1、材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 無機(jī)非專業(yè)無機(jī)非專業(yè) 主講主講: : 陳常連陳常連 2015.32015.3窯爐工藝學(xué)窯爐工藝學(xué)(KILN TECHNOLOGY)團(tuán)結(jié)團(tuán)結(jié) 嚴(yán)謹(jǐn)嚴(yán)謹(jǐn) 勤奮勤奮 求實(shí)求實(shí) 教學(xué)內(nèi)容第第6 6章章: :水泥熟料煅燒設(shè)備水泥熟料煅燒設(shè)備教學(xué)大綱教學(xué)大綱第6章 水泥熟料煅燒設(shè)備6.1 6.1 分類分類6.2 6.2 回轉(zhuǎn)窯煅燒設(shè)備回轉(zhuǎn)窯煅燒設(shè)備6.3 6.3 新型干法窯系統(tǒng)中預(yù)燒過程和設(shè)備新型干法窯系統(tǒng)中預(yù)燒過程和設(shè)備 6.4 6.4 回轉(zhuǎn)窯結(jié)構(gòu)及其工作原理回轉(zhuǎn)窯結(jié)構(gòu)及其工作原理 6.5 6.5 熟料的冷卻及設(shè)備熟料的冷卻及設(shè)備 6.6 6.6 回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)

2、算回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 水泥的發(fā)明是一個(gè)漸進(jìn)的過程。水泥生產(chǎn)技術(shù)隨著社會生產(chǎn)力發(fā)展，水泥的發(fā)明是一個(gè)漸進(jìn)的過程。水泥生產(chǎn)技術(shù)隨著社會生產(chǎn)力發(fā)展，也有一個(gè)不斷進(jìn)步、成熟和完善的過程。今天，人們把水泥的生產(chǎn)過程也有一個(gè)不斷進(jìn)步、成熟和完善的過程。今天，人們把水泥的生產(chǎn)過程形象的概括為形象的概括為“二磨一燒二磨一燒”，即按一定比例配合的原料，先經(jīng)粉磨制成，即按一定比例配合的原料，先經(jīng)粉磨制成生料，再在窯內(nèi)燒成熟料，最后通過粉磨制成水泥。在這個(gè)過程中，窯生料，再在窯內(nèi)燒成熟料，最后通過粉磨制成水泥。在這個(gè)過程中，窯是核心設(shè)備，所以人們在研究水泥技術(shù)發(fā)展史的時(shí)候，往往以窯為代表。是核心設(shè)備，所以人們在研

3、究水泥技術(shù)發(fā)展史的時(shí)候，往往以窯為代表。回顧這過去的近二百年，水泥生產(chǎn)先后經(jīng)歷了倉窯、立窯、干法回轉(zhuǎn)窯、回顧這過去的近二百年，水泥生產(chǎn)先后經(jīng)歷了倉窯、立窯、干法回轉(zhuǎn)窯、濕法回轉(zhuǎn)窯和新型干法回轉(zhuǎn)窯等發(fā)展階段，最終形成現(xiàn)代的預(yù)分解窯新濕法回轉(zhuǎn)窯和新型干法回轉(zhuǎn)窯等發(fā)展階段，最終形成現(xiàn)代的預(yù)分解窯新型干法。型干法。倉窯倉窯18241824年阿斯普丁獲得波特蘭水泥專利時(shí)所用的煅燒設(shè)備叫瓶窯年阿斯普丁獲得波特蘭水泥專利時(shí)所用的煅燒設(shè)備叫瓶窯（Bottle KilnBottle Kiln），其形狀像瓶子，因此而得名。），其形狀像瓶子，因此而得名。18721872年強(qiáng)生在瓶窯的年強(qiáng)生在瓶窯的基礎(chǔ)上，發(fā)明專門用

4、于燒制水泥的倉窯，并獲得專利。基礎(chǔ)上，發(fā)明專門用于燒制水泥的倉窯，并獲得專利。立窯立窯18841884年在德國，狄茲年在德國，狄茲赫（赫（DietzschDietzsch）發(fā)明立窯，）發(fā)明立窯，并取得專利權(quán)。丹麥人史并取得專利權(quán)。丹麥人史柯佛（柯佛（SchoeferSchoefer）對立窯）對立窯進(jìn)行了多次改進(jìn)。進(jìn)行了多次改進(jìn)。19131913年年前后，德國人在立窯上開前后，德國人在立窯上開始采用移動式爐篦子始采用移動式爐篦子（Movable GrateMovable Grate）使熟料）使熟料自動卸出，同時(shí)進(jìn)一步改自動卸出，同時(shí)進(jìn)一步改善通風(fēng)。善通風(fēng)。干法回轉(zhuǎn)窯干法回轉(zhuǎn)窯經(jīng)過十八年來的一次次

5、試驗(yàn)和一次次失敗，在經(jīng)過十八年來的一次次試驗(yàn)和一次次失敗，在18951895年，美國工程師年，美國工程師亨利（亨利（HurryHurry）和化驗(yàn)師西蒙（）和化驗(yàn)師西蒙（SeamanSeaman）進(jìn)行回轉(zhuǎn)窯煅燒波特蘭水泥的試）進(jìn)行回轉(zhuǎn)窯煅燒波特蘭水泥的試驗(yàn)，終于獲得成功，并在英國取得第驗(yàn)，終于獲得成功，并在英國取得第2314523145號專利證。號專利證。18971897年德國貝赫門年德國貝赫門（I. A. BachmanI. A. Bachman）博士發(fā)明余熱鍋爐窯。）博士發(fā)明余熱鍋爐窯。19281928年，立雷帕博士與德國水年，立雷帕博士與德國水泥機(jī)械公司伯力鳩斯（泥機(jī)械公司伯力鳩斯（Pol

6、ysiusPolysius）合作，制造出窯尾帶回轉(zhuǎn)篦式加熱機(jī)）合作，制造出窯尾帶回轉(zhuǎn)篦式加熱機(jī)的干法回轉(zhuǎn)窯。的干法回轉(zhuǎn)窯。濕法回轉(zhuǎn)窯濕法回轉(zhuǎn)窯19121912年前后，丹麥?zhǔn)访芩梗昵昂螅準(zhǔn)访芩梗‵. L. SmithF. L. Smith）水泥機(jī)械公司用白堊土和）水泥機(jī)械公司用白堊土和其他輔助原料制成水泥生料漿，在回轉(zhuǎn)窯上用它取代干生料粉進(jìn)行煅燒其他輔助原料制成水泥生料漿，在回轉(zhuǎn)窯上用它取代干生料粉進(jìn)行煅燒試驗(yàn)，取得成功，從而開創(chuàng)出濕法回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)水泥的新方法。試驗(yàn)，取得成功，從而開創(chuàng)出濕法回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)水泥的新方法。新型干法回轉(zhuǎn)窯新型干法回轉(zhuǎn)窯曾在丹麥?zhǔn)访芩顾鄼C(jī)械公司工作過的工程師伏杰爾彥琴

7、森（曾在丹麥?zhǔn)访芩顾鄼C(jī)械公司工作過的工程師伏杰爾彥琴森（M. M. Vogel-JorgensenVogel-Jorgensen）于）于19321932年年6 6月月1 1日向捷克斯洛伐克共和國專利辦公室日向捷克斯洛伐克共和國專利辦公室（Patent OfficePatent Office）首次提出四級旋風(fēng)筒懸浮預(yù)熱器的專利申請。專利于）首次提出四級旋風(fēng)筒懸浮預(yù)熱器的專利申請。專利于19341934年年7 7月月2525日被批準(zhǔn)并公布，編號為日被批準(zhǔn)并公布，編號為4816948169。19511951年德國工程師密勒（年德國工程師密勒（F. F. MullerMuller）對專利內(nèi)容作了多處

8、改進(jìn)，在此基礎(chǔ)上洪堡公司制造出世界上）對專利內(nèi)容作了多處改進(jìn)，在此基礎(chǔ)上洪堡公司制造出世界上第一臺四級旋風(fēng)懸浮預(yù)熱器。懸浮預(yù)熱器簡稱第一臺四級旋風(fēng)懸浮預(yù)熱器。懸浮預(yù)熱器簡稱SPSP，這是，這是Suspension Suspension PreheaterPreheater的縮寫。的縮寫。19711971年，日本石川島播磨重工業(yè)公司在洪堡窯的基礎(chǔ)年，日本石川島播磨重工業(yè)公司在洪堡窯的基礎(chǔ)上首創(chuàng)水泥預(yù)分解窯。預(yù)分解窯簡稱上首創(chuàng)水泥預(yù)分解窯。預(yù)分解窯簡稱NSPNSP窯，窯，NSPNSP是是New Suspension New Suspension PreheaterPreheater的縮寫，即新型懸

9、浮預(yù)熱器的縮寫。的縮寫，即新型懸浮預(yù)熱器的縮寫。 一一 立窯立窯 是一種豎式固定床熟料煅燒設(shè)備：含煤生料球從窯是一種豎式固定床熟料煅燒設(shè)備：含煤生料球從窯頂喂入窯內(nèi)，料球自上而下運(yùn)動，空氣自下而上運(yùn)動。其物頂喂入窯內(nèi)，料球自上而下運(yùn)動，空氣自下而上運(yùn)動。其物理化學(xué)變化與回轉(zhuǎn)窯大致相同，將立窯自上而下分為三帶：理化學(xué)變化與回轉(zhuǎn)窯大致相同，將立窯自上而下分為三帶：。6.1 分類 窯體形狀對窯體形狀對物料在窯內(nèi)的運(yùn)物料在窯內(nèi)的運(yùn)動和氣流在窯內(nèi)動和氣流在窯內(nèi)的分布具有重要的分布具有重要意義。常見有四意義。常見有四種：種：（圖（圖7.37.3），）， 圖圖7.3 7.3 機(jī)械化水泥立窯系統(tǒng)機(jī)械化水泥立窯

10、系統(tǒng)1.1.煙囪；煙囪；2.2.撒料溜子；撒料溜子；3.3.窯體；窯體；4.4.耐火磚；耐火磚；5.5.腰風(fēng)管；腰風(fēng)管；6.6.底風(fēng)管；底風(fēng)管；7.7.傳送裝置；傳送裝置；8.8.電動機(jī)；電動機(jī)；9.9.密封卸料密封卸料. .6.1 分類 窯的內(nèi)徑由煅燒產(chǎn)物性質(zhì)，溫度，操作靈活程度等因素窯的內(nèi)徑由煅燒產(chǎn)物性質(zhì)，溫度，操作靈活程度等因素來確定。一般對煅燒白云石的立窯內(nèi)徑在來確定。一般對煅燒白云石的立窯內(nèi)徑在1.6-2.5m1.6-2.5m，石灰石，石灰石的立窯的立窯2.4-4.0m2.4-4.0m，水泥立窯，水泥立窯2.5m0.2%H20.2%要報(bào)警；若要報(bào)警；若0.6%0.6%要自動跳閘。要自

11、動跳閘。6.3新型干法窯系統(tǒng)中預(yù)燒過程和設(shè)備 第第6章章 水泥熟料煅燒設(shè)備水泥熟料煅燒設(shè)備5.5.窯尾氣體溫度窯尾氣體溫度控制在控制在90090010501050范圍內(nèi)為宜。范圍內(nèi)為宜。6.6.分解爐或最下一級旋風(fēng)筒出口氣體溫度分解爐或最下一級旋風(fēng)筒出口氣體溫度記為記為TfTf或或Tgc4Tgc4。對于。對于NSPNSP窯，窯，TfTf820820900900，對于對于SPSP窯窯Tgc4Tgc4800800850850。 6.3新型干法窯系統(tǒng)中預(yù)燒過程和設(shè)備 第第6章章 水泥熟料煅燒設(shè)備水泥熟料煅燒設(shè)備四、四、NPNP窯和窯和NSPNSP窯的發(fā)展過程與動向窯的發(fā)展過程與動向a) 50a) 5

12、0年代開發(fā)的年代開發(fā)的NPNP窯，雖然節(jié)能效果好，但由于對窯，雖然節(jié)能效果好，但由于對原料有害成分的敏感，使結(jié)皮堵塞事故頻繁，故相當(dāng)原料有害成分的敏感，使結(jié)皮堵塞事故頻繁，故相當(dāng)長一段時(shí)間，在生產(chǎn)上都致力于解決窯的長期穩(wěn)定、長一段時(shí)間，在生產(chǎn)上都致力于解決窯的長期穩(wěn)定、安全運(yùn)轉(zhuǎn)的問題。安全運(yùn)轉(zhuǎn)的問題。b) 70b) 70年代初期開發(fā)的預(yù)分解技術(shù)，使回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)的年代初期開發(fā)的預(yù)分解技術(shù)，使回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)的煅燒過程明顯地劃分為預(yù)熱、預(yù)分解和燒成三個(gè)主要煅燒過程明顯地劃分為預(yù)熱、預(yù)分解和燒成三個(gè)主要階段，并分別在高效的設(shè)備中完成。從而促進(jìn)了窯系階段，并分別在高效的設(shè)備中完成。從而促進(jìn)了窯系統(tǒng)總體性能的提

13、高。統(tǒng)總體性能的提高。6.3新型干法窯系統(tǒng)中預(yù)燒過程和設(shè)備 第第6章章 水泥熟料煅燒設(shè)備水泥熟料煅燒設(shè)備c) c) 石油危機(jī)和能源價(jià)格上漲，促使窯外分解以煤代石油危機(jī)和能源價(jià)格上漲，促使窯外分解以煤代替油技術(shù)的研究與開發(fā)，成功地改造成許多燒煤生產(chǎn)替油技術(shù)的研究與開發(fā)，成功地改造成許多燒煤生產(chǎn)線，使經(jīng)濟(jì)性能得到了改善。線，使經(jīng)濟(jì)性能得到了改善。d) d) 近年來，又在預(yù)熱器和分解爐單體結(jié)構(gòu)上作了大近年來，又在預(yù)熱器和分解爐單體結(jié)構(gòu)上作了大量工作，許多高效低阻預(yù)熱器和各具特點(diǎn)的分解爐陸量工作，許多高效低阻預(yù)熱器和各具特點(diǎn)的分解爐陸續(xù)涌現(xiàn)，為進(jìn)一步節(jié)約能源創(chuàng)造了條件續(xù)涌現(xiàn)，為進(jìn)一步節(jié)約能源創(chuàng)造了條件

14、 6.3新型干法窯系統(tǒng)中預(yù)燒過程和設(shè)備 第第6章章 水泥熟料煅燒設(shè)備水泥熟料煅燒設(shè)備e) e) 但從熱工角度來看，到目前為止，對一些先進(jìn)的但從熱工角度來看，到目前為止，對一些先進(jìn)的生產(chǎn)線來說，進(jìn)一步降低熟料燒成熱耗，其難度已越生產(chǎn)線來說，進(jìn)一步降低熟料燒成熱耗，其難度已越來越大。這是因?yàn)槭炝闲纬蔁嶂凳侨Q于所用原料。來越大。這是因?yàn)槭炝闲纬蔁嶂凳侨Q于所用原料。因此節(jié)約熱耗只能著眼于所謂三大熱損失即：廢氣帶因此節(jié)約熱耗只能著眼于所謂三大熱損失即：廢氣帶走熱量損失、冷卻機(jī)廢氣帶走熱量的損失和系統(tǒng)散熱走熱量損失、冷卻機(jī)廢氣帶走熱量的損失和系統(tǒng)散熱熱損失。目前，各項(xiàng)熱損失已降到接近必需的程度，熱損失

15、。目前，各項(xiàng)熱損失已降到接近必需的程度，繼續(xù)降低往往受條件制約。因此，一般認(rèn)為當(dāng)前在經(jīng)繼續(xù)降低往往受條件制約。因此，一般認(rèn)為當(dāng)前在經(jīng)濟(jì)上需要進(jìn)一步解決的問題，主要是用劣質(zhì)原料生產(chǎn)濟(jì)上需要進(jìn)一步解決的問題，主要是用劣質(zhì)原料生產(chǎn)特種水泥和低品味燃料的充分利用。特種水泥和低品味燃料的充分利用。6.3新型干法窯系統(tǒng)中預(yù)燒過程和設(shè)備 第第6章章 水泥熟料煅燒設(shè)備水泥熟料煅燒設(shè)備f) f) 隨著工業(yè)發(fā)展，對于生產(chǎn)的要求越來越高，包括隨著工業(yè)發(fā)展，對于生產(chǎn)的要求越來越高，包括成本降低、環(huán)境保護(hù)等等。為了全面滿足各方面要求，成本降低、環(huán)境保護(hù)等等。為了全面滿足各方面要求，近期更明顯地趨向于全系統(tǒng)的合理匹配，亦

16、即不過分近期更明顯地趨向于全系統(tǒng)的合理匹配，亦即不過分追求系統(tǒng)中某些單體性能最佳，而強(qiáng)調(diào)預(yù)熱器分解追求系統(tǒng)中某些單體性能最佳，而強(qiáng)調(diào)預(yù)熱器分解爐管道回轉(zhuǎn)窯冷卻機(jī)系統(tǒng)總體效益最佳。為此爐管道回轉(zhuǎn)窯冷卻機(jī)系統(tǒng)總體效益最佳。為此出現(xiàn)了各種流程的組合。這可以認(rèn)為是新型干法煅燒出現(xiàn)了各種流程的組合。這可以認(rèn)為是新型干法煅燒技術(shù)正在向更高層次的發(fā)展，是當(dāng)前技術(shù)進(jìn)步的重要技術(shù)正在向更高層次的發(fā)展，是當(dāng)前技術(shù)進(jìn)步的重要發(fā)展動向。需要強(qiáng)調(diào)的是這個(gè)動向還剛剛開始，今后發(fā)展動向。需要強(qiáng)調(diào)的是這個(gè)動向還剛剛開始，今后應(yīng)該以大量生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)與數(shù)據(jù)的積累、科學(xué)的模型試驗(yàn)應(yīng)該以大量生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)與數(shù)據(jù)的積累、科學(xué)的模型試驗(yàn)和計(jì)算機(jī)模

17、擬為基礎(chǔ)，運(yùn)用優(yōu)化的科學(xué)方法，不斷取和計(jì)算機(jī)模擬為基礎(chǔ)，運(yùn)用優(yōu)化的科學(xué)方法，不斷取得更好的效益。得更好的效益。6.3新型干法窯系統(tǒng)中預(yù)燒過程和設(shè)備 第第6章章 水泥熟料煅燒設(shè)備水泥熟料煅燒設(shè)備五、我國新型干法窯系統(tǒng)的發(fā)展及現(xiàn)狀五、我國新型干法窯系統(tǒng)的發(fā)展及現(xiàn)狀1.1.我國對旋風(fēng)預(yù)熱器的研究是從我國對旋風(fēng)預(yù)熱器的研究是從19561956年開始，第一臺年開始，第一臺日產(chǎn)日產(chǎn)50t50t熟料中間試驗(yàn)窯于熟料中間試驗(yàn)窯于19581958年在上海水泥分廠建年在上海水泥分廠建成。成。2.2.立筒預(yù)熱器的研究是從立筒預(yù)熱器的研究是從19641964年開始，第一臺日產(chǎn)年開始，第一臺日產(chǎn)180t180t熟料的中

18、間試驗(yàn)窯于熟料的中間試驗(yàn)窯于19691969年在杭州水泥廠建成。年在杭州水泥廠建成。6.3新型干法窯系統(tǒng)中預(yù)燒過程和設(shè)備 第第6章章 水泥熟料煅燒設(shè)備水泥熟料煅燒設(shè)備3.3.窯外分解技術(shù)是從窯外分解技術(shù)是從19711971年開始研究，第一臺日產(chǎn)年開始研究，第一臺日產(chǎn)350t350t熟料的燒油窯外分解中間試驗(yàn)生產(chǎn)線于熟料的燒油窯外分解中間試驗(yàn)生產(chǎn)線于19761976年在年在吉林省石嶺水泥廠建成。吉林省石嶺水泥廠建成。4.4.燒煤的中間試驗(yàn)生產(chǎn)線于燒煤的中間試驗(yàn)生產(chǎn)線于19791979年在遼寧本溪水泥廠年在遼寧本溪水泥廠建成，其規(guī)模為日產(chǎn)建成，其規(guī)模為日產(chǎn)1200t1200t熟料。熟料。5.805.80年代開始陸續(xù)引進(jìn)了一批日產(chǎn)年代開始陸續(xù)引進(jìn)了一批日產(chǎn)200020004000t4000t的先的先進(jìn)的進(jìn)的NSPNSP生產(chǎn)線，并立足國內(nèi)大力發(fā)展了若干日產(chǎn)生產(chǎn)線，并立足國內(nèi)大力發(fā)展了若干日產(chǎn)7007002000t2000t的各類的各類NSPNSP窯，均取得了較好的生產(chǎn)效果，窯，均取得了較好的生產(chǎn)效果，使我國新型干法窯的技術(shù)水平有了一個(gè)飛躍。使我國新型干法窯的技術(shù)水平有了一個(gè)飛躍。6.3新型干法窯系統(tǒng)中預(yù)燒過程和設(shè)備 第第6章章 水泥熟料煅燒設(shè)備水泥熟料煅燒設(shè)備6.6.在自動化方面，我國新型干法水泥生產(chǎn)線上，已開在自動化方面，我國新型干法水泥生產(chǎn)線上，已開始采用