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水泥烧成工艺系统简介

2020-02-18

一、 基本概念

1、硅酸盐水泥熟料组成:

硅酸盐水泥熟料主要由硅酸二钙( C2S)、硅酸三钙( C3S) 、铝酸三钙( C3A) 、铁铝酸四钙( C4AF)

2、回转窑内熟料形成按温度和反应可分为三个工艺带:

过渡带(上过渡带、下过渡带)

烧成带

冷却带:熟料冷凝成圆形颗粒,落入冷却机中。

3、煅烧过程中的物理化学变化(预热器及窑)

Ø 自由水的蒸发

Ø 粘土的脱水与分解

   2SiO2· Al2O3 · H2O 2SiO2· Al2O3 H2O 

   2SiO2· Al2O3  Al2O3 SiO2 

Ø 石灰石分解(吸热反应)

   MgCO3  MgOCO2 (600℃)

   CaCO3  CaOCO2(900℃)

Ø 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).

Ø 熟料烧成(1300℃的液相情况下进行

   C2S CaO C3S 

4、一次风、二次风和三次风

Ø 一次风

 一次风来源于窑头一次风机加送煤风机对煤粉起输送作用,一并给煤燃烧提供所需的氧;

Ø 二次风

二次风先经过冷却机与熟料换热,熟料被冷却,二次风被预热入窑供燃料燃烧。

Ø 三次风

二次风的一部分作为三次风经三次风管到分解炉供燃料燃烧。

二、生料预热与分解(烧成窑尾)

1、生料预热与分解工艺流程

料流方向:生料粉经计量由提升机送入二级旋风筒气体出口管道内,在气流作用下立即分散、悬浮在气流中,进行气固换热,并随气流进入一级旋风筒。气料分离后,料粉通过重锤翻板阀进入三级旋风筒气体出口管道,并随气流进入二级旋风筒。以这样类似的方式,生料粉经过四级热交换后,得到了充分预热,随之C4物料随三次风进入SC室加热、分解,经MCRD(上升烟道)进一步分解后的物料,随气流进入C5旋风筒,分离后喂入窑内。

气流方向:窑气和出预燃室的气体经分解炉混合室及上升管道,沿着旋风筒及气体出口管道逐级上升,最后由一级旋风筒出风管排出;废气经过SP余热锅炉或者也可以不经过余热锅炉直接由高温风机,送往原料粉磨,煤磨和窑尾废气处理系统

2、生料预热与分解设备简介

2.1旋风筒

C1及C2为内筒形式,C3C4C5为内筒挂板形式,定期须检查内筒的变形及开裂情形及挂板的烧损情况及挂头是否脱落.

 

 


2.3、分解炉简介(RSP炉)

分解炉由分解炉燃烧器、涡流燃烧室即SB室、涡流分解室即SC室、混合室即MC室、加长的上升管道(RD)等构成。

分解炉各部分的主要功能:

SB室的作用 :加速燃料的起火预燃;

SC室的作用:使燃料在三次风中能迅速燃烧;

MC室及RD的作用:保证最终完成燃料的燃烧和生料的分解。

为保证良好的传热效果及物料滞留时间长些,须保证气流在炉内悬浮均匀及气流呈旋流或喷腾状态.

2.4三次风管

2.4.1三次风管的作用

其作用是把窑头冷却熟料后的高温气体引入窑尾预燃室,供分解炉煤粉燃烧。

2.4.2三次风管上的文丘里管用于测定三次风量,由不同管径的差压,再根据三次风温度,得到三次风量,以此来调节三次风门的开度.2.5、预热器主要操作参数

一级旋风筒出口温度(300~340)℃(温度高会致使高温风机叶轮磨损

收尘器无法正常工作,一般设置有点火烟冒或者冷风阀。

SB、SC火焰温度1100

MC室出口温度880900

窑尾温度1050~1150

C5物料温度850860

C5气体温度860870℃(优先控制C5物料温度),因为考虑到入窑温度要得到保证

入窑生料表观分解率≥90%

三、烧成窑中

1、烧成窑中工艺流程

  生料粉从窑尾烟室的喂料托板喂入窑筒体内。由于窑筒体的倾斜和缓慢地回转,使物料产生一个既沿着圆周方向翻滚,又沿着轴向从高端向低端移动的复合运动。生料在窑内通过分解,烧成等工艺过程,烧成水泥熟料后从窑筒体的低端卸出,进入冷却机。

四、烧成窑头

1、熟料从窑内入篦冷机急速冷却,为煤粉燃烧提供高温二次风、三次风,同时也可为煤磨提供烘干热源,余热入窑头锅炉发电。

2、煤粉燃烧器等

五、煤粉在窑内的燃烧过程

当足够细的煤粉经燃烧器通过净风送入窑内以后达到燃点(450-650)与二次风相遇形成爆炸式燃烧形成循环扩散型火焰。

煤粉燃烧首先是干燥预热(黑火头部分)阶段,需要0.03-0.05s,然后是挥发分燃烧(白火焰部分),需要0.01-0.03s,最后为固定碳燃烧阶段(残余的焦炭或者煤粉粗颗粒)需要0.2-0.4s.

二次风温度、煤粉质量是影响燃烧速度的关键因素。下面介绍煤对熟料的影响。

六、煤对水泥熟料的影响

摘要:在水泥生产过程中,煤不仅作为燃料,而且成为水泥中的一种成分。并且煤质的好坏直接影响水泥熟料的产量、质量以及企业的综合经济效益。那么,掌握煤对窑影响方面的知识是绝对有必要的。

煤对窑内热工制度、熟料的产和质量影响较大的是:煤的发热量、灰分、挥发分、含水量、煤粉的细度以及碱、氯、硫的含量等。

 

1、煤的发热量(热值)的影响

煤的发热量的高低直接影响到窑内的热工制度,影响窑内温度的高低,进而影响到C3S的形成,影响熟料的质量。而影响热值的主要因素为灰分,灰分过高,热值低。

热值高的煤,在保证熟料质量和产量生产过程中,煤的使用量势必会减少,进而产生的灰分量的比例会减少,对熟料质量及回转窑的稳定运行影响就小。反之,煤使用量的增多,燃烧过程中产生的灰分的比例增加,势必会影响熟料的质量及回转窑的稳定运行(灰分对熟料质量及回转窑稳定运行的影响,将在煤的灰分中做进一步解释)。

 

2、煤的挥发分的影响

所谓挥发分即将煤隔绝空气加热到900左右,煤中的有机质和一部分矿物质就会分解成气体或者液体逸出,再减去煤中的水分。

当煤的挥发分Var<18%时,着火缓慢,形成黑火头过长,燃烧缓慢,降低火焰温度。

当煤的挥发分Var>35%时,由于挥发分会很快的分解燃烧,造成黑火头过短,物料在高温带停留时间短,对熟料的质量不利。当煤的挥发分过高时,在进行烘干和粉磨时,会有一部分挥发分逸出,不但造成热量的浪费,且易发生自燃爆炸事故,所以水泥窑用煤的挥发分一般控制在18-35%.

 

3、煤的灰分的影响

3.1灰分是煤在彻底燃烧后剩下的残渣。灰分的高低对煤的热值有着直接的影响。

3.2灰分过高会导致煤的热值低,从而使烧成带的温度上不去,火焰发浑,飞沙料增多,窑况不稳,熟料产、质量下降;并且灰分高,产生灰分沉积及窑内液相量过早出现,引起窑内结圈、结蛋,严重影响窑内通风和大窑的安全稳定运行,进而引起篦冷机堆雪人,反过来有更严重地影响窑及预热器系统的稳定运行;再者,灰分过高,煤质差,造成相当部分的煤粉产生不完全燃烧。

3.3未完全燃烧的煤粉进入C5旋风筒内及窑尾二次燃烧形成还原气氛和局部高温,造成下料管和上升烟道的结皮堵塞,导致系统阻力的增大,风机抽风量下降,整个系统通风不足,差生严重的不完全燃烧,从而形成恶性循环,煤中的有害成分在C3C4筒富集,引起结皮、积料和塌料。

3.4过高的灰分对熟料成分也有较大的影响。灰分高,煤的热值低,实物煤耗升高。煤灰沉落熟料中的比例大大增加,可以说成了组成熟料的一种重要物质,而煤灰的沉落量是波动很大的,因而不利于保证质量。由于煤灰分的掺入,一般使熟料的饱和系数降低,硅率降低,铝率提高,熟料f-CaO随煤的灰分含量增加而提高,熟料强度下降。

3.5因此控制进场煤的灰分,对窑系统的稳定运行、熟料的质量及企业的综合经济效益都是十分重要的。

 

4、煤粉中的含水量的影响

要降低煤粉中的含水量势必会影响煤磨的台时产量,并且出磨废气温度会相对较高,容易造成煤磨系统发生爆炸或着火事故;同时出磨温度过高,会对后面的收尘(袋式收尘器)、尾排设备腐蚀较大。

如果煤粉中含水量较高,不仅会影响煤粉的输送,而且所含的水分会严重影响煤粉的燃烧速度,从而改变火焰形状和窑内温度分布,降低熟料产、质量。

煤粉水分过大,易在煤粉仓内起拱、棚料造成转子秤下煤不畅。

 

5、煤粉中碱、氯、硫的含量的影响

5.1我们都知道,碱、氯、硫在窑内分解、气化、挥发,随窑内气体流向窑尾系统逸散。但温度降到一定限度时,其中一部分挥发性组分呈凝聚、聚集、粘附于生料颗粒表面重返高温区循环,影响生产,有时形成R2SO4RCl,沉降、结皮、堵塞。

5.2硫是煤中的有害成分,它以多种形式存在于煤中,有机硫和无机硫都有,单质硫较少。无机硫通常以硫酸盐或硫的化合物的形式存在,在燃烧过程中生成SO2;有机物则直接进行燃烧,生成SO2,这些反应都是比较复杂的连锁反应。生成的SO2与水化合生成亚硫酸,一部分随气体排出,污染大气,另一部分则吸附在设备表面,腐蚀其金属部件如果吸附在生料上,泽合碱金属氮化物发生反应,生成碱金属的硫酸盐,在温度较低时,会凝聚在物料盒设备表面上,影响熟料质量和对操作不利,所以煤中硫含量不宜过高,一般不要超过4%

5.3生产的熟料要求其Na2O<1.3%.高含碱量对熟料的煅烧和质量有较大的影响。含碱量过高,破坏熟料矿物C3SC2SC3A的形成;影响液相粘度;造成水泥结块、快凝;使混凝土发生-集料反应,致使混凝土局部膨胀,引起构筑物变形,甚至开裂。

 

6煤粉的细度的影响

一般要求预分解窑中煤粉细度控制为80μm筛余<5-10%。煤粉越细,其表面积越大,越容易着火,燃烧越迅速,煤粉的燃烧能力与挥发分成正比,固定碳的燃烧速率与细度的平方成反比。煤粉过粗,燃烧所需的时间长,形成的火焰长度过长,对燃烧不利,并且灰分大的煤,煤粉越粗,燃烬率越低,从而对熟料质量和窑的稳定运转影响也越大。

 

7煤质的均匀性

由于进场的煤的批次品质不一样,在不能得到很好的预均化的情况下,在某一时段内输送进入窑、炉的煤粉的品质相差较大,会造成窑、炉内的热工制度的不稳定,对烧成系统造成一定的影响,并且对窑上中控操作人员的技术素质有很大的考验。

 

 

 


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