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第三章第三章 原料煅烧设备原料煅烧设备l概述l竖窑 结构特点 工作原理 热工操作l回转窑 结构特点 工作原理 热工操作1.1.原料煅烧设备原料煅烧设备的分类的分类 竖窑、回转窑、隧道窑、倒焰窑等。硅酸盐工业主竖窑、回转窑、隧道窑、倒焰窑等。硅酸盐工业主要是竖窑和回转窑。要是竖窑和回转窑。2.原料煅烧设备原料煅烧设备特点特点竖窑竖窑：优点优点设备简单，投资省，热利用好，燃耗低。设备简单，投资省，热利用好，燃耗低。缺点缺点物料煅烧不均匀；易出现粘窑、结砣等现象；物料煅烧不均匀；易出现粘窑、结砣等现象；以焦碳为燃料时，污染原料；对原料的适应性较差，以焦碳为燃料时，污染原料；对原料的适应性较差，不能煅烧高纯原料。不能煅烧高纯原料。一一.概述概述回转窑回转窑：优点优点生产能力大，适应性强，煅烧质量均匀、稳生产能力大，适应性强，煅烧质量均匀、稳定，机械化程度高，劳动强度小。定，机械化程度高，劳动强度小。缺点缺点基建投资大；飞灰损失大，成品率低；热效基建投资大；飞灰损失大，成品率低；热效率低，燃耗大；只适用于煅烧粉状、粒状、浆状物率低，燃耗大；只适用于煅烧粉状、粒状、浆状物料，不宜煅烧块状物料。料，不宜煅烧块状物料。二二.竖窑竖窑（一）竖窑的结构特点（一）竖窑的结构特点 筒状窑体，由预热、煅烧、冷却三带组成。属于逆筒状窑体，由预热、煅烧、冷却三带组成。属于逆流热工设备。流热工设备。1.窑体的形状窑体的形状直筒形直筒形：上下内径相同的圆筒形。：上下内径相同的圆筒形。优点：结构简单、坚固，利于物料顺行和下沉。优点：结构简单、坚固，利于物料顺行和下沉。缺点：物料煅烧不够均匀。缺点：物料煅烧不够均匀。喇叭形喇叭形：哑铃形哑铃形：煅烧带向预热带扩大应在较长距离内过渡，：煅烧带向预热带扩大应在较长距离内过渡，向冷却带扩大应在较短距离内过渡。向冷却带扩大应在较短距离内过渡。巨型截面巨型截面：大容积需外设燃烧室的竖窑。：大容积需外设燃烧室的竖窑。图图3-1图图3-2图图3-32.竖窑的内径与高度竖窑的内径与高度内径内径内径大内径大产量高（优点）产量高（优点）内径过大内径过大窑内燃烧不均匀、窑内煅烧不易掌握（缺点）窑内燃烧不均匀、窑内煅烧不易掌握（缺点）由煅烧物料的性质，煅烧温度，生产操作灵活程度等决定。由煅烧物料的性质，煅烧温度，生产操作灵活程度等决定。高度高度过高过高流体阻力大，风机能力不足时，产量、质量低且流体阻力大，风机能力不足时，产量、质量低且 能耗大。能耗大。过短过短熟料冷却效果差、空气预热不够，产量、质量低熟料冷却效果差、空气预热不够，产量、质量低 且能耗大。且能耗大。窑体应有最佳的窑体应有最佳的高径比高径比。竖窑的高径比竖窑的高径比KL为窑的有效高度为窑的有效高度H（从窑底出料口到加料口之（从窑底出料口到加料口之间垂直距离）与内径间垂直距离）与内径D之比，即之比，即KL=H/D。KL意义意义KL过大过大气流透过料层的阻力加大气流透过料层的阻力加大KL过小过小不能充分进行热交换。不能充分进行热交换。不同竖窑的不同竖窑的KL 水泥竖窑：水泥竖窑：3 4 耐火材料竖窑：耐火材料竖窑：5 7 白云石、镁石竖窑：白云石、镁石竖窑：6 7.6 石灰石、粘土竖窑：石灰石、粘土竖窑：53.窑体砌筑窑体砌筑材质组成材质组成工作层工作层+永久层永久层+隔热层隔热层+钢壳钢壳对材质的要求及选取对材质的要求及选取：工作层工作层预热带预热带承受机械磨损、温度波动及物料撞击；承受机械磨损、温度波动及物料撞击；煅烧带煅烧带承受高温、化学侵蚀、机械磨损、承受高温、化学侵蚀、机械磨损、物料撞击等物料撞击等。根据煅烧物料的种类，选取适宜的耐火材料。根据煅烧物料的种类，选取适宜的耐火材料。永久层永久层当工作层过度磨损或烧穿时，保护窑体。当工作层过度磨损或烧穿时，保护窑体。选取一般耐火材料。选取一般耐火材料。隔热层隔热层要求隔热性能好。要求隔热性能好。选取保温材料（耐火填料、耐火纤维等）选取保温材料（耐火填料、耐火纤维等）4.4.布料装置布料装置基本要求基本要求：尽可能消除或减少靠近窑壁处空隙率过大的现象，尽可能消除或减少靠近窑壁处空隙率过大的现象，均衡窑内通风阻力。均衡窑内通风阻力。合理的布料方法合理的布料方法：大块料布于中心，中小块料布于四周，以使：大块料布于中心，中小块料布于四周，以使风量沿窑截面保持均匀。风量沿窑截面保持均匀。常用的布料装置常用的布料装置：固定式布料钟固定式布料钟结构简单，布料不均。结构简单，布料不均。回转式分级布料器回转式分级布料器 布料器随着伞形齿轮的旋转，大块物料布料器随着伞形齿轮的旋转，大块物料由布料斗的短腿撒向窑的中间，小块物料由由布料斗的短腿撒向窑的中间，小块物料由布料斗的长腿撒向窑的周边。布料斗的长腿撒向窑的周边。图图3-4升降式布料器升降式布料器布料钟的行程可调。布料钟的行程可调。通过伞形调节器活通过伞形调节器活动板的张度变化调动板的张度变化调节布料状态。节布料状态。图图3-5在在窑窑罩罩内内安安装装回回转转撒撒料料溜溜子子。撒撒料料溜溜子子通通过过铰铰链链与与加加料料斗斗下下口口相相连连，并并一一起起转转动动。撒撒料料溜溜子子与与窑窑中中心心线线045的的夹夹角角。可可以以根根据据下下料料位位置置的的需需要要随随时时调调整整角角度度的的大大小小，以以便便能能沿沿窑窑断断面不料均匀。面不料均匀。水泥竖窑的机械加料装置水泥竖窑的机械加料装置图图3-6常用的出料装置常用的出料装置：拖板出料机拖板出料机四轮四轮推板小车推板小车，安装于轨道上，通过，安装于轨道上，通过传动装置使小车在轨道上往复运动，传动装置使小车在轨道上往复运动，推动窑内物料落入窑下的受料斗。推动窑内物料落入窑下的受料斗。结构简单，投资省，但出料均匀性差，结构简单，投资省，但出料均匀性差，只适用于卸松散状物料。只适用于卸松散状物料。5.出料装置出料装置基本要求基本要求：物料均匀下沉，窑内三带：物料均匀下沉，窑内三带相对位置不被破坏，而且对大块物料相对位置不被破坏，而且对大块物料能起到破碎作用，并易于解决密封问能起到破碎作用，并易于解决密封问题。题。图图3-7图图3-8圆盘出料机圆盘出料机结构结构旋转的圆盘上装有可旋转的圆盘上装有可拆换的铸钢衬板，衬板上铸拆换的铸钢衬板，衬板上铸有棱形齿，并有大小不等的有棱形齿，并有大小不等的下料孔。下料孔。工作过程工作过程：圆盘转动（传动机构带动）圆盘转动（传动机构带动）物料物料 受料斗。受料斗。特点特点对物料有破碎作用对物料有破碎作用，能连续均匀出料。能连续均匀出料。下料孔下料孔图图3-9摆动齿辊出料机摆动齿辊出料机结构结构:由并列的带有楞形齿的辊由并列的带有楞形齿的辊子组成。子组成。工作过程工作过程：液压传动液压传动滚齿摆动滚齿摆动破碎物料破碎物料下料口出料下料口出料特点特点：对辊子的耐热、密封结：对辊子的耐热、密封结构、材料强度要求高。构、材料强度要求高。适用于高温下易结砣的物料。适用于高温下易结砣的物料。图图3-106.密封装置密封装置为了防止空气自下部逸出，造成漏损和飞为了防止空气自下部逸出，造成漏损和飞扬，必须安装有效的密封装置。扬，必须安装有效的密封装置。常用的密封装置常用的密封装置：机械密封装置机械密封装置三道闸门三道闸门第一道截流阀第一道截流阀一块可绕固定轴心一块可绕固定轴心摆动的扇形铁板，作用是截流、控摆动的扇形铁板，作用是截流、控制卸料量和卸料时间。制卸料量和卸料时间。第二道、第三道密封闸门第二道、第三道密封闸门由闸门由闸门和闸门框组成。闸门圈凸形，闸门和闸门框组成。闸门圈凸形，闸门框凹槽，使其闭合紧密。框凹槽，使其闭合紧密。三道闸门的开闭顺序：三道闸门的开闭顺序：打开第二道闸门，打开第二道闸门，打开截流阀，打开截流阀，关闭截流阀，关闭截流阀，关闭第二道闸门，关闭第二道闸门，打开第三道闸门（卸料），打开第三道闸门（卸料），关闭第三道闸门。关闭第三道闸门。工作原理工作原理熟料卸入熟料卸入料封料封管管内，形成一定高度的料内，形成一定高度的料柱，根据料柱高度的变化，柱，根据料柱高度的变化，通过电控线路自动控制电通过电控线路自动控制电磁振动节流器。磁振动节流器。当料柱高度当料柱高度HH0，出料，出料，当料柱高度当料柱高度HH0，停止，停止出料。出料。料封管的密封装置料封管的密封装置结构结构料封部分、自动控制部分、收尘部分组成。料封部分、自动控制部分、收尘部分组成。图图3-11监视料柱高度的方法：监视料柱高度的方法：-射线法射线法7.7.通风装置通风装置通风方式：通风方式：根据风管插入窑体的位置根据风管插入窑体的位置底布鼓风、腰部鼓风底布鼓风、腰部鼓风。根据窑内形成的压力状态根据窑内形成的压力状态压入通风、抽出通风、压入通风、抽出通风、均衡通风均衡通风。底部鼓风底部鼓风总风管引致窑体下面，从卸料篦子下部送总风管引致窑体下面，从卸料篦子下部送 风入窑。进风口对准窑体中心，属于中心鼓风方式。风入窑。进风口对准窑体中心，属于中心鼓风方式。有利于均匀送风，降低燃耗，有利于卸料装置的有利于均匀送风，降低燃耗，有利于卸料装置的 冷却。冷却。腰部鼓风腰部鼓风总风管环绕窑身中部，从风管上沿周围均匀总风管环绕窑身中部，从风管上沿周围均匀 设置的风口鼓风入窑，风口正对竖窑截面中心，设置的风口鼓风入窑，风口正对竖窑截面中心，属于周边鼓风方式。属于周边鼓风方式。压入通风压入通风窑底鼓入空气，窑内形成正压；窑底鼓入空气，窑内形成正压；抽出通风抽出通风窑顶抽出烟气，窑内形成负压；窑顶抽出烟气，窑内形成负压；均衡通风均衡通风窑底鼓风，窑顶抽风同时进行，窑内既有窑底鼓风，窑顶抽风同时进行，窑内既有 正压，又有负压，并在一定高度处形成零压。正压，又有负压，并在一定高度处形成零压。通风装置通风装置鼓风机（最好是回转式鼓风机：罗茨、叶氏鼓风机（最好是回转式鼓风机：罗茨、叶氏 两种）两种）排气装置排气装置自然排烟自然排烟窑罩、烟囱窑罩、烟囱 机械排烟机械排烟窑罩、排烟机、烟囱窑罩、排烟机、烟囱竖窑的工作原理竖窑的工作原理1.竖窑内物料的运动竖窑内物料的运动引起物料运动的原因引起物料运动的原因：物料在煅烧过程中体积收缩而引起上层（预热带和烧成带）物料在煅烧过程中体积收缩而引起上层（预热带和烧成带）物料的运动；物料的运动；下部物料的卸出而引起全窑物料的运动。下部物料的卸出而引起全窑物料的运动。物料下降速度及对物料的影响：物料下降速度及对物料的影响：u影响物料在窑内的停留时间，影响产量与物料的煅影响物料在窑内的停留时间，影响产量与物料的煅烧质量。烧质量。2.竖窑内气体的流动竖窑内气体的流动 气体流动的要求：气体流动的要求：保证燃料燃烧所需的空气量；保证燃料燃烧所需的空气量；气流在窑断面上合理分布；气流在窑断面上合理分布；降低气流流动过程中的阻力；降低气流流动过程中的阻力；保证产品的产量与质量。保证产品的产量与质量。竖窑的产量与鼓风条件的关系竖窑的产量与鼓风条件的关系 风量大，流速大，换热强度高，产量、质量高；风量大，流速大，换热强度高，产量、质量高；风量大，流速大，流体阻力大。风量大，流速大，流体阻力大。保证风机足够的风量、风压，并确定合理的保证风机足够的风量、风压，并确定合理的经济流速经济流速窑内气体运动的阻力损失窑内气体运动的阻力损失 属于气体通过散料层的阻力损失属于气体通过散料层的阻力损失物料堆积空隙率物料堆积空隙率 V0颗粒堆积空隙体积，颗粒堆积空隙体积，m3；Vs固体颗粒的真实体积，固体颗粒的真实体积，m3；V颗粒堆积的总体积，颗粒堆积的总体积，m3u空窑速度空窑速度，m/s；H窑的高度，窑的高度，m；dm窑的当量直径，窑的当量直径，m；摩擦系数摩擦系数颗粒平均密度，颗粒平均密度，kg/m3球形度球形度当颗粒为球形时，当颗粒为球形时，=1，当颗粒为其它形状时，当颗粒为其它形状时，01。影响阻力损失的因素影响阻力损失的因素：窑的高度，窑的高度，Hhl；空窑速度，空窑速度，u hl窑内气流温度，温度窑内气流温度，温度气体实际流速大气体实际流速大hl物料块度，块度物料块度，块度 hl球形度、空隙率：在料块中，若夹杂有大量碎块，球形度、空隙率：在料块中，若夹杂有大量碎块，且颗粒大小不等，小料块填充于大块料之间，且颗粒大小不等，小料块填充于大块料之间，hl 竖窑中希望颗粒尽可能均匀。竖窑中希望颗粒尽可能均匀。竖窑断面上的气流分布竖窑断面上的气流分布窑壁效应窑壁效应窑壁效应窑壁效应在窑的同一断面上，周边气流的分配较中在窑的同一断面上，周边气流的分配较中心处为多，致使物料在窑的同一断面煅烧不均匀。心处为多，致使物料在窑的同一断面煅烧不均匀。窑壁效应影响窑壁效应影响煅烧带物料在竖煅烧带物料在竖窑中的位置与形状。窑中的位置与形状。“碗状碗状”煅烧带煅烧带粘窑事故粘窑事故竖窑周边气体流动竖窑周边气体流动阻力过小，而燃料量又多，造阻力过小，而燃料量又多，造成窑四周温度过高，使燃料中成窑四周温度过高，使燃料中灰分与物料中低熔点物质粘结灰分与物料中低熔点物质粘结成砣，并粘附于窑壁上。成砣，并粘附于窑壁上。图图3-12竖窑的通风方式与窑内压力制度竖窑的通风方式与窑内压力制度P P143143 表表3-3 3-3 竖窑各种压力制度特点及应用竖窑各种压力制度特点及应用燃料燃烧燃料燃烧固体燃料的燃烧固体燃料的燃烧燃烧方式燃烧方式混料式、外设火箱式混料式、外设火箱式混料式混料式：a.a.对燃料的质量要求较严格，要求其灰分尽量低，对燃料的质量要求较严格，要求其灰分尽量低，常以焦碳、无烟煤为燃料。常以焦碳、无烟煤为燃料。b.b.燃料的灰分夹杂与熟料中，降低熟料的质量。燃料的灰分夹杂与熟料中，降低熟料的质量。c.c.高温下灰分易熔化，使窑内物料结砣，且腐蚀高温下灰分易熔化，使窑内物料结砣，且腐蚀 窑内衬。窑内衬。d.d.对燃料块度的要求：太大、太小都不利，生产中常对燃料块度的要求：太大、太小都不利，生产中常 用焦碳的块度为用焦碳的块度为252540mm40mm。外设火箱式：外设火箱式：a.对燃料的质量要求较低，可以使用的燃料种类较广对燃料的质量要求较低，可以使用的燃料种类较广泛；泛；b.需外设燃烧室，窑体结构复杂；需外设燃烧室，窑体结构复杂；c.物料煅烧不均匀，中间易出现欠烧现象；物料煅烧不均匀，中间易出现欠烧现象；d.燃料消耗较大。燃料消耗较大。气体燃料的燃烧气体燃料的燃烧液体燃料的燃烧液体燃料的燃烧窑内的热交换窑内的热交换竖窑的热工操作竖窑的热工操作1.装出窑制度装出窑制度 混料式竖窑装窑方法：混料式竖窑装窑方法：分层装窑、混合装窑分层装窑、混合装窑 装出窑应采取勤装、勤出，装出窑的时间间隔与装出窑量应装出窑应采取勤装、勤出，装出窑的时间间隔与装出窑量应保持均衡与稳定。保持均衡与稳定。入窑原料块度的要求：入窑原料块度的要求：物料在窑内所需停留时间与其块度的二次方成正比。物料在窑内所需停留时间与其块度的二次方成正比。块度大块度大物料在窑内停留时间长，产量低。物料在窑内停留时间长，产量低。块度太小块度太小料层阻力大，风机功耗大，且难以保持料料层阻力大，风机功耗大，且难以保持料 层的稳定性。层的稳定性。所以，规定：耐火原料的竖窑入窑块度：所以规定：耐火原料的竖窑入窑块度：最小块度最小块度252530mm30mm，最大块度，最大块度8080150mm150mm。入窑原料应有适宜的入窑原料应有适宜的块度比块度比块度比块度比指原料组成中最大块度与最小块度的尺寸比值。它表征指原料组成中最大块度与最小块度的尺寸比值。它表征原料块度的均匀性。小块度比，物料煅烧均匀。原料块度的均匀性。小块度比，物料煅烧均匀。对于重油和煤气竖窑，宜采用较小的块度比。对于重油和煤气竖窑，宜采用较小的块度比。白云石、镁石块度比：白云石、镁石块度比：23；粘土、高铝矾土块度比：粘土、高铝矾土块度比：34。2.温度制度温度制度 包括最高煅烧温度、出窑废气温度、出料温度。包括最高煅烧温度、出窑废气温度、出料温度。最高烧成温度最高烧成温度由煅烧物料的种类决定；由煅烧物料的种类决定；出窑废气温度出窑废气温度应控制在较低数值；应控制在较低数值；出料温度出料温度不超过出料设备和物料运输设备安全运转的允许温不超过出料设备和物料运输设备安全运转的允许温度。一般情况度。一般情况150，特殊情况，特殊情况300