水泥熟料烧成系统发展史
1-1 水泥熟料的形成
5、硅酸三钙（C3S）的形成和烧成反应： 硅酸三钙要在液相中才能大量形成。当温度升高到近 1300℃时，C3A、C4AF、R2O等熔剂矿物变成液相，C2S与 CaO溶解在高温液相中，互相反应生成C3S；C3S的生成速 度与烧成温度和反应时间有关。其生成温度范围一般为 1300～1450～1300℃。 熟料烧成后，温度开始下降，C3S形成速度减慢直至液 相凝固。 6、熟料的冷却过程： 在冷却过程中，将有部分熔剂矿物形成晶体析出，另一 部分来不及析晶而呈玻璃态存在。 C3S在1250℃时容易分解，所以要求在1300℃以下熟料 要快冷，使C3S来不及分解，越过1250℃以后，C3S就比较 稳定了。 C2S在<500℃时，由β－C2S转变为γ－C2S，密度减少 而使体积增大10%左右，从而使熟料块变成粉末状。粉化后 的γ－C2S与水反应时，几乎没有水硬性，因此在<500℃温 度段时应急冷，使其来不及转化。
三、水泥熟料的形成热： 熟料形成热（理论热耗）是指在一定生产 条件下，用某一基温度（0℃或20℃ ）的干燥 物料，在没有物料损失和热量损失的条件下， 制成1kg同温度的熟料所需要的热量。 生产1kg熟料所需理论热耗，可根据热平 衡计算求得，熟料形过程中的各种热反应及其 效应见表1-1所示。 熟料形成热也可由下列经验公式计算： Qsh=G干(4.5Al2O3+29.6CaO+17MgO)-284
1928年，德国立列波博士与波列休斯公司 创造了带回转炉篦子的回转窑，即立波尔窑。 1934年，丹麦的约根生工程师研究成功悬 浮预热技术； 1951年德国的缪勒与洪堡公司生产了第一 台带悬浮预热器的回转窑。 1971年日本石川岛公司在悬浮预热窑基础 上，发明了预分解窑，即在悬浮预热器后增 加了分解炉，使物料的预热、分解都在回转 窑外完成后，再入窑进行煅烧。
烧成系统工艺流程简述
固体流量计的流量信号控制仓底流量控制阀的开 度，以保证生料以设定的流量稳定地喂入窑尾系 统。计量仓底另设有一备用出口，当主出口有故 障时，生料经由备用出口喂入窑尾。此时生料流 量通过计量仓的称重传感器的失重速率来反映。 在这种计量方式下，入计量仓（出均化库）的阀 门要关闭。因此通过计量仓称重传感器的失重速 率的计量方式只能是间隙式的，当仓内料位低而 要向仓内卸料时，不能计量，所以此时应尽量开 大库底卸料阀的开度，以尽量缩短这段计量盲区。
四、熟料冷却与输送
烧结后的高温熟料出窑后落入冷却机的篦床上。冷却机型号 为NC39325 推动篦式冷却机。篦床分为固定篦床和活动篦床， 活动篦床采用液压传动，篦床速度可根据篦下压力调节，以 保持一定的料层，篦下风室，各配有单独的风机，各室间隔 密封，风量、风压均可单独调节，确保冷风能克服相应区段 的篦板及料层阻力，均匀穿透料层，使篦床上熟料得到充分 的冷却。出窑熟料温度为1400℃, 出冷却机熟料温度可降至 100℃以下。熟料通过篦板的往复推动，落入风室的小颗粒， 经弧形锁风阀送到链斗输送机；其余则进入破碎机，经破碎 后落到链斗输送机上，由链斗输送机送入熟料库。通过物料 层后的气体可作为二次风直接入窑、作为三次风抽往窑尾分 解炉内，煤粉制备系统需要的热风从冷却机中部抽取，多余 的废气（约180～250℃）将通过窑头电收尘器净化后，由 离心风机排入大气。熟料电收尘器收集的粉尘由分格轮送至 链斗输送机。
水泥熟料烧成的变化过程
水泥熟料烧成的变化过程一、干燥与脱水1.干燥入窑物料当温度升高到100～150℃时，生料中的自由水全部被排除，特别是湿法生产，料浆中含水量为32～40%，此过程较为重要。
而干法生产中生料的含水率一般不超过1.0%。
2.脱水当入窑物料的温度升高到450℃，粘土中的主要组成高岭土（Al2O3·2SiO2·2H2O ）发生脱水反应，脱去其中的化学结合水。
此过程是吸热过程。
Al2O3·2SiO2·2H2O== Al2O3 (无定形) + 2SiO2 (无定形) + 2H2O脱水后变成无定形的三氧化三铝和二氧化硅，这些无定形物具有较高的活性。
二、碳酸盐分解当物料温度升高到600℃时，石灰石中的碳酸钙和原料中夹杂的碳酸镁进行分解，在CO2分压为一个大气压下，碳酸镁和碳酸钙的剧烈分解温度分别是750℃和900℃。
MgCO3=MgO+CO2CaCO3=CaO+CO2碳酸钙分解反应的特点碳酸钙的分解过程是一个强吸热过程（1645 kJ/kg ），是熟料形成过程中消耗热量最多的一个工艺过程；该过程的烧失量大，在分解过程中放出大量的CO2气体，使CaO疏松多孔，强化固相反应。
三、固相反应1.反应过程从原料分解开始，物料中便出现了性质活泼的游离氧化钙，它与生料中的SiO2、Al2O3、Fe2O3进行固相反应，形成熟料矿物。
2.影响固相反应的主要因素⑴生料细度及其均匀程度；⑵温度对固相反应的影响；四、熟料烧结水泥熟料主要矿物硅酸三钙的形成需在液相中进行，液相量一般在22～26％。
2 CaO·SiO2 + CaO=3 CaO·SiO2该反应称为烧结反应，它是在1300～1450～1300℃范围进行，故称该温度范围为烧成温度范围；在1450℃时反应迅速，故称该温度为烧成温度。
为使反应完全，还需有一定的时间，一般为15～25分钟。
五、熟料冷却熟料冷却时需急速冷却，其目的和作用是：1、为了防止C3S在1250℃分解出现二次游离氧化钙（对水泥安定性没大影响），降低熟料的强度；2、为了防止C2S在500℃时发生晶型转变，产生“粉化”现象；3、防止C3S晶体长大而强度降低且难以粉磨；4、减少MgO晶体析出，使其凝结于玻璃体中，避免造成水泥安定性不良；5、减少C3A晶体析出，不使水泥出现快凝现象，并提高水泥的抗硫酸盐性能；。
水泥熟料形成过程.
硅酸盐水泥熟料的矿物组成
在硅酸盐水泥熟料中，氧化钙、氧化硅、氧化铝和氧化铁并不是以 单独的氧化物存在，而是经高温燃烧后，以两种或两种以上的氧化 物反应生成的多种矿物集合体，其结晶细小，通常，在硅酸盐水泥 熟料中主要形成四种矿物； 硅酸三钙 3CaO· SiO2，可简写为C3S，38-55%； 硅酸二钙 2CaO· SiO2，可简写为C2S，20-33% 铝酸三钙 3CaO· Al2O3：可简写为C3A:4-15% 铁相固溶体 通常以铁铝酸四钙4CaO· Al2O3· Fe2O3代替，可简写为 C4AF:10-18%。 另外，还有少量的游离氧化钙(f-CaO)、方镁石(结晶氧化镁f-MgO)、 合碱矿物以及玻璃体等。
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 ·Mü lle 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 dp /2
式中： e0 —碳酸钙分解率，%； A—反应的频率因子，3.05×106Pa· m/s； E—反应活化能，171.850J/mol· K；
R—气体常数，8.314 J/mol· K； T—反应温度，℃；
d p —颗粒直径，m；
PCO2eq —碳酸钙分解时，CO 平衡压力，其值是温度函 2
数，Pa；
三、熟料矿物形成
在碳酸盐分解的同时，石灰质与粘土质组分间 进行固相反应，其过程如下： ~800℃：CaO•Al2O3，CaO•Fe2O3与2CaO•SiO2 开始形成； 800 ~ 900 ℃：开始形成12CaO•7Al2O3(C12A7); 900 ~ 1000 ℃: 2CaO• Al2O3•SiO2(C2AS)形成后 又分解。开始形成3CaO•Al2O3(C3A)和4CaO• Al2O3•Fe2O3(C4AF)。所有碳酸盐均分解,游离氧化钙 达到最高值。 1100 ~ 1200℃:大量形成C3A和C4AF，C2S含量 达最大值。
烧成系统简介讲解
窑 尾 密 封 装 置
2.2传动装置
主传动系统由主电动机、主减速器、小齿轮等组成， 主减速器与小齿轮之间采用膜片联轴器联接。主电动 机尾部带有测速发电机为显示窑速的仪表提供电源。
为保证主电源中断时仍能盘窑操作，防止窑筒体弯曲， 并便于检修，设有辅助传动装置：由电动机、减速器 等组成。辅助电动机上配有制动器，防止窑在电动机 停转后由于在物料，窑皮的偏重作用下反转。
二、烧成工艺流程简介及设备介绍
一、生料入窑
1 、生料入窑工艺流程 生料从生料入库提升机送入库顶输送斜槽或生料分配器后，
经过联结分配罐上的多条输送斜槽输送，喂入库中。库底 板上布满充气箱，依要求将库底分成若干个充气区。库中 心有一锥形中心室，中心室外为外环区，生料从外环区进 入中心室，再由中心室卸入库底卸料装置，由空气输送斜 槽、胶带斗式提升机、预热器顶部斜槽输送，经逆止阀、 气动闸板阀喂入窑尾预热器
大齿圈装置
大齿圈装置
2.5支承装置 2.5.1支承装置的作用 支承装置是回转窑的重要组成部分，它承受着窑筒体
的全部重量，并对窑筒体起定位作用，使其能安全平 稳地进行运转。 2.5.2轮带的作用(采用的为矩形轮带) 1)传递筒体重量至托轮 2)支承筒体在托轮上滚动 3)增加筒体截面刚度 轮带与垫板采用活套式,为适应筒体的热膨胀,轮带内 径与垫板外径留有间隙,一般情况下窑头处此间隙比 窑尾大一些,窑头为9mm,窑尾为6mm.当垫板磨损间隙 变大时,要及时更换,否则会因热膨胀过大导致筒体开 裂及耐火砖脱落.
固相反应（固体状态下进行的放热反应） 粘土及石灰石分解的氧化物进行反应，形成铝酸三钙 （ C3A),铁铝酸四钙（ C4AF)及硅酸二钙（ C2S).
熟料烧成(1300℃的液相情况下进行） C2S＋ CaO ＝ C3S
水泥工艺学第五章水泥熟料的煅烧
带悬浮预热器和加热机的窑，分解反应有一部分在预 热器和加热机内进行，而带窑外分解炉的窑绝大部分的分 解反应是在分解炉内进行。
回转窑内物料温度和气体温度以及各带划分的大致情况图
第一节 生料在煅烧过程中的物理与 化学变化
一、干燥与脱水 1、干燥
自由水的蒸发； 各类窑生料的水分：立窑12-15%；湿法窑30-40%；立波 尔窑18-22%；预热器、预分解窑＜1%
2、脱水
主要指粘土类矿物释放结合水，包括100℃释放吸附水、 400℃ -600℃释放结构水。脱水时，可以提高矿物的活性。
五、熟料的冷却
冷却目的： （1）回收热量，提高窑炉热效率。 （2）提高熟料易磨性和熟料质量。 （3）降低熟料温度，有利于熟料后续工序的进行。
熟料冷却速度对熟料质量以及性能的影响：
（1）防止或减少C3S的分解。 （2）避免β - C2S 转变成γ - C2S。 （3）改善水泥安定性。 （4）使熟料C3A晶体减少，提高水泥抗硫酸盐性能。 （5）改善熟料易磨性。 （6）可克服水泥瞬凝或快凝。
三、固相反应
1、反应过程 800℃ 生成CA、CF,开始形成C2S 800℃ -900℃ C12A7开始形成
900℃ -1100℃ C2AS形成后又分解， C3A C4AF开始形成。 所有CaCO3分解，f-CaO达到最大值。 1100℃ -1200℃ C3A C4AF大量形成，C2S达到最大值 1250℃ -1280℃ 出现液相。 2、特点 有固相参加、反应在表面进行、受扩散的影响，反应 速度慢。
第6章 水泥熟料的烧成1-2解读
⑵ 原料脱水
➢脱水指黏土矿物分解释放化学结合水。 ➢粘土矿物中化合水的存在形式：层间水、配位水。 ➢层间水：以水分子形式吸附于晶层结构中。 ➢配位水：以OH－状态存在于晶体结构中。 ➢层间水在100℃左右即可排除，而配位水则必须高达400～ 600℃以上才能脱去。
⑵ 原料脱水
➢ 当入窑物料的温度升高到450℃，粘土中的主要组成高岭 土（ Al2O3·2SiO2·2H2O ）发生脱水反应，脱去其中的化 学结合水。此过程是吸热过程。
干法水泥生产工艺
李豪 18926599241,15038582191
lihao_2013@
第六章 水泥熟料的烧成
章节主要内容
1 水泥熟料的形成过程 2 水泥熟料的形成热
重点：水泥熟料的煅烧形成过程；水泥熟料形 成热及热耗。 难点：水泥熟料形成热及热耗。
1 水泥熟料的形成过程
水泥熟料的形成过程，是对合格的水泥生料进行煅烧， 使其连续被加热，经过一系列物理化学反应，变成熟料，再 进行冷却的过程。主要物理化学反应经历了六个过程：这些 反应过程的反应温度、反应速度及反应产物不仅受原料的化 学成分和矿物组成的影响，还受反应时的物理因素诸如生料 粒径、均化程度、气固相接触程度等的影响。
生料干燥
原料脱水
碳酸盐分解
熟料冷却
烧结反应
固相反应
⑴ 生料干燥
➢ 生料都含有一定量的自由水分，随着物料温度升高，物料 中水分被蒸发，当温度升高到100~150℃时，生料中的自由 水分全部被排除，这一过程称为生料干燥过程。
➢ 新型干法水泥生料水分小于1%，此过程在预热器内瞬间 即可完成。
➢ 自由水分蒸发热耗大。每千克水蒸发潜热高达2257 kJ(在 100℃下)。
9.水泥熟料煅烧
4．生料悬浮分散程度：生料悬浮分散差，相对地增大了颗粒
尺寸，减少了传热面积，降低了碳酸钙的分解速度。 5．石灰石的种类和物理性质：结构致密、结晶粗大， 分解速度慢。 6．生料中粘土质组分的性质：高岭土类活性大、蒙脱石、伊利
煅烧、和水泥粉磨三个过程。所以，硅酸盐水泥生产过程 经常被简称为“两磨一烧”，即：
①生料制备→②熟料煅烧→③水泥粉磨
工艺流程 （一）生料制备过程
石灰石 ↓ 破碎 ↓ 烘干 ↓ 粘土 ↓ 破碎 ↓ 烘干 ↓ 铁粉 ↓ 烘干 ↓ ↓ ↓ ↓ 配合 ↓ 粉磨 ↓ 均化 ↓ 入生料库 其他辅助原料 ↓ 破碎 ↓ 烘干 ↓
（二）水泥工业的整个发展过程可用下列框图表示 土立窑 ↓ 机立窑、回转窑 ↓ 立波尔窑 ↓ 悬浮预热器窑 ↓ 预分解窑（预热器＋窑外分解炉） ↓ 预分解窑＋计算机自动控制
生料制备方法方法类型
1. 分类 干法 （水分1%） 湿法（制成料浆，水分32~40%） 半干法（制成料球，水分12~14%）
2.不同生产方法的区别依据：生料制备方法+入窑生料状态 干法： 生料制备为干法，生料粉状入窑（干法窑） 湿法： 生料制备为湿法，生料浆状入窑（湿法窑） 半干法：生料制备为干法，入窑前生料中添加少量水 份，料球状入窑（立窑、立波尔窑）
上节回顾
1. 注浆成型 空心注浆和实心注浆两种 压力注浆、真空注浆、离心注浆 常用电解质——使同样含水量的泥浆变稀
水玻璃、碳酸钠、焦磷酸钠、腐植酸钠、单宁酸钠、六偏
磷酸钠等都符合以上条件。 2. 可塑成型 利用模具或刀具等运动所产生的外力（如压力、剪切、 挤压等）使可塑泥料产生塑性变形而制成某种形状的制品， 称为可塑成型。
水泥的发明
水泥的发明在19世纪初期(1810—1825年),人们用人工配合的石灰石和黏土为原料,再经煅烧,磨细以制造水硬性胶凝材料的方法,已经开始组织生产.1824年,英国人阿斯普丁(J.Aspdin)将石灰石和黏土配合烧制成块,再经磨细成水硬性胶凝材料,加水拌和后能硬化制成人工石块,且具有较高强度,因为这种胶凝材料的外观颜色与当时建筑工程上常用的英国波特兰岛上出产的岩石的颜色相似,故称之为波特兰水泥(Portland Cement,中国称为硅酸盐水泥).英国人阿斯普丁(J.Aspdin)于1824年10月首先取得了该项产品的专利权.例如,1825—1843年修建的泰晤士河隧道工程就大量使用波特兰水泥.随着现代工业的发展,到20世纪初,仅仅有硅酸盐水泥,石灰,石膏等几种胶凝材料已远远不能满足重要工程建设的需要.生产和发展多品种多用途的水泥是市场的客观需求,如铝酸盐水泥,快硬水泥,抗硫酸盐水泥,低热水泥以及油井水泥等.后来,又陆续出现了硫铝酸盐水泥,氟铝酸盐水泥,铁铝酸盐水泥等特种水泥品种,从而使水硬性胶凝材料发展成更多类别.多品种多用途水泥的大规模生产,形成了现代水泥工业。
世界水泥工业的发展概况1825年用间歇式的土窑烧成水泥熟料.1877年用回转窑烧制水泥熟料获得专利权,1905年发明了湿法回转窑.1910年立窑实现了机械化连续生产.1928年,德国发明了立波尔窑.1950年,发明悬浮预热器窑.20世纪60年代初,水泥工业生产和控制中开始应用电子计算机技术.自日本于1971年开发了水泥窑外分解后,各具特色的预分解窑相继发明,形成了新型干法水泥生产技术.当今,世界水泥工业发展的总体趋势是向新型干法水泥生产工艺技术发展,其特征如下：(1)水泥生产线能力的大型化世界水泥生产线建设规模在20世纪70年代为日产1000～3000t,在80年代为日产3000～5000t,在90年代达到4000～10000t.目前,日产能力达5000t,7000t,9000t,10000t等规模的生产线已达100多条,正在兴建的世界最大生产线为日产12000t.(2)水泥工业生产的生态化最大限度地减少粉尘,NO2,S02,重金属等对环境的污染；实现高效余热回收，最大程度减少水泥电耗；不断提高燃料的代替率，最大程度减少水泥热耗；.努力提高窑系统的运转率，提高劳动生产率；开发生产生态水泥，减少自然资源的使用量；.利用计算机网络系统；实现高智能型的生产自动控制和管理现代化。
第4章 水泥熟料煅烧工艺
五、立窑
六、悬浮预热窑
七、预分解窑
第3节 煅烧过程物理化学变化
❖ 完成生料制备后，下一步是把生料送到窑内 进行煅烧。熟料的形成过程实际上就是石灰 石、粘土等主要原料经过高温煅烧，从入窑 到出窑发生一系列的物理化学变化二形成 C3A、C4AF、 C2S和C3S的过程。
㈠自有水的蒸发
100～150℃，也成干燥过程。150~200℃，自 由水蒸发完毕。
2Ca0+ Si02 → 2CaO·Si02 (C2S)开始形成
800～900℃ 7(CaO·Al2O3)+5CaO→12CaO·7Al2O3 (C12A7)
CaO·Fe2O3 +CaO → 2CaO·Fe2O3 (C2F)
900～1100℃ 2CaO+Al2O3+Si02 → 2CaO·Al2O3·Si02 (C2AS)形成后又分解
第四章 水泥熟料煅烧
刘辉敏
材料科学与工程系
第一节 水泥窑的作用和分类
一、水泥窑的作用
①水泥窑是化学反应器。 ②水泥窑是燃烧设备和传热设备。 ③水泥窑是输送设备。 ④水泥窑还具有降解利用废弃物的功能。 ⑤气体流动
二、水泥窑的分类
Hale Waihona Puke 第二节 水泥熟料煅烧工艺流程一、湿法回转窑煅烧工艺
l一回转窑；2一多筒式冷却机；3一喷煤管；4一传动齿轮；5一热交换器；6一 链条；7一托轮；8一水冷却；9一鼓风机；10一煤磨；11一选粉机；12一旋风 收尘器；13一煤磨样风机；14一煤磨热风管；15一收尘器；16一烟囱
▲碳酸钙的分解过程
①热气流向颗粒表面传进分解所需要的热量； ②热量以传导方式由表面向分解面传递的过程； ③在一定温度下碳酸钙吸收热量，进行分解并放出CO2的 化学过程； ④分解放出的CO2，穿过CaO层，向表面扩散传质； ⑤表面的CO2向周围气流介质扩散。
水泥熟料烧成系统发展史
⽔泥熟料烧成系统发展史⽔泥熟料烧成系统发展史⾃1824年10⽉21⽇，J. Aspdin获波特兰⽔泥发明专利以来，⽔泥窑的发展经历了⽴窑—回转窑—悬浮预热器窑—流化床煅烧的发展历程，在这些发展过程中，⽔泥烧成系统越来越优化，为社会的发展做出了巨⼤的贡献。
1.仓窑仓窑：1824年波特兰⽔泥发明时的煅烧设备为瓶窑，48年后的1872年在瓶窑基础上发明专门⽤于⽔泥烧制的仓窑，成为第⼀代⽔泥窑窑型。
2.⽴窑⽴窑：1884年Dietzsch发明⽴窑并取得专利权。
其与仓窑的最⼤不同是将烧成过程由沿⽔平运动变为垂直⽅向。
1910年⽴窑⽣产实现了机械化连续作业。
我国⽬前使⽤的⽴窑有两种类型：普通⽴窑和机械⽴窑。
我国经历了⼈⼯间歇作业的普通⽴窑向机械化连续⽣产的机⽴窑的发展过程，带来了劳动强度降低、产量提⾼和质量改善的变化。
但是，那时能源问题还没有现在这样严重，其热耗低的优势亦不⾜以完全代替湿法回转窑，⽽湿法回转窑的产品质量明显优于机械化⽴窑。
根据建材技术政策要求，⼩型⽔泥⼚应⽤机械化⽴窑，逐步取代普通⽴窑。
3.湿法回转窑⼆⼗世纪初，液态均化技术研究成功，催⽣了⽔泥制造技术的⾰命，1903年出现了第⼀条湿法⽔泥⽣产线，湿法⽣产是将⽣料制成含⽔为32%~40%的料浆。
由于制备成具有流动性的泥浆，液态均化技术的应⽤，提⾼了⽔泥制造过程对⾮均质原料的适应性，奠定了产品质量稳定的基础，这是湿法⽣产的主要优点。
因⽽湿法⽔泥⽣产线制造技术被普遍推⼴加上对产能的追求，湿法回转窑不断朝着⼤型化⽅向发展。
该类窑包括普通湿法窑、料浆蒸发机湿法窑、湿法长窑等。
4. ⽴波尔窑严格意义上讲，早期的窑外预热技术的代表作应属于⽴波尔窑。
1928年德国的理利坡博⼠和普利休斯公司发明了设有⽣料成球和煅烧炉篦⼦机组的⽴波尔型回转窑⽔泥制造技术。
该技术继承了旋窑发热能⼒⼤的优势，吸取了机⽴窑透过式传热的合理内核，在窑尾增设了煅烧炉篦，以窑尾废⽓为热源，预热煅烧⽣料球，这就成功地将原料预热、部份硅酸盐分解移⾄窑外进⾏，使窑的容积产量⽐湿法窑提⾼150％，热能消耗下降35％，窑体长度减少50％，五⼗年代间歇式均化库出现后，⾮均质粉体物料的均化度有了保证，⽴波尔窑的燃料消耗相差⽆⼏，但其电耗⼤，对⽐湿法回转窑产品质量稍有逊⾊，它并没有获得取代湿法回转窑的地位，亦没有将⽴窑挤出局。
水泥预热器及分解炉的发展历史
水泥预热器和分解炉的发展历史新型干法水泥生产技术是20世纪50年代发展起来的新技术，到目前日本、德国等发达国家，悬浮预热和预分解为核心的新型干法水泥熟料生产装备率占95%。
我国第1台悬浮预热及预分解窑于1976年投产，目前这种新型干法水泥生产线生产能力达6000余万t。
(此为“九五”末数据)。
新型干法水泥生产技术发展的第一阶段为20世纪50年代初到70年代初，是悬浮预热技术诞生和发展阶段。
第二阶段是20世纪70年代初至今，是预分解技术诞生和发展阶段。
本文将分阶段叙述。
1 预热器1.1 最早的旋风预热器专利最早申请生料悬浮预热器专利权的是丹麦哥本哈根——弗利特力克堡的M·沃格尔·约根生工程师在1932年6月1日向捷克斯洛伐克共和国布拉格的专利局提交“用细分散物料喂入回转窑的方法和装置”的专利申请书，于1934年7月25日获得专利证。
图1是该专利证说明书上示意图，说明四级旋风生料悬浮预热器的全部特征，这就是现在新型干法生产最普遍采用的预热器。
图1四级旋风预热器(捷克专利证说明书上的示意图)1.2 洪堡旋风预热器上述专利概念，经历了20年，德国洪堡公司(Humloldt)F·缪勒改进的第1台洪堡旋风预热器于1951年投入实际生产。
洪堡型旋风预热窑，是把生料的预热和部分分解由悬浮预热器来完成，代替回转窑部分回转筒体功能，达到缩短回转窑长度，同时使窑内以堆积滚翻状态进行气料热交换过程，转移到悬浮预热器内在悬浮状态下进行，使生料能够同窑内排出炽热气流充分混合，增大了气料接触面积，传热速度快，热交换效率高，达到提高窑系统生产效率，有利于降低熟料烧成热耗。
这可从图2中看出。
图2 干法窑与一般悬浮预热器的比较洪堡旋风预热器见图3。
生料由最上部1级旋风筒连接风管喂入，喂入量1650g/kg熟料。
根据对四级旋风预热器的热工制度研究证明，80%的热交换在连接风管中进行，只有20%的热交换在旋风筒中进行。
水泥熟料煅烧系统流程
水泥熟料煅烧系统流程水泥熟料煅烧可是个很有趣的过程呢！咱们先来说说原料吧。
生产水泥熟料的主要原料就是石灰石、黏土、铁矿石及煤等。
这些原料就像是一群小伙伴，要一起去经历一场奇妙的旅程。
石灰石呢，它可是占了很大的比例，就像是这个小团队里的主心骨。
黏土就像是个黏合剂，把大家团结在一起。
铁矿石也有它的作用，可不能小瞧它。
而煤呢，它可是个活力小子，在后面的煅烧过程中会提供很多能量。
接下来就是把这些原料进行混合、研磨啦。
这个过程就像是在做一个超级大的混合蛋糕。
要把它们磨得细细的，这样才能更好地进行后面的反应。
经过研磨之后，它们就变成了生料。
这个生料就像是一个充满潜力的小团子，等待着被改变。
然后就到了预热器这个神奇的地方。
生料会被送到预热器里，预热器就像是一个温暖的小窝。
生料在这里会被预热，它就像在泡温泉一样，慢慢地变得热乎乎的。
在预热的过程中，生料也在不断地发生一些物理和化学的变化。
它在预热器里层层上升，每一层都像是一个小关卡，让它变得越来越接近能够进行煅烧的状态。
再之后就是进入回转窑啦。
回转窑就像是一个巨大的旋转舞台。
生料在这个舞台上开始它真正的蜕变之旅。
在回转窑里，温度会变得非常高，高到你想象不到。
这个时候，煤就开始大显身手啦。
它燃烧起来，释放出大量的热量，就像一个热情的舞者在尽情释放自己的能量。
生料在这么高的温度下，里面的各种物质开始发生复杂的化学反应。
石灰石开始分解，其他物质也在不断地重新组合，就像一场热热闹闹的化学舞会。
从回转窑出来之后呢，就到了冷却机。
冷却机就像是一个降温小助手。
刚刚从回转窑里出来的熟料还很热很热，就像一个刚刚从火炉里跑出来的小娃娃。
冷却机要迅速地给它降温，让它从高温的状态冷却下来。
这个过程可不仅仅是降温这么简单哦，在冷却的过程中，也会对熟料的质量产生影响呢。
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。
水泥发展历程
水泥生产自1824年诞生以来，生产技术历经了屡次变革。
从间歇作业的土立窑到1885出现回转窑；从1930年德国伯力鸠斯的立波尔窑到1950年联邦德国洪堡公司的悬浮预热器窑；1971年日本石川岛公司和秩父水泥公司在悬浮预热技术的根底上研究成功了预分解年法，即预分解窑。
新型干法水泥生产技术，是以悬浮预热和预分解技术为核心，利用现代流体力学、燃烧动力学、热工学、粉体工程学等现代科学理论和技术，并采用计算机及其网络化信息技术进行水泥工业生产的综合技术。
新型干法水泥生产技术具有高效、优质、节能、节约资源、环保和可持续开展的特点，充分表达了现代水泥工业生产大型化、自动化的特征。
新型干法水泥生产技术的出现，彻底改变了水泥生产技术的格局和开展进程，它采用现代最新的水泥生产工艺和装备，逐步取代了立窑生产技术、湿法窑生产技术、干法中空窑生产技术以及半干法生产技术，从而把水泥工业生产推向一个新的阶段。
我国水泥工业几乎同步把握了世界新型干法水泥生产技术的开展脉搏。
“四平型〞预分解窑的形成1970年建筑材料科学研究院〔以下简称建材研究院〕根据石灰石配料和悬浮预热器的实践，提出了“两级煅烧，即窑尾加把火〞的设想，这是我国关于水泥预分解技术的最早设想，与当时的日本等国在设想的提出时间上相差无几。
1970年6月经原国家建委建材工业组批准立项，首先在建材研究院实验室的0．7m×7m窑系统中进行中间试验，效果良好。
1972年在杭州水泥厂的立筒预热器的底部采用喷入少量煤粉补燃的方法，实施了“窑尾加把火〞的生产性探索试验。
后因历史原因而搁置，直到1973年建材研究院正式开始对预分解技术进行系统研究，在试验室配备有四级旋风预热器的0．7m×7m窑系统上，完成了烧油和烧煤的试验室试验。
1976年在吉林四平石岭水泥厂2．4m×40m窑上完成了烧油预分解的工业试验，即“四平型〞预分解窑设计，产量比同规模的中空窑提高一倍以上。
水泥烧成系统工艺简介
2、旋流分解室结构特点
3、混合室结构特点
三、回转窑
回转窑是水泥熟料煅烧的关键设备，它的功能主要表现在四个方面：①作为燃料燃烧装置（预分解窑中加入40%～50%的燃料），具有广阔的燃烧空间和热力场，保证燃料充分燃烧；②作为热交换装置，具有均匀的温度场，可满足熟料煅烧的要求；③作为化学反应器，满足熟料矿物形成对热量、温度及时间的不同要求；④作为输送设备，具有更大的潜力。
旋风筒工作原理：当气流携带料粉进入旋风筒后，被迫在旋风筒筒体与内筒（排气管）之间的环状空间内做旋转流动，并且一边旋转一边向下运动，由筒体到锥体，一直可以延伸到锥体的端部，然后转而向上旋转上升，由排气管排出。由于物料密度大于气体密度，受离心力作用，物料向边部移动的速度远大于气体，致使靠近边壁处浓度增大；同时，由于粘滞阻力作用，边壁处流体速度降低，使得悬浮阻力大大减小，物料沉降而与气体分离。旋风筒内向下旋转运动的流体称为外涡旋，向上旋转运动的流体称为内涡旋。
随着过滤的进行滤袋外侧的积尘逐渐增多使收尘器的运行阻力也逐渐增高当阻力达到预先设定值12451470pa时清灰控制器发出信号首先控制提升阀将阀板孔关闭以切断过滤烟气流停止过滤过程然后电磁脉冲阀打开以极短的时间01015s向箱体内喷入压力为0507mpa的空气脉冲空气快速向下进入滤袋同时产生一股使室内所有滤袋褶曲的冲击波使滤袋产生变形震动加上逆气流的作用滤袋外部的粉尘被清除下来掉入灰斗收集下来的粉尘通过排灰阀卸出
工作原理：输送机由传动装置、头部罩壳、头部装置、运行部份、尾部装置和进料装置等部份组成。由传动装置驱动头部装置中的链轮，牵引装有物料的输送斗沿轨道运行，物料从头部罩壳卸出，从而达到输送物料的目的。
煤粉制备
一、燃煤预均化的目的和意义
水泥熟料形成过程.
化学组成：主要由氧化钙(CaO)、二氧化硅（SiO2)、三氧化二铝 (A12O3)和三氧化二铁 (Fe2O3)四种氧化物组成，通常占 熟料的95％以上，同时，含有5％以下的少量氧化物， 如氧化镁(MgO)、三氧化硫(SO3)、二氧化钛(TiO2)、五 氧化二磷(P2O5)、以及碱(K2O和Na2O)等。 据统计，四种主要氧化物的波动范围一般为： CaO:62-67 ％； SiO2:20-24％；Al2O3:4-7％；Fe2O3:2.5-、温度有关 。它影响着液相能润湿固相的程度，表面张力越 小，润湿性越好，有利于C3S的形成。 ①．T↑ → 表面张力↓； ②．熟料中含镁、碱、硫等物质时，→ 表面张力 ↓。
熟料的烧结 硅酸三钙的形成：
C2 S CaO C3S
液相
物理化学变化过程：随着时间延长和温度升高，液相 量逐渐增加，氧化钙、硅酸二钙不断溶解、扩散，硅 酸三钙晶核不断形成，小晶体逐渐发育长大，最终形 成几十微米大小、结晶良好的阿利特晶体。
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）
液相和熟料的烧结
熟料煅烧过程概述如下：
150℃以前 500℃左右 900℃左右 生料中物理水蒸发 粘土质原料释放出化合水；并开始分解为单独氧化 物如SiO2，Al2O3； 碳酸盐分解放出CO2和新生态CaO； 粘土的无定形脱水产物结晶，各种氧化物间进行固 相反应； 所产生的矿物部分熔融出现液相； 液相量增多，C2S通过液相吸收CaO形成C3S。直 至熟料矿物全部形成； 熟料矿物冷却。
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水泥熟料烧成系统发展史
自1824年10月21日，J. Aspdin获波特兰水泥发明专利以来，水泥窑的发展经历了立窑—回转窑—悬浮预热器窑—流化床煅烧的发展历程，在这些发展过程中，水泥烧成系统越来越优化，为社会的发展做出了巨大的贡献。
1.仓窑
仓窑：1824年波特兰水泥发明时的煅烧设备为瓶窑，48年后的1872年在瓶窑基础上发明专门用于水泥烧制的仓窑，成为第一代水泥窑窑型。
2.立窑
立窑：1884年Dietzsch发明立窑并取得专利权。
其与仓窑的最大不同是将烧成过程由沿水平运动变为垂直方向。
1910年立窑生产实现了机械化连续作业。
我国目前使用的立窑有两种类型：普通立窑和机械立窑。
我国经历了人工间歇作业的普通立窑向机械化连续生产的机立窑的发展过程，带来了劳动强度降低、产量提高和质量改善的变化。
但是，那时能源问题还没有现在这样严重，其热耗低的优势亦不足以完全代替湿法回转窑，而湿法回转窑的产品质量明显优于机械化立窑。
根据建材技术政策要求，小型水泥厂应用机械化立窑，逐步取代普通立窑。
3.湿法回转窑
二十世纪初，液态均化技术研究成功，催生了水泥制造技术的革命，1903年出现了第一条湿法水泥生产线，湿法生产是将生料制成含水为32%~40%的料浆。
由于制备成具有流动性的泥浆，液态均化技术的应用，提高了水泥制造过程对非均质原料的适应性，奠定了产品质量稳定的基础，这是湿法生产的主要优点。
因而湿法水泥生产线制造技术被普遍推广加上对产能的追求，湿法回转窑不断朝着大型化方向发展。
该类窑包括普通湿法窑、料浆蒸发机湿法窑、湿法长窑等。
4. 立波尔窑
严格意义上讲，早期的窑外预热技术的代表作应属于立波尔窑。
1928年德国的理利坡博士和普利休斯公司发明了设有生料成球和煅烧炉篦子机组的立波尔型回转窑水泥制造技术。
该技术继承了旋窑发热能力大的优势，吸取了机立窑透过式传热的合理内核，在窑尾增设了煅烧炉篦，以窑尾废气为热源，预热煅烧生料球，这就成功地将原料预热、部份硅酸盐分解移至窑外进行，使窑的容积产量比湿法窑提高150％，热能消耗下降35％，窑体长度减少50％，五十年代间
歇式均化库出现后，非均质粉体物料的均化度有了保证，立波尔窑的燃料消耗相差无几，但其电耗大，对比湿法回转窑产品质量稍有逊色，它并没有获得取代湿法回转窑的地位，亦没有将立窑挤出局。
5.干法回转窑
从干法中空回转窑起步，并由此发展出余热锅炉窑、干法长窑和立波尔窑等。
干法将生料制成生料干粉，水分一般小于1%，因此它比湿法减少了蒸发水分所需的热量。
中空式窑由于废气温度高，所以热耗不低。
干法生产将生料制成干粉，其流动性比泥浆差。
所以原料混合不好，成分不均匀。
余热锅炉窑：1897年德国人发明，解决了干法中空回转窑窑尾废气温度高、热效率低的问题。
该窑型流传时间长但热效率较低，不是普遍的水泥烧成设备。
干法长窑：20世纪三四十年代采用，热效率差、窑尾粉尘大，未能普遍推广。
6.新型干法水泥
立波尔窑技术的重大进步是把原料的预热、部份硅酸盐分解的过程移至窑外面进行，这给人以极大的启迪，20世纪70年代初，出现了悬浮预热分解新技术，该技术继承和发展了悬浮预热器窑的优点，强化了预分解过程，它的煅烧热耗仅为湿法窑的50％，容积产量增高7倍，窑的长度比湿法窑仅为湿法的40％，到80年代末该技术已相当成熟，从而被称为新型干法水泥技术。
为什么悬浮预热技术1934年就已获得发明专利权，40年后才有了进一步的发展，又过了近十年才真正成熟呢？公平地说：这些很有诱惑力的经济指标并非只是悬浮预热窑外分解技术的功劳，此期间的工程技术背景，使它如虎添翼，取代了传统干法窑、湿法和立波尔窑，成为回转窑水泥制造技术先进。
这些背景技术包括：（1）.连续式粉体均化技术的出现，继承和发展了间歇式均化库高均化效果的强项，同时又克服了间歇式均化库电耗高的不足，更且有实用性。
（2）.原料预均化技术的诞生，使非均质原料的使用不再成为难题，它和各种连续式粉体均化技术一起，保证了悬浮预热分解窑永远吃“细粮”。
（3）.各种连续式计量装置的研制成功，X射线分析仪—电子计算机控制系统在配料上的应用，保证了配料设计思想的实现。
（４）.集散式远程控制技术、特别是微机算机技术的出现，使复杂的新型干法水泥系统的操作现控制变的及时简单。
20世纪50年代初德国洪堡公司首先应用于水泥生产。
组成：由预热器+分解炉等窑尾系统+回转窑+冷却机+窑头燃烧器等。
预分解窑：1971年日本石川岛磨重工业公司首创，其与SP窑的不同是在窑尾与预热器之间增设一分解炉，预分解窑简称NSP窑。
7.流化床水泥窑
回转窑是可靠的水泥熟料烧成设备，但它的致命弱点是热效率低、转动功率大，且体积庞大，一直是人们想要“革命”的对象。
为此，50年代以来，美国、日本、中国、俄罗斯、印度等国家都相继对不带回转窑的沸腾烧成工艺进行了研究。
由于当时的科技水平所限，用沸腾炉(流化床)锻烧水泥熟料时，在高温(1300℃一1400℃)条件下的自造粒而不粘结炉壁、结大块、维持正常的流态化操作难度很大，90年代之前均未取得完全的成功，更达不到工业化的要求。
在水泥工业中，流态化技术成功地应用于水泥生料的预热和预分解，从根本上改变了生料在预热和预分解过程中物料和气流间热交换过程，使生料的预热和预分解时间缩短到几十秒钟，从而成倍地增加了窑产量，大幅度降低了燃料消耗。
可以说，流态化技术在水泥生料预热和预分解中的成功应用，是水泥发展史上的一次重大变革。
基于流态化技术的上述优点，能否将水泥熟料的烧成环节也置于流态化状态下，一直是世界各国水泥工作者研究的课题之一。
但是由于高温气固反应的复杂性和大颗粒流态化技术的不成熟以及试验装置的放大受各种因素的影响等，使得此项技术的研究工作目前仅停留在理论研究和半工业试验研究阶段。
流化床水泥窑的特点是：1、大幅度地扩大了煤种的选择范围。
可选用烟煤、无烟煤或低质煤。
2、良好的节能指标。
可降低10-25%的热消耗量。
3、热回收效率高。
把造粒装置和烧结装置合并计算，热回收率大于80%，比现有的蓖冷机提高了20%以上。
4、较好的环保性能。
CO2排放减少10-25%，NOx排放减少40%以上。
5、节约建设费用，减低运行成本。
与同规格的回转窑相比，设备投资节约20%，运行成本降低25%。
由于其良好的工作指标和占地面积小等特点，适合我国目前量大面广的立窑改造。
阳山庄日产2500吨熟的高固气比悬浮锻烧生产线：
系统热稳定性好,运行十分平稳,产量高固气比高,热效率高,节能有害气体的减排效果显著过程简洁,投资省各项技术指标的总对比
(l)系统热稳定性好,运行十分平稳,产量高高固气比系统的产量超过同规格回转窑标准设计产量43%。
通过连续72小时的生产测试,熟料平均产量达到3592t/d。
(2)固气比高,热效率高,节能烧成系统热耗2838.8kJ/kg.cl (国际先进水平为3050)。
在本工艺中,将窑头冷却机排出的余风和窑尾预热器排出的烟气全部用作高炉矿渣粉磨系统和生料制备系统的烘干热源,折合每公斤熟料节约热耗
489kJ(117kCal),熟料实际综合热耗为2346kJ/kg.cl。
烧成系统电耗仅为
24.22kwh/t.cl.d低于国际最先进水平26。
低阻力预热分解系统的开发,确保了烧成系统最低的电耗。
(3)有害气体的减排效果显著
线,不但能迅速淘汰百分之三十的落后产能,而且能比较容易地年新增4.5亿吨左右的先进产能,节约上千亿元的投资,年节约标煤1100余万吨,年减排CO2600余万吨,年减排50220余万吨,年减排Nox30余万吨。
推广该技术具有巨大的节能减排效果,是我国传统产业转变经济发展方式的重要支撑技术之一。