水泥熟料的煅烧

2．燃烧过程 煤粉是以分散状态喷入回转窑内高温带，正常 生产时高温带温度很高，煤粉易着火燃烧；当开 窑点火时，窑内无热源，必须在距窑口3～5m处放 置木柴、废油、棉纱等，将易燃物点火燃烧，使 该处温度上升到煤粉的着火温度，然后再喷进煤 粉进行燃烧。 煤粉燃烧过程：
450～500℃
煤粉干燥
挥发分 开始逸出
•
第一节煅烧过程物理化学变化 水泥熟料的形成过程（六个过程）
① ② ③ ④ ⑤ ⑥ 干燥（自由水蒸发）吸热 干燥（自由水蒸发）吸热 100~150℃ 100~150℃ 粘土质原料脱水 吸热 450℃ 450℃ 碳酸盐分解 强吸热 900℃ 900℃ 固相反应 放热 800~1200℃ 800~1200℃ 熟料烧结 1300~1450~1300℃ 微吸热 1300~1450~1300℃ 熟料冷却 1300℃ 1300℃~ 放热
700～800℃ 挥发分全部
逸出并燃烧
生成C02 H20 +Q+灰分
固定炭粒燃烧
生成气态 C02和H20
• 黑火头 黑火头－煤粉自喷嘴喷出至开始燃烧的这段距离。 • 火焰传播速度－煤粉燃烧后形成的焰面不断向焰 火焰传播速度－ 面后未燃烧的煤粉传热，使其达到着火温度而燃 烧，形成新的焰面，这种焰面不断向未燃物方向 移动的现象叫火焰的传播(或扩散)，传播的速度 称火焰传播速度。 • 熄火 熄火－火焰既有一个向窑尾方向运动的速度，又 有向后传播的速度，当喷出速度过大，火焰来不 及向后传播时，燃烧将中断，火焰熄灭。 • 回火－当喷出速度过小，火焰不断向后传播，直 回火－ 至传人喷煤管内，这称为“回火” 。－会引起爆 会引起爆 炸的危险
冷却目的： 冷却目的：
改善熟料质量与提高熟料的易磨性 降低熟料的温度，便于运输、储存、 和粉磨 回收热量，预热二次空气，降低热耗、提高热利用率。
冷却方式： 冷却方式：
按冷却速度的快慢分平衡冷却、独立结晶、淬冷（急 冷）。熟料冷却过程中对熟料质量影响较大的因素—冷却 速度 ，它影响固液相中的质点扩散速度、固液相的反应速 度等。 冷却制度 平衡冷却 淬 冷 C3S(％) 60 68 C2S(％) 13.5 C3A(％) 玻璃体(％) 26.5 32
回转窑几种工艺方法的比较
四、回转窑内的熟料烧成
• 窑外分解窑在回转窑内完成的熟料烧成过程 是：部分碳酸盐分解(约占5％左右)、固相 反应、烧结反应等过程。熟料的烧成在窑内 可分为三个工艺带：过渡带、烧成带、冷却 带。 • 三个带的划分： 从窑尾起至物料温度1280℃ ——过渡带； 物料在1280～1450 ～ 1300℃为——烧成带； 窑头端 ——冷却带。
不同类型悬浮预热器窑的产生尚未真正解决入 窑生料碳酸钙分解率（40％左右）较低的状 况，为了解决这一问题，在悬浮预热和回转窑 之间增加一个新的热源—分解炉，把煅烧熟料 的三个主要工艺过程，分别在三个机组（预热 器、分解炉、窑）内进行，称为窑外分解技术。 使人窑生料的分解率达85％一95％，进一步 地减少生料在回转窑内需要的热量，回转窑主 要承担烧成任务。
三、碳酸盐分解 三、碳酸盐分解
反应式： 反应式： 反应温度： 反应温度：
MgCO3 MgO+CO2-Q CaCO3 CaO +CO2-Q
MgCO3 始于402~408℃最高700 ℃ CaCO3 600 ℃开始，812~928 ℃快速 分解
反应特点： 反应特点：
1、可逆反应
2、强吸热反应 3、烧失量大 4、分解温度与 CO2分压 和矿物结晶程度有关
影响反应速度的因素
石灰质原料的特性 生料细度和颗粒级配 生料悬浮分散程度 温度 窑系统的CO2分压 生料中粘土质组分的性质
四、固相反应
在水泥熟料的形成过程中，从碳 酸盐开始分解起，物料中便出现了性 质活泼的游离氧化钙，它与生料中的 二氧化硅、三氧化二铁和三氧化二铝 等氧化物进行固相反应，其反应速度 随着温度的升高而加快。水泥熟料中 的各种矿物是经过多次固相反应形成 的，反应过程大致如下：
以上反应在进行时放出一定的热量， 因此，又称为放热反应 放热反应。 放热反应
固相反应总结
•反应特点： 反应特点： 反应特点
多级反应 放热反应
•影响因素： 影响因素： 影响因素
生料细度及均匀程度 原料性质 温度 矿化剂
反应产物： 反应产物：
C2S、C3A、C4AF
• 五、熟料烧结过程 固相反应，生成了水泥熟料中C4AF、C3A、 C2S等矿物，但是水泥熟料的主要矿物C3S要 在液相中才能大量形成。当物料温度升高 到近1300℃时C2S和Ca0溶解于液相中, C3S 形成最低温度1350℃，在1450℃下C3S绝大 部分生成，所以熟料烧成温度可写成 l350～1450℃，它是决定熟料质量好坏的 关键，生成硅酸三钙的过程也称石灰吸收 过程。
快冷对改善熟料质量的作用：
1.防止或减少C3S的分解； 2.避免β-C2S转变成γ-C2S ，避免“粉 化”现象； 3.快冷时Mg0凝结于玻璃体中改善了水泥 安定性； 4.快冷可使水泥熟料中产生应力，改善熟 料易磨性； 5.快冷时熟料中的C3A的晶体较少，可克 服水泥瞬凝或快凝。
第二节熟料形成热
熟料烧结
影响熟料烧结 C3S形成条件： 条件： 条件 过程的因素 • 最低共熔温度 温度： 温度：
1300~1450~1300 • 液相量 ℃
液相量： 液相量：
20%~30%
时间： 时间：
10~20min
• 液相粘度 • 液相的表面张力 • C2S、CaO溶于液相的速 率
六、熟料冷却 六、熟料冷却
3．一次风的作用 一次风－携带煤粉自喷煤管喷入窑内的用风。 一次风 作用－ 作用－除对煤粉起输送作用外还供给煤的挥 发分燃烧所需的氧气。 一次风量－ 一次风量－占总空气量的比例不宜过多，因 为一次风量的增加相应地就会使二次风比例 降低(总用风不变的情况)，二次风的减少会 影响到熟料冷却，使熟料带走的热损失增加。 另外，一次风温度比二次风温度要低(为使煤 粉不致爆炸，一次风温度不能高于l20℃)， 这样燃烧温度也要降低。
理论热耗： 理论热耗：1630--1800 kJ/kg 实际热耗： 实际热耗：3400--7500kJ/kg
实际热耗＞理论热耗：因为有各种热损失。 熟料的单位热耗越接近熟料形成热，煅烧设备的热效率 越高。
第三节熟料在回转窑内煅烧
一、回转窑的作用 物料输送设备 燃烧设备 传热设备 化学反应器 二、煤粉在回转窑内的燃烧过程 1．着火与着火温度 任何燃料的燃烧过程都有着火及燃烧两个阶 段，由缓慢的氧化反应转变为剧烈的氧化反应 (即燃烧)的瞬间叫着火，转变时的最低温度叫 着火温度，不同材料着火点不同。
第四节 回转窑热经济分析
一、热耗与热效率 热耗与热效率－理论需要的热量
与实际消耗的热量之比。 煅烧1kg水泥熟料，理论上只 需要消耗1755.6～1797.4kJ的热量， 但是各种水泥熟料的生产方法、煅 烧设备的不一样，实际需要消耗 3135～7524kJ的热量。
不同窑型的热耗、 不同窑型的热耗、热效率
一、自由水的蒸发
• 自由水来自入窑生料，随着物料温度逐渐 升高，物料中的水分首先蒸发，物料逐渐 被烘干，其温度逐渐上升，温度升到100～ 150℃时，生料自由水分全部被排除，这一 过程也称为干燥过程。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
Baidu Nhomakorabea
二、黏土质原料脱水和分解
• 黏土主要成分水硅酸铝，矿物组成高岭土。当温 度升到450℃时高岭土脱水分解，其化学反应式 为 ： A12O3·2SiO2·2H2O→A12O3+2SiO2+2H2O (无定形) (无定形) 失去化学结合水的同时，本身结构也受到破坏， 变成游离的无定形三氧化二铝和二氧化硅，其具 有较高的化学活性，为下一步与氧化钙反应创造 了有利条件。在900～950℃，由无定形物质转变 为晶体，同时放出热量。
当物料温度升高到最低共熔温度后，C3A、 C4AF、MgO、R2O等熔融成液相。C2S、CaO 逐步溶解于液相中， C2S吸收CaO形成C3S。 C3S 的 反应式： C2S+ CaO→ C3S 形 随着温度的升高和时间延长，液相量增加， 成 液相粘度降低， C2S、CaO不断溶解、扩散， 熟 C3S晶核不断形成，并逐渐发育、长大，形成几 料 烧 十微米大小、发育良好的阿利特晶体。晶体不 结 断重排、收缩、密实化，物料逐渐由疏松状态 转变为色泽灰黑、结构致密的熟料。
熟料煅烧的全过程，在1000℃以下主要是吸热反应， 而在1000℃以上主要是放热反应。实际生产不尽相同。
温度(℃) 100～150 450 600 900 900 900—l200 1250～1280 1300～l450 反 应 热性质 相应温度下lkg物料热效应 吸热 吸热 吸热 放热 吸热 放热 吸热 微吸热 2249kJ/kg水 932kJ/kg高岭石 1421kJ/kg MgC03 259—284kJ/kg脱水高岭石 1655kJ/kg CaC03 418～502kJ/kg熟料 105kl/kg熟料 8.6kJ/kg熟料
湿法长窑 项 目 热量
(kJ／kg)
干法长窑 热量
(kJ／kg)
半干法窑 热量
(kJ／kg)
预热器窑 热量
(kJ／kg)
热效率
(％)
热效率
(％)
热效率
(％)
热效率
(％)
理论需要 水分蒸发 废气带走 冷却空气 带走 熟料带走 筒体散热 总热耗 热效率
自由水蒸发 黏土脱水 MgC03分解
黏土中无定形物转变成晶
CaC03分解 固相反应生成矿物 生成部分液相
C3S+Ca0－C3S
• 熟料形成热(理论热耗 ：是指在一定生产条 理论热耗) 件下，用某一基准温度(一般是O℃或者 20℃)的干燥物料，在没有任何物料和热量 损失的条件下，制成1kg同温度的熟料所需 要的热量。 • 熟料的单位热耗(实际热耗 :实际生产每1kg 实际热耗) 熟料消耗的热量.
4．二次风的作用 二次风是相对一次风而言，它来自冷却机内冷却 二次风 熟料并加热后入窑且参与煤粉燃烧的空气。温度 一般在400～800℃。
三、窑外分解技术
窑外分解技术是20世纪70年代发展起来也是迄今 为止水泥煅烧工艺的新技术，只是在悬浮预热器 和回转窑之间增设一个分解炉，使生料中的碳酸 钙在入回转窑之前分解，大大减轻了回转窑的热 负荷，窑的产量可比悬浮预热器窑提高1～2倍， 同时延长了耐火衬料的使用寿命，提高了窑的运 转率。其发展趋势是大型化、高产量，单位热耗 大幅下降。
普通干法窑中，熟料的煅烧过程大致可分为 预热、分解和烧成三个主要过程。这三个过 预热、分解和烧成 程都在回转窑内完成或进行可以满足熟料的 煅烧，为了保证足够的烧成温度 烧成温度和保证物料 烧成温度 在高温下的停留时间和传热能力 停留时间和 停留时间 传热能力，只得把回 转窑筒体做的又大又长，但预热、分解过程 就占去了窑容积的一大半，且产量低、热耗 又大，同时由于设备尺寸增大给加工、运输、 安装等都带来很大的困难。如何解决？ 如何解决？
第二章 水泥熟料的形成
• 水泥熟料的形成过程，是对合格的水泥生料进行煅烧， 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，经过一系列的物理化学反应，变成熟料， 其连续被加热，经过一系列的物理化学反应，变成熟料，再 进行冷却的过程。 进行冷却的过程。 硅酸盐水泥熟料主要有C AF四种矿物 四种矿物。 硅酸盐水泥熟料主要有C3S、C2S、C3A、C4AF四种矿物。 常用原料：石灰石 黏土、 常用原料：石灰石、黏土、校正原料 石灰石、
800~900℃ CaO +A12O3 CaO• A12O3(CA) CaO+ Fe2O3 CaO•Fe2O3(CF) 900~1100℃ 2CaO+SiO2→2CaO·SiO2(C2S) 7CaO·A12O3+5CaO→12CaO·7A12O3 (C12A7) CaO·Fe2O3+CaO→2CaO·Fe2O3 (C2F) 1100~1300℃ 12CaO·7A12O3+9CaO→7(3CaO·A12O3 ) (C3A) 7(2CaO·Fe2O3 )+2CaO+12CaO·7A12O3→ 7(4CaO·A12O3·Fe2O3 ) (C4AF)