五大热工设备介绍

五大热工设备介绍

一、预热器：

预热器主要功能是充分利用回转窑和分解炉排出的废气余热加热生料，使生料预热及部分硅酸盐分解，最大限度提高气固间的预热效率，实现整个煅烧系统的优质、高产、低消耗。它必须具备气固分散均匀、换热迅速和高效分离三个功能，在旋风预热器中，物料与气流之间的热交换主要在各级旋风筒之间的连接管道中进行，因此对旋风筒本身的设计，主要考虑了如何获得较高的分离效率和较低的压力损失，旋风筒的主要任务在于气固分离。来自上一级旋风筒收集下来的物料经喂料管落入散料板上冲散折回进入下一级旋风筒的排气管道中均匀冲散悬浮，并随上升气流进入旋风筒进行气固分离，气流由上而下做旋风运动，最后从锥部随排风机给予的动能沿旋风筒的中心垂直往上运动，此时，固体的物料沿筒壁落下进入下料溜管，排出的是相对干净的废气。旋风筒的收尘效率及阻力与旋风筒内的风速密切相关，旋风筒截面风速一般控制在5—6m/s，进风口风速在15-18m/s，出口风速控制在11-14m/s，若过高，引起系统阻力较大，过低不利于旋风筒收尘。

预热器主要部位工艺操作参数如下图（以天津院TDF预热器为例）：

预

图：

二、分解炉：

分解炉是在预热器和回转窑之间增设的一个装臵，燃煤喂入分解炉燃烧放出的热量与进入炉内的生料碳酸盐的分解和吸热过程同时在浮状态下进行，使得入窑碳酸盐分解率提高到90%以上。原来在窑内进行的分解反应移至分解炉内来，燃料大部分从分解炉内加入，减轻了窑内热负荷，延长了衬料的寿命有利于生产大型化，由于燃料与生料粉混合均匀，燃料燃烧热及时传递给物料，使燃烧、换热及碳酸盐分解过程都得到优化，因而具有优质、高效、低耗等一系列优良性能特点，它主要作用是燃料的燃烧、换热和碳酸盐的分解。在分解炉内，生料及燃料分别依靠“涡旋效应”、“喷腾效应”、“悬浮效应”和“流化态效应”分散于气流之中。由于物料之间在炉内流场中产生相对运动，从而达到高度分散、均匀混合和分布、迅速换热、延长物料在炉内的滞留时

间，达到提高燃烧效率、换热效率和入窑物料碳酸盐分解率的目的。在分解炉内主要存在碳酸钙分解和燃料燃烧两种反应。在连续稳定的状态下，二者进行的吸热和放热的速率是平衡的。碳酸钙分解从600~700℃时开始，800℃时分解速度明显加快，900℃时分解反应迅速。但就燃料燃烧反应而言，其在前期燃烧迅速，放热较快。随着气体中氧含量迅速降低，其后期的燃烧速度明显下降，较难燃烬。这就表明在分解炉内，对于碳酸钙分解进程来说，其前期主要受控于碳酸钙分解速度，而后期主要受控于燃料燃烧速度。但在分解炉内，燃料的着火和初期燃烧均进行较快，物料在悬浮态下被迅速加热，体系快速升温，分解炉在绝大部分时间内都处于相对稳定平衡状态。因此，基本上可以认为分解炉内的分解过程主要受控于燃料燃烧速度。分解炉结构如下图（以DD炉为例）：

按内部作用原理，DD分解炉可分4个区。

1、还原区（Ⅰ区）包括咽喉部分和最下部锥体部分。咽喉部分是DD分解炉的底部，直接座在窑尾烟室之上，窑烟气通过咽喉直吹向上，使生料喷腾进入炉内。

2、燃料裂解和燃烧区（Ⅱ区）中部偏下区。从冷却机来的高温三次风，有两个对称风管喷入炉内（Ⅱ区），每根风管的风量由装在风管上的流量控制阀控制，总风量根据DD 分解炉系统操作情况有主控阀控制。两个主要燃料喷嘴，装在三次风进口的顶部。燃料喷入Ⅱ区富氧区立即在炉内湍流中裂解和燃烧。产生的热量迅速传给生料，气料进行高效热交换生料迅速分解。

3、主要燃烧区（Ⅲ区）在中部偏上到缩口，主要是燃烧燃料和把产生的热量传给生料，生料吸热分解，使炉温保持在850~900℃，生料和燃料混合、分布均匀，没有明亮火焰的过热点，区内温度较低，且分布均匀。

4、全燃烧区（Ⅳ区）炉顶部圆筒体，主要作用是使未燃烧的10%左右的燃料继续燃烧，并促进生料分解。气体和生料通过Ⅲ区和Ⅳ区间缩口向上喷腾直接冲击倒炉顶棚，翻转向下到出口，使气料搅拌和混合，达到完全燃烧和热交换。

三、回转窑；

窑尾预分解系统基本完成了物料的干燥、预热及碳酸盐分解等功能，物料的放热反应、烧成及冷却是在回转窑中完成，因此回转窑的主要功能有以下四个方面：

1、燃料燃烧功能。它具有广阔的空间和热力场，可以供应足够的空气，装设优良的燃烧装臵，保证燃料充分燃烧，为熟料煅烧提供必要的热量；

2、热交换功能。它具有比较均匀的温度场，可以满足水泥熟料形成过程各个阶段的换热要求；

3、化学反应功能。随着水泥熟料矿物形成不同阶段的不同需要，它既可分阶段地满足不同矿物形成对热量、温度的要求，又可以满足它们对时间的要求；

4、物料输送功能。由于具有一定的斜度和转速，它能将物料扬起后再落下，形成位移，从而使物料从窑尾向窑头运动；

回转窑基本数据对比表

四、冷却机；

1、冷却机的功能与作用：

1）作为工艺设备，它承担着对高温熟料的骤冷任务。骤冷可阻止熟料矿物晶体长大，特别是阻止C3S晶体长大，有利于强度与易磨性的改善，同时，骤冷可使液相凝固成玻璃体，使MgO及C2A大部分固定在玻璃体内，有利于熟料的安定性的改善及抗化学侵蚀性能。

2）作为热工设备，在对熟料骤冷的同时，承担着对入窑二次风及入炉三次风的加热升温任务。尽可能的提高二、三次风温度。不仅可以回收热量，并且对燃料的助燃和燃尽以及全窑系统的热力分布有好的作用。

3）作为热回收装备，它承担着对出窑熟料携出的大量热焓的回收任务。回收的热量以高温热随二、三次风进入窑、炉之内，有利于降低系统煅烧热耗；以低温热能亦有利于余热发电。

4）作为熟料输送设备，它承担着对高温熟料的输送任务，

对高温熟料进行冷却有利于熟料输送和贮存。

2、第三代篦冷机的特点

1）篦冷机入口端采用阻力篦板及充气梁结构篦床和窄宽度布臵方式，增加篦板阻力在篦板加料层总阻力中的比例，力求消除预分解窑熟料颗粒变细及分布不均等因素对气流均匀分布的影响。

2）发挥脉冲高速气流对熟料料层的骤冷作用，以少量冷却风量回收炽热熟料的热焓，提高二、三次风温。

3）由于脉冲供风，使细粒熟料不被高速气流携带，同时由于细粒熟料扰动，增加气料之间换热速度。

4）高压空气通过空气梁特别是篦冷机热端前数排空气梁向篦板下部供风，增强对熟料均布、冷却和对篦板的冷却作用，消灭“红河”，保护篦板。

5）设有对一段篦床一、二室各行篦板风量、风压及脉冲供风的自控调节系统，或各块篦板的人工调节阀门，以便根据需要调节。同时，一段篦速与篦下压力自动调节，保持料层设定厚度，其他段篦床与一段篦床同步调节。

3、冷却机的性能评价指标

1）热效率高，即从出窑熟料中回收并用于熟料煅烧过程的热量与出窑熟料带入冷却机的热量之比大；

2）冷却效率高，即出窑熟料被回收的总热量与出窑熟料带入冷却机的热量之比值大；

3）空气升温效率，即鼓入各室的冷却空气与离开熟料层

空气温度的升高值同该室区熟料平均温度之比值大；

4）进入冷却机的熟料温度与离开冷却机的入窑二次风及去分解炉的三次风温度之间的差值小。

5）离开冷却机的熟料温度低。

6）冷却机及其附属设备电耗低。

7）投资少，电耗低，磨耗小，运转率高等。

4、5000t/d生产线所用篦冷机比较

五、窑头燃烧器；

1、燃烧器燃烧原理（如下图）：

2、燃烧器位臵合理性的意义

燃烧器的位臵相对于新型预分解窑来说在线运行时是很

少大幅度调整的，一般都是在检修结束前一次性调整确认到位，燃烧器位臵，尤其上、下、左、右位臵对窑工况的影响特别大。燃烧器太偏下，火焰不顺，易烧损窑皮和耐火材料，并且导致急烧和不完全燃烧，产生黄心料和熟料f-CaO跑点，甚至造成结皮加剧易发生预热器堵塞事故，由于煤粉燃烧不完全，产生CO，形成还原气氛，使熟料中三价铁，还原成二价铁，而产生黄心料，且还原气氛下生成的铁铝酸四钙量减少，总液相量减少，不利于f-CaO吸收反应的进行，易使f-CaO 偏高，同时还原气氛是造成新型干法窑预分解系统粘结堵塞的关键因素；燃烧器太偏上，火焰烧得较远，结长厚窑皮，窑尾烟室和末级下料溜子易结皮堵塞，并且窑高温带后移，易使料子发粘，在入窑生料饱和比较低和煤粉灰粉大时影响加剧；燃烧器太靠近物料层，一部分燃料就会卷入物料内，不仅增加热耗而且还会导致结圈和f-CaO量偏高；燃烧器离物料层太远而靠近窑衬，火焰会冲刷窑皮和窑衬，降低窑衬使用寿命。

3、燃烧器位臵确定方式：

燃烧器中心在窑头罩上的坐标位臵是它的基础位臵，在确定燃烧器与窑的相对位臵前，应先确定燃烧器端面在窑口的坐标位臵，然后通过打“光点”确定燃烧器中心与窑的交点及其与窑中心的坐标。理论和实践均证明，燃烧器中心在窑横截面上的位臵是位于面对窑口的左下方，即第四象限

（窑顺时针旋转），稍偏窑中心下和稍靠近物料层（如下图）。

4、新型四通道燃烧器主要特点：

（1）一次风比例低，仅为5%-7%，节能降耗显著，与传统燃烧器相比节煤10%以上；

（2）喷头部分采用耐高温、抗高温氧化的特殊耐热钢铸件机加工制成，提高了头部的抗高温变形能力；

（3）火焰形状规整适宜，活泼有力温度高，窑内温度分布合理；

（4）热力集中稳定，卷吸二次风能力强，提高冷却机热效率；（5）火焰调节灵活，简单方便，可调范围大，可达1：10；

（6）热工制度合理，可提高台时产量5%-10%，水泥熟料早期强度提高3-5Mpa；

（7）低NOx排放量，降幅达20%-30%；

（8）使用寿命长，对煤质适应性强，可烧劣质煤、低挥发分煤、无烟煤和烟煤；

（9）适用范围广，可用于各种窑型的回转窑。