学习好资料 欢迎下载
热工设备知识梳理
新型干法水泥回转窑系统是以“悬浮预热”技术和“窑外分解”技术
为核心，是目前水泥行业成熟而先进的水泥煅烧技术。筒（旋风筒）管（联接管）炉（分解炉）窑（回转窑）机（冷却机）
1. 按水泥煅烧熟料窑的结构分类： （1）立窑，普通立窑和机械立窑；
（2）回转窑，湿法、干法和半干法回转窑。 2. 回转窑特点：
热耗较高，生料易于均化，成分均匀，熟料质量较高，并且输送方便，
粉尘少。对硅酸盐水泥的湿法回转窑而言，生料在回转窑中经高温煅烧发生一系列物理的、化学的和物理化学的变化，最后形成熟料。
3. 水泥熟料的烧制过程：
预热阶段(室温～900℃)：生料中残余水的排除，500 ℃结构水排出，随着生料升温，少量MgCO3分解。
分解阶段(900～1000 ℃)：碳酸钙分解，吸收大量的热量。
固相反应阶段(1000～1250 ℃)：各种氧化物之间发生固相反应，形
成了一些矿物。
烧成阶段(1250～1450～1300 ℃)：出现液相。最终产物为玻璃相
以及C3S，C2S，C3A，C4AF。
冷却阶段(1300～100℃)：快速冷却，可保持一定的玻璃体，还可防
止β-C2S→γ-C2S从而提高水泥强度且有利于粉磨和输送及余热回收。
4. 原理：第一，水泥生粉料从第一级预热器（简称旋风筒）和第二级
旋风筒之间的联接管道加入，在旋风筒内利用离心力的作用进行气固分离，出第四旋风筒的预热生料进入分解炉，在分解炉内完成大部分的碳酸钙的分解，分解后的生料进入C5内， 经气固分离后生料进入回转窑内，再经煅烧，经一系列物理化学反应后，成为水泥熟料，进入冷却机冷却后，进入熟料库，最后熟料、石膏、混合料按一定的比例在水泥磨内混合粉磨后成为水泥。
第二，来自煤磨的燃料被分成两部分
大部分煤粉（60~70%）被气力输送泵送到分解炉内燃烧，供碳酸钙分
解需大量的热量
小部分煤粉（40~30%）被送到窑头喷入回转窑内燃烧，产生的烟气供
给回转窑煅烧熟料
第三，整个系统内燃料燃烧所需助燃空气被分成三部分 （1）来自窑头的鼓风机-----一次空气，携带煤粉经煤管直接喷入到回
转窑内，使火焰有一定的刚度；
（2）来自水泥冷却机的预热空气----二次空气，从窑头进入回转窑内。
作用：窑头煤粉燃烧的主要助燃空气；
（3）来自水泥冷却机的预热空气----三次空气，进入分解炉内。作用：
分解炉内煤粉的助燃空气
二次空气、三次空气预热的温度越高越好，能增加带入窑内热量。一
次空气不能预热，否则会使煤粉挥发份在煤管中提前溢出，可能造成煤粉爆炸事
学习好资料 欢迎下载
故
5. 新型干法水泥回转窑系统的几个重要指标：
回转窑的发热能力Qyr，水泥熟料的实际烧成热耗q，回转窑内燃烧带的截面热力强度qA（燃烧带的截面热负荷）回转窑内燃烧带的表面热力强度qF（燃烧带表面热负荷），回转窑内燃烧带容积热力强度qv（燃烧带的容积热负荷），回转窑内燃烧带的空气过剩系数α，回转窑系统的热效率η
PS：水泥熟料的理论热耗：由0℃的干生料，在没有任何热量损失和物料损失的情况下，烧成1kg冷却到0℃的水泥熟料所需要的热量，KJ/kg-熟料
入窑生料的分解率：入回转窑中已分解的碳酸盐量占原来未分解的碳
酸盐量的百分数，它在数值上等于生料中分解出来的CO2量占生料中总CO2的百分数
（1）表观分解率e=(生料中原有的烧失量-样品中残留的烧失量)/生料
中原有的烧失量e=10000(L1-L2)/L1(100-L2)%
（2）真实分解率et=e-100mfh(efh-e)(100-L1)/(10000-L1efh)%或
et=e-100mfh (100-L1) (L2-Lfh)/L1(100-L2)%
入窑生料包括预热生料和被废气携带出窑后又被风筒所收集下来的飞
灰，将大部分分解的窑灰对所起的样品的影响排除得到真实的数据。
6. 旋风预热器的作用：实现气（废气）、固（生料）之间的高效换热。
从而到达提高生料温度，降低废气温度的目的。
基本流动方式：旋转流和喷射流 功能：分散、换热、分离。
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（80%在联结管道内完成，
20%在旋风筒内）
(3)气、固相的分离，生料粉的收集（在旋风
筒内完成）
7. 影响旋风预热器预热效率的因素：换热公式Q=αFΔt
α：换热系数. 流速越大，对流传热系数越大F: 接触面积Δt：气固
两相温差
因素之一：粉料在管道中的悬浮
选择合理的喂料位置， 气流的类型：旋转气流、喷腾气流，在喂料
口加装撒料装置--目的是促使物料分散，来料均匀性
因素之二：气、固相的传热
对流换热，悬浮换热效果取决于生料在气流中的分散程度（中高速
18~22m/s），多个旋风换热单元相串联组成旋风预热系统。
因素之三：气、固分离效率 旋风筒的直径（小高），旋风筒进风口的类型与尺寸（切向入筒，减小
涡流，多边形口），出风管(内筒)的尺寸和插人深度（小深高），旋风筒的高度（高利高），其他（粉料颗粒的大小、气流中的粉料浓度、锁风阀的严密程度）
PS 分离效率的提高会影响到流动阻力损失的增大。
8. 克服旋风筒内部旋风的风尾在旋风筒锥体内引起的“二次飞扬”问
题：
学习好资料 欢迎下载
延长旋风筒的长度（大于旋转气流的自然长度），在旋风筒的锥体部分，
采用隔离膨胀仓技术，设置隔离导向锥 ，（即锁风阀：避免排除的粉料被逆流上升的气流吹起而造成二次飞扬，影响气固分离效率）
PS 提高分离效率的措施综合方向：开发新型高效、低阻的旋风筒、新
型换热管道、新型锁风阀、新型撒料装置。
9. 各级旋风筒的气固分离效率ηc的影响：
ηc5＞ηc4＞ηc3＞ηc2＞η c1 ,此顺序也是预热器换热效率的影响顺序
实际上c1的排尘量大，会增加料耗，热耗和后面电除尘的电耗增大 所以各级旋风筒气固分离的效率对整个系统热效率的影响是 ηc1＞ηc5＞ηc4＞ηc3＞ηc2
11. 各级旋风筒表面散热损失的影响：越往下，旋风筒及连接管的表面
温度越高，所以表面散热损失大，应加强此处的保温，散热多，热效率降低。
12. 各级旋风筒漏风量的影响：漏风量不仅会降低自身的温度和热效率，
降低生料的预热效果，增加热耗，还会增加排风机的负担和电耗
各级旋风筒处漏风量对系统热效率影响顺序是：lokc5 ＞lokc4 ＞
lokc3 ＞lokc2 ＞lokc1
PS 预热器出口的废气温度（物料预热的温度）随级数的增多而降低（升
高），随着级数的增加，升温曲线趋向平缓。级数多，总换热效率增高，电耗增加，增加投资费用。
13. 旋风筒改进：在旋风筒入口或出口处增设导向叶片，筒体结构的改
进
（截面积减小，高度增加，排气管内直径增大，入风口增大，锥形底），下料口结构，进风口和排风管的结构，旋流方式的改进。（降低阻力）
14. 预热器系统的阻力与预热器结构：旋风筒进气口切向气流与旋转气
流的碰撞干扰、旋风筒内内旋流与外旋流气固两相流的不断变化、气流在旋风筒锥部的转向、上升旋风筒内壁与两相流的摩擦损失。
阻力（沿程阻力和局部阻力）与速度、流场、锥部折返上行运动（KS-5
卧式），结构调节来降低阻力。
1. 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，入窑物料的表观分解率可提高到85%-90%；“第二热源”减轻热负荷 延长使用寿命；完善工艺
按炉内主气流运动形式来分： 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 。 “综合效应” 按全窑系统主气流运动方式来分：
第一种类型（a)--同线型 分解炉所需助燃空气全部由窑内通过，无三
次风管。（节省、方便、冷却机型任意、过多空气通过窑内影响操作）
第二种类型 (b)--同线型 分解炉需助燃空气由三次风管提供，并在炉
内与窑气混合。
第三种类型 (c1，c2，c3）--（半同线型，异线型，旁路放风型）分解
炉所需助燃空气由三次风管提供，窑气不入炉。（炉内燃料在纯空气中燃烧）
学习好资料 欢迎下载
PS 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。 F列（炉列） K列（窑列） 2. 评议分解炉的特征要点：
（1）气体流动：气体进入方式（窑气，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 3. 回转窑的结构：筒体（一定斜度、窑口护铁、窑头冷风套），轮带（滚
圈，全部重力），托轮（清洁光滑润滑温度平衡），挡轮（液压挡轮-窑尾靠近窑头侧限制或控制窑体轴向窜动），密封装置（负压，防止漏风漏料 窑头：迷宫式或气封式；窑尾：接触式；气动式和复合式），薄片式密封。传动装置（保证窑的旋转和调节窑的转数，附属电机和减速机，故障和维修），附属设备（烧成带的轴流风机：利于窑皮的形成，保护筒体；传感器：温度力矩纵向高度位置-液压挡轮；窑头罩） （尾高头低）
4. 回转窑的功能：1）燃料燃烧设备（燃料充分燃烧、煅烧提供热量）；
2）热交换设备（均匀温度场满足生产换热要求）；3）高温化学反应设备（热量、温度、停留时间的要求）；4）输送设备（输送物料和气流通过）
5. 回转窑的工作原理： （1）回转窑内物料的运动（窑尾到窑头）：Di（窑内有效内径） ↑ vm
↑；转速越快， vm↑；回转窑的斜率β↑ vm ↑；物料的填充率应越大，窑的转数应越大；物料的休止角α↑ vm ↓（物料的粘度越大，流动性困难，则 vm ↓；易烧性好的物料，在窑内煅烧时间短，则 vm ↑）
PS：⑴ 在窑喂料量不变时，窑速加快，会使窑的填充率降低。此时窑
的产量并未增加；但由于是簿料快转，有利于熟料煅烧均匀，质量提高；传热效果好，热耗降低；窑皮、窑耐火砖受热波动小，窑的安全运转周期长。
⑵ 在窑填充率不变时，让窑速与喂料量同步增加或减少，即窑的
产量高低时刻伴随着窑速的快慢进行。但由于窑的热负荷要相应改变，窑皮与窑衬所承受的热负荷也要变化，势必影响窑的安全运转周期。这种方法慎用。
（2）回转窑内的燃料燃烧：一次风是通过主燃烧器强制送入窑的自然
空气，由窑头燃烧器的一次风机供给。作用：输送煤粉，并供煤中挥发份燃烧所需的氧。
风量占总风量：＜15%。一次风是常温，风量过大，入窑后吸热，使熟料煅烧的热耗增加，热效率降低；煤中挥发份低时，需要的一次风应少些；不利于NOx 的排放。一次风过少，挥发份燃烧慢，影响煤的燃烧速度，同时煤对喷煤管的磨损加大，设备损坏严重。二次风经冷却机被预热后入窑，对气流产生强烈的扰动，有利于碳的燃烧。调节火焰长短，窑尾温度高低以及供燃料焦炭粒子燃烧所需的氧并能回收熟料的热量。当一次风不变时，二次风大小决定着窑内抽风能力大小。二次风大，火焰长，否则短。
6). 煤粉燃烧过程的控制：火焰的温度、长度、着火位置及形状
影响火焰温度：煤的热值；煤的挥发份；煤的灰分；煤的水分；煤粉的细度；
学习好资料 欢迎下载
燃烧所需空气用量；二次风温；窑体烧成带壁温度等。
PS 增加燃料量不是总能提高火焰输出的热量，但是减少燃料量总是会降低热量输出。燃烧带火焰长度--主要决定于燃烧带气体流速
火焰长度：决定了窑的烧成带的长度（全焰长度-喷煤管到火焰末端；燃焰长度-开始着火到火焰末端）
PS 在发热量一定的条件下，火焰越长，燃烧带温度越低，过早出现液相，易结圈，尾温高。火焰越短，高温部分集中，窑衬寿命短。 影响火焰长度因素：气流速度（快长）；煤粉燃烧速度（煤愈细、二次风温越高，燃烧快，火焰长度愈短；煤水分越高，火焰越长。）；喷嘴结构（三风道、四风道喷煤管）
7). 三风道喷煤管：一次空气量少,煤粉的燃烧强度高,火焰形状调整幅度大, 燃烧稳定，对各种煤有很好的适用性;NOx浓度降低，热耗减少，烧出的熟料粒度小，脆性大。
PS 加大内（外）风，被吸入的二次风增多，火焰长度增长烧成温度偏低时，适当减少煤风
火焰稳定器稳定器有何主要作用？ (1)在火焰根部产生一个较大的回流区，可减弱一次风的旋转，使火焰更加稳定，温度容易提高。
(2)火焰稳定器的直径较大煤风环形层的厚度减薄，煤风混合均匀充分，一次 风容易穿过较薄的火焰层进入到其中，缩短了“黑火头”。 拢焰罩有何作用？
（1）产生碗状效应，可避免空气的过早扩散，在火焰根部形成一股缩颈，降低窑口温度，使窑体温度分布合理，火焰的峰值温度降低。 （2）轴向外净风的分孔式喷射， 轴向外净风改变了原来的连续式环形间隙喷射，采用了均匀间断式的小孔喷射。
（3）小孔为均匀排列的小矩形，由第一层套管内壁加工出的矩形沟槽和第二层套管组装后形成。 中心风有何作用？
（1）防止煤粉回流堵塞燃烧器喷出口（中心风的风量不宜过大。过大，不仅增大了一次风量，对火焰形状不利，对煤粉的混合和燃烧都是不利的）。
（2）冷却燃烧器端部，保护喷头（中心风将喷头端周围的高温气体吹散顶回，不仅冷却了喷头内部，而且也冷却了端面，从而达到保护喷头的目的）。 （3）中心供一部分氧气，使火焰更加稳定易燃烧。 （4）减少NOx有害气体的生成。
（3）回转窑内气体的流动：窑内气流属于高度湍流状态 1)为什么二次风会被吸入窑内？ 在喷煤嘴处造成一定的负压（抽力），使二次空气连续不断吸收进流股内，与一次空气混合，并逐渐向中心扩散，射流断面逐渐扩大，气体量逐渐增多。
热工设备知识梳理
