熟料冷却机大至可分如下几种:
具体介绍见书P62-64
一、单筒冷却机
二、多筒冷却机
三、篦式冷却机
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作业
1 简述水泥生料在回转窑中物理化学变化。 2 熟料为什么要急冷?
3 什么是最低共熔温度?它与哪些因素有关?
4 1450℃煅烧熟料时,液相量是如何计算的? (写出计算公式即可) 5 回转窑内煅烧特点有哪些?湿法窑中物料运 动速率最快的是哪个部位?
预分解炉分类
按作用原理可分:旋流式、喷腾式、紊流式、 涡流燃烧式和沸腾式等多种。
分解炉结构
SF、N-SF型分解炉(旋风式) 预分解炉是燃料燃烧、热量交 换和分解反应同时进行的新型 热工设备。
SF
N-SF
RSP(涡流燃烧式)
FLS 型(喷滕式)
MFC型(沸腾式)
该炉分四个区: (1)流化层区 (2)供气区 (3)稀薄流化区 (4)悬浮区
DD炉 (喷滕式)
TJ院开发的系统分解炉 在引进DD炉基础上,针对 燃煤状况,研制开发。
南京院开发的NC-SST型炉(或NST炉)
在ILC炉等基 础上开发创新
成都院开发的CDC型炉 在分析研究 N-SF炉研发
分解炉与窑的连接方式
同线型
分解炉直接坐落在窑尾烟 室之上,称为同线型分解 炉。这种炉型实际是上升 烟道的改良和扩展。它具 有布置简单的优点,窑气 经窑尾烟室直接进入分解 炉,由于炉内气流量大, O2含量低,要求分解炉具 有较大的炉容或较大的 Kτ值(固气滞留时间 比)。这种炉型布置简单、 整齐、紧凑,出炉气体直 接进入最下级旋风筒,因 此它们可布置在同一平台, 有利于降低建筑物高度。 同时,采用“鹅颈”管结 构增大炉区容积,亦有利 于布置,不增加建筑物高 度。
6 悬浮预热器可分为哪几类?悬浮预热器或预 分解窑对旋风预热器匹配上有哪些要求?
6.7 立窑煅烧工艺
5.7.1 立窑内物料的烧成过程 沿窑的高度方向,大致可为如下三个阶段:预热 带、烧成带、冷却带。 (1)预热带(又称“预烧带”,包括预湿、预热、干 燥和分解反应) 料层的最上部分处于喇叭口内,料层约为0.51.0m厚,其料层温度从室温到1000℃,为干燥预热 分解阶段。预热带高度与煅烧操作方法和扩大口高 度等有关。如浅暗火操作方法比暗火操作预热带短, 一般预热带高度约占全窑高度的5%-10%。
物体在烧成带的停留时间 料球在烧成带停留时间一 般为25min左右。为使物料在烧成带有一定的停留时 间,保证其烧成反应能充分进行,必须使烧成带有一 定的高度,还要将煤的粒度、鼓风压力和通风情况加 以综合考虑。但是立窑中料球如果在烧成带停留时间 过长,易产生过烧,引起结大块、甚至架窑,反而影 响产质量,增加不必要的能耗。 过短,将漏生。
高度自动化
• 控制手段增强 • 参数监测更准确 • 更加智能化
清洁生产化
指标有五个方面: • 生产工艺与装备要求 • 能源和资源利用指标(含废物回收利用指 标) • 污染物产生指标 • 产品品质指标 • 环境管理要求
水泥行业清洁生产指标要求
水泥行业清洁生产指标要求
水泥行业清洁生产指标要求
(2)烧成带(又称烧结带、高温带,俗称底பைடு நூலகம்)
位置 烧成带的位置位于喇叭口附近,料层约为0.5-0.8m厚, 温度1300℃-450℃-1300℃。立窑烧成带位置和厚度 会因料、煤、风与操作的变化而变动。一般为仅占窑 高10%-15%,中心部位厚度为1.0m左右为宜。略呈 锅底状。 生料球在烧成带收缩情况 机立窑的料球收缩率为24%-32 %。料球收缩率的大小与成球水分、原料性质、料球孔隙 率、窑的尺寸形状以煅烧时料球液相量等因素有关。为适 应烧成带料球体积收缩的这一实际情况,故立窑基本上都 采取上口扩大(俗称喇叭口)形式。
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