烧成五大热工设备的性能工作原理及相互关系

烧成五大热工设备的性能工作原理及相互关系

水泥厂生产工序中较为复杂的就是熟料的煅烧。而熟料的烧成，包括物理、化学反应直接体现在烧成系统五大热工设备性能、特点上，即预热器、炉、窑、冷却机和燃烧器上。这五大热工设备各自发挥着自己性能、特点，操作中有目的、无条件地将其结合起来，使其达到完美的状况，从而保证回转窑热工制度稳定，使回转窑安全稳定的运行，从而达到安全、高效、节能、低消耗的目的。了解和掌握这五大热工设备关系、特点、性能，在回转窑操作和管理上显得尤为重要。现一一作介绍。

（一）预热器

目前悬浮预热器的种类很多，基本上分为：旋风预热器和立筒预热器。它们具有的共同特征：利用稀相气固系统直接悬浮换热。无论是旋风式和立筒式的都由多级换热单元组成，多级换热的目的在于提高预热器的热效率。多级预热器串联的组合方式形成了单体内气固同流而宏观气固逆流的系统，每级预热单元，必须同时具备气固混合（物料分散），换热和气固分离三个功能。

旋风预热器每一级换热单元由旋风筒和换热管道组成以及下料溜子上的撒料装置和锁风装置。每级预热单元同时具备气固混合、换热和气固分离三个功能。旋风筒进风管道的风速以一般在16-22m/s 沿切线方向经导流板，270℃大蜗壳角进入。气固之间80%的换热在进风管道中就已完成，换热时间仅需0.02-0.045，只有20%以下的换

热在旋风筒中完成。

在管道中完成大部分热交换后，生料粉随气流以切线方向高速进入旋风筒，在筒的旋转下，自旋风筒锥体部又反射旋转向上，固体颗料在离心力的作用下甩向筒壁滞流区，或与筒壁碰撞，失速坠落而沉降下来与气体分离，经下料管喂入下一级旋风筒或入窑，气体经内筒排出。

采用的是南京院设计的双系列C5级低压损带NST-1型分解炉的预热器。

预热器特点：1、低阻、强化分离功能C1筒带旋流叶片，C1锥部有尾涡隔离器，有效降低阻力，提高收尘效率，使C1筒收尘效率达90%以上；2、斜锥（旋风筒），防止物料堵塞，打破物料分散的对称性，防止二次飞扬，改变和降低气流的速度和方向。3、合理下料管进入换热管的位置（撒料箱60℃，撒料板斧头形，角度为30℃）更好地使物料均匀分散，提高换热效率。4、新型锁风阀，阀体内部零件坚固、耐热、阀板灵巧，重锤易调整，阀体气密性好，支撑阀板

转轴的轴承密封良好，能有效防止灰尘渗入，易于检修安装。5、新

型撒料装置，可防止料流短路直接冲入下级旋风筒。6、挂片式内筒

插入深度大，可有效地提高物料与气流分离效率。

预热器操作关键：1、系统堵漏。2、检修时下料溜管的结皮清

理（C4-C5级筒），C5翻板阀的更换及补浇。3、耐火材料的检查。4、锁风阀调整灵活且锁风效果好。5、在投料、停窑止料时，杜绝系统

拉大风，防止系统高温（包括）尾温。6、确保检修检查时，内筒完好，浇注料完好。7、加强窑尾及炉缩口的清料。8、杜绝出口CO产生。9、投球确认保证系统畅通。10、严禁堵料。

（二）分解炉

1、目前分解炉的种类较多，按分解炉内气体运动的主要流型分类，可分为：旋流（风）式、喷腾式、旋流-喷腾式、悬浮式及沸腾

式（或称流化床式）等五种类型。

生料及燃料在分解炉内分别依靠“旋风效应”、“喷腾疚”、“悬

浮效应”及流态化效应或几种流型的叠加（如：旋流-喷腾）高度分

散于气流之中，从而增加物料与气流的接触面积，延长物料在分解炉

内的停留时间，根据炉内流畅分类，将分解炉分为以下五类：（1）旋流-喷腾叠加类，如：SF型、N-SF型、KSV型

（2）旁置预燃室类，如：RSP型、GG型

（3）流化床-悬浮层叠加流场类，如：MFC型、N-MFC型等

（4）喷腾或复合喷腾流场为主，如：SLC型、DD型等

（5）悬浮层流畅为主管道炉类，如：Prepol-AT型，Pyroclon-R型

按全窑系统气体流动方式分类：预分解窑可分为三种基本类型：第一种类型：分解炉所需助燃空气全部由窑内通过，不设三次风管道，有时也不设专门的分解炉，而是利用窑上升烟道经过适当改进或加长作为分解塞。其特点：系统简单、投资少，但窑内过剩空气系数大，降低烧成带火焰温度。如：普隆克隆型，Prepol-AT。

第二种类型：设有单独的三次风管，分解导炉由窑头成冷却机引入热风，并在炉前或炉内与窑尾烟气混合，这是目前普遍采用的方式，如TDF、CDC型，NST-1型（国内）。

第三种类型：设有单独的三次风管，分解炉所需助燃空气全部由三次风管提供，窑尾烟气不入炉，如：宁国厂4500t/d的日本三菱进口的MFC型，这种方式可保持分解炉内较高的氧气浓度，有利于燃烧及分解反应。

分解炉的作用：基本上有三大作用。

1）燃料的燃烧；2）物料的吸热与分解；3）物料的输送。

物料的分散是前提，燃烧是关键，碳酸钙的分解是目的。

炉作为第二大热源，大部分燃料入炉60%左右，小部分入窑50%以下，改变窑系统内热力分布格局。

在工艺方面：热耗最高的碳酸盐分解在炉内进行，由于燃料、生料混合均匀，燃料燃烧后及时传热给物料，使其换热燃烧分解快，并得到优化。分解炉内的燃烧主要是辉焰燃烧（用煤粉），炉内气流传热方式主要是对流，90%，其次是辐射传热（气体中含有大量固体颗粒，CO2含量高，增大了气流的辐射能力）。

分解炉承担着分解系统中繁重的燃烧，换热和碳酸分解任务，这些任务能否在高效状态下顺利完成，主要取决于生料与燃料能否在炉内很好的分散、混合和均匀分布。燃料能否在炉内迅速地完成燃烧，并把燃烧产生的热及时地传递给物料，同时物料中的碳酸盐组分能否迅速吸热、分解和CO2能否及时排出，这些都取决于炉内气固流动方式，温度场是否均匀炉内流场的合理组织。

我厂使用的分解炉是南京院设计的NST-1型分解炉（Φ7.5×31m）喷焊嘴数量4个，气体停留时间3.9s，炉内风速：8m/s。炉容1206+845m3，该系统设计能力为5500—6000t/d，它的特点是：以喷腾为分解炉为基础，涡旋结合，其运行表明，喷腾有利于纵向分布的均匀，而旋流有利于横向分布的均匀。

1、该分解炉阻力低，结构简单，煤种适应性强，操作方便可靠；

2、炉直接在窑尾烟室上，简化了上升烟道，有效地避免结皮和堵塞，也可降低炉的位置。

3、三次风切线方向进入，使炉内产生一定旋流强度，有利于炉内物料的均匀分布和气流混合，延长物料停留时间，来完成煤粉完全燃烧和生料分解。

4、分解炉的出口布置在炉顶部，使气流第二次加速，从而有效地加强了分解炉的后期混合，使煤粉充分燃烧，生料充分分解。

5、煤粉从三次风入口段加入，使煤分在氧气充分的空气中燃烧，生料充分分解（生料从炉侧加入）受三次风的吹扫，可以有效改善生料的分布，减少塌料的危险。

6、炉容大，物料停留时间长。

（三）回转窑

回转窑的功能：1、回转窑是一个倾斜回转圆筒，是用钢板卷曲而成，并加以焊接。斜度一般在3%-5%，生料由窑尾喂入，在窑的不断回转运行中，物料从高端向低端（窑头方向）逐渐运动，回转窑是一个输送设备；2、回转窑是一个燃烧设备。磨细的煤粉由窑头鼓风机的窑内喷入，燃烧产生的热量通过辐射（主要的）、对流和传导三种基本传热方式将热量传递给物料；3、回转窑具有热交换的功能，回转窑内具有比较均匀的温度场，可以满足水泥熟料形成过程的各个阶段的换热要求，特别是阿利特矿的生成要求；4、回转窑具有化学反应功能，熟料的形成主要在室内发生了一系列的物理化学反应，从而产生了相变和质变的过程；5、回转窑是降解利用废物的功能，由于室内温度高，达1600℃左右，气流滞留时间长，可降低化工、医药行业有毒物质，进行有效的排毒以及燃烧有害废弃物。

我厂是南京院设计的Φ4.8×74m 功率630KW 生产能力5000-5500t/d 主传转速0.4-4.0rpm 辅传:0.16rpm

斜度4%。轮带：三档，浮动式窑头密封是弹簧钢片摩擦式；窑尾密封是汽缸推动式，主传是单传动，也是边缘传动，联轴节是摩擦片式，减速机4级变速，大牙轮润滑是带油轮式的，主电机带有测速电机装置。液压档轮一个，液压挡轮间隙正常时在轴向±10范围内动作，最大行程±30mm；带有最大上窜极限装置联锁，工作压力：50-80bar，现为40-60bar，电机功率：0.75KW，柱塞式间歇泵。

工作原理：物料通过窑尾进入回转窑内，窑的倾斜度导致了物料逆向，窑内气体的运动方向向窑头运动，从而进入冷却机。在此过程中物料在窑内经过以下区域：分解带、过液带、烧成带、冷却带，煅烧过程是通过热气体与物料耐火材料的接触传递给物料。系统的热量主要靠窑头燃烧来提供，燃烧空气主要来自冷却机的前段的二次风。窑内废气被窑尾高温风排出。保证窑系统最佳稳定的热工制度，在生产中必须做到生料化学成分稳定，生料喂料稳定，燃料成份（热值、细度）稳定，燃料喂料量稳定，设备运转稳定，即“五稳保一稳”。

而对回转窑内物料锻烧过程控制可以从以下几个方面进行：

1、燃料燃烧及气流温度控制；

2、窑内气固换热和物料升温控制；

3、物料在一定温度场内滞留时间及物理、化学反应控制。窑内主要进行物料未完成的分解，固相及烧结反应，物料冷却在冷却带内的1m左右，在投料时一般是喂料与窑速同步，在正常操作中，可以适当提快转速进行薄料快烧，利用熟料的烧成、质量、冷却、反应。

在正常操作中，关注好窑皮状况，筒体温度，和滑移量，气流运动速以及窑内温度，火焰的长度、形状、喷煤管理的位置，一二次风的风温、风速及流量，都对窑内物料的煅烧影响较大。所以，要控制好风、煤、料、窑速这四者的关系，达到有机的平衡，找出一个最佳参数，稳定系统热工。

（四）冷却机

冷却机的作用：

1、承担高温熟料骤冷，骤冷阻止C3A晶体长大，有利于熟料强

度及易磨性改善，同时骤冷可以使液相凝固玻璃体，使Mgo、C3A大部固定在玻璃体，有利于熟料安定性的改善，便于贮存和粉磨。

2、骤冷的同时，承担入窑二次风及入炉三次风的加热升温任务。

3、回收余热入窑，分解炉成余热发电，供煤磨烘干煤粉。

4、破碎熟料，输送熟料的作用。

我厂是南京院设计的NC42340推动箆式冷却机，用于5500-6000t/d水泥生产线上。箆冷机是烧成系统的主机和关键设备之一。它主要由箆床、传动装置、液压传动系统上、下壳体，料斗锁风装置，熟料破碎机、风管装置、干油集中润滑系统，栅条装置、风机（17台）、支承装置、空气炮和推“雪人”装置组成，整机采用落地式布置，漏料直接进入拉链机。

主要规格技术性能：① 4.2m×34.0m。②生产能力5500-6000t/d。

③入料温度1400℃。④出料温度≤65℃+环境温度。⑤箆床面积133.2M2⑥箆床斜度：3/3/0电机功率75KW⑦箆床冲程次数4.25次/分固定最前端箆床5排，箆床冲程130mm-140mm，单位冷却风量<2.0NM3 /kg.col，液压油泵4台，其中一台备用，电机鼠龙式柱塞泵。

工作原理：高温熟料从窑口自然“落入”箆床，通过箆板的往复运动，逐步推至后续箆床，形成一定厚度的料床，经各冷却风机鼓入的冷空气由下向上吹入料床，渗透扩散对熟料冷却至环境温度+65℃,并经熟料破碎机破碎至25mm（90%以上）落入输送机中，由箆板箆缝漏下的细熟料通过风窑下灰斗收集后，通过由时间控制的电动弧形阀进入熟料拉链机输送，进入熟料库。

该型箆冷机具有如下特点：

a)受料区采用控制流箆床，固定式的梁内供风，并安装了空气炮和推“雪人”装置，通过可控时间开炮和及时清理大块料，防止堆“雪人”保证设备的正常运行。

b）高温区采用组合式箆床，即固定箆板梁内供风，活动箆板风室供风，既能确保熟料得到充分冷却，又有效的避免了活动风管窑封这一薄弱环节，大大降低了机械故障率，从而有效地提高了整机的运转率。中低温采用风室供风，足以保证熟料的冷却效果，箆冷机的控制采用三元控制系统，即：①通过每段推动箆床第二室的箆下压力，调整箆床速度，控制料层厚度及阻力。②控制恒定的冷却风量。③通过窑头负压控制，主要由538风机档板调节开度大小来控制，保证来自箆冷机二次风量和排除过剩空气，操作上主要以后料层操作适当提高二次风温1150℃左右，1200℃以下。

（五）燃烧器（窑头用）

在水泥回转窑中，煤粉的喷射、点燃以及二次风的卷吸都是由燃烧器来完成，燃烧器的结构、操作以及性能对煤粉的燃烧、窑系统的操作能耗的大小、熟料产量、质量、耐火砖、窑口衬料及护铁和筒体的使用寿命以操作难易，对燃料的适应性、Nox的生成都存在着直接的影响，我厂使用燃烧由南京院设计的NC-15Ⅱ型三通道煤粉燃烧器。喷煤管总长：7700mm，风道：内风道、外风道和煤风道。外风角度11015′，共32风嘴Φ33mm，内风道为旋流片向外扩散，煤风道为直通式轴流。

特性：NC-15Ⅱ型三通煤粉燃烧器利用高速直流风和高速旋流风与低速的送煤风之间形成大速差的射流，使得其前期气流交换和混合性能得到大幅度改善，从而促进煤粉燃烧和形成稳定的燃烧火焰。燃烧器外流风，风速约160-210m/s提搞了直流风（外流风）的喷射速度和动量。高速直流风射流柱具有很强的穿透性和卷吸二次风的能力，同时大量被卷吸的二次风通过直流风射流柱相互间的间隙直接与煤粉混合燃烧。煤风采用低速直流风，风速为20-30m/s，内风为旋流风，风速为140-200m/s，特殊设计的旋流器能产生高速旋流风，强度大，混合强烈，动量和热量传递迅速，保证煤粉能在极短时间及距离内与氧气相接触，并在燃烧器喷嘴前形成一个回流区，回流区中心为负压，能将高温烟气回流到火焰起始处，从而使煤粉快速着火，并形成稳定的火焰。

优点：①一次风（包括煤风）用量少，约占总风量10%，能降低热耗、煤耗。②煤粉燃烧速度快，火焰明亮，黑火头短且顺畅，活动有力，高温区域适中。③火焰形状合理，操作灵活方便，调节范围大。

④对煤质的适应性强，可燃烧劣质煤。⑤点火方便，升温快。油压为2-3.5Ma。⑥减少Nox有害气体生成。当煤风一定时，内风决定火焰形状，外风决定火焰长短。

燃烧器的操作：燃烧器的位置一般在停窑检修后，一次性校正好，在正常运行当中基本上不作调整。以下情况可以调整燃烧器：①点火升温，窑内温度低，窑前温度低，内流全开，外流50%-30%，冷态喷煤管应与窑口平齐，应水平位置朝下2-3cm，偏料1-2cm，光点位置

应在5.5m左右，待投料后，系统工况稳定，根据窑皮状况可将内流外流全开。

②窑前或过渡带温度高，可适当关小内流或将燃烧器向窑内推进。

③煤质太差，灰分高35%，黑火头长，可适当增加一次风机的动量，也可适当关小外流风，增加旋流风，以促进风煤混合，提高火焰的燃烧速度。

④当窑内结圈时，可适当调内、外风比例，或是将三次风档板开度调节，以此改变火焰的长度来烧圈。

⑤停窑检修：烧空窑可将火焰缩短，防止结长窑皮，可适当关小外流。

反复调整危害大：1）窑皮不易长好，且疏松，窑皮结掉频繁。2）易损坏窑衬。3）工艺出现波动，反复调整时不易找到解决问题的方法。4）冷态调整确定后位置与热态调整相差较大，故不易多调整。

这五大热工设备既有各自的特点，又存在联系，缺一不可，只有充分发挥每个设备的最高效果，同时将其最佳揉合。并通过日常维修、操作来实现，就可以保证窑系统的安全、稳定运行。保持窑的发热能力与传热能力的平衡与稳定。以保持窑的烧结能力与窑的预烧能力的平衡与稳定。操作时，必须做到前后兼顾，炉、窑协调，使筒（旋风筒）、炉（分解炉）、机（箆冷机）、窑（回转窑）、燃烧器之五者的有机平衡关系。合理使用风、煤料匹配。掌握正确的燃料比。炉窑用煤比例为6:4，正确掌握好窑炉用风比例的调整，能保证窑内通风的前

提下，适当调整三次风的比例，以供炉内用风。

调整合理的火焰形状和位置，使整个系统保持最佳的熟工制度，实现持续、均衡、稳定的运转。

系统总风量过大时，C1筒出口温度过高，大于340℃或是350℃，出预热器温度大于340℃以上，正常在330℃左右，通过气体分析仪可知，O2大于3.5或是>5%，这样会出现炉出口温度高，C5与分解炉出口温度倒挂，表明C1筒换热效果差，各筒温度梯度增大，换热和收尘效率下降。物料在炉内停留时间短，系统负压增大，风机功率增加，炉出口负压增大，窑头、窑尾负压增大，窑温升高，二次风温降低，窑前温度降低，预热器系统循环负荷率增加，容易导致塌料现象，尾温升高容易使窑尾结皮产生，C5溜子温度波动偏大，窑内火焰长度长，浮窑皮增厚，窑功率上升，来料不稳，箆冷机一室压力变化大等。这时需要降低系统风量，使之达到平衡。当系统风量过小时，喂料量增多，C1筒出口温度低，物料在旋风筒和分解炉内悬浮不好，容易造成短路，直冲下来，导致窑尾负压波动大，尾温波动大，物料预烧不好，窑头时常正压出现，甚至有“回火”现象发生。这时需将系统排风拉大些，保持平衡。当预热器主排风机转速风门不变，即总排风量不变时，关小分解炉入口三次风管上的风门闸板，即相应地减少了分解炉三次风量，增大了窑内的通风量，反之，则增大分解炉内的三次风量，减少窑内通风量。如果三次风管道上的风门闸板开度不变，而增大或减少预热器主排风机的通风量，则窑内及分解炉内的通风量相应都增加或减少。由此可见预热器主排机主要是控制全窑系统的通风

状况，而分解炉三次风管上的风门主要是调节窑与分解炉两者通风比例。其调节依据则是各相应部位的废气温度和气体成分的分析结果。所以在正常操作中，必须对参数要有统筹兼顾的思想，必须综合的判断问题。要有责任心，精心操作，三班统一思想，对参数要有敏感性，不断地提高操作上的预见性，加强与磨操作员的联系，加强与质控处质调的联系，及时掌握入窑生料及入窑煤粉的变化，及时调整，保证回转窑系统热工制度的稳定，为回转窑长期安全、稳定、优质、低耗的运行而努力奋斗。