回转窑的运行原理及结构.docx

煅烧是在低于熔点的适当温度下，加热物料，使其分解，并除去所含结晶水、二氧化碳或三氧化硫等挥发性物质的过程。例如，石灰石经过煅烧失去二氧化碳而生成生石灰；氢氧化铝脱水而生成氧化铝；碱式硫酸钛失去水和三氧化硫而生成二氧化钛等。
煅烧过程主要发生的物理和化学变化有：
(1)热分解；
(2)再结晶，可得到一定的晶形、晶体大小、孔结构和比表面；
(3)微晶适当烧结，以提高机械强度。煅烧是天然化合物或人造化  合物发生热离解或晶形转变的过程，煅烧时化合物受热离解生成组分更简单的化合物或发生晶形转变。
  煅烧作业可用于直接处理矿物原料以适于后续工艺要求，也可用于化学选矿后期处理而制取化学精矿，满足用户对产品的要求。
  非金属材料几乎都要经过煅烧加工工艺处理制备而成，这就必须要用到产生高温和利用高温的非矿热工煅烧设备。
1、工作原理
  回转窑设备(旋窑)是一个有一定斜度的圆筒状物，斜度为3~3.5%，借助窑的转动来促进料在回转窑（旋窑）内搅拌，使料互相混合、接触进行反应。窑头喷煤燃烧产生大量的热，热量以火焰的辐射、热气的对流、窑砖（窑皮）传导等方式传给物料。物料依靠窑筒体的斜度及窑的转动在窑内向前运动。
  生料从窑尾筒体高端进入窑筒体内进行煅烧。由于窑筒体的倾斜和缓慢地回转，使物料产生一个既沿着圆周方向翻滚，又沿着轴向从高端向低端移动的复合运动。生料在窑内通过分解、烧成及冷却等工艺过程，烧成水泥熟料后从窑筒体的低端卸出，进入冷却机。
  燃料从窑头喷入，在窑内进行燃烧，放出的热量加热生料，使生料锻烧成为熟料，在与物料热交换过程中形成的热空气，由窑进料端进入窑尾系统，最后由烟囱排入大气。
2、回转窑的结构
  回转窑主要由窑筒体、传动装置、支承装置、挡轮装置、窑头密封装置、窑尾密封装置、窑头罩等组成。回转窑结构见图1。
01窑筒体部分
  窑筒体是回转窑的躯干，系由钢板卷制并焊接而成。窑筒体倾斜地安装在数对托轮上。在窑筒体低端装有耐高温耐磨损的窑口护板并组成套筒空间，还设有专用风机对窑口部分进行冷却。沿窑筒体长度方向上套有数个矩形轮带，它承受窑筒体、窑衬、物料等所有回转部分的重量，并将其重力传到支承装置上。轮带下采用浮动垫板，可根据运转后的间隙进行调整或更换，以获得最佳间隙。垫板起到增加窑筒体刚度，避免由于轮带与窑筒体有圆周方向的相对滑动而使窑筒体遭受磨损和降低轮带内外表面温差的作用。
02大齿圈装置
  在靠近窑筒体尾部固定有大齿圈以传递转矩。大齿圈通过节向弹簧板与窑筒体连接，这种使大齿圈悬挂在窑筒体上的连接结构能使齿圈与窑筒体间留有足够的散热空间，并能减少窑筒体弯曲变形等对啮合精度的影响，还起一定的减振缓冲作用，有利于延长窑衬的寿命。
03传动装置
①传动型式
单传动：传动系统采用单传动，由一台主传动电动机带动。
双传动：传动系统釆用双传动，分别是由两台主传动电动机带动。两套传动系统的同步通过调整电气设备来实现，从而保证两系统受力均匀。从机械上采用了两个小齿轮与大齿圈啮合瞬时错开1/2周节的配置。
②电动机
除小型回转窑可选用Z2系列小型直流电动机外，其余均选用回转窑专用ZSN4-直流电动机，该电动机是在Z4系列电动机的基础上，根据水泥回转窑主传动的工况特点而设计的专用系列直流电动机，具有体积小、质量小、效率高、性能优良等特点。
③减速器
减速器一般选用硬齿面减速器，它技术先进、体积小、质量小。
④组合弹性联轴器
小齿轮装置和主减速器之间采用组合弹性联轴器，它弹性好，能吸收一部分冲击，并能补偿较大的径向偏差和轴向伸缩。
04支承装置
  支承装置是回转窑的重要组成部分，它承受着窑筒体的全部重力，并对窑筒体起定位作用，使其能安全平稳地进行运转。支承装置为调心式滑动轴承结构，其结构紧凑，质量小。并配置了润滑油的自动加热和温控装置及测量装置，运行可靠，适应性强。 
05挡轮装置
  挡轮按其受力情况及作用原理，设计有机械信号挡轮及液压挡轮两种：
机械挡轮：成对地安装在大齿圈邻近轮带的两侧，起到限制窑筒体轴向窜动的作用。
液压挡轮：挡轮设置在靠大齿圈邻近轮带的下侧。通过液压挡轮迫使轮带和窑筒体一起按一定的速度和行程沿窑中心线方向在托轮上往复移动，使轮带和托轮在全宽上能均匀磨损，以延长使用寿命。

06窑头密封装置
  窑头密封装置为SM型窑头密封装置(石墨块式)和GP型窑头密封装置(钢片式)两种中的一种。
①SM型窑头密封系石墨块径向接触式+迷宫组合的密封形式。能自动补偿窑筒体运转时的偏摆和运转中沿轴向往复窜动，密封性能好。
②GP型窑头密封系钢片径向接触式的密封形式。能自动补偿窑筒体运转时的偏摆和运转中沿轴向往复窜动，密封性能好。
07窑尾密封装置
  QD型窑尾密封装置采用气缸压紧端面接触式，整个密封圈受力均匀且能消除由于安装和窑筒体挠度产生的不良影响，此外，由电动干油泵将润滑脂注人摩擦圈接触面进行润滑，摩擦阻力及磨损小，密封可靠，效果好。
08窑头罩
  窑头罩为钢板焊接而成的罩形，通过两侧的支腿坐落在窑头操作平台上，下部与冷却机的接口连接。窑头罩内砌耐火砖或浇灌耐热混凝土。窑头罩的外端面设有两扇悬挂移动式窑门，以便进入窑内检修及窑衬砌筑等工作。

3、操作要点
（1）启动与停机
启动前检查
确认润滑系统正常。
传动部件无卡阻。
耐火材料无脱落。
密封装置完好。
预热与升温
缓慢升温，建议速率≤50℃/h，避免窑体受热不均导致变形。
停机操作
逐步降温，降温速率≤30℃/h，防止急冷导致耐火材料开裂。
（2）运行监控
温度控制
烧成带温度控制在13001450℃（根据物料调整），避免过高导致结圈或耐火材料损坏。
窑尾温度≤300℃，防止尾端设备过热。
转速与倾斜度
根据物料特性调整转速（通常14 rpm）和窑体倾斜度（25%）。
物料填充率
控制在10%15%，过高会导致窑内通风不良，过低则热效率下降。
（3）燃烧控制
火焰形状
保持火焰稳定、不发散，避免局部高温烧损窑皮。
燃料与风量配比
优化空燃比，确保完全燃烧，减少结焦和热损失。
窑头负压
维持-50-100 Pa，防止正压导致热烟气外溢。
（4）异常处理
结圈处理
调整燃料配比或短时提高转速甩落结圈，严重时需停窑人工清理。
突然停机
立即切断燃料，启动辅助驱动装置（慢转窑体），防止窑体弯曲。
4、维护要点
（1）日常维护
托轮与轮带检查
每班检查托轮轴承温度（≤65℃）、油膜状态及轮带磨损情况。
密封装置维护
定期清理窑头/尾密封积灰，确保密封件无破损，减少漏风漏料。
润滑管理
托轮轴承采用高粘度齿轮油，每班补充润滑脂。
大齿轮喷雾润滑系统需定期清理喷嘴，保证油膜均匀。
（2）耐火材料维护
窑衬检查
每周通过红外测温仪监测窑体表面温度，局部超温（≥350℃）提示耐火砖脱落。
窑皮管理
保持烧成带窑皮厚度200300mm，过薄时需调整操作参数促进挂窑皮。
更换周期
烧成带耐火砖寿命通常612个月，需根据磨损情况提前备料。
（3）传动系统维护
齿轮啮合检测
每月检查大齿轮与小齿轮啮合间隙（齿侧隙1.52.5mm），偏差过大需调整底座。
减速机监测
定期检测振动值（≤4.5mm/s）、油温（≤80℃）及油质，每5000小时换油。
电机维护
检查绕组绝缘电阻（≥1MΩ），清理散热通道积灰。
（4）窑体状态检测
直线度校准
每半年用激光对中仪检测窑体直线度，偏差超过5mm/m需调整托轮。
椭圆度检测
停窑时测量轮带处窑体椭圆度（允许值≤1%窑径），超标需加固或更换筒体段节。
5、安全与优化建议
（1）安全防护
高温区域设置隔离栏，人员穿戴耐高温装备；检修时锁定主电源并挂警示牌。
（2）节能措施
回收窑尾废气余热（用于发电或烘干），优化燃烧器降低煤耗。
（3）智能化升级
安装在线监测系统（如窑体温度、振动传感器），实现预测性维护。

6、回转窑的常见故障及预防措施
（1）常见故障
故障类型
故障现象
可能原因
解决方法
燃烧系统故障
火焰不稳定或窑内温度异常
 燃烧器堵塞、燃料供应不畅、空气供应不足或过多、窑内气流方向偏差等
清理燃烧器喷嘴，确保燃料和空气供应稳定，调整窑头温控系统，检查窑体是否有形变
窑内结圈
 物料成分不当、窑速过慢、燃烧不完全等                                         
 调整配料，提高窑速，采用冷热交替烧法或止烧法破坏结圈结构                     
预热器堵塞
 燃烧不充分、翻板阀卡死、下料溜管结皮、风料不平衡、原料中有害成分富集等       
 停止进料，降低转速，调整挡板，清理堵塞物，严格控制原料成分                   
机械故障
 轴承温度过高                     
 润滑不良、润滑油变质、轴承磨损、窑体偏移等                                   
 清洗轴承，补充润滑油，更换磨损的轴承，调整窑体对中                           
 托轮断轴                         
 托轮与轴配合不合理、疲劳断裂、制造缺陷等                                     
 更换托轮或轴，确保配合合理，避免应力集中                                     
 窑体振动                         
 窑体受热不均匀、托轮衬空、齿轮啮合间隙不当、基础松动等                       
 调整托轮，校正窑体中心线，紧固松动的螺栓，修复齿轮                           
 筒体开裂                         
 窑体振动、局部过热、钢板缺陷、基础沉陷不均等                                 
 修复或更换筒体，加固结构，调整托轮，降低筒体温度                             
烟气处理系统故障
 烟气排放不畅或超标               
 除尘设备堵塞、烟气管道泄漏、排气风机故障等                                   
 清理除尘器，修复管道泄漏，维修或更换风机                                     
其他故障
 红窑掉砖                         
 窑皮挂得不好、筒体过热变形、窑衬镶砌质量差、筒体中心线不直等                 
 选用高质量窑衬，提高镶砌质量，及时更换磨薄的窑衬，校正筒体中心线             
 物料流动不畅或堵塞               
 物料粒度过大或过小、窑体倾斜度或转速不当、窑内积料等                         
 筛分物料，调整窑体倾斜度和转速，定期清理窑内积料                             
（2）预防措施
措施类型
具体内容                               
 定期检查与维护     
 定期检查设备的润滑、冷却、燃烧、烟气处理等系统，及时发现并处理潜在问题       
 操作规范           
 严格按照操作规程运行设备，避免超负荷运行，合理调整工艺参数                   
 质量控制           
 严格控制原料质量，避免有害成分超标，确保燃料和物料的均匀性                   
 人员培训  
 加强对操作人员的培训，提高其对设备故障的识别和处理能力                       
7、回转窑的发展
  回转窑作为工业领域的重要设备，其发展历史可以追溯到19世纪。1824年，英国工程师阿斯普丁发明了间歇操作的土立窑，但效率较低。1885年，兰萨姆发明了第一台连续操作的回转窑，显著提升了水泥生产的效率和规模。20世纪初，水泥生产转向湿法工艺，推动回转窑向大型化发展。20世纪50年代后，预热器技术和生料干法预均化技术的成熟，使干法工艺重新成为主流，窑外分解技术的出现进一步推动了水泥工业的发展。如今，回转窑不仅在水泥行业发挥重要作用，还广泛应用于冶金、化工、环保等多个领域。
  未来，回转窑的发展将聚焦于技术创新和可持续发展。一方面，随着环保法规的日益严格，回转窑将通过优化燃烧技术、提高热效率等方式减少碳排放，同时废渣资源化利用将成为重点，推动循环经济的发展。另一方面，智能化和数字化控制将成为趋势，物联网、大数据和AI技术的应用将实现设备的远程监控、故障预测和工艺参数自动调节。此外，回转窑还将向多元化应用领域拓展，如建材、冶金、环保等，同时设备的大型化与高效化也将继续推进。在全球化市场竞争中，中国企业如中信重工、红星机器等在国际市场上的影响力不断提升，2023年出口量达200万吨。
  展望未来，回转窑将在碳中和目标下承担更多环保任务，例如二氧化碳捕集与封存技术的整合。同时，其与新能源（如氢能煅烧）和生物技术的结合可能开辟全新应用场景。全球回转窑市场规模预计从2023年的65.19亿元增至2029年的87.87亿元，年均复合增长率5.16%，中国作为主要生产国将占据重要份额。回转窑的发展历程体现了工业技术的迭代与适应市场需求的能力，未来其核心方向将围绕节能环保、智能化和多元化应用展开，为全球工业可持续发展提供关键支撑。