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1、3.4 熟料烧成,一、熟料烧成系统的发展二、预分解窑系统的设计1 预分解窑系统的开发2 预分解窑系统的工艺特点3 回转窑4 分解炉5 悬浮预热器6 熟料冷却机,1 历史回顾水泥工业的诞生1824年英国人Joseph Aspdin在厨房里通过煅烧磨细的石灰石与粘土的混合料得到了一种胶凝材料，由它制成的砖块很像由波特兰半岛采下来的波特兰石，由此将这种胶凝材料命名为“波特兰水泥”（Portland Cement），并获得的专利。当时的产品因为并没有煅烧到熔融程度，化学成分和特性只相当于罗马石灰。1843年J. Aspdin的儿子William Aspdin在其新建的工厂的间歇式圆窑真正生产出波特兰水
2、泥，宣告波特兰水泥工业产品诞生。,Beehive,一、熟料烧成系统的发展,早期的水泥工业,Swanscombe works, 1872,Workers from Bevans cement works lighting kilns, 1926.,水泥熟料烧成设备的发展,水泥窑的发展经历了立窑、干法中空窑、湿法窑、悬浮预热器窑、预分解窑五个阶段。中国的第一家水泥厂诞生于1886年，建在澳门的青洲岛，存在时间很短。1889年在唐山兴建水泥厂启新洋灰公司（现启新水泥厂），1892年生产第一袋水泥，1906年投入生产，中国水泥工业诞生。,1.1 立窑 （Vertical Kiln）,1843年间歇式圆
3、窑，1910年机械化立窑，在国外于6070年代逐步被淘汰，国内70年代开始大量发展，估计到2015年被彻底淘汰；,1.2 回转窑 （Rotary Kiln）,1877年英国人TR. Crompton申请回转窑煅烧水泥熟料的专利，但没有实现；1885年英国人Fredenv Ransome取得了水泥回转窑的专利，1887年建成了第一台回转窑，试验虽未成功，但奠定了回转窑的基本系统；18981899年间，在英国、美国、德国等相继投产了真正能正常生产的干法回转窑。湿法窑干法窑,典型回转窑系统,1.2.1 湿法回转窑,湿法长窑及带料浆蒸发机窑，4050年代盛行，国内引进了一批；最大的是美国7.62/6.
4、40/6.91232m的湿法窑，日产熟料3600t；启新洋灰（华新水泥股份有限公司前身）1907年由清政府批准兴建，1946年重建，引进两条700t/d湿法水泥熟料生产线。70年代，华新自己设计建造3号窑，代表了当时国内水泥行业最先进的生产技术，被国家命名为“华新型”窑，向全国推广并出口国外。 燃烧了近60年的“华新型”窑2005年6月停火封炉。华新整体拆除在市中心的3座窑，腾出近500亩黄金地段用作商业开发，生产工人经转岗培训后进入新的岗位。,1.2.2 干法回转窑,中空干法窑及立波尔窑、带余热锅炉发电窑、旋风预热器窑、立筒预热器窑及预分解窑等。1929年诞生了第一台半干法立波尔窑，联邦德国
5、的5.6*90m的立波尔窑，日产量3300t；1932年史密斯公司获得旋风预热器专利，1953年德国洪堡公司建造了第1台四级旋风预热窑，国际上60年代转向发展干法，日本宇部公司伊佐水泥厂的6.2*125m悬浮预热窑，日产量5500t；1971年末石川岛公司开发的预分解窑投入生产，10000t/d级预分解窑为6.490m。我国第1台悬浮预热及预分解窑于1976年投产，80年代引进几套大型预分解窑。,干法回转窑的发展,立波尔窑：对球、块状物料煅烧方式的改进；悬浮预热窑：对粉状物料煅烧方式的改进；预分解窑：对熟料煅烧过程中燃料燃烧方式和气固传热方式的双重改进。中空干法窑及湿法长窑：单机产量低、热耗高
6、；立波尔窑及料浆蒸发机窑：结构复杂、操作维修要求高、扬尘大，单机产量虽较高，熟料质量不如湿法窑；余热锅炉发电窑：生产和发电机组的运行互相牵制，有时会形成恶性循环；落后窑型在世界水泥工业中所占的比重日益减少，世界性的能源日趋紧张以及环境保护的要求，新型干法预分解窑得到了长足的发展。,水泥生产典型流程,1.3 流化床水泥窑系统 ( Fluidized Bed Cement Kiln System, FLBECKS ),研发目的：有效燃烧低级煤，大幅度降低NOx排放量和增加热效率(通过回收排出的固体和气体的热量)，以符合全球性的环境保护、节能和生产水泥的各项要求。基本原理：利用流化床中的燃烧、热传递
7、、颗粒分散和造粒特点。流化床水泥窑系统的优点： 1)煤种的选择灵活：流化床是接触传热，温度达到1300以上时，足以完成烧成反应。流化床的良好燃烧和传热特性决定了优质煤、劣质煤均能有效地燃烧。因此煤种的选择余地很大。回转窑由于热交换靠热辐射，要求火焰温度达18002000。 2)降低热耗降1025：用造粒窑和烧结窑烧成的熟料粒度小而均匀，在流化床猝冷器和移动床冷却器中的热交换很好，热效率可达80以上。与回转窑系统相比，散热表面积也减小。上述两种因素使热耗下降1025。,流化床水泥窑系统的优点,3)减少CO2排放量1025、NOx排放量40以上：由于热耗下降，又可选用低碳劣质煤，燃烧形成的CO2相
8、应减少。流化床的燃烧是在较低温度下进行的，NOx排放量的显著减少。 4)生产各种水泥的转换性好： 利用流化床燃烧特点，能精确控制造粒和烧结温度，因此转换生产各种水泥比较容易，而且系统的优良特性保证生产出的特种水泥质量好、成本低。能生产多品种和高标号优质水泥，可稳定生产PO52.5直到PO62.5高标号水泥 。5)建厂成本、运转成本和维修成本低：与长回转窑比，流化床系统的设备占用面积减少70，建厂投资少1030。由于没有象回转窑和蓖冷机那样的活动部件，流动床水泥烧成系境的机械设备和耐火材料的寿命增长，在热耗降低的同时，运转和维修成本也下降，运行成本降低25% 。,研发进程,1984年川崎重工业株
9、式会社开始对流化床窑系统进行基础试验。与住友大阪水泥公司合作，在2t/d试验室窑上对造粒和熟料烧成进行了基本的研究与测试。在此基础上，从1986年至05年3月底，试验在通产省资助下继续进行。1989年日本煤炭利用中心、住友大阪水泥公司和川崎重工三家合作，在住友大阪水泥公司的Tochigi工厂建成20t/d的中试线，并开始运转试验。试验到1993年3月底结束，验证了基本工艺过程和系统的可靠性(包括设备、运转和产品质量等)，还扩大了试验规模。1993年4月开始，200t/d的扩大试验厂项目在日本煤炭利用中心和日本水泥协会组织下实施，试验厂的设计工作随即进行。200t/d的扩大试验厂于1995年底建
10、成。为使200t/d系统达到工业应用的要求，从1996年2月至1997年底进行了运转试验。其间，将扩大规模的两窑系统改装成等效的一窑系统，对其进行了试验，并取得了基本数据。流化床水泥窑系统以热自造粒为核心技术的两窑和一窑流化床系统已经开发成功。,两窑系统(FLBECKS-),悬浮预热器(SP)：由4级旋风筒组成，生料在预热器中被预热和预分解， 这是传统的技术。造粒窑(SBK)：在1300高温下使生料造粒，平均粒径为l2mm，无需喂入粒种。这是本系统的核心工序。烧结窑(FBK)：在高温1400条件下，有效地完成对造粒炉产生的生料小球的烧结。冷却器：由流化床猝冷器(FBQ)和移动床冷却器(PBC)
11、组成。在猝冷器中，烧成熟料由1400迅速冷却至1000以保证得到优质熟料。在移动床冷却器中，熟料被冷却至150左右，可有效回收熟料的余热。,一窑系统(FLBECKS),Overview of 200 t/day plant,System Configuration,Clinker produced from a fluidized-bed kiln,一窑系统(FLBECKS),取消了两窑系统的烧结窑，造粒烧结窑或称为流化床水泥窑同时具有造粒和烧结的功能。和两窑系统一样，一窑系统的冷却器由流动床猝冷器和移动床冷却器组成，但流动床猝冷器是直接装在流化床水泥窑(FCK)的底部分选排料系统之下，同时具
12、有猝冷熟料和三级分选物料的功能。预热器与两窑系统一样。在经济和操作稳定性方面，新的一窑系统较为优越，除生产特种水泥外，一窑系统生产出的产品质量几乎与两窑系统的一样。Fluidized-bed Advanced Cement Kiln System，FAKS,熟料煅烧及冷却,Key technology,流动床猝冷器和移动床冷却器的组合保证了熟料冷却过程中很高的热回收率，这样冷却空气量降低至造粒窑和烧成窑中燃烧燃料所需的空气量；而在传统的蓖冷机中，由于热回收率低，需要大量的过剩空气。所以流化床水泥窑系统的热耗和CO2排放要相应地降低。,Scale-up data,Construction cos
13、t comparison for 1000t/d clinker burning section,The above comparison does not include land acquisition cost and dismantling cost for existing plant.,Running cost comparison with Rotary KilnAssuming the value of Rotary Kiln to be 100%.,流化床水泥窑系统在我国的试验,日本新能源产业技术开发机构(NEDO)将其列入日本对华绿色援助项目。从2000年开始，NEDO在中
14、国选择十几家生产水平较高的立窑企业进行考察,实施1000t/d流化床水泥窑项目。淄博宝山生态建材有限公司被国家计委列入候选企业,以“优秀的企业管理水平、完善的工艺设备条件、良好的投资环境”得到日方的肯定。2004年11月国家发改委正式同意在山东宝山生态建材有限公司建设。1000t/d流化床项目总投资1.6亿元人民币，其中日方主要承担流化床窑的主体设备的供货，中方投资4000万元人民币，主要承担项目的土建和有关附属设备及安装。项目建设期限为2年，计划于2007年6月正式投产。由于宝山公司资金链中断引发财务危机、濒临破产，已无法完成流化床水泥窑项目，根据国家发改委、山东省发改委、市委市政府、区委区
15、政府的研究决定，由淄博绿源建材有限责任公司接管山东宝山生态建材有限公司实施流化床水泥窑项目。2007年7月20日国家发改委、省发改委和日本NEDO在北京签定了基本协议书修订案和实施协议书修正案，明确了淄博绿源建材有限公司在该项目中的法律地位和权利义务关系，即由淄博绿源建材有限责任公司全面代替原山东宝山生态建材有限责任公司在该项目中的所有权利和义务。,流化床水泥窑的特点,1.大幅度地扩大了煤种的选择范围。可选用烟煤、无烟煤或低质煤。 2.良好的节能指标。可降低10-25%的热消耗量。 3.较好的环保性能。 CO2排放减少10-25%，NOx排放减少40%以上。 4.节约建设费用，减低运行成本。
16、与同规格的回转窑相比，设备投资节约20%，运行成本降低25%。5.能生产多品种和高标号优质水泥。流化床水泥窑可以稳定生产PO52.5和PO62.5高标号水泥。,在建的1000t/d FAKS,流化床窑一旦在淄博实践成功，将带来水泥煅烧新的技术革命，由于其良好的工作指标和占地面积小等特点，特别适合我国目前量大面广的立窑改造。,FAKS工艺流程示意图,熟料烧成系统的发展,2、发展现状,近年来我国水泥年产量示意图,近年来我国新型干法水泥年产量占总产量的比例,1996年和1997年海螺宁国水泥厂和山水山东水泥厂在我国相继突破日产2000t熟料生产线低投资建设难关；2003年海螺铜陵水泥厂和池州水泥厂先
17、后突破日产5000t熟料生产线低投资建设难关，为新型干法在全国普遍推广铺平了道路。 从2003年开始，全国各地区从东部沿海到西部内陆依次掀起前所未有的水泥新型干法生产线建设高潮，全国水泥产量迅猛增长。2002年我国新型干法水泥产量为1.1亿吨，占总产量的15%。到2010年新型干法水泥产量猛增到16亿吨，占总量的85%。截止2012年底，全国新型干法水泥生产线1637条，设计熟料产能达16亿吨。,我国水泥工业的发展现状,我国大型新型干法水泥技术的进步,我国大型新型干法水泥技术取得突破性进展，装备的先进性、可靠性大幅度提高，建设工期大大缩短，吨水泥投资大幅度降低，日产5000吨生产线基本实现国产
18、化。近几年，投产的新型干法水泥生产线主要技术经济指标已达到国际先进水平，与上世纪90年代初期国内外相近规模的生产线相比，热耗下降了5%10%，电耗下降了10%15%，系统运转率由不到80%提高到92%；与立窑相比，综合能耗下降20%以上。2006年2月22日，中日合作1000t/d流化床水泥窑项目在山东淄博宝山生态建材有限公司正式破土动工。,2010年1月12日，芜湖海螺水泥有限公司12000t/d新型干法水泥熟料生产线项目申请报告通过省内外专家组成的评审组审查。2011年12月26日，芜湖厂日产12000t熟料生产线完成的72小时达标考核，结果是：回转窑日产量12046t；熟料工序电耗24.
19、63KWh/t；熟料热耗2947KJ/Kg。2012年3月19日，该生产线实时监测的排放数据为：窑尾粉尘排放浓度25mg/Nm3；NOx浓度500mg/Nm3。 B 线于2012年5 月10日点火投产, 投产即达标，当月实现运转率100% 。目前B 线各项运行 指 标 均 达 到A 线 水 平。,二、预分解窑系统的设计,传统的回转窑：生料的预热、分解和烧成均在窑内完成。回转窑： 优点：作为烧成设备，能够提供断面温度分布比较均匀的温度场，并保证物料在高温下有足够的停留时间。 不足：作为传热、传质设备不理想，对需要热量较大的预热、分解过程很不适应。原因分析：1）窑内物料主要堆积在窑的底部，气流从料
20、层表面流过，气流与物料的接触面积小，传热效率低；2）窑内分解带料粉处于层状堆积态，料层内部分解出的CO2向气流扩散的面积小、阻力大、速度慢，并且料层内部颗粒被CO2气膜包裹， CO2分压大，分解温度要求高，增大了碳酸盐分解的难度，降低了分解速度。,1 预分解窑系统的开发,预分解窑在70年代得到蓬勃发展， 19711972年为试验阶段、19731977年是发展阶段，1978年以后，预分解技术日趋成熟。回转窑烧成带主要靠辐射热进行热交换，热交换效率比较高；而在温度较低的分解带，如果使生料悬浮在窑废气中，它们之间热交换更剧烈，热交换效率更高。石川岛70年代开发“分解炉” ，生料在分解炉内达8090分
21、解， 然后喂入回转窑内。全部燃料的60供给分解炉，40燃料由窑头喷入，降低了窑内热负荷。同常规旋风预热窑相比，可以大大提高回转窑单位有效容积的产量。1971年石川岛公司首先在日本水泥公司进行预分解技术实验获得成功， 而后把该公司 3.9 m53.5 m立波尔窑改建为带SF分解炉的悬浮预热窑在1973年完成，使该窑日产量提高一倍，达到2000 td。,预分解窑系统的开发,1971年12月日本三菱公司MFC窑在日本东谷水泥厂投产；小野田公司1972年建1.8 m25 m RSP试验窑，1974年在大船渡水泥厂建造3 000 td RSP窑；1976年7月神户制钢和日本水泥公司先建500 td的分解
22、试验室，1978年在上矶水泥厂建3600 td DD预分解窑。丹麦史密斯公司1974年在丹麦丹尼亚水泥厂建成中2.4 m 20 m预分解试验窑，1977年在日本麻生水泥厂，建成4 000 td预分解窑。德国伯力鸠斯和洪堡公司开发了上升烟道分解炉技术。美国福勒公司和法国FCB公司购买了石川岛SF分解炉专利；美国AC公司和前苏联以及我国建材研究院购买了RSP分解炉专利，天津水泥院购买了DD分解炉等。预分解窑近10年来在我国飞速发展，05年以来每年新增生产线超过100条。,预分解窑 (Precalcining Rotary Cement Kiln，PC窑; Rotary Cement Kiln wi
23、th New Suspension Preheaters，NSP窑),预分解(或称窑外分解)技术：将已经过悬浮预热后的水泥生料，在达到分解温度前，与进入到分解炉内的燃料混合，在悬浮状态下迅速吸收燃料燃烧热，使生料中的碳酸钙迅速分解成氧化钙。悬浮预热、窑外分解技术的突破，从根本上改变了物料预热、分解过程的传热状态，将窑内物料堆积态的预热和分解过程，分别移到悬浮预热器和分解炉内在悬浮状态下进行。由于物料悬浮在热气流中，与气流的接触面积大幅度增加，因此传热速度极快，传热效率很高。同时，生料粉与燃料在悬浮态下均匀混合，燃料燃烧热及时传给物料，使之迅速分解。由于传热、传质迅速，大幅度提高了生产效率和热效
24、率。,2 预分解窑的工艺特点,在悬浮预热器与回转窑之间增加一个分解炉，或利用窑尾上升烟道，原有预热器装设燃料喷入装置，使燃料燃烧的放热过程与生料的碳酸盐分解的吸热过程，在其中以悬浮态或流化态下极其迅速地进行，从而使入窑生料的分解率从悬浮预热窑的30左右提高到8590 。预分解窑是在悬浮预热窑基础上发展起来的， 是悬浮预热窑发展的更高阶段，是继悬浮预热窑发明后的又一次重大技术创新。,2.1 预分解窑系统的优点,1) 入窑生料的分解率从悬浮预热窑的30左右提高到8590；2)减轻了窑的热负荷，延长衬料寿命; 3) 减少基建投资。窑的规格缩小，制造、运输、安装方便，占地面积小；4)单位热耗低；5)单
25、窑产量高；6)减少大气污染。,2.2 预分解窑系统的关键技术装备,筒管炉窑机五位一体：旋风筒、换热管道、分解炉、回转窑、冷却机。这五组关键技术装备，彼此形成一个不可分割的完整体系。保证窑和管道系统的密封装置情况良好，减少系统漏风和压力损失。生产最优化：不能单指某个子系统的最优化，而首先必须全系统及其配套设备的最优化，并包括生产管理、技术操作体系的最优化。,2.3 预分解窑系统的工艺控制,五稳保一稳：在生产中必须做到生料化学成分稳定、生料喂料量稳定、燃料成分(包括热值、煤的细度、油的雾化等)稳定、燃料喂入量稳定和设备运转稳定(包括通风设备), 从而保证窑系统的最佳的稳定的热工制度(窑系统的良好的
26、燃料燃烧和热传递条件)。预分解窑生产中一条最重要的工艺原则,2.4 选择烧成系统的原则,综合考虑原料和燃料情况、产品质量要求、工厂规模、建厂的各种具体条件以及不同的烧成系统的特点，进行正确的判断，从而使所选的烧成系统技术先进、经济合理。节能：熟料烧成系统最突出的问题之一，在进行烧成系统的选择时，对节能问题应予以充分的重视。熟料烧成过程中消耗燃料的费用在水泥生产成本中占有较大的比重。其所占比重随生产方法、产品品种、燃料种类、价格、运输距离以及其它因素的不同而异，一般约占1020，有时更高些。,3 回转窑,3.1回转窑的功能3.2 回转窑的规格3.3 回转窑的设计,3.1 回转窑的功能,回转窑18
27、85年诞生以来经历了多次重大技术革新，作为水泥熟料矿物最终形成的煅烧技术装备，具有独特的功能和品质。1） 燃料煅烧 具有广阔的空间和热力场， 可以供应足够的空气、装设优良的燃烧装置，保证燃料充分燃烧，为熟料煅烧提供必要的热量。2） 热交换 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，特别是阿利特矿物生成的要求。,回转窑的功能,3） 化学反应 作为化学反应器，随着水泥熟料矿物形成不同阶段的不同需要，既可以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， 是目前用于水泥熟料矿物最终形成的最佳装备。4） 物料输送 作为输送设备，它具有更大的潜力，因为物料
28、在回转窑断面内的填充率，窑斜度和转速都低。5） 降解、利用废弃物 随着环境意识的增强，20世纪以来，回转窑的优越环保功能迅速被挖掘。高温、稳定热力场已成为降解利用各种有毒、有害、危险废弃物的最好装置。,3.2 回转窑的规格,计算指标：回转窑的产量G(t/d)，有效内经Di(m)，窑的长度L(m)，给定参数：单位容积产量mv(t/m3d)，单位表面积产量mF(kg/m2h)，单位截面积产量mA(t/m2h)G = 1/4Di2Lmv = 0.024DiLmF = 6Di2 mA,回转窑的规格,计算指标：回转窑的产量G(t/d)，有效内经Di(m)，窑的长度L(m)。 给定参数：单位容积产量mv(
29、t/m3d)，单位表面积产量mF(kg/m2h)，单位截面积产量mA(t/m2h)Di = 0.096mF/mvL = 24mA/ mvL/ Di = 250 mA / mF,统计公式,南京工业大学李昌勇、刘龙统计80条7008500t/d NSP窑的结果G = 0.088Vi1.08 相关系数0.9998G = 0.682Di3.018L0.254 相关系数0.99937G = 1.5098 Di3.218 相关系数0.99955,回转窑的功率,回转窑的所需功率N0（kW）N0 = KDi2.5Ln Di-窑的有效内径（m） L-窑的长度（m） n-窑的转速（r/min） K-系数，0.04
30、50.048电机的选用功率N（kW） N = （1.151.35）N0,3.3 回转窑的选型及设计,1）回转窑的规格应结合原燃料条件以及预热器、分解炉冷却机的配置情况等因素综合确定；2）预分解窑的长径比宜取11-16;3）预分解窑的斜度应为3.5-4%，最高转速为3-3.5r/min，调速范围1：10；4）回转窑烧成带筒体的冷却宜采用强制风冷；5）回转窑烧成带应有筒体温度的检测措施；6）回转窑的主电机宜采用无级变速电动机，并需设置辅助传动，辅助传动应有备用电源。,浮动轮带改为键槽式轮带，增强回转窑筒体的椭圆度，提高窑内耐火材料的使用寿命,4 分解炉,4.1 分解炉概述4.2 分解炉的基本炉型4
31、.3 预分解窑系统气体的流动方式4.4 分解炉与窑的连接方式4.5 分解炉的规格4.6 分解炉的选型及设计,4.1 分解炉概述,分解炉：承担预分解窑系统中的燃烧、换热和碳酸盐分解任务。分解炉的工艺要求：1）生料与燃料能在炉内很好的分散、混合和均布；2）燃料能在炉内迅速的完全燃烧，并把燃烧热及时的传递给物料；3）生料中的碳酸盐组分迅速的吸热、分解，逸出的CO2能及时排除。分解炉的结构要求：改善炉内气、固流动方式，合理组织炉内流场。,4.2 分解炉的基本炉型,炉内气流的主要运动形式：旋风式、喷腾式、悬浮式及流化床式(或称沸腾式)4种。工艺过程：生料及燃料在分解炉内分别依靠“旋风效应”、“喷腾效应”
32、、“悬浮效应”及“流态化效应”高度分散于气流中，并滞后于气流运动，从而增加物料与气流间的接触面积，延长物料在分解炉内的滞留时间,达到提高燃烧效率、热交换效率及入窑生料分解率的目的。国际上已有各种预分解窑达50多种,4.2.1 “喷旋” 型分解炉,以NSF （New-SF)CSF（Chichibu-SF)系列（日本石川岛公司与秩父水泥公司研制）及RSP系列（日本小野田公司研制）炉型为代表。SF：Suspension Preheater-Flash Furnace主要特点：燃料在旋流的炽热三次风中点火起燃，预燃环境好，为下一步燃料在炉内燃烧创造了良好条件；同时，气固两相流系在“喷旋”结合流场中完成
33、。“喷旋”迭加的喷腾作用有利于物料在炉内的分散、均布，旋流有利于延长物料在炉内的滞留时间。关键：组织好喷腾流场及旋流流场的最佳匹配，保证气流、物料在炉内有充裕的滞留时间，避免炉内偏流、短路和物料“特稀浓度区” 。由于旋流阻力较大，喷旋流场组织不好，会引起系统阻力增加，导致偏流及物料贴壁，影响物料的分散、均布、传质和动量传递效果，影响分解炉的燃烧、换热和分解功能的充分发挥。,SF、NSF、CSF的基本结构,其它同类炉型：CO-SF型(Centered Outlet SF)、KSV 型 (Kawasaki Spouted Vortex)、NKSV型(New KSV)、TWD 型(Combinati
34、on Furnace with whirlpool pre-burning Chamber)、CDC-I型(Cheng Du CalcinerIn Line）、TDF、NCSST,SF系列分解炉的特点,SF炉：结构比较简单，炉内温度分布也比较均匀。但是原来油喷嘴及生料入口均设在炉自顶部，后油喷嘴移到炉锥体下部，但生料仍从上部喂入，燃料与生料在炉内滞留时间过短，不利于燃料充分燃烧及气体与生料的充分混合和传热。三次风及出窑烟气混合入炉，影响SF炉对固体燃料的适应性及生产效率的进一步提高。N-SF炉：与SF炉相比扩大了炉容，采用了“喷旋迭加”方式，优化了炉内气固三维流场。将燃料改由炉下部蜗壳喷入，由
35、从旋风筒下来的物料改由从炉反应室下部及窑尾烟室上部烟道两处喂入，能够直接喷入三次风之中迅速点火，并使一部分物料能够在进入炉之前在烟道中与窑尾烟气换热。有利于提高燃料燃尽率，延长物料在分解炉区的滞留时间，也有利于窑气与三次风之间的平衡调节，取消了原来SF炉在窑尾烟道上安装的调节压力平衡闸板，减少了窑系统的阻力。NSF炉从根本上优化了SF炉的结构和功能，成为一个比较有竞争力的良好炉型。C-SF炉：针对N-SF炉出口设置上存在的缺点，在炉顶部增设了涡室，并进一步增大了炉容。解决了NSF炉内存在的气固流偏流短路和物料特稀浓度区问题， 并延长了炉内气固滞留时间。CSF炉与最下一级旋风筒之间采用延长型水平
36、连接管道，是在具体工艺布置下技术改进中采取的硬措施。由于水平管道易于积灰，需在适当部位增加灰斗排灰，增加了漏风因素，如果采用“鹅颈” 管道连接则会更好。,SF预分解窑的技术性能,KSV型系列分解炉,KSV (Kawasaki Spouted Bed and Vortex Chamber)：川崎喷腾床涡流炉，川崎重工研制。由下部的喷腾床及上部的涡流室两个部分组成。而喷腾床由下部倒锥体入口喉管及圆筒室组成，涡流室则为喷腾床的扩展部分。炉内的燃料燃烧及生料的加热分解是在喷腾床的“喷腾效应” 及涡流室的“旋风效应” 的综合作用下完成，入窑物料分解率可达85 -90 。三次风一路由炉底部喉管喷入形成喷腾
37、床，另一路从圆筒体的最下部以切线方向入炉， 加强气流与生料的混合；窑尾烟气从炉圆筒部分中间偏下部位以切线方向进入；燃油从炉的圆筒部分的几个不同高度分别喷入；从上一级旋风筒下来的生料约有75从炉的圆筒部分与三次风切线进口的交界处进入，使生料和气体充分混合并在上升气流作用下形成喷腾床，生料随气流流动在喷腾床停留一定时间后，进入涡流室，并通过排气口进入最低一级的旋风筒， 由此分离入窑。从上一级旋风筒下来的生料约有25从烟道缩口上部加入， 以吸收烟气显热，防止窑尾10001100 oC的高温烟气在入炉管道中的黏结堵塞，如果烟气温度不高，加入烟道中的生料， 可根据需要相应减少。,KSV窑工艺流程图,KS
38、V分解炉结构示意图,N-KSV分解窑系统图,TDF型（天津院开发）,1) 分解炉坐落窑尾烟室之上，炉与烟室之间缩口在尺寸优化后可不设调节阀板结构简单。2) 炉中部设有缩口，保证炉内气固流产生第二次“喷腾效应”。3) 三次风切线入口设于炉下锥体的上部，使三次风涡旋入炉：炉的两个三通道燃烧器分别设于三次风入口上部或侧部，以便入炉燃料斜喷入三次风气流之中迅速起火燃烧。4) 在炉的下部圆筒体内不同的高度设置四个喂料管入口， 以利物料分散均布及炉温控制。5) 炉的下锥体部位的适当位置设置有脱氮燃料喷嘴，以还原窑气中的NOx，满足环保要求。6) 顶部设有气固流反弹室，使气固流产生碰顶反弹效应，延长物料在炉
39、内滞留时间。7) 气固流出口设置在炉上锥体顶部的反弹室下部。8) 由于炉容较DD炉增大， 气流、物料在炉内滞留时间增加， 有利于燃料完全燃烧和碳酸盐分解。,NCSST (或称NST)型（南京院开发）,NC-SST-I型同线型炉，其特色在于：1）扩大了炉容，并在炉出口至最下级旋风筒之间增设了“鹅颈管”，进一步增大了炉区空间； 2）三次风切线入炉后与窑尾高温气流混合。由于温度高，煤、料入口装设合理， 即使低挥发分煤粉进入炉后亦可迅速起火燃烧。同时，在单位时产10m3(th)的巨大炉容内。可以保证煤粉完全燃烧。,CDC-I型（成都院开发）,1) CDC-I型是在分析研究N-SF型炉实用经验基础上研发
40、，炉底部采用蜗壳型三次风入口。坐落在窑尾短型上升烟道之上并在炉中部设有“缩口”形成二次喷腾，上部设置侧向气固流出口。2) 炉内燃煤点有两处，一处置在底部蜗壳上部；另一处设在炉下锥体处。可根据煤质状况调整。3) 炉内下料点有两处，一处在炉下部锥体处；另一处在窑尾上升烟道上，可用于预热生料，调节系统工况。4) CDC型炉最大特点是可根据原燃料需要，增大炉容，亦可增设“鹅颈管道”，满足燃料燃烧及物料分解需要。5) CDC-S型离线炉则是在原CDC型同型炉基础上增设类似RSP型炉的预燃室(SC室)， 以满足使用低质燃料的需要。这样，原设置CDC炉部位已改造类似RSP型炉的混合室(MC室)或称上升烟道。
41、并在上升烟道中部设有缩口使之形成二次喷腾。,旁置预燃室系列 RSP型（Reinforced Suspension Preheater）,RSP炉主要由涡流燃烧室即SB (Swirl Burner)室、涡流分解室即SC (Swirl Calciner)室及混合室即MC (Mixing Chamber)室3部分组成。在窑尾烟室与MC室之间设有缩口以平衡窑与分解炉之间的压力。缩口处风速一般5060ms，负压为0.81.0KPa。RSP炉SC室对中低质及高挥发分煤的点火、预燃的优异作用，其它炉型难以比拟。其它同型炉：TSD、SLC-D、CDC-S,RSP预分解炉窑系统图,RSP炉的改进炉型示意图,TS
42、D型炉,TSD型炉是带旁置旋流预燃室的组合式分解炉(Combination Furnace with spin pre-burning Chamber) ，其特点如下：1) 设置了类似RSP型炉的预燃室。2) 将DD型炉改造成为类似MFC型炉的上升烟道或RSP型窑的MC室(混合室)，作为TSD型炉炉区的组成部分，并扩大了DD炉型的上升烟道容积，使TSD炉具有更大的适应性。3) 该炉可用于低挥发份煤及质量较差的燃料。,4.2.2 “喷腾”型及“喷腾迭加”型分解炉,“喷腾”型炉以FLS型系列炉型为代表，“喷腾迭加”型以DD型炉为代表。特点：燃料在炽热的三次风中点燃起火。FLS炉的数个燃料喷嘴可以从
43、炉下锥体中下部将燃料喷入向上喷腾的炽热三次风中，亦可旋喷于三次风中。由于从上级旋风筒下来的物料下料点同燃料喷嘴有一段距离，燃料点火后可在此空间预燃。下料点与燃料喷嘴位置之间的合理匹配，对于燃料预燃十分重要。,FLS型预分解窑,FLS型预分解窑是丹麦史密斯公司研制。第一台FLS窑于1974年初在丹麦Dania水泥厂投产。为了适应用户的各种不同需要， FLS窑无论在分解炉的结构上或旋风筒的匹配上， 以及窑、分解炉、旋风筒系列的布置上都有变革， 以求降低系统阻力，降低热耗，提高效率。原来FLS炉体分三个部分，上、下部各为一个倒锥形及正锥形筒体，中部为圆柱形筒体。内部砌有耐火材料。从上级旋风筒下来的预
44、热生料，通过下料管从炉的下锥体上部喂入，燃料由下锥体中部喂入，燃烧空气管由炉底中央插入，炉内烟气及悬浮在其中的生料，通过上锥体及连接管道进入最低级旋风筒中分离。1981年后，分解炉的结构中取消了炉的上锥体部分，炉顶由原来的倒锥形改为平顶，含有悬浮生料的气流是从炉的圆柱形筒体上部以切线方向导出，进入最低级旋风筒内进行分离。,FLS分解炉原型结构,改进后的FLS分解炉结构,FLS型上行式喷腾分解炉的特点,1) 预热后的生料从炉下锥体的上部或炉下的气体上升管道喂入，由下锥体喂入的生料入炉后首先同燃料接触，进行混合。2) 燃烧空气由炉底喉管以2530ms速度喷入炉内，形成喷腾层，燃料在其中气化扩散并与
45、生料进一步混合。然后沿炉体整个圆周形成一个环形涡流。使生料及燃料不断分散到中心气流中去。3) 由于喷腾效应，气、固之间产生相对运动，有利于燃料燃烧及生料的加热分解、炉内温度的均匀分布、延长物料在炉内的滞留时间。4) 随着燃料种类和分解炉规模的变化，燃料喷嘴数量及安装位置可作相应变化，无论使用气体、固体或液体燃料都不需要特殊的喷嘴。5) 根据窑、分解炉、预热器及燃烧空气供应方式的不同，而产生窑系列布置上的变化，生料喂入分解炉的方式可作相应变化。6) 分解炉改为平顶及切线出口后，可进一步降低气流阻力，加强混合和降低连接管道高度，便于布置。,FLS型上行式喷腾分解炉的特点,7) 炉的标准负荷截面积一
46、般按0.71.0 m2100td熟料设计；热负荷一般为3.771056.95105 kJm3h；炉的入口风速为2530ms， 炉内截面风速约5.5ms；气流在炉内滞留时间随不同系列的不同布置而异，一般为1.83.3 s。8) 在允许的窑尾温度下，入窑生料分解率的高低及窑产量增加的幅度，主要取决于分解炉内加入的燃料比例。窑尾温度为1100 oC， 当炉用燃烧空气通过单独的三次风管输送时，分解炉与窑内燃料比为0.4：0.6，窑的产量增加50 ，燃料比为0.6：0.4时，产量成倍增加；如果炉用空气从窑内通过，仅增加25。FLS喷腾系列炉型：结构简单，阻力较小，布置方便。同时，燃料喷嘴设置于炉下部，入
47、炉燃料直喷炽热的三次风之中，燃料点火起燃条件较好。在使用较差燃料时，可以优化炉下预燃室结构和适当扩大炉的容积，可使其对原燃料条件的适应性提高。,FLS分解窑系统系列图,DD 型分解炉,DD（Dual Combustion and Denitratior Process）炉：双重燃烧与脱硝工艺，日本水泥公司研制，排放废气中NOx 含量低、压损小、电耗低、有利于防止结皮堵塞。天津水泥院已引进该项专利技术，并用于l000td、2 000td预分解窑的设计、建设。DD炉内分为四个区段：第1区段为NOx还原带，位于炉的底部倒锥体部分；第2区段为燃料分解及燃烧带，位于圆筒中心线之下的部位；第3区段为主燃烧
48、带，位于圆筒中心线之上及上缩口的正锥体部分；第4区段为完全燃烧带，位于上缩口的倒锥体及顶部圆筒部分，使燃料进行双重燃烧，生产效果良好。,DD型预分解窑工艺流程及DD炉结构示意图,DD 型分解炉的特点,DD炉燃料喷嘴是设置在炉的中下部三次风入口的上方，入炉燃料倾斜向下喷入炽热的三次风中点火起燃。由于其燃料点火起燃环境没有“旋喷” 式炉(如NSFCSP炉及RSP炉)宽松， 因此喷嘴位置设置及喷出风速等技术参数稍有不当， 即会影响燃料点火速度及预热环境，从而影响到炉内温度场的分布，进而影响出炉燃料燃尽度及生料分解率。喷腾型及喷腾迭加型分解炉，由于其阻力小，结构简单，布置方便，炉内物料分散、均布以及点
49、火起燃条件、换热功能良好。只要结合原料条件，保证有充足的炉容，是很有发展前途的。,DD分解窑系统图,4.2.3 “流化悬浮” 型分解炉,代表炉型：MFCNMFC炉MFC（Misubish Fluidized Calciner）三菱流态化分解炉主要特点：采用流化床保证燃料首先裂解，然后进入炽热的三次风中迅速燃烧，并在悬浮两相流中完成最后的燃烧和分解任务。MFC炉系采用“两步到位”模式，NMFC炉是对MFC炉流化床阻力大、风温低影响换热效率而加以改进，并且采用了“一步到位”模式。,MFCNMFC炉在目前出现的各种分解炉中，最适合使用中低质燃料及粗颗粒燃料（其它炉型无法相比）。但是，往往由于专利的限
50、制，在该设备供应商提供的成套装备中，不管燃料条件好坏而一律使用。结合我国水泥工业使用中、低质煤为主的具体情况，MFC系列炉型十分值得借鉴。,MFC系列分解炉的特点,MFC炉：采用流化悬浮迭加原理，延长物料在炉内的滞留时间、提高固气比。MFC炉入炉燃料首先在炉下流化床区沸腾流化、裂解预燃，在流化床区滞留时间长，裂解至一定颗粒或气化之后进入涡旋区，遇三次风加速燃烧，同时与生料粉之间进行激烈的换热。出炉气固流通过斜烟道进入窑尾上升烟道底部，再利用窑气中的过剩氧继续燃烧，利用窑气中的热焓最后完成生料的碳酸盐分解任务。这样，还可以利用出炉烟气为含挥发性成分较高和温度较高的窑气“稀释”、降温，有利于防止上
