CN106746804B - 水泥熟料的制备方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水泥熟料的制备方法和系统，属于建材领域，其中本发明的制备方法为将经过预热、预分解的水泥生料送入回转窑并经篦冷机冷却生成水泥熟料的方法，在窑头罩和/或篦冷机的一段篦床处加水，所述的水经汽化和分解后的产物进入所述的回转窑中用于水泥熟料的烧成。本发明水泥熟料的制备方法和系统可以有效提高回转窑的燃烧效率。

Description

水泥熟料的制备方法和系统

技术领域

本发明涉及建筑建材领域，具体涉及一种水泥熟料的制备方法和系统。

背景技术

回转窑是水泥煅烧的重要热工设备。现有的新型干法水泥技术仍有40％左右的燃料在回转窑内燃烧，同时水泥熟料的最终烧成过程仍是在回转窑内完成的。因此，水泥回转窑内燃料的燃烧效率直接影响着水泥熟料的产量、质量、热耗、大气污染物排放和设备的运转率。

近年来，随着水泥煅烧用优质原燃材料的减少及企业为了降低生产成本而大量采用工业废弃物等进行配料，这些具有较高碱、氯、硫等有害元素的劣质原燃料或工业废料促进了水泥窑炉的结皮和堵塞。结皮和堵塞现象主要发生在分解炉锥部、烟室等部位，这就导致了回转窑内通风阻力变大，导致供回转窑内煤粉燃烧的二次风量变少。二次风的减小使得回转窑内燃料无法快速、充分地进行燃烧，燃料燃烧效率下降，其不可避免会影响到熟料煅烧的质量、热耗等。除此，部分水泥生产线在设计时因为三次风取风位置、篦冷机鼓风量及篦板结构等因素，造成生产线投运时就存在回转窑内用风不足的问题。回转窑内用风不足会影响燃料的燃烧效率。具体来讲，容易造成燃料后燃烧，窑内高温向窑尾转移，加重窑尾结皮堵塞，甚至引起窑内结圈，同时降低火焰最高温度，使得熟料矿物形成速率下降，最终熟料游离氧化钙含量过高，强度降低；容易使得燃料(煤粉)被裹入熟料中，最终在篦冷机上进行燃烧，形成“雪人”，影响篦冷机的正常运转；还原气氛的存在还会影响熟料质量，如不利于熟料主要矿物硅酸三钙的形成、使得熟料中的氧化铁被还原形成黄心料、铝酸三钙的含量增多导致水泥的水化特性发生改变等。总之，熟料煅烧的原则是保证回转窑内燃料的充分燃烧。

为了减轻结皮堵塞现象而更换碱、氯、硫等含量较高的劣质原燃材料成本往往很高；为了加大窑内通风量，单纯加大高温风机拉风量往往会破坏窑炉原本的料、风、煤平衡，处理不当容易增加生产热耗，且目前很多企业的高温风机已没有额外的拉风潜力；更改篦冷机篦板结构或更换冷却风机具有较大风险，处理不当容易造成熟料冷却效率的下降，降低二、三次风温，影响熟料的煅烧。

发明内容

本发明的目的是提供一种水泥熟料的制备方法和系统。通过在篦冷机一段篦床或(及)回转窑窑头罩处喷入一定量的水，水在高温下迅速气化并分解，水的气化和分解产物可以迅速参与回转窑内燃料的燃烧，从而提高燃料的燃烧效率。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的：

一方面，本发明实施例提供一种水泥熟料的制备方法，其为将经过预热、预分解的水泥生料送入回转窑并经篦冷机冷却生成水泥熟料的方法，在窑头罩和/或篦冷机的一段篦床处加水，所述的水经汽化和分解后的产物进入所述的回转窑中用于水泥熟料的烧成。

进一步的，所述的水为雾化水。

进一步的，水的加入量为0～30千克水/吨熟料。

进一步的，水的加入量为0.2～5千克水/吨熟料。

进一步的，加水位置为篦冷机的一段篦床上部和/或侧面。

进一步的，所述的加水位置为一段篦床的固定床的上部和/或侧面。

进一步的，加水位置为窑头罩的侧面和/或正面。

进一步的，二次风温度为1050～1300℃。

另一方面，本发明实施例提供一种水泥熟料的制备系统，包括回转窑和篦冷机，在窑头罩和/或篦冷机的一段篦床处设置有加水装置，其用于向所述的窑头罩和/或篦冷机的一段篦床处加水。

进一步的，所述的加水装置为雾化喷枪。

进一步的，所述的雾化喷枪的数量为1～12个。

进一步的，所述的雾化喷枪的数量为2～6个。

进一步的，所述的加水装置设置在所述的篦冷机的一段篦床上部或侧面。

进一步的，所述的加水装置设置在所述的一段篦床的固定床的上部和/或侧面。

进一步的，所述的加水装置设置在所述的窑头罩的侧面和/或正面。

进一步的，还包括储水装置，加压装置，压缩空气装置，混合、计量与分配装置；

储水装置用于储存液态水，与加压装置连通；

加压装置用于提供压力，将储水罐中的水提升到雾化喷枪处加压装置与混合、计量与分配装置连通；

压缩空气装置用于提供水雾化所需要的空气与混合、计量与分配装置连通；

混合、计量与分配装置与雾化喷枪连通，用于保证喷水流量和压缩空气流量的充分混合；通过管道将压缩空气与水一起输送至雾化喷枪。

与现有技术相比，本发明水泥熟料的制备方法和系统至少具有如下有益效果：

本发明申请方案在篦冷机一段篦床或窑头罩出喷入一定量的雾化水，雾化水在高温下迅速汽化和分解，水的汽化和分解产物可以迅速参与燃料的燃烧反应，提高燃料的燃烧效率，从而提高回转窑内熟料的煅烧效率，提升产品质量。

喷入位置气体温度约1050～1300℃，水可迅速气化并分解，且因为喷入的水量较少，水的气化、分解吸热量很少。不会额外增加水泥熟料制备的能耗，节约成本。

本发明申请方案中利用的是水的汽化与分解，成本低廉，操作简便，安全。

附图说明

图1为本发明水泥熟料的制备方法和系统中一种水泥熟料制备系统的结构示意图；

图2为本发明水泥熟料的制备方法和系统另一种水泥熟料制备系统的结构示意图；

图3为本发明水泥熟料的制备方法和系统又一种水泥熟料制备系统的结构示意图；

图4为本发明水泥熟料的制备方法和系统应用于某5000吨/天生产线的应用效果。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。

本发明实施例提供一种水泥熟料的制备方法，其为将水泥经过预热、预分解的生料送入回转窑并经篦冷机冷却生成水泥熟料的方法，在窑头罩和/或篦冷机的一段篦床处加水，所述的水经汽化和分解后的产物进入所述的回转窑中用于水泥熟料的烧成。

这里要说明的是：雾化水在高温下迅速汽化和分解，水的汽化和分解产物可以迅速参与燃料的燃烧反应，提高燃料的燃烧效率，从而提高回转窑内熟料的煅烧效率，提升产品质量。

上述方案已经可以实现水泥熟料的制备，提高回转炉中的燃烧效率，下面在此基础上给出优选方案：

作为优选，所述的水为雾化水。

这里要说明的是：雾化水的汽化和分解的速度较快，不会额外增加水泥熟料制备的能耗，节约成本。

作为优选，水的加入量为0～30千克水/吨熟料。

作为优选，水的加入量为0.2～5千克水/吨熟料。

这里要说明的是：喷入的水量较少，水的气化、分解吸热量很少。不会额外增加水泥熟料制备的能耗，节约成本。

作为优选，加水位置为篦冷机的一段篦床上部和/或侧面。

作为优选，所述的加水位置为一段篦床的固定床的上部和/或侧面。

作为优选，加水位置为窑头罩的侧面和/或正面。

这里要说明的是：加水位置在此选择的是窑头罩的正面或侧面，及篦冷机一段篦床固定床的上部或测部，两个地方的优势都在于加入的水可以迅速被二次风带入回转窑，进而分解、汽化产物助燃。这里判断哪个位置是否合适的依据主要有两点：(1)这个位置喷入的水必须充分混入高温的二次风中，如果喷入的水没有进入二次风而流入其它地方则没有助燃效果；(2)喷入的水不能直接喷到火焰中，尤其是火焰初始阶段，如果直接喷到火焰中，将会降低火焰的温度(效果如同煤中水分含量增高，反而会影响燃烧效率)。

篦冷机一般分为二段或三段，而一段篦床就是高温熟料直接落入篦冷机的地方，所以一段篦床的风温度最高。

作为优选，二次风温度为1050～1300℃。

这里要说明的是：喷入位置气体温度约1200℃，水可迅速气化并分解。

二次风是助燃回转窑煤粉燃烧的风。水泥行业一般说的风包括一次风、二次风和三次风，一次风是指携带煤粉进入回转窑的常温空气；二次风是指篦冷机鼓入的常温空气经过与高温熟料换热后，进入回转窑，进而提供煤粉燃烧所需要的空气，二次风温度最高；三次风也是篦冷机鼓入常温空气与熟料进行换热，但是它的取风位置在二次风之后，风温不如二次风，主要是进入分解炉，提供分解炉里面煤粉燃烧所需要的空气。

本发明实施例提供一种水泥熟料的制备系统，包括回转窑和篦冷机，在窑头罩和/或篦冷机的一段篦床处设置有加水装置，其用于向所述的窑头罩和/或篦冷机的一段篦床处加水。

作为优选，所述的加水装置为雾化喷枪。

这里要说明的是：雾化喷枪可以提供雾化水，因而提高水的汽化和分解的速度，避免对水泥熟料烧成的不良影响，节约成本。

作为优选，所述的雾化喷枪的数量为1～12个。

作为优选，所述的雾化喷枪的数量为2～6个。

这里要说明的是：雾化喷枪越多越有利于水与高温二次风充分均匀混合，从而迅速汽化、分解，并均匀地参与到燃烧中。过少，则容易导致有的地方有水，有的地方没有，水不均匀；过多的话，对喷枪要求更高(因为一般喷枪最小的喷水量都是有限制的)，容易引起雾化效果差，同时增加成本。

作为优选，所述的加水装置设置在所述的篦冷机的一段篦床上部或侧面。

作为优选，所述的加水装置设置在所述的一段篦床的固定床的上部和/或侧面。

作为优选，所述的加水装置设置在所述的窑头罩的侧面和/或正面。

作为优选，还包括储水装置，加压装置，压缩空气装置，混合、计量与分配装置；

储水装置用于储存液态水，与加压装置连通；

加压装置用于提供压力，将储水罐中的水提升到雾化喷枪处加压装置与混合、计量与分配装置连通；

压缩空气装置用于提供水雾化所需要的空气与混合、计量与分配装置连通；

混合、计量与分配装置与雾化喷枪连通，用于保证喷水流量和压缩空气流量的充分混合；通过管道将压缩空气与水一起输送至雾化喷枪。

这里要说明的是：这里对储水装置、加压装置、压缩空气装置和混合、计量与分配装置的具体种类和型号不做限定，本领域技术人员可以根据需要选择。

工作原理：来自储水罐、储气罐的水和空气通过混合、计量与分配模块后，通过雾化喷嘴分别喷入水泥篦冷机一段篦床和窑头罩，通过控制水、压缩空气的压力、流量实现水雾化效果最佳，与此同时，根据回转窑原有的煅烧状态及燃烧用燃料中水分、氢元素的含量来调整水的喷入量。例如，如果回转窑烟室测得一氧化碳含量升高，则要相应增加水的喷入量，以此保证燃料燃烧过程对氧的需求。

下面是具体实施例

实施例1

本发明实施例提供一种水泥熟料的制备系统，图1为本实施例中水泥熟料制备系统结构示意图，如图1所示，该系统包括回转窑1和篦冷机2，回转窑1包括窑头罩8，窑头罩8内部设有燃烧器9，在窑头罩8侧面还设置有加水装置3，其用于向所述的窑头罩处加水；

这里要说明的是，对于选用何种加水装置，在此不做限定，优选雾化喷枪，雾化水在高温下迅速汽化和分解，水的汽化和分解产物可以迅速参与燃料的燃烧反应，提高燃料的燃烧效率，从而提高回转窑内熟料的煅烧效率，提升产品质量。

喷入位置气体温度约1200℃，水可迅速气化并分解，且因为喷入的水量较少，水的气化、分解吸热量很少。不会额外增加水泥熟料制备的能耗，节约成本。

如图1所示，水泥熟料制备系统还包括储水装置4，加压装置5，压缩空气装置6，混合、计量与分配装置7；

本实施例中采用的具体装置为：

储水装置：水罐；

加压装置：泵；

压缩空气装置：压缩空气储罐

混合、计量与分配装置：喷枪、电动球阀、电动调节阀等。

实施例2

与实施例1的不同之处在于，本实施例的雾化喷枪设置在篦冷机的一段固定床的上部，图2为本实施例的水泥熟料制备系统结构示意图，如图2所示，该系统包括回转窑1和篦冷机2，篦冷机2包括篦冷机一段201、篦冷机二段202和篦冷机三段203，回转窑1包括窑头罩8，窑头罩8内部设有燃烧器9，在篦冷机一段的固定床还设置有雾化喷枪3，其用于向所述的固定床处加水；

这里要说明的是，雾化水在高温下迅速汽化和分解，水的汽化和分解产物可以迅速参与燃料的燃烧反应，提高燃料的燃烧效率，从而提高回转窑内熟料的煅烧效率，提升产品质量。

喷入位置气体温度约1200℃，水可迅速气化并分解，且因为喷入的水量较少，水的气化、分解吸热量很少。不会额外增加水泥熟料制备的能耗，节约成本。

如图2所示，水泥熟料制备系统还包括储水装置4，加压装置5，压缩空气装置6，混合、计量与分配装置7。

实施例3

图3为本实施例水泥熟料制备系统的结构示意图，如图3所示，该系统包括回转窑1和篦冷机2，篦冷机2包括篦冷机一段201、篦冷机二段202和篦冷机三段203，回转窑1包括窑头罩8，窑头罩8内部设有燃烧器9，在篦冷机一段的固定床还设置有雾化喷枪3，其用于向所述的固定床处加水；窑头罩8的侧面设置有雾化喷枪3，用于向窑头罩内加水；

这里要说明的是，雾化水在高温下迅速汽化和分解，水的汽化和分解产物可以迅速参与燃料的燃烧反应，提高燃料的燃烧效率，从而提高回转窑内熟料的煅烧效率，提升产品质量。

喷入位置气体温度约1200℃，水可迅速气化并分解，且因为喷入的水量较少，水的气化、分解吸热量很少。不会额外增加水泥熟料制备的能耗，节约成本。

如图3所示，水泥熟料制备系统还包括储水装置4，加压装置5，压缩空气装置6，混合、计量与分配装置7。

实施例4

以5000吨/天生产线的应用情况为例进行说明。

某5000吨/天生产线，窑喂料量为380吨/小时，熟料产量为235吨/小时，二次风温度为1210℃，烟室温度1050℃，烟室气氛(体积百分含量)为：氧气0.78％，一氧化碳0.2％，二氧化碳17.64％，一氧化氮0.05％，氮气81.33。窑头喂煤量10吨/小时，表1为煤的工业分析与元素分析表，煤粉工业分析和元素分析结果如表1所示。

表1煤的工业分析与元素分析表

为了实施本发明，在该水泥企业安装了储水罐、加压泵，利用该企业的压缩空气站并另设了一台储气罐，气体和液态水分别计量，并等量喷入分别位于窑头罩两台和一段篦床两台的雾化喷嘴，水和压缩空气的流量、压力根据实验要求分别进行调节，如喷水量为0.5千克/吨熟料时，每个喷嘴的喷水量分别为29.4千克/小时，压缩空气的流量为90升/分钟，喷水压力为0.7bar，即为0.07MPa，压缩空气压力为1bar，即为0.1MPa。

实验中，首先在不喷水的情况下，检测水泥回转窑烟室温度和熟料中游离氧化钙的含量，烟室温度为1050℃，游离氧化钙质量百分含量为1.6％。在保证窑喂料量、原料成分、窑头喂煤量不变的前提下，分别检测喷水量为0.5千克/吨熟料、1.0千克/吨熟料、2.0千克/吨熟料、5.0千克/吨熟料时烟室温度和熟料中游离氧化钙含量的变化。表2为不同喷水量下回转窑运行参数，结果如表2所示。

表2不同喷水量下回转窑运行参数

喷水量(kg/tcl)	0	0.5	1	2	5
						烟室温度(℃)	1050	1065	1064	1045	1075
熟料f-CaO含量(质量百分含量，％)	1.6	1.1	1.2	1.7	2.5

通常来讲，烟室可以反映窑内整体温度的高低，熟料f-CaO含量可以反映火焰温度的高低。图4是本发明一种水泥熟料制备方法及系统应用于某5000吨/天生产线的应用效果。由图4可以看出，当喷水量分别为0.5千克/吨熟料和1千克/吨熟料时，烟室温度均有所增高，同时游离氧化钙含量有明显下降，表明窑内火焰温度增加较为明显，同时窑内整体温度增高；当喷水量为2千克/吨熟料时，与基准情况比，游离氧化钙含量略有增加，同时烟室温度略有下降，表明当喷水量较多时由于水的汽化、分解需热量较高，导致火焰温度下降且窑内整体温度有所降低；当喷水量为5千克/吨熟料时，游离氧化钙含量显著增加，表明由于喷水量较高水的汽化、分解热过高而导致火焰温度下降明显，与此同时，燃料燃烧速率下降，导致回转窑内整体温度向后移动，使得烟室温度也显著增加，这对于回转窑内熟料煅烧非常不利。

因此，根据窑内煅烧情况及燃料水分、氢元素含量，尤其当回转窑内存在还原气氛或弱氧化气氛时，在篦冷机一段篦床或(及)窑头罩处喷入适当量的雾化水，有助于增强燃料燃烧效率，提高火焰温度，提升窑内整体温度，有利于熟料的煅烧；但是，当喷水量过多时，水的汽化、分解吸热量较多，会引起窑内火焰温度下降，同时造成窑内温度向后转移，引起烟室温度增加。

本发明申请未尽之处，本领域技术人员可以根据需要选择合适的手段完成，比如雾化喷枪的大小，雾化喷枪的具体数量等等，均在本发明申请的保护范围之内，在此不再赘述。

以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种水泥熟料的制备方法，其为将经过预热、预分解的水泥生料送入回转窑并经篦冷机冷却生成水泥熟料的方法，其特征在于，在窑头罩的侧面和/或正面和/或篦冷机的一段篦床的固定床的上部和/或侧面加雾化水，所述的雾化水经汽化和分解后的产物进入所述的回转窑中用于水泥熟料的烧成；所述雾化水的加入量为0~1千克水/吨熟料。

2.根据权利要求1所述的水泥熟料的制备方法 ，其特征在于，水的加入量为0.2~1千克水/吨熟料。

3.根据权利要求1所述的水泥熟料的制备方法，其特征在于，二次风温度为1050~1300℃。

4.一种实施权利要求1-3任一项所述的方法的水泥熟料的制备系统，包括回转窑和篦冷机，其特征在于，在窑头罩和/或篦冷机的一段篦床处设置有加水装置，其用于向所述的窑头罩和/或篦冷机的一段篦床处加水；所述的加水装置设置在窑头罩的侧面和/或正面和/或篦冷机的一段篦床的固定床的上部和/或侧面。

5.根据权利要求4所述的水泥熟料的制备系统，其特征在于，所述的加水装置为雾化喷枪。

6.根据权利要求5所述的水泥熟料的制备系统，其特征在于，所述的雾化喷枪的数量为1~12个。

7.根据权利要求6所述的水泥熟料的制备系统，其特征在于，所述的雾化喷枪的数量为2~6个。

8.根据权利要求7所述的水泥熟料的制备系统，其特征在于，

还包括储水装置，加压装置，压缩空气装置，混合、计量与分配装置；

储水装置用于储存液态水，与加压装置连通；

加压装置用于提供压力，将储水罐中的水提升到雾化喷枪处，加压装置与混合、计量与分配装置连通；

压缩空气装置用于提供水雾化所需要的空气，其与混合、计量与分配装置连通；

混合、计量与分配装置与雾化喷枪连通，用于保证喷水流量和压缩空气流量的充分混合；通过管道将压缩空气与水一起输送至雾化喷枪。