水泥回转窑内物料流速的窑的煅烧特点

自第一台水泥回转窑投入生产以来,其筒体形式几经变革、发展,但主要是直筒型和各种局部扩大型两类。扩大某一带的目的,是为了使物料在这特定的带内延长其停留时间,降低窑内气体流速,增加传热面积,或者增加窑的发热能力。但由于窑体的局部扩大,在大直径到小直径的过渡段,容易积料和扬尘,而且筒体制造复杂,费用较高。
实践经验和理论研究表明,直筒型是现时最有效的窑体结构,现代预热器窑和窑外分解窑的筒体一般都是直筒型。
一、水泥回转窑内物料流速和窑的煅烧特点
在水泥回转窑的斜度和转速不变的情况下,由于物料在窑内各带的化学变化和物理状态不同,使物料以不同的速度通过窑的各带。图 521、图 522 为两台湿法水泥回转窑用示踪实验法,把放射性物质(同位素 Na 和 Mn )喂入窑内测定的结果。图 521、图 522 表明,物料在烧成带内 24   56通过速度最慢,而分解带内(损失和水分蒸发热耗,每千克熟料高达 3120kJ  ,占总热耗的56.6% ,窑的热效率(理论热耗与
窑的热耗比值的百分数)仅 31.6% ;水泥回转窑内碳酸钙分解吸热高达每千克熟料 1989kJ   ,而烧
成带内阿利特形成(包括熟料形成时液相生成吸热在内)仅 105kJ k 熟料,基本上接近于 0。  /g
 水泥回转窑内的传热速度是比较慢的。物料受火焰(高温气流)的辐射和对流传热以及火砖的辐射和传导热等,其综合传热系数较低,约为 58~105W m2 · ℃ ),每千克物料的传热面  /(积仅 0.012~0.013m ,气流和物料的平均温度差一般也只有 200℃ 左右,因此,物料在窑内 2升温缓慢。特别是水泥回转窑的转速一般每分钟只有 1~3 转,物料随窑的回转缓慢向前移动。表面物料由于受到热气流和耐火砖的辐射,很快被加热,其温度显著高于内部物料温度,不很均匀。经测定,烧成带物料表面温度比物料的总体平均温度至少要高出 200℃ 。在这温度较高的表面物料中,首先开始各种反应。因此,物料温度的不均匀性,会延长化学反应所需时间,并
增加不必要的能量损失。
 综上所述,水泥回转窑的煅烧特点可以概括如下:
 第一,在烧成带,硅酸二钙吸收氧化钙形成硅酸三钙的过程,其化学反应热效应基本上等于0(微吸热反应),只是在熟料形成过程中生成液相时需极少量的熔融净热。但是为使游离氧化钙吸收比较完全,并使熟料矿物晶体发育良好,获得高质量的水泥熟料,必须使物料在烧成带保持一定的高温和足够的停留时间。通常,水泥回转窑的斜度为 3.5% ~4.0% ,转速为1~3r min,不加矿化剂时熟料的煅烧温度一般为 1250~1450~1250℃ ,停留时间对湿法回/转窑或干法长窑为 15~20min    。如果降低窑的斜度,提高窑的转速,提高物料在窑内的烧成带的停留时间。如:窑外分解窑在水泥回转窑的斜度为 3.5% ~4.0% 时,由于大大改善了窑后的物料预烧条件,窑转速从湿法水泥回转窑的 1~1.5r min 提高到 3.5~3.7r min
    / /,窑内物料温度均匀性又得到较大改善,从而使物料在烧成带的停留时间可以缩短至 10~15min,甚至     3m×35m 的悬浮预热器窑上,以  ,即可完成熟料的烧成。另一例,苏联曾在一台10~12min
  的速度进行试验。窑内物料在此转速下,类似流体状态,在 20r min 时,窑内物 /     /19~20r min料的移动速度为每分钟

第二,在分解带内,碳酸钙分解需要吸收大量的热量,但窑内传热速度很低,而物料在分解带内的运动速度又很快,是影响水泥回转窑内熟料煅烧的主要矛盾之一。
第三,降低理论热耗,减少废气带走热损失和筒体表面的热损失,降低料浆水分或改湿法为干法等是降低熟料热耗,提高窑的热效率的主要途径。
第四,存在热工上经济的产量范围。对同一台窑而言,当它的传热面积、传热系数以及其他条件基本不变的前提下,提高窑的产量(增大发热能力),将导致窑尾废气温度提高,使单位熟料废气热损失升高;同时冷却机的负荷增加,将使熟料离机温度升高,熟料带走热损失也随之增大;而窑体表面总散热量则随窑产量的变化不大,但该项单位热耗将随窑产量提高而降低。这些消长因素综合在一起,便出现一个热耗最低的产量范围,如图524 所示。必须指出,当有关条件变化时,该范围也将随之有所移动。

第五,水泥回转窑的预烧能力和烧结能力之间存在着矛盾,或者说水泥回转窑的发热能力和传热能力之间存在着矛盾,而且这一矛盾随着窑规格的增大而更加突出。从理论分析和实际窑的资料统计表明,窑的发热能力与窑的直径的 3 次方成正比,而传热能力基本上与窑直径的 2~2.5次方成正比。直径较小的窑(如直径小于 4m),其产量与直径的 3 次方成正比。而大于 4m 的湿法窑,由于传热能力明显不足,统计表明,产量仅与窑的直径的 2 次方成正比。直径大于 5.0m 的悬浮预热器窑,产量与窑直径的 2.5 次方成正比。由此可知,窑的规格愈大,窑的单位容积产量愈低。因此,为增加窑的传热能力,必须增加窑系统的传热面积,或者改变物料与气流之间的传热方式。设置窑外预热器或预分解炉是解决这一矛盾的有效措施。

 

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