新型干法烧成系统介绍

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新型干法烧成系统介绍
一、新型干法水泥技术的发展：
1、20世纪50年代初期至70年代初期
20世纪50年代初期德国洪堡公司（KHD）研制成功悬浮预热窑，70年代初期日本石川
岛公司（IHI）发明预分解窑。
2、20世纪70年代初期至70年代中、后期
悬浮预热窑逐步被预分解窑代替。
3、20世纪70年代中、后期至80年代中期
第二、三代分解炉诞生，煤被逐步应用于水泥生产中。
4、20世纪80年代中期至90年代中期
随着悬浮预热和预分解技术日臻成熟，预分解窑旋风筒-换热管道-分解炉-回转窑-篦冷
机得以全面发展，各项经济技术指标得到进一步优化。
5、、20世纪90年代至今
成功研发降解利用各种替代原、燃料及废弃物技术，水泥工业向生态环境材料型产业转
型。
二、新型预分解窑系统的理论基础
根据系统工程学原理，新型预分解窑系统，主要是以悬浮预热和预分解技术为核心，将
旋风筒、换热管道、分解炉、回转窑、冷却机“五位一体”全面优化。
（一）旋风预热器系统的工作原理
旋风预热器系统的主要功能是充分利用回转窑及分解陆内排出的炽热气流中所具有的
热焓加热生料，使之进行预热及部分碳酸盐分解，然后进入分解炉或回转窑内继续加热分解，
完成熟料烧成任务。因此它必须具备气固两相能充分分散均布、迅速换热、高效分离等三个
功能。由旋风筒及其连接管道组成的热交换单元设备，属于化学工业中流化床的一种，即稀
相输送床。在每一级热交换单元中，生料颗粒总是从本级旋风筒及下一级旋风筒之间的连接
管道的近下一级旋风筒出口处的上升管道区段中加入，并随即被撒料装置分散，首先被气流
携带作加速运动，而后进入等速阶段，进入旋风筒内，完成气固分离。所以其性能的优劣主
要表现在是否具有较高的换热效率、分离效率，较低的系统阻力和良好的密闭性能以减少内、
外漏风等。
根据许多的理论研究及实践证明，气固换热主要是在连接管道中完成，旋风筒的主要任
务是气固分离，提高旋风筒的分离效率是减少生料粉外、内循环，减少热损失和加强气固换
热效果的重要条件。
1、换热效率：
旋风预热器的换热主要是在连接管道中完成的，占整个系统换热的80%以上，其换热效
率主要与气固接触时间及换热速率相关，根据相关研究资料表明，在联结管道中，其热交换
又主要集中在稀相输送床加速区的起始段，其最有效的热交换时间不大于0.3s，而气固在
管道内的停留时间一般远大于0.3s，所以对换热效率起决定作用的是气固间的换热速率
（Q）。
气固换热速率Q=а×A×△t
试中：Q：气固换热速率，W；
а：气固换热系数，W/（m2〃C）；
A：气固换热面积，m2；
△t：气固换热温差，℃
由此可见，要提高气固换热速率，则需做到：
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（1）、增加气固间的相对速率，以提高а值；但是增加气固的相对速率，必然要提高风
速，从而造成系统阻力的增大，对一个系统来说，提高风速必然要增加系统的用风量，从而
也造成气固间△t降低，同时风速的大小又影响物料在气流中的悬浮状态，所以风速的大小
均有一个合理的范围，这就需要根据各个系统的不同特点及生产运行的实践经验来摸索确
定；
（2）、在系统一定的情况下，要提高△t，则需提高旋风筒的分离效率，减少系统的内
循环和漏风；但是旋风筒的分离效率又与系统阻力是一对相互矛盾体；
（3）气固间的接触面积主要与生料的细度，入料的均匀性以及进入管道生料的分散、
均布程度。
根据以上分析来看，在生料细度一定、喂料稳定的前提下，要想提高系统的换热效率，
最有效的办法是提高物料的分散效果。为了提高物料分散效果，在上级旋风筒下料管最下部
与换热管道的连接部位设有撒料装置，目的是防止下料管下行物料进入换热管道时的向下冲
料，和促使下冲物料冲至下料板后飞溅、分散。影响分散的效果主要有下料点的位置、下料
管与气流管道的夹角，物料进入气流管道的运动状态（速度、位置等）等因素，而对这些因
素影响最大的就是撒料装置的结构形式，一般撒料装置有两种类型和结构，一是板式撒料器，
二是撒料箱；目前集团内常用的撒料装置是撒料箱，其主要形式有：

◆FLS形式（铜陵10000t/d生产线）

◆POLYSIUS形式（枞阳10000t/d生产线）
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◆成都院形式（白马山5000t/d生产线）
◆南京院形式（扶绥、兴业5000t/d生产线）
◆天津院形式（荻港、枞阳、池州、建德、怀宁等5000t/d生产线）
◆天津院调整后的形式
2、分离效率
在旋风预热系统中，保持较高的分离效率是保证较高换热效率的前提，根据以上分析可
知，旋风筒的主要任务是气固分离，所以旋风筒本身的设计应主要考虑如何获得较高的额分
离效率和较低的压力损失。含尘气流在旋风筒内作旋转运动时，气流主要受离心力、器壁的
摩擦力；粉尘主要受离心力、器壁的摩擦力和气流的阻力作用；同时它们还受到一个由于含
尘气流从旋风筒上部连续挤压而产生的向下推力作用，从而使其向下运动；由于粉尘的质量
较大，从而得到不同的运动效果，使得含尘气流得以分离。
理论分析及科学实验均说明，影响旋风筒分离效率及流体阻力最主要的是其几何结构及
流体本身的物理性能，由于对于水泥生产来说，流体本身的性能大体确定，所以对其影响最
大的就是其几何结构，其主要参数有：旋风筒的直径，进风口形式、尺寸及进风方式，排气
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管的尺寸与插入深度，旋风筒高度，圆柱体高度，圆锥体高度及各相关点的风速选取等。各
点风速的选取。
（1）旋风筒的直径：从设计角度来说，旋风筒的直径计算一般有以下几种方法：一是
按排气管需要的尺寸，反推圆柱体直径；二是以实验数据为基础，根据负荷系数（m2/m3/s），
即单位流量Q（m3/s）所需的有效横断面积；三是根据旋风筒假想截面风速来计算；四是按
各公司根据理论与经验推导的各种公式。目前在水泥工业中主要采用第三中方法来计算旋风
筒直径；对老式旋风筒一般选取3~5 m/s的截面风速，新型一般以5~6m/s较为合适。
（2）进风口形式、尺寸及进风方式：提高旋风筒的分离效率是减少生料粉外、内循环，
减少热损失和加强气固换热效果整个窑尾系统中的联结管道在系统换热效率中起着极其重
要的作用。与传统回转窑相比，传热系数提高了13～23倍，传热面积增加了约2400倍。在
联结管道中，其热交换又主要集中在稀相输送床加速区的起始段，其最有效的热交换时间不
大于0.3s。因此，窑尾预热预分解系统多采用5级预热器，以增加这种有效的换热单元。
在预热器系统设计中，应尽量减短各级联结管道的长度，从而达到提高热效率，同时降低窑
尾框架高度的作用。
物料在管道中的分散性直接决定着管道的换热效率。每一级管道的进料口均设有简单、实用
的固定式撒料盒。
在每级旋风筒内部设有耐热钢制作的分片悬挂式内筒，结构简单，便于安装、拆卸。每
级筒下料管上装有转动灵活的翻板阀，以保证旋风筒收尘效率。此外，系统还设有高效喷吹
清堵系统，尽可能地避免系统出现堵塞现象。