第一节 新型干法 水泥 回转窑系统

1. 第一节 新型干法水泥回转窑系统 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水硬性胶凝材料。 水泥生产的过程是要经过“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，是水泥生产中的一个极为重要的关键环节。 干法中空回转窑 回转窑 湿法回转窑 立波尔窑(半干法生产) 水泥窑 悬浮预热器窑(SP窑) 新型干法水泥 回转窑系统。 窑外分解窑(NSP窑) 立窑

2. 1.1 系统概述 1.1.1工作原理： 1）生料 2）燃料 3）气体 入分解炉煤(60%-70%) 入窑煤（40%-30%） 一次空气：输送煤粉的 二次空气：来自冷却机的 三次空气：进入分解炉的

4. 1.1.2重要的技术指标 • 两个主要的评价指标：产量、热耗 • 几个典型的技术指标： • 1）回转窑的发热能力： • 回转窑内的燃烧带内单位时间燃料燃烧所放出的热量。 (kJ/h) G---回转窑的产量（kg熟料/h） k---回转窑内的燃料消耗量占水泥熟料烧成系统总燃料消耗量的比值 mr--生产每千克熟料所需要的燃料量（kg煤/kg熟料） 2）水泥熟料的实际烧成热耗 （kJ/kg熟料）

5. 3）回转窑内燃烧带的截面热力强度（燃烧带的截面热负荷）：3）回转窑内燃烧带的截面热力强度（燃烧带的截面热负荷）： 燃烧带单位截面面积、单位时间内所承受的热量 4）回转窑内燃烧带的表面热力强度（燃烧带的表面热负荷) 燃烧带单位表面面积、单位时间内所承受的热量 5）回转窑内燃烧带的容积热力强度（燃烧带的容积热负荷) 燃烧带单位容积、单位时间内所承受的热量 Φ物料填充系数

6. 6）回转窑内燃烧带的空气过剩系数 根据生产经验已煤粉为燃料的水泥回转窑α=1.04-1.10范围较合理 7）回转窑内的热效率 Qsh---水泥熟料理论热耗（在没有热量损失和物损失时，由0℃的干生料烧成1kg水泥熟料所需要的热量（kJ/kg熟料）

7. 8）入窑生料分解率: 两种表示方法 （1）表观分解率e: 指从窑尾取得入窑料样,分析其烧失量计算而得的分解率. 所取样品即有预热生料又有窑尾循环飞扬的飞灰,是两种料的综合分解率。 （2）真实分解率: 生料在预热器内预热和分解的真实数据,不考虑飞灰对所取样品分解率的影响.

8. 分类：旋风筒和立筒 基本流动方式：旋转流和喷射流 功能：分散、换热、分离。 1.2悬浮预热器 1.2.1旋风预热器的工作原理 (1)生料粉在废气中分散与悬浮 (2)气、固之间换热 （在联结管道内完成） (3)气、固相的分离，生料粉的收集 （在旋风筒内完成）

9. 影响旋风筒气固分离效率的主要因素： • （1）旋风筒的直径： • 在其他条件相同时，筒径越小，分离效率越高 • （2）旋风筒进风口的类型与尺寸： • 进风口结构应以保证能沿切向入筒，减小涡流干扰为佳。

10. 进风口的形状现多采用多边形。 • 进风口的尺寸应保证进口处工况风速在15～25m/s范围为宜 (3)出风管(内筒)的尺寸和插人深度: 一般来说，出风管(内筒)的直径越小，插入深度越深，旋风筒的气固分离效率越高。

11. (4)旋风筒的高度： 一般地：增加旋风筒的高度有利于气固分离效率的提高 • 影响旋风筒气固分离效率的其他因素： 粉料颗粒的大小、气流中的粉料浓度、锁风阀的严密程度。 注意：分离效率的提高会影响到流动阻力损失的增大。在具 体生产和设计过程中一定注意综合考虑这两项指标，旋风筒即要高分离效率有要地阻力损失。

12. 1.2.2 影响旋风预热器预热效率的因素 因素之一：粉料在管道中的悬浮 保证悬浮效果的几项措施： （1）选择合理的喂料位置： 一般情况下，喂料点距出风管起始端应有大于1m多的距离，此距离还与来料落差、来料均匀程度、内筒插入深度以及管内气体 的流速有关。

13. (2)选择适当的管道风速 • 一般要求粉料悬浮区内的风速在10—25m/s之间，通常要求大于15m／s以上 • 气流的冲击悬浮能力，可在悬浮区局部缩小管径，使气体局部加速以增大冲击力。 • (3)在喂料口加装撒料装置 • -------目的是促使物料分散 • （4）来料均匀性

15. 因素之二： 气、固相的传热 • 换热方式已对流换热为主 • 悬浮换热效果取决于生料在气流中的分散程度。 • 用多个旋风换热单元相串联组成旋风预热系统。

16. 因素之三：气、固相的分离 气、固相的分离的效果直接影响到换热效率。 提高分离效率的措施： （1）开发新型高效、低阻的旋风筒 （2）开发新型换热管道 （3）开发新型锁风阀 （4）开发新型撒料装置

17. 1.2.4 各级旋风预热器性能的配合（以5级为例） （1）各级旋风筒的气固分离效率 （2）各级旋风筒的表面散热损失 （3）各级旋风筒的漏风量 1.2.5 各级旋风预热器串联级数的选择（P29）

18. 1.2.6 旋风预热器分类以及几种典型的旋风预热器 传统的——洪堡型旋风预热器（阻力大） 新型的——低压损旋风筒（阻力小）（书上表1.5） 分类： 旋风筒改进的几个方面： 1）旋风筒入口或出口处增设导向叶片； 2）旋风筒筒体结构的改进； 3）旋风筒进风口与排气管（内筒）结构的改进； 4）旋风筒下料口结构的改进 5）旋风筒旋流方式的改进

20. 特点：进风口截面有矩形改为多边形，通体改为双柱双锥的组特点：进风口截面有矩形改为多边形，通体改为双柱双锥的组 合，柱体直径相对减小，内筒直径加大，插入深度减小等。 试验研究证明：其流速分布比较较合理，气固分离效率较高 (90％～96％)，处理气体量较大，流体阻力较小。

21. 特点：结构卧式，压损较低，高度较低，降低预热器系统的特点：结构卧式，压损较低，高度较低，降低预热器系统的 阻力和框架稿度。 缺点：气固分离效率较低，适用于作为旋风预热器系统的 中间级

22. 特点：最上一级为高型圆柱型旋风筒；最下一级的旋风筒则采特点：最上一级为高型圆柱型旋风筒；最下一级的旋风筒则采 用较陡的锥角；目的是为提高分离效率。中部各级采 用的是低压损旋风筒，其排气管(内筒)部位采用了导向 板，以便使旋风筒内的大部分循环气流由导向板直接 引入排气管，从而保证在不降低气固分离效率的前提 下，降低旋风筒中的阻力损失。

23. 1.3 分解炉 1.3.1窑外分解技术 在悬浮预热器与回转窑之间增加一个新热源——分解炉，将生料中碳酸钙分解过程提到窑外进行，加快其分解提高其分解率，如要分解率课题高到85%-90%

24. 预分解窑的特点(与其它窑相比） 1）结构特点： 窑尾增设了一个分解炉，承担了原来在回转窑内进行的大量碳酸钙分解的任务； 2）热工特点： 窑尾增加“第二热源”，大部分燃料从分解炉内加入，改善了回转窑系统内的热力分布格局，大大地减轻了回转窑内耐火衬料的热负荷，延长了回转窑的寿命。 3）工艺特点： 将水泥熟料煅烧工艺过程中耗热量最大的碳酸钙分解过程移至要外进行，燃料与生料粉处于同一空间且高度分散，燃料燃烧所产生的热量能及时高效地传递给预热后的生料，使燃烧、换热及碳酸钙分解过程都得以优化，使水泥熟料煅烧工艺更完善。

25. 1.3.2分解炉的分类 旋流式——旋流效应 喷腾式——喷腾效应 悬浮式——悬浮效应 流化床式——流态化效应 发展趋势 按炉内主气流运动形式来分 “综合效应” 第一种类型（a) 第二种类型 (b) 第三种类型 (c） 按全窑系统主气流运动方式来分 (c1) (c2) (c3) 按制造厂家的公司名称来分(P39表1.6）

26. “综合效应”的发展主要体现在以下几个方面：“综合效应”的发展主要体现在以下几个方面： • 适当扩大分解炉的容积，延长分解炉的出口管道形成“炉体+管道的结构，延长其留在分解炉内的停留时间 • 改进分解炉的结构，使炉内具有合理的三位流场，力求提高炉内气、固滞留时间比(τs/τg)，延长生料在分解炉内的滞留时间。 • 保证生料向分解炉内均匀喂料，尽快使生料分散且均匀分布。 • 改进和保证分解炉用燃料燃烧器的形式与结构，以及合理的布置燃烧器，使燃料尽快点燃和燃烧，并能踢高燃料的燃尽率。 • 合理匹配下料、下煤点及三次风管，保证分解炉内有合理的温度场，以利于燃料的着火、燃烧和碳酸钙的分解。 • 分解炉优化布置在预分解窑系统的流程中 • 扩大分解炉用煤的品种。

27. 同线型 (a):特点：分解炉所需助燃空气全部由窑内通过，无三次风管。 优点是可节省投资、操作简便、冷却机选型不 受限制。 缺点是过多的空气通过窑内，影响窑的操作。 (b): —目前常用形式 特点：分解炉所需助燃空气由三次风管提供，并在炉内与窑气混合。 (c):特点：分解炉所需助燃空气由三次风管提供，窑气不入炉。 优点是保证炉内燃料在纯空气中燃烧。

28. 半同线型 异线型 旁路放风型 (c1)：窑气在分解炉后与出分解炉的炉气混合，再入预热器系统。 (c2)：窑气不与出分解炉的炉气混合，各自经过一个单独的预热 器系统 (c3): 窑气从窑尾排出，可余热利用或旁路防风

29. 1.3.3 几种典型分解炉的结构特征简介 • 评议分解炉的特征要点： （1）气体流动： 气体进入方式：窑气进入方式 空气进入方式 （2）下料点的位置：燃料喷口 生料入口 （3）分解炉的温度 （4）燃料燃烧条件 （5）粉料与气体的停留时间

30. (1)、NSF型和 CSF型 NSF型炉： • 结构： 上部：圆柱+圆锥体， 为反应室 下部：旋转涡壳——涡旋室 • 特点： 气体： 窑气、预热空气经涡旋室混合后 形成喷旋叠加的湍流运动混合， 回旋进入反应室 燃料：通过几个喷煤嘴从漩涡室顶侧向下 斜喷入三次风的空气流中，部分燃料 开始燃烧，边燃烧边进入反应室。 生料：分两部分，一部分从反应室锥体部加 入，另一部分从上升烟道中加入。 优点：气固之间的混合得到了改善，燃料燃烧完全，碳酸盐的 分解程度高，热耗低。

31. CSF型（在NSF上改进） 主要改进： 1）在分解炉上部设置了一个涡流室， 使炉气呈螺旋形出炉。 2）将分解炉与预热器之间的联接管道延长---相当于增加了分解炉的容积)，其效果是延长了生料在分解炉内的停留时间，使得碳酸盐的分解程度更高，更重要的是有利于使用燃烧速度较慢的一些燃料。

32. (2) RSP型炉：

33. RSP型炉： 结构：左部：混合室（MC室） 右部：上部旋风预燃室(SB炉) 下部涡旋分解室(SC炉) 特点： 燃料：在旋风预燃室喷入，与热空气直接接触而燃烧， 燃烧效果好。 生料：从SC室喂入，被三次风分散。 气体： 窑气经上升管道喷腾进入，热空气从SC炉的内侧 以切线方向送入，两股气流一起进入混合室。 优点：对燃料适应性强 缺点：结构比较复杂，系统通风调节比较困难，流动阻力损失大。

34. 改进型RSP型炉：

35. （3）SLC分解炉 • 结构：上部：缩口 中部： 圆柱体 下部：圆锥体 • 特点 燃料：喷嘴布置在喷腾处，与喷腾而入 的空气充分燃烧，燃烧效果好。 生料：生料分两次加入，分散效果好 气体：三次风喷腾而入，无窑气进入。

36. SLC-S分解炉 SLC-D分解炉

39. (4)D-D炉： 结构：上部：圆柱体 中部：圆柱体 下部：倒锥体 两个圆柱体之间设有缩口，形成二次喷腾。强化气流与生料间混合 气体：三次风径向而入，窑气喷腾进入 燃料：分两部分，90%的燃料在三次风处 进入，与空气充分 燃烧。10%的 在下部倒锥体进入。燃料燃烧处 于还原态 生料：生料在中部圆柱体进入， 处于悬浮态 根据工艺性能分四个区段： 第一区：为脱NOx的还原区，位于 D-D分解炉底部倒锥体部分； 第二区：为生料分解及燃料燃烧区，位于D-D分解炉中部圆筒中线之下部位； 第三区：为主燃烧区，位于D-D分解炉圆筒部分中线之上 第四区：为完全燃烧区，位于上部 圆柱体内

40. （5）NKSV型炉： 结构：上部：圆柱体 中部：圆柱体 下部：倒锥体 两个圆柱体之间设有缩口，形成二次喷腾。强化气流与生料间混合 气体：三次风切向旋转而入，窑气喷腾进入。 燃料：分两部分，主喷嘴在三次风管上方，与空气充分 燃烧，辅助喷嘴在下部倒锥体进入。燃料燃烧处 于还原态 生料：分两部分一部分从三次风管上部喂入，一部分则从中部圆柱体喂入。 根据工艺性能分四个部分：喷腾床、旋流室、辅助喷腾床、混合室

41. （5）N-MFC型炉： 结构：上部：圆柱体 下部：倒锥体 气体：三次风切向而入，流化空气入炉窑气喷腾进入。 燃料：从倒锥体下部进入，与流化空气 直接接触。 生料：从倒锥体上部进入 根据工艺性能分四个区： 流化区、供气区（涡流区）、 稀薄流化区、悬浮区

42. （6）Prepol(普列波尔系列与Pyroclon(派洛克朗） （7）国内开发的分解炉炉型（P67表1.9） 1.4 回转窑与冷却机

43. 填充率： 5％～17％ （扇面面积与窑内横断面面积之比的百分数，为回转窑内的物料填充率） • 回转窑的工作原理： • 窑内有过渡带、烧成带、冷却带。 • 回转窑是一个燃烧装置、热交换装置、化学反应器、输送设备

44. 1.4.2 水泥熟料冷却机 1.4.2.1概述 1、水泥熟料冷却机的功能与作用： (1)作为工艺设备：它承担对高温熟料的骤冷任务，骤冷可以阻止水泥熟料中矿物晶体的长大，特别是阻止C3S晶体的长大，还可以使液相凝固成玻璃体，使Mgo及C3A大部分固定在玻璃体内，提高水泥熟料的活性，防止β-C2S向rC2S的转变。 (2)作为热工设备：冷却水泥熟料，并对入窑二次风，入炉三次风的加热升温任务，有利于燃料的着火和预燃、 (3)作为热回收设备：对出窑熟料携带出去的大量热焓进行回收。 （回收的热量约1250～1650kJ/kg熟料） （4）作为输送设备：输送水泥熟料

45. 冷却机的评价指标： 1、冷却机三个效率 ①热效率：从出窑孰料中回收、且重新入水泥熟料烧成系统的总热量与出窑熟料物理热的百分比 QR.l---从出窑水泥熟料中回收的且重新入水泥熟料烧成系统的总热量 Q。—出窑熟料的物理热，kJ/kg—熟料； Qloss.s—冷却机总的热损失，kJ/kg—熟料； Qair—冷却机排出气体(包括余风和煤磨干燥风)带走的物理热，kJ/kg熟料； Qm—出冷却机水泥熟料带走的物理热，kJ／kg—熟料； Qdis.l—冷却机散热损失 Qsec.a——入窑二次风的物理热kJ/kg—熟料； Qtec.a——入窑三次风的物理热kJ/kg—熟料；

46. ②冷却效率： 从出窑熟料中回收的总热量与出窑熟料物理热的百分比 ③空气升温效率： 离开冷却机第i个室的冷却空气和鼓入该室冷却空气之间的温度差与该室内水泥熟料的平均温度之比 ta1i、ta2i——分别为鼓入和离开冷却机第i室的冷却空气温度，℃； tclin——在冷却机第i室内篦板上熟料的平均温度，℃， 一般用进、出该室的水泥熟料之间的对数平均温度来进行计算。 水泥熟料冷却机的这三个效率越大越好， 一般ηcL为40％～80％， ηcL为40％～80％,Φi<90%

47. (2)入窑二次风温度和入炉三次风温度 入回转窑的二次风温度和入分解炉的三次风温度值越高越好，一般二次风温在900～1100 ℃的范围，三次风温在400-800℃的范围。 (3)出冷却机的熟料温度 出冷却机的熟料温度越低越好，越低表示熟料被冷却的越充分，一般出冷却机的熟料温度在70—300 ℃的范围，现代化的篦式冷却机一般能够将熟料冷却到100℃以下。 (4)环境保护：噪声污染与粉尘污染要低 (5)投资费用：设备费用及土建费用要低 (6)操作费用：动力消耗、维护、维修费用要低。

48. 1.4.2.2 冷却机的分类以及常用的冷却机简介

49. 篦式冷却机（骤冷式冷却机） 出回转窑的水泥熟料进入篦式冷却机后在器内的壁板上铺成一定厚度的料层，鼓入的冷空气垂直地穿过壁床上运动着的料层使水泥熟料骤冷。 • 推动篦板由固定篦板和活动篦板相间排列所组成。 • 篦板要求耐热、耐磨，其上有许多缝或圆孔，使得从下向上鼓入的冷却空气能够垂直地通过熟料层。 • 活动篦板在传动装置的带动下成排地位于固定篦板之间，沿前后方向作水平的往复运动，将熟料推向前进。

50. 推动篦式冷却机分为第一代、第二代和第三代产品推动篦式冷却机分为第一代、第二代和第三代产品 第一代产品