建筑材料热工设备-1-水泥窑-第3节回转窑结构及其工作

（一）回转窑内物料的运动
1、物料在窑内的运动过程
生料从窑的冷端喂入，在向热端运动的过程中煅 烧成熟料。
物料在窑内的运动情况直接影响到物料层温度的均 匀性；
物料的运动动速度影响到物料在窑内的停留 时间（即物料的受热时间）和物料在窑内的填充 系数（即物料的受热面积）；因此也影响到物料 和热气体之间的传热。
➢风煤的混合速度和均匀程度也是影响燃烧速度的关键。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
气体流速：主要指一次风
一次空气主要供挥发分燃烧，因此一次风量主要决定 于煤粉中挥发的含量。挥发分多的煤粉，如一次风量少燃 烧速度就减慢，会使火焰拉长。
回转窑的直径愈大，一次风速愈高，直么2.5～4.0米 的回转窑，一次风速为50～70米/秒。一次风速增加，一 方面能增加煤粉单位时间的有效射程，另一方面又使煤粉 的燃烧速度加快，燃烧时间缩短，因此在实际操作中，一 次风速增加后，火焰变长或变短，应视两者的影响程度而 定。
因此在实际生产上，为了稳定窑的热工制度，必须稳 定窑速，若因煅烧不良而降低窑速时，需相应地减少喂料量， 以保持窑内物料的填充系数不变。
因此，一般回转窑的传动电机和喂料机的电机是同步的，以便 于控制。
（二）回转窑内气体的流动
1、回转窑内气体的流动过程
为了使回转窑内燃料燃烧完全，必须不断地从窑头送入 大量的助燃空气，而燃料燃烧后产生的烟气和生料分解出来 的气体，在向窑的冷端流动的过程中，将热量传给与之相对 运动的物为以后，从窑尾排出。
（关于燃料的燃烧过程已在《硅酸盐工业热工基础》中燃烧学 部分讨论，要课程不再重复）
回 转 窑 喂 煤 系 统
1、燃料在回转窑内燃烧应满足的要求
为了使生成 C 3 S 的反应完全，使生料烧成熟料并获得 较高的产量，燃料在转窑内的燃烧必须满足一定的要求：
燃料燃烧的火焰温度要达到1600～1800℃；（保持高温） 火焰要有适当的长度；（保持物料高温时间） 处于适当的位置。（适合 C 3 S 的形成的反应）
为了了解窑内各带物料的运动速度，可将放射性同位素掺
入生料中进行测定，如某厂曾在150米的湿法长窑上，通过实
际测定和计算而得的物料运动的平均速度
放
窑内 各带
冷 却 带
烧 成 带
热 反 应
分 解 带
预 热 带
速度
带
v m 18.4 28.4 41.0 46.0 34.5 （m/h
v m 为：
干 燥 带
链 条 带
（2）火焰温度分布（火焰形状）
窑内火焰温度分布，通常是两头低、中间高。热端较低温度 区就是窑内的冷却带。
煤粉从喷管喷出后，须经过干燥预热至700～800℃才着 火燃烧，回转窑中所看到的黑火头就是煤粉从喷出后至着火 燃烧前气流所移动的距离。黑火头长则使回转窑的传热面积 减小，对产量、质量不利，黑火头过短则冷却带短，熟料离 窑的温度提高，增加冷却机的负荷。
为了使回转达到高产，必须了解窑内物料的运 动情况。
高端
低端
F DB
θ
α
G EC A
β
ΔS
图2-75 回转窑内物料充填与运动简图
θ——填充角；β——窑倾斜角； α——物 料休止角
窑内的物料仅占据窑容积的一部分，物料颗粒 在窑内的运动过程是比较复杂的。
假设物料颗粒在窑壁上及料层内部没有滑动现象 ，当窑回转时，物料颗粒靠着摩擦力被窑带起，带到 一定高度，即物料层表面与水平面形成的角度等于物 料的自然休止角时，则物料颗粒在重力的作用下，沿 着料层表面滑落下来。
因为窑体以3～6%的倾斜度安装，所以物料颗粒不 会落到原来的位置，而是向窑的低端移动了一个距离 ，落在一个新的点，在该新的点又重新被带到一定高 度再落到靠低端的另一点，如此不断前进。
因此，可以形象地设想各个颗粒运动所经 过的路程，象一根圆形的弹簧。
实际上物料在回转窑内运动时，物料颗粒的 运动是有周期性变化的，物料颗粒或埋在料层里与窑 一起向上运动，或到料层表面上降落下来，但是只有 在物料颗粒降落的过程中，才能沿着窑长方向移动。
2、回转窑对入窑煤粉和助燃空气的要求
（1）对入窑煤粉的质量要求
低热值： Q D g W 20k 6J /0 k0 g
挥发份： v g =18～30%
灰分：
A g ＜25～30%
水分：
W y ＜1～2%
细度：＜15%（0.08mm方孔筛筛余）
这些要求都是为了保证烧成带温度和热力强 度以及火焰的稳定性而提出的，当采取有效措施（如 提高助燃空气温度等）改善燃烧条件时，对煤质的要 求也可适当放宽。
窑尾风速增大，回转窑的飞灰量增多，一般，窑 内的飞灰量与窑尾风速的2.5～4次方成正比。
（三）回转窑内燃料的燃烧
在回转窑的烧成带，物料进行的主要物理化学反应是 C 2 S 吸收 f CaO 生成 C 3 S ，这是微吸热反应。为了使生成 C 3 S 的反应完全，必须使物料在1400～1450℃的高温下停留 一定的时间。
Din
60 1.77
, (m / s) Din , (m / min)
1.77
式中：
v m —物料在窑内运动的速度，m/s；
L—窑的长度，m；
m —物料在窑内停留的时间：
m
1.77 Di n
L
, min
n—窑的转速，rpm；
—物料的休止角，度；
—窑的倾斜度（角），tgsin ，称为斜度；
固定迷宫环 活动迷宫环
窑筒体
图2-73 迷宫式密封装置示意图
水泥回转窑窑尾密封装置
窑 尾 密 封
窑尾密封及冷风套
接触式密封装置
弹簧
摩擦板 筒体
密封装置
二、回转窑的工作原理
物料回转窑内煅烧的过程是生料从窑的冷端 喂入，由于窑有一定的倾斜度，且不断回转，因此使 生料连续向热端移动。燃料自热端喷入，在空气助燃 下燃烧放热并产生高温烟气，热气在风机的驱动下， 自热端向次端流动，而物料和烟气在逆向运动的过程 中进行热量交换，使生料烧成熟料。因此，研究回转 窑的工作原理，主要是研究物料在窑内的运动，窑内 气体的流动，燃料燃烧和物料与气体间传热的现象和 规律。
因此，火火焰长度应根据窑的实际操作条件，加以调整与控 制。
影响窑内火焰长度的因素：有很多。主要有：燃烧速度和窑 内气体的流速。
燃烧速度：
➢粉煤的细度、煤粉与空气混合情况、一、二次风的温度
等因素有关。
➢煤粉粉愈细，或在喷煤管内加装风翅，以加还煤与空气
的混合，或提高一、二次空气的温度，均能提高燃烧速度 ，而使火焰短。
为了确保窑内燃料燃烧完全和燃烧安全，一、二次风用 量的总和应略高于理论空气需要量，控制过剩空气系数 为1.05～1.10为宜。
3、回转窑内的燃烧带与烧成带
火焰覆盖的区域，称为燃烧带。 火焰中部区域温度高，达1600～1800℃，此时熟料被加 热到1300～1450℃，其中有相当量（约25～30%）的组分熔 融成液相，粘附在窑内耐火材料的表面上形成一定厚度的粘 稠状物料，即俗称的主窑皮。
即改变窑速，窑内物料的运动速度随之变化。
④如窑内有结圈或人工砌筑的挡料圈时，物料的运动速度 要 降低。
⑤窑内的热交换装置（如链条、热交换器）也会影响物料的 运动速度。
（2）物料在窑内各带的运动速度
煅烧过程中，窑内各带发生的物理化学变化对物料颗粒的 形状、粒度、松散度及密度均有影响，因此各带物料的运动速 度是不同的。
窑内气体在沿长度方向流动的过程中，气体的温度、流量 和组成都在变化，因此流速和阻力是不同的。通常有窑尾负压 表示窑的流体阻力，在窑操作正常时，窑尾负压应在不大的范 围内波动，如窑内有结圈，则窑尾负压会显著升高。在生产在 当排风机抽风能力相同时，根据窑尾负压可以判断窑的工作情 况。
2、窑内气流速度的大小对窑内传热的影响
喂料 中 空部 分
27.0
28.8
29. 3
）
由上述测定结果得到，各带物料的运动速度相差很大。从干 燥带向热端，物料的运动速度不断增加，分解带物料的运动 速度最快，之后又不断降低。
（3）影响窑内物料运动的因素
窑内物料运动速度与其物理性质、窑径和窑内热交换装 置等有关。
物料的粒度愈小，运动速度愈小，如粉料的运动速度高 于料球运动速度。
火焰的长度一般是指从喷煤管口到火焰终止断面的距离， 燃烧条件的变化则火焰长度会有很大的变化。
火焰长度对烧成工艺影响很大，当发热量一定时，如火 焰过长，烧成带的温度就会降低，物料过早出现液相，易引 起结圈，此外还会造成不完全燃烧，废气温度会提高，煤耗 加大等。
相反，火焰过短，高温部分过于集中，容易烧垮窑皮及 衬料，不利于窑的长期安全运转。
建筑材料热工设备
过程装备与控制工程系 严晗
第一章 水泥回转窑
第3节 回转窑结构及其工作原 理
3
一、回转窑的结构
海螺水泥厂
回转窑齿圈
托轮
挡轮
窑筒体轴向位移
窑筒体
轮带 挡轮
图2-72 轮带与挡轮
轮带
回转窑轮带的润滑
轮带节
迷宫式密封装置是利用空气多次通过曲折通 道增大流动阻力而防止漏风的。
干燥带的运动速度与链条的悬挂方式、悬挂密度有关。
预热带的物料运动速度与窑内热交换装置有关。
分解带，由于碳酸盐分解放出的二氧化碳气体使物料呈 流态化，因此物料运动速度最快，在分解带，碳酸盐分 解需要吸收大量的热，但是物料流速又快，所以窑的分 解带比较长。
窑内料层厚度不同，物料被带起的高度也不同，料层厚， 带起高，在窑回转一周时，物料被带起的次数少，即翻动 的次数少，受热的均匀性就差；但料层过薄，窑的产量降 低，因此必须选择合适的料层厚度，通常窑内物料的填充 系数为6～15%。当窑内物料流量稳定时，移动速度快的地 带，其填充系数小。
影响换热系数：因而影响传热速率、窑的产量和热耗； 影响窑内飞灰生成量：即影响料耗。