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新型干法水泥工艺 基础知识 司 宁,目 录,一、概述 二、硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥的国家标准 三、水泥工艺基础知识 四、生产技术简介 五、煅烧过程的物理化学变化,一、概述,1、胶凝材料的定义和分类 凡在物理、化学作用下，能从浆体变成坚固的石状体，并能胶结其他物料而具有一定机械强度的物质，统称为胶凝材料。胶凝材料分为水硬性和非水硬性两大类。 非水硬性胶凝材料是只能在空气中或其他条件下硬化，而不能在水中硬化的材料。如无机的石灰、石膏及有机的环氧树脂胶结料等。 水硬性胶凝材料是在拌水后不仅能在空气中硬化又能在水中硬化的材料。如硅酸盐水泥、铝酸盐水泥等无机材料。,一、概述,2、胶凝材料发展简史 粘土以及粘土掺加一些纤维材料作为胶凝材料是人类使用最早的一种胶凝材料，但粘土不耐水且强度低。 大约在公元前2000-3000年，人们开始把石灰、石膏来调制砌筑砂浆用作胶凝材料。我国万里长城，古埃及的金字塔、狮身人首石像建筑，就是由这种胶凝材料建造的。 随着生产的发展，人们注意到在石灰砂浆中掺入火山灰使砂浆具有一定抗水性。我国很早就使用的“三合土”建筑物等都用的是石灰火山灰材料。随着陶瓷生产的发展，人们用废陶器。碎砖磨碎后混合石灰作胶凝材料时，发现它的砂浆可以在水中硬化、具有较高的强度和较好的抗水性；由此，进一步发现可用石灰和煅烧的粘土来制成胶凝材料。,一、概述,2、胶凝材料发展简史 在18世纪到19世纪初期，在历史上是探求真理成为一种潮流的时代，化学和物理学被广泛地用于解释自然现象。在这样一个时期内，许多学者、工程师注意到了水泥的神秘。于1756年和1796年先后制成了水硬性石灰和罗马水泥。在此基础上，又进而用合适量（20 %-25%）粘土的石灰石（天然水泥）经煅烧磨细，制得天然水泥。 19世纪初期（1810-1825 年）已经将石灰石和粘土细粉按一定比例配合，在类似石灰窑的炉内，经高温烧结成块（熟料），再进行粉磨制成水硬性胶凝材料。因为这种水硬性胶凝材料，具有与英国波特兰城建筑岩石相似的颜色，故称之为波特兰水泥（我国称为硅酸盐水泥）。,一、概述,2、胶凝材料发展简史 硅酸盐水泥出现后，应用日益普遍。 100多年来，由于各国的科学家和水泥工作者的不断研究、探索及生产工艺的改进，使硅酸盐水泥生产不断提高和完善。同时水泥制品也相应得到发展。 由于工业不断发展，以及军事工程和特殊工程的需要，先后制成了各种特殊用途的水泥，如高强快硬水泥、矾土水泥、膨胀水泥、抗硫酸盐水泥、油井水泥等。,一、概述,3、水泥在国民经济中的作用 水泥是基本建设中最重要的建筑材料。 现在水泥已广泛应用于工业建筑、民用建筑、水工建筑、道路建筑、农田水利建设和军事工程等方面。由水泥制成的各种水泥制品，如坑木、轨枕、水泥船和石棉水泥制品等广泛应用于工业、交通等部门，在代钢、代木方面，也越来越显示出技术经济上的优越性。 由于钢筋混凝土、预应力钢筋混凝土和钢结构材料的混合使用，才有高层、超高层、大跨度以及各种特殊功能的建筑物。新的产业革命，又为水泥行业提出了扩大水泥品种和扩大应用范围的新课题。开发占地球表面71%的海洋是人类进步的标志，而海洋工程的建造，如海洋平台、海洋工厂，其主要建筑材料就是水泥。 此外，如宇航工业、核工业以及其他新型工业的建设，也需要各种无机非金属材料，其中最为基本的是以水泥为主的复合材料。因此水泥工业的发展对保证国家建设计划的顺利进行起着十分重要的作用。,一、概述,4、水泥工业发展概况 硅酸盐水泥出现后，水泥生产技术经历多次变革。 硅酸盐水泥是在第一次产业革命中问世的，开始是间歇作业的土立窑。随着冶炼技术为突破口的第二次产业革命，推动了水泥生产设备的更新，1877年出现了回转窑，继而出现了单筒冷却机、立式磨和单仓球磨，使水泥产质量有所提高。到19世纪末至20世纪初，水泥工业一直进行不断改造与更新，1910年立窑实现机械化连续生产，1928年出现立波尔窑，使回转窑产量有明显提高，热耗降低。,一、概述,4、水泥工业发展概况 以原子能、合成化工为标志的第三次产业革命达到了高度工业化阶段。水泥工业也出现变革，1950年悬浮预热器的应用，使热耗大幅度降低； 年代初，以电子计算机为代表的新技术在水泥工业中开始得到应用；在1971年开发了水泥窑外分解技术，是水泥生产技术的重大突破。同时随着原料预均化及生料均化等多种生产技术的不断完善，以及 射线检测方法及计算机自动控制技术在水泥生产过程的应用，使干法窑的产量和质量明显提高，在节能方面取得极大进展，使干法工艺正在逐步取代湿法、老式干法及半干法生产，将水泥工业推向一个新的阶段。,一、概述,5、水泥的定义和分类 凡细磨材料，加入适量水后，成为塑性浆状，既能在空气中硬化，又能在水中硬化，并能把砂、石等材料牢固地胶结在一起的水硬性胶凝材料，通称水泥。 水泥种类很多。按其用途及性能可分为通用水泥、专用水泥及特性水泥。通用水泥如硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥等；专用水泥如75油井水泥、砌筑水泥等；特性水泥如快硬硅酸盐水泥、低热矿渣硅酸盐水泥、膨胀硫铝酸盐等。目前水泥品种已达100余种。,二、硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥的国家标准,1、定义与代号 根据国家标准 GB175 2007通用硅酸盐水泥的规定： 通用硅酸盐水泥 以硅酸盐水泥熟料和适量的石膏、及规定的混合材料制成的水硬性胶凝材料。 本标准规定的通用硅酸盐水泥按混合材料的品种和掺量分为硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥。 通用硅酸盐水泥的组分应符合表1的规定。,二、硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥的国家标准,二、硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥的国家标准,2、材料 2、1硅酸盐水泥熟料 由主要含CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3的原料，按适当比例磨成细粉烧至部分熔融所得以硅酸钙为主要矿物成分的水硬性胶凝物质。其中硅酸钙矿物不小于66%，氧化钙和氧化硅质量比不小于2.0。 2、2石膏 天然石膏：应符合GB/T 5483中规定的G类或M类二级（含）以上的石膏或混合石膏。 工业副产石膏：以硫酸钙为主要成分的工业副产物。采用前应经过试验证明对水泥性能无害。,二、硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥的国家标准,2、3 活性混合材料 符合GB/T203、GB/T18046、GB/T1596、GB/T2847标准要求的粒化高炉矿渣、粒化高炉矿渣粉、粉煤灰、火山灰质混合材料。 2、4 非活性混合材料 活性指标分别低于GB/T203、GB/T18046、GB/T1596、GB/T2847标准要求的粒化高炉矿渣、粒化高炉矿渣粉、粉煤灰、火山灰质混合材料；石灰石和砂岩，其中石灰石中的三氧化二铝含量应不大于2.5%。 2、5窑灰 符合JC/T742的规定。,二、硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥的国家标准,2、6助磨剂 水泥粉磨时允许加入助磨剂，其加入量应不大于水泥质量的0.5%，助磨剂应符合JC/T667的规定。,二、硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥的国家标准,3、强度等级 硅酸盐水泥的强度等级分为42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R六个等级。 普通硅酸盐水泥的强度等级分为42.5、42.5R、52.5、52.5R四个等级。 矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥的强度等级分为32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R六个等级。,二、硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥的国家标准,4技术要求： 4、1化学指标应符合下表的规定,二、硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥的国家标准,4、2物理指标 4、2、1凝结时间 硅酸盐水泥初凝不小于45min，终凝不大于390min； 普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥初凝不小于45min，终凝不大于600min。 4、2、2安定性 沸煮法合格。 4、2、3强度 不同品种不同强度等级的通用硅酸盐水泥，其不同各龄期的强度应符合下表的规定。,二、硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥的国家标准,4、2、4细度（选择性指标） 硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥以比表面积表示，不小于300m2/kg；矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥以筛余表示，80m方孔筛筛余不大于10%或45m方孔筛筛余不大于30%。,二、硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥的国家标准,5、废品与不合格品 凡氧化镁、三氧化硫、初凝时间、安定性中的任一项不符合本标准规定时，均为废品。 凡细度、终凝时间、不溶物和烧失量中的任一项不符合本标准规定或混合材料掺加量超最大限量和强度低于商品标号规定的指标时称为不合格品。水泥包装标志中水泥品种、标号工厂名称和出厂编号不全的也属于不合格品。,三、水泥工艺基础知识,1水泥生产方法与分类 水泥窑主要有两大类： 一类是窑筒体卧置，并能作回转运动的称为回转窑； 另一类窑筒体立置不转动称为立窑,三、水泥工艺基础知识,2水泥的原料、燃料与配料 水泥生产原料分为： 石灰质原料 粘土质原料 校正原料（辅助原料） 硅质校正原料 铝质校正原料 铁质校正原料 燃料,三、水泥工艺基础知识,钙质原料 钙质原料：是制造硅酸盐水泥和石灰的主要原料，也是陶瓷和玻璃工业生产中引入CaO成分的物质。水泥工业中的钙质原料主要是石灰石。 水泥生产用钙质原料质量要求 CaO48%； MgO3.0%；K2O+Na2O0.6%； S3O1.0%； f-SiO26.0%（石英质）， 或4.0%（燧石质）； Cl- 0.015%；,三、水泥工艺基础知识,粘土质原料 主要是碱和碱土的铝硅酸盐。主要化学成分是SiO2，其次是Al2O3，还有少量的Fe2O3。 校正原料 顾名思义硅质、铝质、铁质校正原料主要为水泥生产提供SiO2、 Al2O3、 Fe2O3,三、水泥工艺基础知识,水泥生产用校正原料质量要求 校正原料： MgO3.0%；K2O+Na2O4.0%；S3O2.0%； Cl- 0.015%； 硅质校正原料： SiO280% ； 铝质校正原料：Al2O330%； 铁质校正原料：Fe3O250%；,三、水泥工艺基础知识,燃料：按其物理状态分为固体、液体、气体三种。固体燃料的代表是煤。煤有褐煤、烟煤和无烟煤之分。 水泥生产用煤质量要求 水份（Mt）（） ： 0.5 细度： 0.08mm方孔筛筛余（%） 5.010 灰分（Aad）（）： 25 挥发分（Vad）（）： 20 低位热值QDW （kJ/kg）： 5500×4.18=22990 全硫（有机硫、硫化铁、硫酸盐） ：1.5,三、水泥工艺基础知识,水泥熟料的矿物组成 C3S 硅酸三钙（含量:5060%) C2S 硅酸二钙(含量:1532%) C3A 铝酸三钙(含量：311%) C4AF铁铝酸四钙(含量:818%) 主要化学成分: CaO 6267%、 SiO2 2024%、 Al2O3 47%、 Fe2O3 2.56%。,三、水泥工艺基础知识,矿物在水泥中的作用 C3S 早期强度高，水泥凝结硬化快，但抗矿物盐侵蚀性差。 C2S 早期强度低，后期强度高，水泥凝结硬化慢，但抗矿物盐侵蚀性好。 C3A 水泥凝结硬化速度较快，早期强度增长快后期强度增长慢，水化热高，抗硫酸盐侵蚀性差，但在磨制水泥时，石膏掺入量与之相适应时，对水泥强度及抗矿物盐侵蚀性会好一些。 C4AF水泥后期强度较高，水泥凝结硬化较慢，抗矿物盐侵蚀性好，抗折性好。,三、水泥工艺基础知识,4 生、熟料率值 4.1 石灰石饱和系数 石灰饱和系数即水泥熟料中全部SiO2生成硅酸钙(C2S和C3S)所需的CaO含量与全部SiO2生成CaS所需的CaO含量的比直，即 CaO1.65 Al2O30.35 Fe2O3 KH - 2.8 SiO2 熟料KH值的高低，反映了熟料在煅烧过程中生成C3S含量的多少。KH值高，煅烧困难，容易产生游离氧化钙，但对KH值高，煅烧良好的熟料，其游离氧化钙低，硅酸三钙含量高，熟料强度高，具有硬化快的特点；KH值低，熟料中硅酸二钙含量增加，熟料硬化速度减缓，早期强度低。,三、水泥工艺基础知识,4 生、熟料率值 4.2 硅酸率 硅酸率是水泥熟料中SiO2含量与Al2O3、Fe2O3，含量之和的比值， SiO2 SM Al2O3Fe2O3 硅酸率的大小表示熟料在煅烧过程中生成硅酸盐矿物与熔剂矿物的相对含量。硅酸率过高，熟料中硅酸盐矿物多，熔剂矿物少，煅烧困难，熟料硬化速度减缓；硅酸率过低，熔剂矿物增加，硅酸盐矿物减少，液相量过多，煅烧时易出现结大块、结圈等现象，熟料强度降低。,三、水泥工艺基础知识,4 生、熟料率值 4.3 铝氧率 铝氧率是水泥熟料中Al2O3含量与Fe2O3，含量的比值，即 Al2O3 IM Fe2O3 铝氧率反映熟料熔剂矿物中C3A与C4AF的相对含量，既关系着熟料水化速度的快慢，也影响到熟料煅烧的难易。在熔剂矿物含量一定时，铝氧率高，熟料中C3A含量增加，C4AF含量降低，液相粘度增加，生成C3S速度慢。熟料煅烧困难，反之，液相粘度降低，熟料易于形成，但料子烧结范围较窄，易结大块，不利于操作,三、水泥工艺基础知识,5 水泥熟料有害成分 5.1 氧化镁（MgO） 熟料中的氧化镁（MgO）的主要作用 引起水泥膨胀，影响水泥的安定性。 适量（约2%）的MgO存在，能够增加熟料的液相量，降低液相粘度。促进硅酸盐矿物的形成，减少fCaO的含量，是水泥熟料烧成温度降低，明显提高熟料质量。 MgO具有显著的固硫作用，在一定含量范围（1%2.29%），随其含量增加，熟料中的SO3含量也增加。 在少量碱存在的情况下，镁-碱的联合作用可以大大减少SO2挥发，消除生产高硫水泥带来的环境污染。 适量的MgO使水泥熟料的颜色变为深绿色，过量的MgO使水泥熟料的颜色变为灰绿色，并以方镁石形式存在，而且能破坏水泥的安定性，降低强度性能。,三、水泥工艺基础知识,5.2游离二氧化硅fSiO2 游离二氧化硅f-SiO2一般为燧石，其结构致密，质地坚硬，耐压强度高，化学活性低，对粉磨设备的磨损非常严重，对窑的操作也会产生极为不利的影响。 生产经验： 石灰石中燧石一般要低于4%； 但以石英为主要形态的f-SiO2含量可大于4%，需要试验确定； 对于辊磨，国外经验可允许f-SiO2含量7%；采用耐磨材料，并在试验的基础上，f-SiO2可放宽到89%。,三、水泥工艺基础知识,5.3碱K2O、Na2O 当生料中含碱量过高时，料发粘，烧结范围窄，易结圈，窑内飞砂大，窑皮和熟料结构疏松，烧成带耐火砖寿命短，热工制度不易稳定。另外，当碱含量过高(1.7%)时，熟料中游离氧化钙含量大幅度增加，水泥急凝，强度下降。 对于旋风预热器或预分解窑而言，当原、燃料中含碱、氯、硫较多时，在预热器的旋风筒和窑尾下料溜子内，有氯化碱和硫酸盐等化合物粘附在筒壁上，形成结皮；严重时会堵塞通道，影响正常生产。 生料中的碱除一部分挥发循环以外，其余的大部分均以硫酸碱(K2SO4,Na2SO4)的形式存在于熟料中。熟料中碱含量过高，将导致凝结时间短、水泥需水量增加、熟料中fCaO增高、安定性不良、抗折强度降低，并出现1天、3天的抗压强度略有升高，而7天、28天的抗压强度明显下降。 根据国内经验，生产42.5普通硅酸盐水泥时，熟料中K2O+Na2O含量以小于1.5%为宜，相应的一般要求，生料中的碱含量(K2O+Na2O)应不大于1.0%。美国规定低碱水泥的碱含量以Na2O当量计要小于0.6%。,三、水泥工艺基础知识,5.4 硫SO3 生料和燃料中的硫在燃烧过程中生成SO2，在烧成带气化，并与R2O结合形成汽态的硫酸碱。这些R2SO4除一小部分被窑灰带走外，因其挥发性较低，大部分被固定在熟料中而带出窑外。如果SO2含量有富裕，则在预热器中它将与生料中的CaCO3反应生成CaSO4进入窑内。在烧成带其大部分再分解成CaO和气态SO2，小部分残存于熟料中。这样，气态SO2在窑气中循环富集，常引起预热器结皮或窑内结圈。反之，如碱含量有富裕，则剩余的碱就会生成高挥发性的氯化碱和中等挥发性的碳酸碱，形成氯和碱的循环，影响预热器的正常操作。根据国外经验，常用硫碱比作为控制指标,三、水泥工艺基础知识,5.5氯CI 氯在烧成系统中主要生成CaCl2或氯化碱RCl，其挥发性特别高（一般要达到95%以上），在窑内几乎全部挥发，形成氯循环富集，致使预热器生料中氯化物的含量提高近百倍，引起预热器结皮堵塞。 氯除了对烧成产生不利影响外，对钢筋还有腐蚀作用。,三、水泥工艺基础知识,5.6有害成分的控制 预分解窑生产中对原料中碱、硫、氯含量的控制，到目前为止被人们普遍接受的观点是：生料Na2O+K2O1.0%, CI 0.015%, 熟料中硫碱比（ ）, 最好在0.60.8，如超过此值就可能影响窑系统的正常操作。如碱、硫、氯超过规定值不多，可通过在操作上采取措施来消除，如设置自动清理装置或人工清理装置，加强清堵频次和定期清堵等。如超量过多，就需要在工艺上采取相应的措施来解决。 切断或降低有害组分的循环富集主要有三种途径：热料旁路、窑灰旁路和气体旁路。气体旁路就是旁路放风，它是目前采用最多和效果最好的一种旁路途径,四、生产技术简介,1、什么是新型干法水泥生产技术 以悬浮预热和预分解技术为核心，把现代科学技术和工业生产的最新成果广泛地应用于水泥生产的全过程，形成一套具有现代高科技特征和符合优质、高产、节能、环保以及大型化、自动化的现代水泥生产方法。,四、生产技术简介,2、新型干法水泥生产工艺流程 矿山开采破碎预均化配料生料粉磨生料均化悬浮预热、预分解、回转窑煅烧配料水泥粉磨水泥均化水泥包装、散装出厂 简称：两磨一烧,水泥厂的主要工艺环节 ：,生料制备,熟料煅烧,水泥粉磨,石膏,混合材,水泥生产原理,四、生产技术简介,3、生料均化 新型于法窑生料均化多采用空气搅拌方式，该方式按其物料的工艺流程不同可分为间歇式均化和连续式均化两种,均化效果是衡量各类均化设备性能的重要依据之一。均化前后被均化物料中某组分的标准偏差之比，称为该均化设备的均化效果H： Sin进均化设备物料某成分的标准偏差； Sin出均化设备物料某成分的标准偏差。,四、生产技术简介,3、1 各种均化库简介 混合室连续均化库 该类库的特点为一个大库，其底部中心位置设一小库，即混合室，在混合室底部一般配置四等分扇形充气装置，剩余的空气经排气通道与库顶空间相通。在库内，混合室内周围和环形区都装有充气箱。生料经库顶生料分配器和放射状布置的小斜槽进入库内，形成大致水平的料层。卸料时轮流向环形区一个小范围充低压空气，使该区生料流态化并经混合室周围进料孔流向中心混合室，同时，库内的生料呈旋涡状塌落，在自上而下的流动过程中，切割水平料层而产生重力混合作用，进入混合室后又因混合室内的连续充气搅拌而进一步均化。因此，该类库兼有重力和气力均化二重作用，由于混合室高度较低，充气压力低于间歇式搅拌库，从而得节能效果 锥形混合室型均化库均化效果!一般为59，其电耗较低一般为0.250.4KW·h/t。 图为锥形混合室均化库。,四、生产技术简介,3、1 各种均化库简介 多股流均化库 多股流均化库又称(MF) 库，是德国伯力鸠斯公司研制成功的，该库顶部结构与混合库均化库相同，中心室与库壁之间的环形库底分成10个充气,区,每个区设23 条装有充气箱的卸料槽，槽面沿径向铺有若干块盖板，形成45 个卸料孔。生料从库底进入中心室后，中心室底部连续充气使生料进一步混合均化。 MF 库单独使用时，均化效果H为7左右，双库并联操作时，H可达10% 甚至更高。由于该库主要是采用卸料时的重力混合均化，中心室很小，均化电耗低，单库工作时，生料均化电耗约0.150.3KW·h/t。,四、生产技术简介,3、1 各种均化库简介 控制流均化库又称CF 库，是丹麦史密斯公司开发研制的， 库底分成大小相等的7 个正六边形卸料区，每个卸料区中心有一个卸料口，卸料口,上部设有减压锥，卸料口下部设有卸料阀和空气输送斜槽，将卸出的生料送至库底外部中央的一个小混合室内，该混合室安装有荷重传感器， 该 库均化效果一般可达10左右，生料均化电耗0.2KW·h/t左右。但该库设备投资高。,四、生产技术简介,3、1 各种均化库简介 IBAU中心室均化库 该库中心有一个大圆锥体，通过它将库内生料重量传到库壁上。圆锥周围环形空间被分成向库中心倾斜的68个区，每区都装有充气箱，充气时生料首先被送至一条径向布置的充气箱上，再通过圆锥体下部的出料斜槽，经斜槽入库底部中央的生料小仓中。这种库的主要优点是均化电耗小，一般只有0.10.2度/吨生料，主要缺点是施工复杂，造价较高。均化效果最高可达10。,四、生产技术简介,3、旋风预热器 旋风筒的结构及其主要参数 旋风预热器是由旋风筒及上、下两级旋风筒的连接管道所构成。 对于旋风预热器中单个旋风简本体来讲，它的功能及结构如图所示。它由圆柱体、圆锥体、进口管道、出口管道、内筒及下料管等部分组成。 连接管道又叫换热管道，传热量占该级总传热量的8090%,四、生产技术简介,3、旋风预热器 旋风筒的结构及其主要参数。 旋风筒进口方式一般有两种，即进口气流外缘与圆柱体相切，称直入式，气流内缘与圆柱体相切，称蜗壳式。，蜗壳式的优点可提高分离效率，同时还具有处理风量大、压损小的优点， 进口面积多根据进口风速确定，进口风速一般取1525m/s，在实际生产中进口风速对压损的影响远大于对效率的影响。因此在不明显影响分离效率和进口不致产生过多物料沉积的前提下，适当降低风速可有效降低阻力。,四、生产技术简介,3、旋风预热器 旋风筒的结构及其主要参数 旋风筒的结构类型很多，但从其高度H（H=h1+h2）与直径D 之比（H/D ）可分为三种类型：即H/D 2，高型旋风筒； H/D 2 ，低型旋风筒； H/D =2 ，过渡型旋风筒。 一般来讲，高型旋风筒的直径较小，含尘气流停留时间较长，可沉降粒度较细的尘粒，故分离效率较高；在高型旋风筒中，又以圆锥体长度较长的圆锥型旋风筒的分离效率高。,四、生产技术简介,3、旋风预热器 旋风筒的结构及其主要参数 分离效率对热效率的影响： 为使预热器热效率较高，旋风筒的分离效率与系统阻力应该有一个合理的匹配，研究表明旋风筒分离效率对预热器热效率的影响顺序为： h1h5h2、h3、h4。 各级预热器分离效率推荐值,四、生产技术简介,4、分解炉 4、1分解炉的主要作用 预分解窑是在悬浮预热器窑的基础上发展起来的，是水泥工业的一次重大技术进步。在悬浮预热器与回转窑之间增加分解炉，同时具备燃料燃烧、气固换热、碳酸盐分解等多种功能。从第一台SF要问世以来，预分解窑一直在发展改进之中。初期以重油为燃料，炉容积也较小，气流的运动方式较单一，以后发展为以煤代油，乃至工业废燃料、炉容也有所增大，气流运动形式往往是多种形式的复合叠加，使气固两相流在炉内的流场更合理。以保证燃料的燃烧、气固的换热、碳酸盐的分解，而且还从分解炉的结构改进发展为筒、管、炉、窑、机及耐火、保温材料、自动化控制技术诸方面的综合改进。形成了当今几十种形式的分解炉。 分解炉的主要作用： 碳酸盐分解 燃料燃烧,四、生产技术简介,4、分解炉 4、2各种分解炉的简介 （1）SF 、N-SF分解炉 SF分解炉是全世界最早出现的分解炉，于1971 年11 月问世，它是石川岛公司和秩父水泥公司合作开发的，最初为燃油分解炉，改烧煤后问题较多，主要是存在煤粉不完全燃烧现象，为此石川岛公司将SF炉改造成N-SF炉。 图为N-SF炉,四、生产技术简介,4、分解炉 4、2各种分解炉的简介 （2）RSP分解炉 RSP分解炉是日本小野田水泥公司和川崎重工共同开发的，1972 年8月试验投产，1974 年8 月应用于工业生产。 RSP炉属旋风喷腾式分解炉,四、生产技术简介,4、分解炉 4、2各种分解炉的简介 RSP分解炉的特点 RSP炉由涡流燃烧室(即SB室)、涡流分解室(即SC室)、混合室(即MC室)三部分组成。 在窑尾烟室与MC室之间设有缩口、缩口处装有可调闸板，用以平衡窑与分解炉之间的压力。 从冷却机抽来的热风，从SB室上部对称地以切线方向入炉，加速煤粉的混合与燃烧。 来自冷却机的热风，从两侧对称地以切线方向进入SC室，三级筒下来的物料在三次风入炉前喂入该气流中，在入口处装有撒料捧以打散物料，使风、料混合入炉。 由SC室出来的热气流、物料粉及未燃烧完全的燃料入MC室，与呈喷腾状态进入的高温窑烟气相混合，此时燃料继续燃烧，生料进一步分解。 RSP炉内既有较强的旋转运动，又有喷腾运动。物料随来自三次风管的热风以旋流状态进入SC室，有利于气、料混合及热交换。同时，窑烟气以较高速度进入MC室形成喷腾运动，由于MC室截面较大，流速降低，延长了物料及燃料在炉内的停留时间，有利于燃料完全燃烧与物料的分解。 窑与炉的燃料比为4：6，入窑生料分解率高达8595，一般控制在90,四、生产技术简介,4、分解炉 4、2各种分解炉的简介 喷腾型分解炉 喷腾型分解炉以为FLS分解炉代表，有离线型分解炉（SLC）和在线型分解炉（ILC）两种。三次风在分解炉下部以高速（2530m/s）喷入，形成喷腾层，造成炉内的紊流状态。系统阻力小，对燃料的适应性较强，可烧煤也可烧油。当采用单点进料时，靠加料嘴的一侧物料浓度较大，而另一侧浓度小，若采用多点进料可改善炉内物料分散的均匀性。当入炉物料不均匀时，即当来料突然很大，它在瞬间掩盖整个喉管，使入炉三次风受到冲击，炉内通风燃烧受到影响，严重时使窑头因起到烟或回火。,四、生产技术简介,4、分解炉 4、2各种分解炉的简介 离线喷腾型分解炉 窑尾气体不经过分解炉，三次风单独进入分解炉，除分解炉的气体与窑尾气体一道进入最下级旋风筒。 优点： 进入分解炉的气体为新鲜空气，燃烧效率较高，因此分解炉的容积较小。 分解炉的燃烧比较容易控制。 缺点; 进入分解炉的气体温度不高，对于煤种的适应性没有在线分解炉高。 在实际运行过程中，一般都存在预热器与分解炉的过渡，操作上相对技术较复杂。 当物料来料不均匀或风量波动时，常有塌料的危险。,四、生产技术简介,4、分解炉 4、2各种分解炉的简介 在线喷腾型分解炉 窑尾气体和三次风全部进入分解炉，煤粉在窑尾烟气和三次风的混合气体下燃烧。 优点：进入分解炉的气体温度较高，因此对燃料的适应性较好； 设备较简单，操作方便。 一般不担心塌料危险。 缺点; 炉容积较大。容积产量较低 由于分解炉中混入了窑尾气体，对煤粉燃烧不是很有利。,四、生产技术简介,4分解炉 4、2各种分解炉的简介 KDS分解炉 KDS分解炉是南京凯盛公司开发的双喷腾低NOX喷旋型分解炉,四、生产技术简介,4、分解炉 4、2各种分解炉的简介 KDS分解炉的特点 采用喷旋结合型式，使得物料浓度分布和气体温度分布更合理，分解炉达到了“三高”，即高的燃料燃烬率、高的生料分解率、高的容积利用率。 分解炉中部采用缩口，使分解炉达到二次喷腾效应，具有湍流回流作用强、物料分散及换热效果好、固气停留时间比大、容积负荷高等特点。(采用该技术，可以解决像TL厂分解炉温度倒挂的问题)。 在分解炉下部增设“脱氮区”，不仅有效降低了排放废气中的氮氧化物、减少了环境污染，还有效控制了炉下部气体温度、提高物料停留时间、减少炉下部结皮现象。 采用在线布置型式,克服了离线分解炉塌料的问题。 由于增设了下部喷煤管,在窑尾高温气体的作用下，燃料的燃烧速度显著加快，因而为分解炉使用劣质燃料提供了可靠的保证。 分解炉出口采用长形弯管与C5旋风筒相接，既扩大了分解炉的有效容积，又使分解炉布置更紧凑，降低了设备重量，节省了投资。,四、生产技术简介,4分解炉 4、2各种分解炉的简介 （4）DD 炉 DD 炉是日本水泥公司同神户钢铁公司在总结了许多窑外分解方法和经验基础上研制的，第一台DD 炉于76 年6月用于半工业生产，它通过在炉的下部增设还原区段，使窑废气中的NO有效脱除；又通过在炉内主燃烧区后设立后燃烧区，使燃料进行双重燃烧，从而获得良好的生产效果。,四、生产技术简介,4、分解炉 4、2各种分解炉的简介。 TDF 炉 我国天津水泥工业设计院通过对各国分解炉的比较 后，引进了DD 炉的专利技术，并用于预分解窑的设计和建设，在DD炉的基础上进行优化，研制开发了TD 炉、TDF 炉。,图为 分解炉结构示意图 1窑气；2三次风；3分解炉燃烧器； 4C4料；5去C5,四、生产技术简介,4、分解炉 4、2各种分解炉的简介。 TDF 炉 TDF炉的特点：为提高分解炉煤粉燃烧条件，在提高三次风温的同时，在结构设计上避免空气与三次风过早相混；在三次风入炉口设置燃烧器，提高纯氧燃烧空间及燃烧所需的动力；合理布置C3下料位置，使煤粉燃烧区域的温度提高，加快煤粉的燃烧速度，从而有效地提高了煤粉的燃烧效率；取消了除NO喷嘴，简化了结构。TDF炉成功用于国内几十条生产线，其中最大的生产线为海螺5000T/D。,四、生产技术简介,5、回转窑 5、1回转窑窑体结构 回转窑是熟料低烧系统中的主要设备。它是由筒体、轮带、托轮、挡轮、传动装置以及密封等装置组成。 5、2回转窑的工作原理 水泥回转窑是低速旋转的圆形筒体，是用以煅烧水泥熟料的设备，它以一定斜度依靠窑体上的轮带，安放在数对托轮上，由电机带动或液压传动，通过窑身大小牙轮，使筒体在一定转速内转动。生料自高端(窑尾)喂入，向低端(窑头)运动，燃料自低端吹入形成火焰，将生料通过碳酸盐分解、放热反应、烧成和冷却四个自然带的复杂物理化学变化，烧成熟料，由窑头卸出，烟气由窑尾排出。,四、生产技术简介,5、回转窑 5.3回转窑的基本技术参数 5.3.1填充率 回转窑内物料的截面面积与窑的横截面面积之比为窑的填充率。填充率与窑的直径无关，大约为517%。窑的填充率过高，会削弱窑内热传递。在窑的实际操作中，窑的填充率不应超过13%。 填充率,f窑内物料填充率，% G单位时间通过窑内物料量， t/hg物料平均容重，t/m³ a物料休止角，° Di窑内径, m n窑转速, r/minS窑斜度, °,四、生产技术简介,5、回转窑 5、3回转窑的基本技术参数 5.3.2窑速与喂料量 窑操作时，为了保证熟料煅烧，窑需要快转，物料填充率较小，物料换热、固相反应充分，因此窑的喂料与窑的转速影响适应，它们的关系由下图所示（对于5000t/d窑的操作）：,四、生产技术简介,5、回转窑 5.3回转窑的基本技术参数 5.3.3物料在窑内的停留时间,四、生产技术简介,5、回转窑 5.3回转窑的基本技术参数 5.3.4回转窑内各带的长度 回转窑内各带的长度与入窑分解率、窑速、喂料量、物料成分、火焰长短等因素有关。 入窑分解率越高，分解带越短； 窑速越快，烧成带、冷却带越短； 物料量越大，过渡带越长； 火焰越长，烧成带越长。 一般来说，窑内各带的长度如下,四、生产技术简介,6、冷却机 6.1第三代篦冷机的结构特点及关键技术 （1）高温区采用充其梁、高阻力充气篦板 采用低阻力篦板，粒径为5mm的通风量只有粒径为20mm通风量的55%左右。由于粒径的变化使得冷却风量发生较大变化 采用高阻力篦板，粒径为5mm的通风量可以达到粒径为20mm的通风量的85%以上。在一定程度上缓解了通风量不均的问题，为消除冷却机“串风”创造了有利条件。,四、生产技术简介,6、冷却机 6.1第三代篦冷机的结构特点及关键技术 （2）在中温区采用低漏料阻力篦板 这种篦板既减少细粒熟料的漏料量，又增加了篦板的通风阻力。篦板阻力的增加同样可降低不均匀料层阻力对篦床总阻力的影响，有利于熟料的进一步冷却和热回收。虽然有的用冷风室供风（一般用充气梁供风）对熟料进行冷却，仍可满足冷却需要 （3）在低温区采用普通篦板 因为经过前两篦板区的冷却，熟料温度已显著降低，采用普通篦板完全可以满足要求。,四、生产技术简介,6、冷却机 6.1第三代篦冷机的结构特点及关键技术 （4）合理配置冷却风 在篦床的三个区域，根据料温、料量及所要求冷却后的出料温度，配置不同风量、风压的风机，以满足冷却的需要 第三代篦冷机在冷却风配置上，全面考虑料层纵、横向的阻力（料厚及颗粒组成）和料温的分布规律，既沿纵向又沿横向将篦床划分为足够小的区域，形成合理的冷却小单元，并有针对性地分配可调节的冷却风（称可控流），最终达到以最少的冷却风冷却尽可能多的热熟料，降低空气消耗量，提高二、三次风温，从而达到高产、高效、低热耗的目的,四、生产技术简介,6、冷却机 6.2第二代与第三代篦冷机的对比,第二代篦冷机的工作原理 料多的3区通风少 料细的2区通风少 料粗的4区通风多,第三代篦冷机的工作原理 料多的3区、料细的2区以及料粗的4区通过高阻力篦板和风门1A、1B、1C、1D、1E调节使它们的通风相同,五、煅烧过程中的物理化学变化,硅酸盐水泥熟料形成的过程，实际上是石灰石、黏土、铁矿石等主要原料经过加热，发生一系列物理化学变化形成C3S 、 C2S 、C3A 和C4AF 等矿物的过程，不论窑型的变化如何，其过程是不变的。 水泥生料在加热煅烧过程中所发生的主要变化，包括自由水的蒸发，黏土质原料脱水与分解，石灰石的分解，固相反应，熟料的烧成和熟料的冷却。,五、煅烧过程中的物理化学变化,1、自由水的蒸发 无论是干法生产还是湿法生产，入窑生料都带有一定量的自由水分，由于加热，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。 2、黏土质原料脱水和分解 黏土主要由含水硅酸铝所组成，其中二氧化硅和氧化铝的比例波动于2：1-4：1 之间。当温度升到450时，黏土中的主要组成高岭土失去结构水，变为偏高岭石 Al2O3·2SiO2 · 2H2O-Al2O32SiO22H2O,五、煅烧过程中的物理化学变化,3、石灰石的分解 温度继续升至 600以上时，生料中的碳酸盐开始分解 600 MgCO3-MgO CO2 900 CaCO3- CaO CO2 碳酸钙（ CaCO3）是生料中的主要成分，分解时需要吸收大量的热，其分解过程中消耗的热量约占干法窑热耗的一半以上，其分解时间和分解率都将影响熟料的烧成。因此，碳酸钙的分解是水泥熟料生产中重要的一环。,五、煅烧过程中的物理化学变化,4、固相反应 800-900 CaO Al2O3 - CaO· Al2O3 (CA) CaO Fe2O3 - CaO· Fe2O3 (CF) 800-1100 2 CaOSiO2 - 2 CaO · SiO2 (C2S) CaO· Fe2O3 CaO - 2 CaO · Fe2O3 (C2F) 7CaO· Al2O35 CaO - 12 CaO ·7 Al2O3 (C12S7) 1100-1300 12 CaO ·7 Al2O3 (C12S7) 9 CaO - 7(3 CaO · Al2O3) 7(CaO · Fe2O3 ) 2CaO 12 CaO ·7 Al2O3 - 7(4CaO · Al2O3 · Fe2O3 (C4AF),五、煅烧过程中的物理化学变化,5、熟料的烧成 当物料温度升高到近1300时，会出现液相，溶解于液相中的C2S 和 CaO很容易起反应，而生成硅酸三钙： 2 CaO