CN1036751A - 水泥熟料煅烧沸腾分解工艺及设备 - Google Patents

Abstract

本发明属于煅烧水泥熟料技术领域，它由流态 床、沸腾床和回转窑三种技术设备组成。用流态床烘 干和预热黑生料球，用沸腾床焙烧预热好的黑生料 球，使其中的碳酸盐大部或全部分解，用迥转窑(又称 翻滚床)进行烧成反应。该发明具有工艺合理、熟料 质量好、设备简单、可使用劣质煤等优点。采用本发 明可以对现有立窑、立旋窑、立波尔窑、速烧窑及其它 回转窑进行改造。

Description

本发明属于水泥熟料煅烧技术领域。

现有技术中，无论是普遍应用的古老式立窑，还是较先进的迥转窑（如立波尔窑、予热器窑和窑外分解窑），在水泥熟料煅烧技术上仍然存在着一个基本矛盾，即高速的传热和相应的物化反应不相匹配。碳酸盐分解是生成水泥熟料反应速率的关键问题。现有技术中，这种碳酸盐分解反应和熟料矿物形成的反应之间存在着相互脱解和相对延缓的缺点，这就使得新生的碳酸盐分解产物不能在新生态即与粘土矿物进行化合反应，因而导致矿物成份的重结晶。故延长分解带时间、提高分解带温度以便提高碳酸钙的分解程度、缩短分解带和反应带的间距、提高分解带与放热反应带间的温度梯度是迥转窑（包括予热器窑）的改造方向。但是温度超过950℃时，又会造成窑外分解炉的堵塞，因而限制了碳酸盐的完全分解。延长分解带时间，只有增加予热器的级数才能达到，这将使予热装置复杂化，以致投资大增，以上是现有技术的第一个问题。

现有技术的第二个问题是烘干予热器的热交换速率低，废气温度高，余热损失大。现有立窑废气温度可以降低，但立窑存在致命弱点即发热能力太低，从而限制了窑能力的扩大。又由于物料相对静止，风的分布不均，致使煅烧不均匀，产品质量不均齐。此外，就目前有人研究的所谓速烧窑和立旋窑来看，也没有解决碳酸钙在窑外的完全分解以及物料焙烧的均齐性等问题。

本发明的目的是为了提供一种热效率高、物化反应迅速、物料质量均齐的整套最佳工艺系统及设备，即流态沸腾分解迥转窑工艺。

本发明是这样实现的：考虑到水泥熟料形成的各个阶段（反应带）对传热传质的不同要求以及各带相应的温度和物化性能的不同，同时也考虑到物料运动的连续性、通畅性和物化反应的可能性，选取能满足各带需要的设备，以求达到整体工艺系统的最    效益。所以本发明在烘干予热带选用传热速率高、热损小的流态床。窑的负荷最重的一段是碳酸盐分解带，该带选用传热效率最高的沸腾床，而放热反应带和烧成带仍用发热量大、传质速率较高的迥转窑（又称翻滚床），以适应矿物反应的传质需要和熟料形成过程中的粘结性。

本发明的流态床能使物料在高速气流吹动下呈流态化状态，其热交换大大高于固定床（立窑的予热带）。由于流态化物料处在激烈滚动和转动中，使得处于紊流和湍流状态的气体对流传热系数大大提高，又因流态床的气料比仍然很小，料床的空隙率比固定床仅大10%左右，所以当高温气体穿过流化层时，其热量全部与物料进行交换，相当于一个热量过沪器，使得废气温度很低，余热损失很小（仅占5%以下）。为避免因黑生料球的粒度不匀和水份不均所造成的物料粘滞现象，在耐热篦板的一端加装电磁震动装置7。其震动幅度可以调节，以使不充分流化的料层沿着斜坡流动，以此调整物料流速并增加了流态床运动可靠性。为使物料在流态床上分布均匀，采用皮带式喂料机2，使料球均匀地进入流化室。出料口可加装棘轮形扒料机17，以防止出料口粘结和堵塞，使物料通畅地进入下一个沸腾室16内，即沸腾床5上。

沸腾床采用耐火材料或耐热陶瓷制成的多孔篦板（可以耐14001500℃高温），为使焙烧物料顺畅流动，可将沸腾床设计为倾斜式。物料在沸腾室内的高温高速气流吹动下呈沸腾状态，其气料比约为0.6-1.0，大大高于流态床，但比之于窑外分解炉和悬浮予热筒要小得多。沸腾床具有高的传热速率和热效率，物料在沸腾室内升温快、温度高，可充分加热到使碳酸盐全部分解的温度，这种高分解率导致高的产量。沸腾状态的物料剧烈起伏碰撞，使其具有很大动能和很高传质速度，这点优于悬浮床。物料在沸腾室内出现的表面粘结，不足以克服物料颗粒在沸腾状态下的自身动能，故不易粘结和产生堵塞。此外，由于它是敞开式系统，不怕过多的碱的氯离子的存在。由于物料处于沸腾流动状态，因而分布自然是均匀的，这使得分解反应也呈均匀状态。沸腾室的空气、冷热风比例可以调整。沸腾床最大优点是可以使物料在高温状态下保持足够停留时间，并可根据需要加以控制，从而使物料的碳酸盐得到充分分解。矿物在新生态下可直接急速亟脲淖し从Υ蟠筇岣吡朔纸獯头从Υ涞奈露忍荻龋迪至朔纸饣?反应的衔接和重合。

沸腾床的卸料方式采用溢流式，这使碳酸盐分解后的物料可以顺利地进入迥转窑内。在出现沸腾床上物料溢流受阻时可考虑增加电振机7以辅助物料的流动。通过助燃风机12从窑头抽取的部分热风经管道11与进冷风管道13的新鲜空气相混合，然后进入沸腾床底部的密闭型助燃风箱6。由于物料是黑生料从烘干予热流态床进入沸腾室内温度较高，料球本身会有煤粉，可以使料球在沸腾状态下燃烧。鼓入沸腾室内的混合空气过剩系数可调节，以便调整氧化还原气氛，使之不易产生粘结现象，从而得到焙烧均齐和分解完全和黑料球。

本发明附图共有三个：

图1：本发明工艺流程图。

图2：利用本发明对立波尔窑改造的工艺流程图。

图3：利用本发明对立窑改造的工艺流程图。

下面结合图1说明本发明实施例的工艺流程：

水泥生料经过予加水成球设备1制成颗粒均齐、粒度在8-10mm大小的黑生料球，经过喂料机2和带锁风装置的下料口18进入双层流态床3、4，进行烘干予热。在这里，均齐的黑生料球在热空气的吹动下，呈流态化状态，并沿着双层流态床流动。湿料球在流态化状态下与热空气进行激烈的热交换，从而达到烘干和予热的目的。上层流态床3下的热空气温度约在800℃以上，经过与湿料球进行热交换，进入物料层上的湿热废气温度可降低到100-200℃，再经过排风机8排出机外，19为冷风门，9为点火烟囱。湿料球经过上层流态床可以被加热到400℃以上，全部实现烘干，并自然地流到下层流态床4。同样，下层流态床上被烘干的物料在温度为1300℃以上的热空气吹动下，呈流态化状态，并进一步被加热到900℃以上。烘干予热至900℃以上的高温料球其表面煤粒已开始燃烧，并自然地由下层流态床进入沸腾室16内。流态床是一种由多孔篦板组成的床体，为适应不同温度的耐热要求，上层流态床采用耐热铸钢，下层流态床采用耐热材料（耐火陶瓷、耐火异型砖）制成。进入沸腾室的高温料球在沸腾床5的高速气流吹动下呈沸腾状态，从而进行更为激烈的热交换。黑生料球中的煤粉在此进行充分的燃烧，从而使料球达到1000-1300℃的高温，同时进行碳酸盐的分解反应，其分解率达95%，甚至达到100%。充分分解的料球以很高的温度进入到迥转窑10内，因为在沸腾床内完成了碳酸盐的全部分解反应，直接进入放热反应带，这样即可省去通常在迥转窑内进行碳酸盐反应所必需的那段很长的筒体，从而使迥转窑筒体长度大大地缩短（约1/3）。物料在放热反应带被迅速加热到1450℃以上，并开始出现液相，在其后的反应过程中，液相量可以达到24%，且具有一定的粘性，物料的运动靠迥转窑进行，可以较好地克服物料液相粘性，进行充分地传质反应，从而实现矿物组份的化合。经过烧成带，物料的煅烧反应很快完成，并进入到冷却筒14内。15为喷煤管。

利用本发明的新工艺和设备，可以对以下现有的窑型进行改造：

1.对立波尔窑的改造：如图2所示，只要在原加热机和迥转窑之间的部位加装沸腾床，以焙烧分解由加热机予热好的黑生料球。

2.对所谓的“速烧窑”的改造：如图2所示，只要将速烧窑第二段加热机改装为沸腾床，其它工艺设备不动，以沸腾床焙烧分解由加热机予热好的黑生料球。

3.对立旋窑的改造：如图3所示，只要在原立式床和迥转窑之间部位加装沸腾床，以焙烧由立式床予热好的黑生料球。

4.对立窑的改造：如图1、图3所示，将其原立窑工艺和设备改造成为流态床或立式床，使其完成对黑生料球干燥、予热过程，并在流态床或立式床后加装沸腾床及迥转窑，形成流态沸腾分解迥转窑工艺及立式沸腾分解迥转窑工艺，以完成对立窑的改造。

图2、图3中20为迥转篦床（即加热机），21为卸料器传动装置。

Claims (7)

1、一种水泥熟料煅烧沸腾分解工艺及设备由流态床、沸腾床及迥转窑三部分构成，其特征在于流态床烘干并予热黑生料球，沸腾床焙烧、分解予热好的黑生料球，迥转窑进行物料烧成反应，三者组成最佳工艺系统。

2、一种立波尔窑及速烧窑，其特征在于在迥转窑和加热机之间加装了或改装了沸腾床。

3、一种立旋窑，其特征在于在立式床和迥转床中间加装了沸腾床。

4、一种立窑，其特征在于加装了沸腾床和迥转窑。

5、如权利要求1所述的沸腾床，其特征在于由耐火材料或耐热陶瓷的多孔篦板制成，并可装成倾斜式。

6、如权利要求1所述的流态床，其特征在于装成双层倾斜式多孔篦板结构，上层用耐热铸钢制成，下层由耐热材料制成。

7、如权利要求5和6所述的沸腾床与流态床，其特征在于加装电磁震动器。

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