水泥回转窑系统分析及工艺参数选择.docx

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水泥回转窑系统分析及工艺参数选择

水泥回转窑系统分析及工艺参数选择

1、水泥生产概述

新型干法水泥生产技术以其能耗低、排放少的优点被广泛应用于水泥生产过程。

与湿法、老式干法和半干法生产方法相比较，它具有生产能力大、自动化程度高、产品质量高、能耗较低、有害物排放量较低等特点。

新型干法水泥生产过程主要包括生料制备、熟料烧制和水泥制备三个环节，工艺流程如下图所示:

图1水泥生产工艺流程图

1.1、生料制备

生料制备是水泥原料加工处理的过程，它又包括了原料的破碎及预均化和生料的粉磨及预均化等步骤。

硅酸盐水泥的主要原料为石灰质原料和茹土质原料，有时还要根据原料品质和水泥品种，掺加校正原料以补充某些成分的不足，同时还可以利用工业废渣或混合材料作为水泥的原料。

从矿山开采得到的原料都是块度很大的石料，这种原料的硬度高，难以直接进行粉磨、烧制。

破碎过程就是将大块原料尽可能的破碎成粒度小且均匀的物料，以减轻粉磨设备的负荷，提高磨机产量。

原料经过破碎处理后，可以尽可能的减少因运输和贮存引起的不同粒度原料分离的现象，有利于下一步对原料的均化。

原料预均化是提高水泥生料成分稳定、提高生产质量的工艺。

均化堆料的方法有很多种，主要的几种方式有:

“人”字形堆料法，水平层堆料法，波浪形堆料法，横向倾斜层堆料法。

然后根据不同的堆料方法采取端面取料、侧面取料或者底部取料。

这样可以尽可能降低因开采、运输等因素导致的原料成分波动。

原料经过破碎和均化后按比例进行混合，然后送入生料磨中进行粉磨。

粉磨过程可以进一步降低物料粒度，当提供相同热量时，物料粒度越小的生料其反应速度越快，熟料烧结越容易。

生料制备的最后一个步骤是预均化处理，这也是熟料制备工艺前能有效提高生料成分稳定性的操作。

生料均化一般在生料均化库中进行，采用空气搅拌，在重力的作用下产生“漏斗效应”，促使生料

在下落的过程中充分混合。

1.2熟料烧制

熟料烧制可分为四个过程:

悬浮预热、窑外分解、窑内烧结和熟料冷却。

常见的预热器是多级旋风预热器，在其中含热废气与生料发生热交换。

生料从最上面的第一级旋风筒连接风管喂入，在高速上升气流的带动下，生料折转向上随气流运动，然后被送入旋风筒内。

在气流和重力的作用下，物料贴着筒壁分散下落，最后进入下一级旋风筒的喂料管中，重复以上运动过程。

经过五级旋风筒的预热，生料就可以被加热到800℃左右，而含热废气则由约1100℃降低到约300℃。

由于物料在旋风筒内处于悬浮分散状态，热交换过程可以很快发生。

预热器的使用充分利用了窑尾产生废气，降低了熟料烧成的热耗。

预热器最底部一级旋风筒和分解炉相连，物料通过管道进入分解炉，并在其中进行分解。

生料与喷入分解炉的煤粉在炉内充分分散、混合和均布，炉内高温使得煤粉燃烧，迅速向物料传递热量。

物料中的碳酸盐在高温的作用下，迅速吸热、分解，释放出二氧化碳。

入窑前，物料的分解率可以达到90%以上，进一步减轻了窑内水泥锻烧的热负荷，提高了煤粉的利用率。

物料进入回转窑后进一步分解，并随着窑的转动向前移动，窑内煤粉燃烧产生的热量使得物料发生一系列的化学反应，最后生成水泥熟料的主要成分硅酸三钙。

随后熟料被送到蓖式冷却机中，冷却机采用风冷的方式，冷却风从底部吹入对熟料进行冷却。

同时，熟料在蓖板的往复作用下逐渐向前移动。

蓖式冷却机可以对炽热的熟料起到骤冷作用，提高了熟料的强度，同时还有出料温度低、

冷却能力大等优点。

1.3水泥制备

水泥终粉磨是水泥生产过程最后一道工艺。

由于不同产品对水泥的粒度要求不一

样，因此需要对水泥熟料进一步加工。

水泥熟料和石膏先经过辊压机多次挤压粉碎，随

后送入到立磨中进行终粉磨，以形成不同标号的水泥成品，最后打包装袋或散装出厂。

2水泥回转窑工艺参数选择

2.1熟料烧结机理分析

水泥熟料的锻烧过程，是水泥生产中最重要的过程。

该过程是在回转窑中进行，回转窑具有台时产量高、所生产水泥熟料质量好、机械化和自动化程度高等优点，被多数水泥厂所采用。

一般情况下，回转窑筒体具有一定的倾斜角度，物料在其中会随着筒体转动而不断翻滚向前。

回转窑为燃料燃烧、物料之间的化学反应提供了最够的空间和热反应环境。

图2水泥回转窑示意图

硅酸盐水泥的主要成分包括CaO,SiO2,A12O3和Fe2O3，在高温的条件下进行一系列的反应生成

等矿物。

回转窑内部空间按温度可以大致分为四个区域:

分解带、过渡带、烧成带和冷却带。

物料在进入时分解率达到90%左右，剩余没有分解的物料将在进入回转窑后逐渐分解。

过渡带部分温度高达900-1150℃，使得生料中的二氧化硅、三氧化二铁和三氧化二铝等氧化物发生固相反应。

固相反应是放热反应，放热量约为480-500kJ/kg，这为物料的烧结提供了大量的热量。

当物料温度在1300-1450℃时，固相反应生成的矿物成为液相，大部分的C2S和CaO很快被高温熔融的液相所溶解，这种溶于液相中的C2S和CaO进行反应，从而生成硅酸三钙，同时硅酸三钙的反映时间应维持15-20min。

熟料通过烧成带后温度开始下降，为了保证水泥质量，要求熟料被骤冷，蓖式冷却机的使用可以大大降低物料冷却的时间，从而减少了副产品的生成。

2.2影响回转窑温度因素的选择

通过上文对回转窑内发生的化学反应的阐述可知，水泥熟料的品质是由物料发生化学反时的应温度决定。

其中烧成带温度直接影响到硅酸三钙的生成量，当烧成带的温度得以保证时，窑内含热气体会将大量热量带入分解带和过渡带，从而提供了物料分解和熔融所需能量。

因此，及时、准确的获得烧成带温度有着重要的意义。

本文采用数据拟合的方法对烧成带温度进行预测，预测首先要选取输入变量。

回转窑系统是一个变量众多、存在时间滞后性、变量间又有一定的耦合的复杂系统。

窑内的可测变量包括喷煤量、入窑料量、高温风机挡板开度、窑头罩温度、窑尾温度、窑电流、窑转速等等。

它们与回转窑烧成带温度都有着或多或少的联系，为了尽可能准确地选择影响回转窑烧成带温度的变量，下面将采用定性分析和定量分析相结合的方法选择输入变量。

（1）定性分析

假定在水泥配料合理、生料成分稳定的情况下，各个变量与烧成带温度之间的关系如下表所示:

表1各变量与烧成带温度之间的关系

将现场采集到的同一时间段内的输入输出变量数据去量纲，利用式（2-5）到（2-7）计算输入变量和输出变量的关联度，并列表:

表2关联度的值

各变量同烧成带温度的关联度值都较大，最终用于温度预测的输入变量有喷煤量、入窑料量、高温风机挡板开度、窑头罩温度、窑尾温度、窑电流和窑转速。