Transcript 第05章-水泥熟料煅烧

第二节 回转窑煅烧系统
一、回转窑煅烧系统的流程特点概述
1、回转窑煅烧系统的基本流程
如下图所示。
由于窑体倾斜放置，且在不断回转，使自窑冷端（窑
尾）烟室处喂入的生料，连续向热端（窑头）运动。
在窑内不断被高温逆向流动的烟气所加热而烧成熟料。
最后经过窑头罩下端落入冷却机中，经空气冷却后排
出即烧成制品—熟料。
水泥熟料在回转窑内的煅烧
燃料（主要是煤粉，也可用油或天然气）由一次
空气（一次风）经喷煤管送入窑头，经冷却机来的空
气被预热（吸收热熟料显热）到400～800℃左右，由
窑头进入窑内供助燃用，这部分热风被称为二次风。
煤粉燃烧生成的烟气，其温度一般比熟料烧成温
度高200～300℃即1650～1750℃，从窑头向窑尾方向
流动。在流动过程中，一方面满足烧成反应温度位即
1450℃物料温度的要求和温度分布的要求，同时又不
断将热量传给生料，供预热和分解需要。因而气体本
身温度和组成都在改变，最后经烟室由烟囱排出。
由此可见，回转窑是一个多功能设备，即是燃烧
室，又是高温反应器，还兼具输送物料和排送气体的
功能，因此需要全面认识与考察。
回转窑系统根据不同的窑型有多种。
2、湿法窑煅烧系统
（略）
3、带余热锅炉的干法窑系统
（略）
4、带炉蓖子加热机的回转窑系统（立波尔窑）
（略）
5、带悬浮预热器的干法窑系统
（1）悬浮预热器窑
带悬浮预热器窑是由一组悬浮式生料预热器和干法短
窑（L/D＜20＝组合而成。故简称SP窑（略）
受流化技术发展的启发，将生料粉送入相互串联
的一组换热单元中，在稀相气固悬浮状态下，进行复
有效的热交换，以充分回收窑尾烟气的热量。这要构
思，经过实验由F · Muller发明，1951年洪堡公司率先
在Ф2.5×40m干法立波尔窑上改造成四级旋风筒串联
的预热器。投入运行后使窑的日产量由121t提高到
195t，热耗由6860kJ/kg熟料降至4400kJ/kg熟料（降
低约36%）。1965年又出现了立筒式预热器。立筒预
热器热回收效果不及旋风预热器，但它以结构简单、
操作可靠，对原料适应性强，投资较省为特点。
悬浮预热器尤其是旋风预热器窑以其增产降耗的
显著优点，被认为是熟料煅烧技术的一次重大革新。
在解决生料均化及操作上的难题（主要是预热器会结
皮堵塞）后，旋风预热器窑得到了迅速发展，窑系统
也日趋大型化，直径由原来3m左右扩大到6m，日产
熟料近5000t。
经过不断完善，旋风预热器窑可使干法窑产量提
高至一倍以上，热耗降低30～50%，从而使许多国家
干、湿法生产的相对比重发生了显著变化。
悬浮预热器窑的预热效果，通常用入窑生料的温
度和分解率来判别。
（2）入窑生料分解率
入窑生料分解率有两种表示方法。
A、表观分解率 e0
指自窑尾取得入窑料样，经分析其烧失量计算而得
的分解率。所取样品既有预热生料又有窑尾飞灰，
所以是两种料的综合分解率，故只能认为是表观值。
根据分解率的定义（设烧失量可以代表碳酸盐的分
解）：
e0 
生料中原有烧失量  样品中残留烧失量
100%
生料在原有烧失量
计算中考虑到基准必须相同，故换算成如下计算形式：
 100 L1
100 L2 



100  L1 100  L2  10000L1  L2 

e0 

L1
L1 100  L2 
100  L1
式中：
L1 —生料原始烧失量，分析求得，以百分数表示；
L2 —所取窑尾样品的烧失量，实测数据以百分数表示；
e0 —入窑生料的表观分解率，%。
B、真实分解率e
为了反应预热器工作效果，必须将已大部分分解
的飞灰对所取样品分解率的影响排除而求其生料在预
热器内预热和分解的真实数据。为此，应该已知飞灰
的数量 m fh（kg飞灰/kg熟料）和飞灰的分解率 e f 。
则可求得表观分解率 e0 与真实分解率e之间的关
系如下：
e  e0 
100m fh e f  e0 100  L1 
10000  L1e f
也可以换算成以下形式：
e  e0 
100m fh L2  L1 100  L1 
L1 100  L2 
 100%
式中：
m fh —飞灰数量，kg飞灰/kg熟料；
e f —飞灰分解率，%；
L f —飞灰烧失量，%。
例：
设SP窑生料、入窑生料和出窑烟气中飞灰的烧失量
分别为：
L1 =35.5
L2 =24.5
L f =4.0
飞灰循环量为 m fh =0.55 kg飞灰/kg熟料，试计算入
窑生料的表观分解率 e0 、真实分解率e和飞灰分解
率 ef 。
【解】 已知：L1=35.5 ， L2 =24.5 ，L f =4.0，
m fh =0.55 kg，以1kg熟料为基准：
e0 
10000L1  L2 
1000035.5  24.5
 100% 
 100%  41.0%
L1 100  L2 
35.5100  24.5
e  e0 
100m fh L2  L1 100  L1 
 41.0% 
ef 
L1 100  L2 
 100%
100  0.55100  35.524.5  4.0
 100%  13.9%
35.5100  24.5
10000L1  L f
L1 100  L f


1000035.5  4.0
 100% 
 100%  92.4%
35.5100  4.0
可见，由于飞灰的分解率较高，当入窑生料的真实分
解率e较低时，其值与表观分解率的差别也很大。
6、带预分解炉的干法窑系统
由于生料预烧阶段需要大量的分解热，借鉴悬浮预
热器利用稀相气固悬浮换热的成功经验，诱发了将生料
分解过程移至窑外以流态化方式来完成的技术构思。但
由于热平衡可知，仅利用窑尾烟气中的热焓，尚不足以
满足碳酸盐分解需要的全部热量。因此，必需在窑外另
开第二热源。这就是提出了要在预热器与回转窑之间加
装一个专门的分解炉，并且要求燃料燃烧供热和分解反
应吸热在炉内同步进行设计的意图。
1971年日本首先实现这一设想。该系统是在一台
Ф3.9×51.37m的立波尔窑上改建的，拆除了加热机，
加装了四个串联的旋风筒式预热器和一台FF型分解炉
（又称SF型）。该窑投产后，产量由原来900t/日提高
到2078t/日（提高了1.5倍）而热耗仅3182kJ/kg熟料。
这一新技术的出现，立即在世界范围内引起了强烈反
响，并很快得到推广应用，是水泥工业的一次重大革
命。
带预分解器和分解炉的窑，简称NSP窑，或称预
分解窑—PC窑。
该系统主要由预热器、分解炉、回转窑和高效冷
却机所组成。系统中旋风筒级数序号国内习惯由上而
下排列并用表示（i=1～4）。
分解炉所需助燃空气由冷却机用管道送来，称三
次风，温度在700～800℃左右。窑头与分解炉两处用
煤的比例通常为0.4：0.6或0.6：0.4之间。窑尾废气可
以通过分解炉也可只通过预热器。
预热预分解窑系统的出现，使回转窑的热负荷大
降低，产量大幅度提高，因而使窑单机大型化又向前
推进了一步，而熟料质量也完全能达到湿法窑的要求。
SP窑和NSP窑是在干法窑的基础上发展起来的，
因此统称为新型干法窑。NSP窑是水泥工业的发展方
向，近些年来在我国得到了广泛应用，国产NSP窑和
技术已有较高水平。
二、各类回转窑煅烧系统的简单比较
1、从热工工艺布局上进行比较
随着煅烧技术的发展，回转窑的功能不断被移
动床（如加热机）、悬浮床（预热器和分解炉）或
沸腾床（分解炉）等高效换热设备所部分代替。
这种热工布局上的变化是合理的。实际生产中
已取得高产、低耗的效果。但同时可以看出，由于
烧成反应会出现液相，且在高温环境中要保持一定
反应时间，回转窑对此具有很好的适应性。因此到
目前为止，回转窑本身的烧成功能，还没有更可靠
更理想的设备可以完全代替。
2、从回转窑内煅烧进程的比较
生料在窑内不同温度区间，产生相应物理化学反应，
因此窑内温度，尤其是物料温度可以反映出煅烧的
进程。
3、从熟料煅烧过程中在各子系统所获取热量的比较
在湿法窑系统中，回转窑所需提供的热量最多，
而NSP窑系统，回转窑所需提供的热量最少，仅为湿
法窑的10%。说明NSP窑的热负荷低，给窑增产创造
了条件。同时还可以说明，对NSP窑系统回转窑来说，
其烧成带热力强度不取决于需热量而取决于烧成带温
度位的要求。
4、各类窑系统的主要技术指标比较
（略）
5、各类窑型相对规格的比较
（略）
三、回转窑内“带”划分
回转窑内物料温度和气体温度以及各带划分的大致情况
四、回转窑内物料的运动
物料在窑内作螺旋式向前运动。
物料向前的运动速率主要受物料的性质影响，尤其
是物料的休止角。窑内各带物料的性质差别较大，因此，
物料的运动速率不同。
据测定：如果以烧成带的运动速率为1（在窑内运动
速率最小），则固相反应带的运动速率为2，碳酸盐分解
带最快的部位为5.6（max）。前者因为液相，物料有粘性，
且由于烧成带有窑皮，有效内径较其他部位小。后者因为
CO2分解逸出，使部分物料呈流态化。
某湿法厂测定：分解带46m/h；固相反应带40.1m/h；
烧成带28.4m/h。
运动速率可用经验公式计算： Wm 
iD0 n
60  1.77 
Wm-物料的运动速率，m/s；
i－回转窑斜度（%）；
D0－回转窑有效内径（m）；
β－物料的自然休止角（度），一般为35°~60°。
工厂操作时，可根据窑内具体情况加以调整。
五、回转窑的煅烧特点
废气带走
热-754
水汽蒸
发-2366
散热损失 -515
-1989 +419
飞灰及不完
全燃烧热损
失-142
干燥预热带
分解带
燃料化学热
5510
-105
固
冷
相 烧成带 却
反
带
应
燃烧带
Ф5.0/4.35×165m湿法窑热化学特性
单位：kJ/kg-cli
冷却机热
损失-125
熟料带走
热-59
回转窑内传热：传热形式有辐射、对流和传导。
综合传热系数：58~105W/(m2·℃)，每kg物料的传
热面积为0.012-0.013m2，气流与物料的平均温差一般为
200℃左右。表面及边壁物料比内部温度高200℃，不均
匀，各种反应从表面开始。
物料在烧成带的温度和停留时间
为使f-CaO吸收完全，矿物晶体发育良好，以上两者
必须保证。温度：1300~1450~1300 ℃；时间：不同窑型
不同，湿法窑：15~20min；分解窑：10~12min；
例：前苏联一台Ф3×35m上做实验，窑速19~20rpm，物
料移动速率4.3m/min，烧成带停留时间只有3min，当时含矿
化剂，产量达575t/d。
窑的预烧能力和烧成能力存在矛盾：发热能力与窑3
次方成正比；传热能力与窑的2~2.5次方成正比。D越大，
这种矛盾越大。
分解带传热速率低与物料运动速率快是回转窑内煅烧
熟料的主要矛盾之一。
降低理论热耗；减少废气带
走热损失和表面热损失，是提
高窑热效率的主要途径。
存在热工上经济产量范围