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1、活性石灰生产工艺设计摘 要活性石灰是一种优质轻烧石灰,它具有晶粒细小(0.13m)、气孔率高（50%）、比表面积大（1.52.0m2/kg）、体积密度小：（1.51.7g/cm3）、活性度高（300ml）、残余CO2含量低（2%）等优点。活性石灰主要主要作为炼钢用“造渣剂”，也广泛应用于湿法烟气脱硫、酸性工业废水处理等环境保护领域,以及轻质碳酸钙、电石、型煤粘合剂、环氧氯丙烷、烧结法氧化铝等化工生产过程。本文主要进行了原料仓库设计、窑前上料系统设计、燃烧系统设计、出料系统设计、成品料仓及除尘系统设计。本次设计采用回转窑煅烧活性石灰，窑尾加装了竖式预热器，使窑尾的烟气余热直接传导给了石灰石，烟气
2、温度可降至235以下，有效地回收了尾气排放所带走的热量，同时也为后续除尘减少了负荷；窑头出料冷却采用竖式冷却器替代原来的冷却筒，避免了石灰的显热散失，从窑头落下的炽热石灰，通过与鼓入的二次风换热，石灰得以冷却；冷却器和窑头罩采用一体化竖式设计，占地面积小，密封性好，避免了热废气无组织排放，空气吸收热量温度升高后进入回转窑助燃。经过本次对活性石灰生产工艺进行优化设计，对活性石灰的生产据有重要意义。关键词：活性石灰，回转窑，生产工艺目 录摘 要I1 绪论11.1 活性石灰的特性及用途11.1.1活性石灰的特性11.1.2 活性石灰的用途11.2.3 活性石灰在炼钢中的作用21.2 石灰石的焙烧原理
3、21.2.1 碳酸钙的分解反应及分解速度21.2.2 石灰石焙烧过程的次生反应31.3 活性石灰生产方法42 活性石灰生产工艺总图设计62.1 总图布置62.2 总图设计说明63 原料仓库设计83.1 原料仓库的选择83.2 原料仓库用设备94 窑前上料系统设计114.1 回转窑上料工艺设计114.2 上料设备115 煅烧系统设计145.1 回转窑内的物料气体运动及热交换原理145.1.1 回转窑内的物料运动原理145.1.2 回转窑内的气体运动原理165.1.3 回转窑的燃料燃烧与热交换原理175.2 预热器的选择195.3 回转窑的外观结构设计205.4 冷却器的选择215.5 煤气加压系
4、统225.6 自动控制系统235.6.1 系统用途235.6.2 系统构成及主要硬件、软件配置245.6.3 主要功能要求246 出料系统及成品筛分工艺设计266.1 出料工艺设计266.2 出料工艺设备266.3 成品的贮藏筛分工艺设计276.4 筛分设备选择276.5 成品的储藏287 除尘系统设计297.1 回转窑烟气除尘297.2 成品转运筛分贮存部分除尘308 结语31参考文献32致 谢341 绪论1.1 活性石灰的特性及用途1.1.1活性石灰的特性活性石灰又称软烧石灰，是一种化学性质活泼、反应能力强，在炼钢造渣过程中熔解速度快，含杂质少的优质软烧石灰。其的质量优劣主要采用“活性度”
5、这一指标来衡量。活性度体现了石灰在熔渣中与其它物质的反应能力，表观现象为石灰在熔渣中的熔化速度。由于直接在钢水中测定较困难，所以一般以测试石灰在水中的反应速度来代替，即以石灰水活性来表示。活性度的测试方法为：取50g试样，与水混匀成饱和溶液再加入酚酞试剂后呈粉红色，再用浓度为4N（摩尔）的HCl（盐酸）在40的环境温度下，连续510min（分钟）滴定，达到滴定终点的HCl体积消耗数，（ml）即为所测石灰试样的活性度。消耗盐酸量越大，活性度越高，其质量就越好。对于活性石灰，国家行业部门制定了相关标准，冶金石灰一级以上（即活性度在300ml以上）称为活性石灰，对粒度也有一定要求1-2。通过先进窑型
6、合理煅烧出的活性石灰有以下主要的性能特点：（1）体积密度小：1.5g/cm31.7g/cm3；（2）气孔率高：50%；（3）比表面积大：1.5m2/kg2.0m2/kg；（4）矿物结晶细小：0.1m3m；（5）活性度高：300ml；（6）残余CO2含量低：2%。1.1.2 活性石灰的用途活性石灰主要主要作为炼钢用“造渣剂”，也广泛应用于湿法烟气脱硫、酸性工业废水处理等环境保护领域,以及轻质碳酸钙、电石、型煤粘合剂、环氧氯丙烷、烧结法氧化铝等化工生产过程。石灰的活性度决定石灰消化过程所得石灰乳的活性,而石灰乳的活性和浓度又决定烟气脱硫和废水中和的效率、净化度和废石膏渣的量,决定钢铁除渣、轻质碳酸
7、钙、电石、氧化铝烧结矿和型煤粘合剂等产品质量、原料利用率和运行费用2-5。1.2.3 活性石灰在炼钢中的作用活性石灰在炼钢中，特别是碱性电弧炉中，主要用来做“造渣剂”，去除钢水中的有害元素S、P等杂质，提高钢水质量。渣中石灰脱磷（P）的反应式：2P+5(FeO)+4(CaO)(4CaOP2O5)+5Fe+H式中表示在钢中，（）表示在渣中，脱P反应方程式中的H为“放热”。渣中石灰脱硫S的反应式：2S+(CaO)(CaS)+O-H式中表示在钢中，（）表示在渣中，脱S反应方程式中的H为“吸热”。在炼钢造渣中产生的渣，其主要成分为4CaOP2O5和CaS，在扒渣过程中不断从钢水中除去，达到去除硫、磷的
8、目的6-7。1.2 石灰石的焙烧原理1.2.1 碳酸钙的分解反应及分解速度主要成分为碳酸钙(MgCO3)的石灰石经9001100燃烧生成生石灰(CaO)和二氧化碳(CO2)，其分解反应为：CaCO3CaO+CO2该分解反应为吸热反应，随着温度的升高分解速度加快。分解环境下CO2分压的大小也是影响分解速度的重要因素，CO2分压低，分解速度加快。生产实际中，因为用燃料燃烧提供热量的工业窑炉中燃烧产物中有氮气等其他成分，实际的CO2分压低于标准大气压，因此在窑内焙烧时石灰石表面层部分的分解实际上在810850时就已经开始，但是在石灰石内层分解所需的温度还是很高的，在工业生产中尽可能控制在高温状态，一
9、般为10001100。当采用先进的焙烧技术和新型窑炉时，由于窑内温度比较均匀,燃烧温度要比物料焙烧温度高，在11001300之间，而此时物料的焙烧温度通常大约在石灰焙烧可以承受的最高温度约1100，因为石灰石在窑内的焙烧时间相对较短而且提高了产量。在窑内温度、窑内气体成分和石灰石一定的情况下，石灰石的分解层深入速度也是一定的，所以要求同时加入的石灰石的粒径相差不能太大，最大粒径和最小粒径之比应控制在2以内。否则，由于较小粒径的石灰石分解完成以后还在高温环境下容易过烧，而粒径较大的石灰石没有分解完全而产生欠烧，影响产品质量8-9。1.2.2 石灰石焙烧过程的次生反应天然石灰石中含有多种杂质，如S
10、iO2、Al2O3、Fe2O3、FeO、S等。这些杂质在一定的条件下与CaO发生反应，影响石灰质量。CaO与SiO2的反应，SiO2以单独的包裹体形式或是均匀地分布在石灰石岩体中。纯SiO2的熔点高达1713，但700800记时固体状态就能同CaO、MgO等碱性氧化物发生反应。SiO2在石灰中分布越均匀，与碱性氧化物的中和反应进行得越快，越完全。SiO2与CaO反应生成下列化合物：CaOSiO2偏硅酸钙(熔点1540)，3CaO2SiO2二硅酸钙(熔点1475)，2CaOSiO2硅酸二钙(熔点2130)，3CaOSiO2硅酸三钙(熔点1900)。硅酸二钙有、及三种变体，其中-2CaOSiO2最
11、稳定，它的密度为3.28g/cm3，而-2CaOSiO2的密度为2.97g/cm3，因此，由型向稳定的型转变时体积增大约10%，致使石灰变得松酥，因此高SiO2石灰出窑时易粉碎。由于石灰中有过量的CaO，虽然反应开始先生成2CaOSiO2，但反应总是朝着CaO最大饱和的3CaOSiO2方向进行。存在于包裹体内的SiO2因在固相下与CaO接触不够好，反应不能充分进行。表面附着泥土的石灰石，在燃烧时易生成硅酸钙外壳在此情况下还可能与Al2O3及Fe2O3等发生反应。燃烧过程中生成的硅酸钙使石灰的活性降低。CaO与Al2O3的反应，石灰石中含的Fe2O3在CaOFe2O3系统中已知有CaOFe2O3
12、铁酸一钙(熔点12251250)和2CaOFe2O3铁酸二钙(熔点13001325)。这应在800900便已进行。高于在窑气中存在CO，在烧成带有可能将Fe2O3还原成FeO，并生成易熔的化合物，构成对窑衬的危害。CaO与Al2O3的反应，CaO与Al2O3在500900之间就可发生反应，到1000时反应进行很快。首先生成的是CaOAl2O3铝酸一钙，随着温度的提高，铝酸一钙被CaO饱和生成3CaOAl2O3铝酸三钙，并使石灰的活性降低。当有CaOFe2O3存在时3CaOAl2O3还可生成4CaOAl2O3Fe2O3铁铝酸四钙(熔点1380)，由于其熔点比较低，在燃烧带易形成液相，是石灰窑内熔
13、结的主要原因。CaSO4的反应，石灰石中通常含有少量的硫酸盐，燃料中的S也有一部分被石灰吸收而使石灰中S含量增加：石灰在400就可吸收SO2，达到550时反应生成CaSO3亚硫酸钙，温度更高时生成CaS硫化钙和CaSO4硫酸钙。CaSO3CaS+CaSO4硫酸钙使石灰的活性降低。MgCO3的反应：石灰石中MgCO3含量变化很大，在煅烧过程中MgCO3也发生分解生成MgO。MgCO3的分解温度比CaCO3低很多，因此，含MgCO3的石灰石的分解是分两阶段进行的，首先分解的是MgCO3，然后再分解CaCO3。因此，在加热到CaCO3的分解温度时，石灰中的MgO大部分已失去活性：由于石灰中存在着大量
14、的化学活性比MgO高的CaO，因此，MgO基本上不参与同其他杂质的反应。因为MgCO3与CaCO3分解温度相差很大，因此在同一窑炉内同时混合煅烧MgCO3含量差异较大的碳酸盐会发生很大困难。高镁石灰石在预热带就开始了MgCO3的分解，出于分解反应的吸热而使其得不到充分的预热，致使其中CaCO3的分解发生滞后，导致出窑石灰的生过烧率增加9-11。1.3 活性石灰生产方法我国焙烧石灰的主要窑炉种类有：回转窑、引进类竖窑(包括双膛窑、套筒窑、梁式窑等)、改进型焦炭竖窑、国产气烧竖窑以及传统机械化焦炭竖窑和土窑。(1) 回转窑回转窑是全世界广泛采用的煅烧活性石灰的设备，用回转窑煅烧的活性石灰约占世界活
15、性石灰总产量的1/3以上。回转窑具有以下优点：第一，煅烧的石灰质量高于所有竖窑生产的石灰；第二，能烧5mm以上的碎石灰石，提高了矿山资源的利用率，降低石灰生产成本；第三，机械化程度高，控制系统比较简单，生产操作易于掌握；第四，单窑产能高。其缺点是热耗比竖窑高，设备重量大，占地面积大，投资较高。(2) 引进类竖窑用套筒窑和双膛窑煅烧的活性石灰分别占世界活性石灰总产量中1/5和1/3左右。该类竖窑具有如下优点：第一，其产品质量好，活性度高。在原料和燃料的质量都满足要求时，其产品活性度可达到350ml以上、残余的CO2通常不超过2；第二，烟气中废热得到了较为充分的利用，热效率比较高，单位产品耗热量比
16、较低。单位产品耗热量为8501030kcal/kg；第三，该类竖窑与回转窑相比，有建设费用低和占地面积小的优点；第四，排出废气的温度及粉尘含量较低(废气温度正常情况下为70130，废气中含尘浓度通常为510g/m3)，容易进行废气净化处理措施，对减少对环境污染有利。双膛窑的不足之处是窑的换向操作系统较为复杂，并且对操作工人的素质要求较高。窑体为正压操作，生产过程中检修比较困难。当煤粉为燃料时，对煤的要求比较严格，很多地区很难解决。套筒窑的不足之处是炉体结构较为复杂，虽然窑体为负压操作，但是内套筒及拱桥耐火砖容易损坏，日常维护量较大。(3) 改进型焦炭竖窑该种窑是九十年代初国内引进日本生产技术和
17、关键装备，并经过国内再次创新改良设计造出的一种新型焙烧石灰的焦炭竖窑，其产品质量、能耗及建设投资适中。当原料和燃料条件满足要求时，产品活性度可达到300ml。单位产品耗热量为9701040kcal/kg。其缺点是配料系统复杂，对原料和燃料条件要求较严。(4) 国产气烧竖窑该窑型是国内开发的传统窑型。其产品质量中等，在活性石灰窑型中建设投资最低。因为采用煤气为燃料，石灰的活性度在原料和燃料条件满足要求时，也可达到300ml。其缺点是窑顶废气和窑底出灰温度高，热效率低、能耗高，单窑产量低。单位产品耗热量为10001300kcal/kg。(5) 传统机械化焦炭竖窑该窑型是国内煅烧烧冶金石灰的主要热工
18、设备，其优点有：设计简单、投资少、操作方便。其缺点为布料不均、无有效的调控手段，使产品质量不稳定，指标波动过大，生烧过烧严重。其生产的石灰产品活性度一般在200260ml，单位产品耗热量为10001200kcal/kg。(6) 土窑土窑煅烧的产品质量差，污染大，原燃料浪费严重，国家已明令淘汰。估计以前为我国冶金系统生产的土石灰窑仍有500800万吨能力/年，绝大部分用作烧结用灰12-16。综上所述，回转窑生产的石灰活性度高于所有其它窑型生产的石灰，而且由于能煅烧5mm以上的碎石灰石，因此有利于资源的综合利用和降低成本。本次设计采用的回转窑生产活性石灰。2 活性石灰生产工艺总图设计2.1 总图布
19、置活性石灰生产工艺总图布置如图2.1所示。1原料仓库 2 大倾角皮带输送机 3竖式预热器 4烟囱 5除尘器 6回转窑 7竖式冷却器 8烧嘴 9 链式输送机 10斗式提升机 11振动筛 12煤气加压站 13粉料仓 14成品仓 15铁路、公路 16控制室 17配电室 18消防室 19绿化带 20冷却风机 21一次风机图2.1 活性石灰生产工艺布置平面图2.2 总图设计说明活性石灰的生产工艺布置是根据交通运输、消防、安全、卫生、绿化、管线、施工及预留发展等要求，全面地、因地制宜地对工厂建构筑物、运输线路、管线等进行布置的，力求紧凑合理，节约用地，节省投资，有利生产，方便管理。活性石灰的生产工艺布置应
20、遵循以下原则：A、在满足工艺要求的前提下，总平面布置力求紧凑、整齐、合理利用地形。B、符合运输和生产的要求。水、电的负荷中心尽量靠近生产用厂房，以缩短管线长度；原料堆场和成品仓布置靠近厂区公路边，以方便汽车运输的需要。C、结合地形、地质等自然条件，因地制宜，为生产创造有利条件。D、符合防火、安全和卫生要求，以利于保护国家财产，保护人身安全和改善生产生活环境。E、符合环境保护要求，利用厂前和生产区空地种植树木、花草以美化环境。根据以上活性石灰的生产工艺布置原则设计活性石灰生产工艺布置平面图（图2.1）。合格的石灰石原料通过铁路或者公路运输至原料仓，然后通过大倾角皮带输送机运输至竖式预热器，经回转
21、窑焙烧后进入竖式冷却器，然后造在通过链式输送机、斗式提升机进入振动筛，通过筛分后分别进入粉料仓、成品仓，煤气通过煤气加压站达到合适的压强后经烧嘴进入回转窑，烟气经除尘器处理后排出，另外还设有控制室、配电室、消防室和绿化带。主要技术特点如下：（1）窑尾加装了竖式预热器，使窑尾的烟气余热直接传导给了石灰石，烟气温度可降至235以下，有效地回收了尾气排放所带走的热量，同时也为后续除尘减少了负荷。（2）窑头出料冷却采用竖式冷却器替代原来的冷却筒。避免了石灰的显热散失。从窑头落下的炽热石灰，通过与鼓入的二次风换热，石灰得以冷却。空气吸收热量温度升高后进入回转窑助燃。（3）冷却器和窑头罩采用一体化竖式设计
22、，占地面积小，密封性好，避免了热废气无组织排放。（4）助燃风分为一次风和二次风。一次风直接参与燃烧，二次风为冷却风。一次风和二次风分别由单独的风机供给。此设计二次风温可升至600以上,作为助燃空气,为节省燃料提供了有利条件。（5）环保措施完善。煅烧尾气采用脉冲袋式除尘器除尘，满足国家排放标准。在竖式冷却器落料点也采用了袋式除尘器除尘。（6）自动化水平高。煅烧系统设备生产操作的调节、控制和报警采用PLC在主控室集中控制，并设有各控制点的画面显示及必要的联锁监控，对生产过程中所用的操作参数进行自动记录，并可随时打印。3 原料仓库设计3.1 原料仓库的选择根据原料开采情况、矿山距离、来料运输条件、装
23、卸方法、贮存量、地形条件及气象条件等因素来选择原料仓库的形式。原料仓库主要有桥式抓斗起重机仓库、门式抓斗起重机仓库、地上料仓仓库、地下料仓仓库、堆取料机仓库、小型机械化仓库等形式。布置原料仓库时要考虑以下因素：(1)原料仓库具体位置的确定，必须考虑风向及对周围环境的影响；(2)粒度不同的原料要分级堆放，根据原料仓库的装备水平，对采用的主要设备进行相适应的布置，充分发挥设备的作用；(3)原料采用铁路运输直接运入仓库时，受料地坪的标高低于轨面标高，标高差一般不小于1.5m。(4)原料仓库周围，一般设置高度为1.5m的挡料墙。图3.1 桥式抓斗起重机原料仓库厂房结构本次设计选用的原料仓库是桥式抓斗起
24、重机，桥式抓斗起重机仓库的主要特点是操作灵活可靠，可完成卸车、倒运和取料等作业，仓库面积利用率高。桥式抓斗起重机原料仓库厂房结构形式，要根据当地气象条件、下一工序的要求、周围环境的防尘要求等因素而定，目前主要分为以下四种：封闭式：方房盖，两侧有墙，如图3.1(a)所示；敞开式：有房盖，两侧无墙，如图3.1(b)所示；敞开防雨式：有房盖，两侧上部有墙，下部有雨搭，如图3.1(c)所示；露天式：无盖，无墙，如图3.1(d)所示。根据不同的地理条件和环保要求来选择仓库的结构形式，其选用原则如表3.1所示。表3.1 原料仓库厂房结构形式的选用仓库结构形式形式代号适用条件封闭式（a）适于风沙大、多雨的地
25、区，或环保有特殊要求的地区敞开式（b）适于多雨但风沙不大的地区敞开和露天室（b）和（d）组合适用于一般地区，但料槽除需局部防雨3.2 原料仓库用设备原料仓库用设备主要有桥式抓斗起重机、轮式装载机和移动式带式输送机等。（1）桥式抓斗起重机起重设备桥式抓斗起重机为散料和颗粒状物料专用。桥式抓斗起重机常规配置：采用司机室控制，司机室分开式和闭式两种。各机构采用绕线式起重电机，电阻调速。起重设备抓斗桥式起重机可供需求选择的其他配置。图3.2 桥式抓斗起重机（2）轮式装载机其主要功能是对松散物料进行铲装及短距离运输作业。它是工程机械中发展最快、产销量及市场需求最大的机种之一。我们平时看到最多的是轮式装载
26、机，与它相对的是履带式的装载机。与履带式的相比它具有机动性能好，不破坏路面，操作方便等优点。所以轮式装载机得到广泛的应用。图3.3 轮式装载机（3）移动式带式输送机移动式带式输送机用于位置不固定的料场、仓库等处物料的短距离输送，可进行堆垛、装卸或输送。可单台使用，还可多台互相搭接成输送线。图3.4 移动式带式输送机4 窑前上料系统设计4.1 回转窑上料工艺设计合格石灰石原料经电磁振动给料机卸到经装有皮带秤的带式输送机大倾角皮带机计量后，再通过大倾角皮带机送入坚式预热器料仓内。回转窑上料工艺流程如图4.1所示。为了计量入窑石灰石量，控制、考核回转窑的生产能力，输送合格石灰石至竖式预热器的带式输送
27、机上应安装皮带秤，并将数据达至集中操作室内。图4.1 上料工艺流程图4.2 上料设备上料设备主要是：电磁振动给料机、带式输送机、大倾角皮带输送机、电子皮带秤等设备。（1）电磁振动给料机电磁振动给料机多用于散料贮运系统，承接从料仓卸出的物料向各种运输设备。电磁振动给料机与其他结料设备相比，具有以下特点：A体积小、重量轻、结构简单，安装、维修方便；B无转动的零部件，不需要润滑，不需要电动机和减速器，运行费用较低；C因为给料机适用了机械振动学的共振原理，双质体在低临界近共振状态下工作，所以消耗电能少；D对于采用晶闸管半波整流线路控制的电磁振动给料机，可通过调节品闸管开放角的办法方便地无级调节给料量，
28、并可实现生产流程的集中控制和自动控制；E由于在给料过程中，物料在给料槽中连续地被抛起，并按抛物线轨迹向前做跳跃运动，因此给料槽的磨损较小。图4.2 GZF型电磁振动给料机（2）大倾角皮带输送机大倾角皮带皮带机选用具有波状挡边和横隔板的运送带，因而能够到达大倾角运送物料的意图，最大倾角可达90度笔直运送，其布局紧凑、占地少，因而是大倾角(或笔直)运送的抱负设备。大倾角皮带输送机的首要长处：A大倾角皮带运输机的运送倾角大，最大可达90，是大倾角运送和笔直晋升的抱负设备。因而能够节约占地面积，节约设备出资和土建费用，取得杰出的归纳经济效益。B布局简略。如前所述，各首要部件均可与通用带式输送机通用，给
29、运用、修理带来便利。C工作牢靠。没有埋刮板输送机常常出现的卡链、飘链、断链表象和斗式晋升机常常发作的打滑、掉斗表象。它的牢靠度简直与一般带式输送机持平。D工作平稳、噪声小。E因为不存在装料时的发掘阻力和工作时物料的内摩擦、外摩擦阻力，因而能耗小。F笔直挡边机还能够在机头和机尾设置恣意长度的水平运送段，便于和其他设备联接。为取得较好的受料和卸料条件，本机选用“Z”形安置方式。如图4.3所示，即设有上水平段、下水平段和歪斜段，并在下水平段受料，在上水平段卸料。上水平段与歪斜段之间选用凸弧形段机架衔接，下水平段与歪斜段之间选用凹弧段机架相连以完成运送带的油滑过渡。图4.2 大倾角皮带输送机（3）带式
30、输送机带式输送机是石灰工业中应用最广泛的一种连续式运输机械，主要用于石灰石的水平或倾斜提升运输。带式输送机的倾角一般不大于16。给料点、卸料点设在水平段，必要时也可设在倾斜段，在倾斜段时要考虑该料等的情况。曲线段不设下料点和卸料点。带式输送机由驱动装置、传动滚筒、输送带、卸料装置、托辊、改向辊筒、张紧装置和机架等部分组成。（4）皮带秤DDPCW型多托辊双杠杆电子皮带秤，这种皮带秤是在带式输送机上对固体散状物料进行连续动态计员的衡器。使用条件如下：(1)系统精度0.5%；(2)托辊形式：三节糟形，槽角为30。(3)输送机倾角018；(4)胶带速度04m/s；(5)测重传感器：线性、滞后、重复性误
31、差为0.05%；(6)仪表尺寸375mm245mm480mm；重量20kg。5 煅烧系统设计5.1 回转窑内的物料气体运动及热交换原理5.1.1 回转窑内的物料运动原理回转窑窑尾高，窑头低，斜度为3%左右，以13r/min的转速旋转，物料从预热器由窑尾进入，从窑头卸出窑外进入冷却器。石灰石在从窑民至窑头的运动中受热分解。窑头设有烧嘴向窑内供热。燃烧所产生的烟气在窑尾负压的作用下，由窑头向窑尾流动，并由窑尾排出。物料与烟气逆向运动，首先经预热器预热，然后原料从窑尾均匀喂人窑内。在窑体的旋转过程中物料从窑尾向窑头移动，从窑头卸出窑外，进入冷却器内进行冷却。在回转窑内由于窑的转动物料颗粒在摩擦力、重
32、力及离心力作用下产生运动，其运动的形式有横断面的滚动和由于窑的斜度而形成的轴向运动。横断面上的物料运动状态依窑的转速不同分有：下滑运动、翻塌运动、滚落运动、抛落运动等形式。不滑运动是在窑转动速度较低，物料与炉衬间摩擦力较小，不足以带动提升物料或提升高度很小，在物料重力作用下不断产生少量上移和滑落，而物料颗粒之间处于相对静止状态。这种状态下，物料与气流之间的对流传热基本处于停止状态，辐射传热和窑衬对物料的传导传热也只限于物料的表面层。出于物料与窑衬之间长期处于相对运动状态，窑衬易磨损，物料易粉化。下滑运动状态对回转窑焙烧工艺个利，应避免产生。翻塌运动足在窑转动速度较低，物料与炉衬间有足够人的摩擦
33、力，物料可以被提升较大高度，并断续地以颗粒集团方式向下翻落。这种运动状态从传热角度来看是不理想的，而且物料之间、物料均炉衬之间冲击力大，物料易破碎。因此翻塌运动也不是回转窑焙烧工艺理想的运动状态。滚落运动是当窑的转速不断提高至果一临界速度，物料便从翻塌运动过渡到滚落运动状态。倾斜的料面上物料沿斜面连续滚下，料层中行稳定的运动层，物料与炉衬无相对运动，运动冲击也较小。断面上单位时间被提升的物料量相等，物料有一个稳定的倾斜表面。此种情况物料受热均匀，传热效果较好。因此滚落运动是回转窑焙烧上艺理想的运动状态。抛落运功是在窑的转速进一步加大，物料在离心力作用下，被提升高度加大，又在重力作用下被抛落下来
34、，此时物料颗粒离开料面，沿着抛物线轨迹落下。物料之间，物料与炉衬之间冲击力大。这种运动状态也不是回转窑焙烧工艺所希望的。回转窑内横断面上物料运动状态受窑转速、填充率、物料物理性质及窑半径等多种因素影响。回转窑内物料的偏析。回转窑内物料分布不均匀的现象称为“偏析”，主要指的是物料粒度分布不均匀。由于偏析可能带来颗粒之间受热效果的差异，受热几率大的可能产生过烧，受热几率小的可能产牛生烧，从而影响煅烧质量。实验研究表明，回转窑内物料颗粒运动的轨迹为：物料颗粒从物料表面后向下运动，进入下面的提升层，其运动停止点因物料粒度不同而不同。各颗粒的运动轨迹是以回转窑轴线为中心的同心圆，由于颗粒状物料运动过程中
35、的自行筛分作用，大颗粒集中在表面层。大颗粒流动性较好，在斜面上流动速度大，形成成大颗粒停止点在下部，较小颗粒停止在上部，即形成了横断面上物料颗粒分布的不均匀性，大颗粒集中于表面，小颗粒集中于物料层中心。由此看来问转窑所用原料的粒度直径比愈小愈好，必要时应采取分级入窑的操作工艺。回转窑内物料的运动情况直接影响物料在窑内的受热时间、受热面积；影响料层温度的均匀性和气体与物料表面的温差，从而影响传热过程；影响燃烧物料的质量和产量。图5.1 物料在回转窑内的运动情况物料在回转窑内的运动情况如图5.1所示。假设物料处于理想运动情况，即不考虑物料颗粒在窑壁上和料层内的滑动，以及物料颗粒大小对物料运动的影响
36、。随着窑的回转，A点物料由于摩擦力的作用与窃壁一起像一个整体一样慢慢升起，直到倾斜的物料层表面与水平面所构成的夹角大于物料动力学静止角时，物料在重力作用下才会沿料层表面滑落下来。又由于回转窑是倾斜安装的，所以A点的物料颗粒不会落回到原来的A点，而是落在同B点同在一条垂直投影线上的C点。这样物料在简体的轴线方向就向前移动了一段距离CA。在C点又重新被带回到D点，落在E点上，如此不断前进。当然回转窑内物料运动的情况并非那么简单，而是非常复杂的，影响因家很多，因此耍想用简单的公式来准确计算物料在窑内各带的运动速度是比较困难的。在对回转窑内物料运动规律进行分析和模型试验后得出物料在窑内运动速度的经验公
37、式为式中u物料在窑内运动速度，m/s；n窑转速，r/min：窑倾角，（）；Di窑衬砖内径，m；物料在窑内动力学静止角，（）。物料在窑内的停留时间为式中物料在窑内的停留时间，min；L窑的长度，m。由上面的公式可以看出：(1)物料运动速度u与窑的倾斜角、窑的衬砖内径Di以及转速n成正比，与无聊动力学静止角的平方根成反比；(2)当窑径一定时，u与n、的乘积成正比，若使物料运动速度保持一定，则n与成反比，即窑的倾斜角越大，窑的转速应越低：(3)实际生产中，Di、辟已为定值，则u均n成正比，即改变窑速，窑内物料的运动速度随之变化17。5.1.2 回转窑内的气体运动原理回转窑内气体流动对燃料燃烧和传热过
38、程有着直接的影响，进而也影响着回转窑的正常操作和产品的产量、质量。在回转窑内气体流动的方向都是由窑头向窑尾流动。促使这种流动的方法有两种：一是自然抽风，即利用烟囱产生的抽力使窑内气体流动；另一种方法是强制通风，即用风机驱使窑内气体流动。目前绝大多数回转窑采用后一种方法。窑内气体沿着窑的长度方向由窑头向窑尾流动时，气体的温度和组成都在不断地发生变化，因此流速也在不断发生变化。窑内气体流速的大小，一方面影响对流换热系数，因而影响传热速率、窑的产量和热耗；另一方面也影响窑内飞灰生成量，影响原料消耗系数。当流速过大时，传热系数增大，但气体与物料的接触时间减少，总传热量反而可能会减少，表现为废气温度升高
39、、能耗增大、烟气量增多；相反流速低，传热速率低，产量会有显著下降。气体通过整个窑筒体的阻力，主要来源于窑内流体的摩擦阻力，窑内阻力的大小主要决定于气体流速的大小。一般情况下回转窑每米窑长流体阻力为510Pa。通常回转窑“零”压点一般控制在窑头附近，这样根据窑简体的长度大致可以估算窑尾处所需的压力18。5.1.3 回转窑的燃料燃烧与热交换原理在回转窑中，各不同部位气体温度不同，并见随着窑的旋转，物料及衬砖温度都在发生变化。因此分析回转窑内的热交换，首先应了解窑内衬砖及物料温度的变化规律。当回转窑稳定运行时，一定截面上气体温度可认为不随时间而变化，而衬砖温度变化较大。因为随着窑的转动，对某部分衬砖
40、来说时而与气流接触，时而又被物料所遮盖，其温度出现周期性的变化，如图5.2所示。图5.2 回转窑衬砖表面温度变化情况图中0回转窑转动一周所需时间；1在一转中衬砖与热气体接触的时间；2在一转中衬砖与无聊接触的时间；1与热气体接触的衬砖弧长；2与物料接触的衬砖弧长；t1与热气体接触的衬砖表面平均温度；t2与物料接触的衬砖表面平均温度。由图可见，对于某块衬砖从A点转到B点过程中，由于热气体传来的热量使得衬砖表面温度沿窑的转动力向逐渐升高，同时衬砖积蓄热量。当转到B点时，温度达到最高，此时衬砖的温度高于物料的温度。当由B点再转回到A点过程小，由于高温衬砖与低温物料相接触，衬砖积蓄的热量将不断向物料传递
41、，使衬砖温度B点处的最高温度下降到4点处的温度。另外由于从A点到B点的弧长大于从B点至A点狐长，因此衬砖的加热期比放热期长，即1 2。这样衬砖在与筒体一起回转的整个过程中反复进行着周期性的吸热和放热过程与此同时衬砖的温度也相应发生着周期性的变化。回转窑内某截面气体、物料、窑衬、环境间的传热可以通过图5.3加以说明。高温气体以辐射、对流方式传热给物料的表面和暴露的衬砖表面，同时对物料运动中所产生的存在于气体中的粉尘进行加热。衬砖接受的热量向三个方向传递：暴露的衬砖表面直接对物料表面进行辐射换热；暴露的衬砖表面转到物料层下面时，主要是以导热的方式将积蓄的热量直接传给物料；衬砖以综合传热方式通过简体
42、向环境散热。在物料内部属于散料层内的传热，物料上、下表面向中心的传热既包括物料间的接触导热作用，也包括空隙中气体的导热和气体与物料颗粒表面间的辐射换热。图5.3 回转窑内热交换沿回转窑长度方向气体与物料间的热交换，既有气体与物料问的辐射换热，也有气体与物料间的对流换热。由于沿窑长度方向气体的温度是变化着的，因此气体与物料间的主要热交换方式也是变化的。靠近窑尾端以对流换热为主；在接近煅烧带部位则以辐射和对流换热为主；在煅烧带主要以辐射换热为主。为了降低回转窑的煅烧的热能的消耗，在窑尾设有原料预热器，在窑头设有成品冷却器。成品冷却器还有预热助燃空气的作用。跟回转窑配套的预热器主要有竖式预热器和炉箅
43、式预热器两种。预热器是利用具有10001100的回转窑窑尾烟气将原料石灰石进行预热，约有10%20%的小颗粒石灰石得到分解。通过预热器的烟气温度可降低至300以下。跟回转窑配套的冷却器有竖式冷却器、推动箅式冷却器、单筒和多筒冷却器等。石灰进入冷却器的温度在1100左右，出冷却器的温度低于100。冷却器内的冷却介质为鼓入的空气，空气在冷却器内被预热到600700，作为二次助燃空气送入回转窑内。物料在回转窑煅烧过程中，因为物料处于翻滚的状态，受热均匀，窑内温度容易控制，所以煅烧质量好，活性石灰活性度可达到350400mL。并且石灰受污染很小，易于获得高纯度的活性石灰。回转窑煅烧冶金活性石灰单位产品热耗约为5000kj/kg，比并流蓄热式竖窑高15%30%。回转窑用气体、液体或粉状固体燃料在窑头部进行燃烧供热，回转窑内热交换过程复杂，包括火焰烟气对物料表面及窑壁表面的辐射传热，火焰烟气对物料表面及窑壁表面的对流传热，窑壁对物料表面辐射传热及传导传热，物料内部颗粒之间及颗粒内部的传导传热等。对于回转窑而言，对流传热条件不好，低温传热效果差，所以煅烧石灰多采用短回转窑，窑尾烟气温度高于1000，烟气对物料以辐射传热为主，对流传热为辅，物料最高温度在直接受到热辐射的表面层，最低温度出现在料层的中间部分19。5.2 预热器的选择预热器是利用回转窑废
