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水泥回转窑1讲解

发表时间:2020-06-05 08:03
 

  水泥回转窑1讲解_中职中专_职业教育_教育专区。水泥回转窑(1) 主要内容及要求 1 回转窑的结构 理解回转窑的构造由哪些部件组成,有何作用。 2 回转窑的工作原理(重点) 掌握回转窑内物料的运动、燃料的燃烧、气体 的流动和传热过程的影响因素。

  水泥回转窑(1) 主要内容及要求 1 回转窑的结构 理解回转窑的构造由哪些部件组成,有何作用。 2 回转窑的工作原理(重点) 掌握回转窑内物料的运动、燃料的燃烧、气体 的流动和传热过程的影响因素。 2 水泥回转窑的功能 1、燃料燃烧功能 2、热交换功能 3、化学反应功能 4、物料输送功能 5、降解利用废弃物功能 1 回转窑的结构 ? 筒体 ? 轮带 ? 托轮 ? 挡轮 ? 密封装置 ? 传动装置 ? 附属设备 1、筒体 ? 是由不同厚度钢板事先卷成的,筒体内 镶砌有耐火材料,圆筒外面套装有几道 轮带,筒体成一定斜度,坐落在与轮带 相对应的托轮上。 ? 托轮之间的筒体会产生轴向弯曲。支撑轮带下 筒体变形最大, ? 而离开轮带中心 ? 距离越大筒体径 ? 向变形越小; ? 窑体出口端称为 ? 窑口护铁 窑头护铁板 窑头冷风套 2、轮带( 又称滚圈) ? 轮带是一个坚固的大钢圈套装在筒体上,支撑 回转窑( 包括窑砖和物料)的全部重力; ? 轮带的重量从20吨 轮带 (直径3.6m)到100吨 (直径5.6m)不等; 托轮 ? 轮带附近的壁厚增 大,目的是减少托轮 的压力而产生的变形。 托轮轴 轮带 回转窑轮带的润滑 3、托轮 ? 托轮通过轴承支撑 ? 在窑的基础上,轴 ? 承安装在水泥墩上 注意 托轮及轮带表面的清洁 托轮及轮带表面的光滑 托轮表面的润滑 托轮轴的温度 托轮之间的平衡 3、托轮 为使托轮磨损均匀: ? 窑体每班上下移动 筒体 ? 1~3次,每次移动 ? 幅度约50mm 上下移动可通过: ? 托轮的倾斜 ? 液压挡轮完成。 止动挡轮 4、液压挡轮 1、液压挡轮是围绕纵向轴运动的滚轮安装在 窑尾轮带靠近窑头侧的平面上。 2、作用:及时指出窑体在托轮上的运转位置 是不否合理,并限制或控制窑体轴向窜动。 挡轮 窑筒体轴向位移 窑筒体 轮带 挡轮 图2-72 轮带与挡轮 5 传动装置 ? 目的:保证窑的旋转和调节窑的转数 大齿轮 联轴器 主减速机 小齿轮 附属减速机 附属电机 主电机 联轴器 6 密封装置 ? 回转窑是在负压下操作的,在筒体与窑头罩、 烟室连接的地方都存在缝隙,为防止漏风,必 须设有密封装置,否则会漏风和漏料。 缺点是气动装置系统复杂,而且需要安装专用的小 型空压机,单独供气,造价较高,维护工作量大。 弹簧杠杆式 主要由烟室上的固 定环和一周若干块随 窑回转的活动扇形板 来实现. 间隙可以调到小 至0.5mm 优点:运动件比较轻巧 灵活,便于调整,密 封效果不错。 缺点:零件必须加工精 确,安装调整仔细。 ? 薄片式密封 密封要求具有足够大的摩 擦表面,密封性好,同时 对窑的弯曲偏摆等具有很 大的适应性。此外零件加 工、更换和找正都较方便 1mm厚 迷宫式密封装置是利用空气多次通过曲 折通道增大流动阻力而防止漏风的。 固定迷宫环 活动迷宫环 窑筒体 图2-73 迷宫式密封装置示意图 窑 尾 密 封 窑尾密封及冷风套 密封装置 7 辅助设备 ? 烧成带的轴流风机:利于窑皮的形成,保护筒体 传感器 ? 筒体温度传感器; ? 用来测定窑传动力矩的电流表或功率表; ? 窑纵向高位或地位的传感器,用于控制液压挡轮。 窑头强电控制站 窑头罩 燃 烧 器 2、回转窑的工作原理 1 回转窑内物料的运动 2 回转窑内燃料的燃烧 3 回转窑内气流的流动 4 回转窑内气固的传热 水泥煅烧过程发生的物理化学变化 干燥(自由水蒸发) 粘土质原料脱水 碳酸盐分解 固相反应 熟料烧结 熟料冷却 吸热 吸热 强吸热 放热 微吸热 放热 回转窑内“带”划分 回转窑内物料温度和气体温度以及各带划分的大致情况 1、回转窑内物料的运动 (1)、物料在窑内是如何向前运动的? 物料喂入回转窑后,由于筒体具有一定的斜度, 并以一定的速度回转,物料就会由窑尾向窑头运 动。 低端 高端 F DB θ α G EC A β ΔS 图2 回转窑内物料充填与运动简图 θ——填充角;β——窑倾斜角; α——物料休止角 (2)、物料在窑内的运动速度怎样计算? vm ? Din? 1.77 ? (m / min) ? ? 窑的倾斜度, 3% ~ 5%; ? ? 物料的自然休止角, 350 ~ 600; Di ? 窑的有效内径,m; n ? 窑的转速,r / min。 (3)、物料的运动速度与哪些因素有关? 思考: 当窑的斜率()时,为得到同样的物料运动速 度,窑的转数()。 A、越大、越大 B、越小、√越大 C、越小、越小 D、应保证同样的增长速度。 回转窑的斜率为3.5%表示 A、窑倾斜角为3.5度; B、每英尺窑长为多少英寸; C、斜度角正切的百分数; D、倾斜角度对应的高除以相邻的直√ 角边。 思考 ? 窑的喂料量不变的情况下,窑速增加, 物料的填充率(),有利于熟料() A、增大、煅烧均匀 B、减少、煅烧均匀 C、增大、传热效果好 √ D、减少、传热效果不好 ? 物料的自然休止角越大,物料被带 起的(),向下回落时间(),物 料的运动速度()。 A、高、短、慢; B、低、长、快; C、高、长、慢; √ D、低、短、快。 物料在窑内各带的运动速度 煅烧过程中,窑内各带发生的物理化学变化对物料颗粒的 形状、粒度、松散度及密度均有影响,因此各带物料的运动速 度是不同的。 为了了解窑内各带物料的运动速度,可将放射性同位素掺 入生料中进行测定,如某厂曾在150米的湿法长窑上,通过实 际测定和计算而得的物料运动的平均速度 vm 为: 窑内 各带 冷 却 带 烧 放热 分 成反 解 带 应带 带 预 热 带 干 燥 带 链 条 带 喂料中 空部分 速度 vm 18.4 28.4 41.0 46.0 34.5 27.0 28.8 29.3 (m/h) 2、回转窑内的燃料燃烧 煤粉在回转窑内的燃烧过程 (1)煤的燃烧过程是怎样的? 0~100-150℃燃料中水分蒸发,150~450-500 ℃ 逸出挥发份;着火燃烧至700-800 ℃挥发份全 部逸出;固定碳和灰分继续燃烧。 (2)、什么是一次风?有何作用?选取的依据是什么? 一次风是通过主燃烧器强制送入窑的自然空气,由 窑头燃烧器的一次风机供给。 作用:输送煤粉,并供煤中挥发份燃烧所需的氧。 风量占总风量:<15% 选取的依据:形成优质火焰是衡量一次风量、风压 使用是否正确的唯一标准。 通过热电偶测的窑尾温度,光电比色高温计测的火 焰温度,红外筒体温度扫描仪测的筒体温度分布, 高温气体分析仪测示的窑尾废气含量等综合判断一 次风量和风压是否合理。 (3)一次风对煅烧有何影响? 一次风是常温,风量过大,入窑后吸热,使 熟料煅烧的热耗增加,热效率降低;煤中挥 发份低时,需要的一次风应少些;不利于NOx 的排放。 一次风过少,挥发份燃烧慢,影响煤的燃烧 速度,同时煤对喷煤管的磨损加大,设备损坏 严重。 (4)、二次风有何作用? ①作用:经冷却机被预热到650-1000℃ 后入窑,对气流产生强烈的扰动,有利 于碳的燃烧。调节火焰长短,窑尾温度 高低以及供燃料焦炭粒子燃烧所需的氧 并能回收熟料的热量。 ②当一次风不变时,二次风大小决定着 窑内抽风能力大小。二次风大,火焰 长,否则短。 煤粉燃烧过程的控制 控制内容有:火焰的温度、长度、着火位置及形状 (1)什么是火焰? 火焰是燃烧中的气体混合物,当悬浮物中含有固体颗粒时, 形成明亮火焰。 (2)哪些因素影响火焰温度? 煤的热值;煤的挥发份;煤的灰分;煤的水分; 煤粉的细度;燃烧所需空气用量;二次风温; 窑体烧成带壁温度等。 煤粉燃烧过程的控制 控制内容有:火焰的温度、长度、着火位置及形状 (1)哪些因素影响火焰温度? 煤的热值;煤的挥发份;煤的灰分; 煤的水分;煤粉的细度; 燃烧所需空气用量;二次风温; 窑体烧成带壁温度等。 ?增加燃料量不是总能提高火焰输出的热量,但是 ?减少燃料量总是会降低热量输出。 (2)什么是火焰长度? 有两种: 一是全焰长度——从喷煤管到火焰末端的距离。 二是燃焰长度——开始着火至火焰末端的距离。 作用:决定了窑的烧成带的长度 (3)火焰长度对煅烧工艺的影响? 在发热量一定的条件下,火焰越长,燃烧带温度 越低,过早出现液相,易结圈,尾温高。 火焰越短,高温部分集中,窑衬寿命短。 (4)影响火焰长度的因素有哪些? 气流速度 窑内气速越快,火焰会被拉长; 窑尾排风量增加,窑尾负压增 加,二次风增加,火焰也被拉长。 煤愈细、二次风温越高,燃烧 煤粉燃烧速度 快,火焰长度愈短;煤水分越 高,火焰越长。 喷嘴的结构 单风道喷煤管 双风道喷煤管 三风道喷煤管 四风道喷煤管 淘汰 预热器窑 和预分解窑 (5)单风道煤粉燃烧有哪些缺点? ? (1)一次风量大 由于煤粉靠一次风输送并吹散,所以必须有足 够的风量,一般占总燃烧空气的20~40%,才能 达到要求的风速。 ? (2)烧成温度不易提高燃煤和空气在喷煤管 内混和不好。 ? (3)容易发生结圈、结皮、结块或结蛋等工 艺事故 ? (4)煤粉的品质要求高 ? (5)有害气体产生多。 新型燃烧器(三通道、多通道喷煤管) 随着窑外分解技术的发展,窑的单机产量增大以及为了适 应煤质的变化,近年来各国水泥设备制造公司对于喷煤管的结 构作了大量的开发与研究工作,取得了卓有成效的成就。主要 是开发的多通道喷煤管。 新型喷煤管很多,共同的特点是喷出的空气分成多股,即 内风、外风和煤风,各有不同的风速和方向,从而形成多个通 道。最常用的是三通道喷煤管。 这种喷煤管,内、外两个通道为净风道,分别称内风和外风。 内风通道的出口端装有旋流叶片, 所以又称为旋流风。 中间通道为输送煤粉的通道, 称为煤风。 三股风在出口处汇合形成了同轴旋转的复杂射流。 操作时通过改变内、外风速和风量的比例,可以灵 活调节火焰形状和燃烧强度,以满足窑内煅烧熟料 温度分布的要求。 三风道喷煤管结构示意图 ? 1.浇注料;2.外风道;3.煤风道;4.内风道; 5.风翅;6.中心管;7.外风管;8.支承挂钩 返回 当喷煤管喷射流动动量很大时,会引射下游 区域的高温燃气而形成回流。这种回流一方面会 提高上游火焰温度,提高燃烧速度,从而使煤粉 着火稳定,另一方面又可能冲淡可燃混合物中氧 气含量,使燃烧速度降低,从而增长了火焰长度。 另外还有多种形式的喷煤管,其目的是加强风 煤混合、一、二次的混合,减少一次风用量,加快 燃烧速度。目前我国一些水泥厂采用无烟煤技术, 其关键是用好三通道或多通道喷煤管。 思考: 加大内风,菲律宾菠菜2年赚50万, ? A、被吸入的二次风增多,火焰长度增长 ? B、加速中心煤粉和空气的混合,火焰长度 变短 √ ? C、加速中心煤粉和空气的混合,火焰长度 不变 ? D、对中心煤粉和空气的混合没有作用,但 吸入的二次风多,使火焰长度增加。 思考: ? 加大外风, ? A、被吸入的二次风增多,火焰长度增长 √ ? B、加速外部煤粉和空气的混合,火焰长 度变短 ? C、对火焰长度没有影响 ? D、对中心煤粉和空气的混合没有作用, 但吸入的二次风多,使火焰长度变短。 思考: 烧成温度偏低时,适当 ? A、增大外风 ? B、减少煤风 ? C、增大内风 √ ? D、减少内风 四通道回转窑燃烧器 直流风速:140m/s~250m/s;压力:≥0.014MPa 旋流风速:110m/s~250m/s;压力:≥0.014MPa 煤流风速:20m/s~35m/s 可调 中心风速:60m/s 占一次风总量的0.03%~0.05% 四风道回转窑燃烧器: 传统的三风道煤粉燃烧器 四风道煤粉燃烧器 中心风有何作用? ? (1)防止煤粉回流堵塞燃烧器喷出口 中心风的风量不宜过大。过大,不仅增大了一 次风量,对火焰形状不利,对煤粉的混合和燃烧 都是不利的。 ? (2)冷却燃烧器端部,保护喷头 中心风将喷头端周围的高温气体吹散顶回,不 仅冷却了喷头内部,而且也冷却了端面,从而达 到保护喷头的目的。 ? (3)中心供一部分氧气,使火焰更加稳定易燃烧 ? (4)减少NOx有害气体的生成。 3、回转窑内气体的流动 (1)窑内气体流动的状态属于何种? 窑内气流属于高度湍流状态 (2)为什么二次风会被吸入窑内? 由于回转窑是一个直径有限的圆筒,当前面的气 体被推向前进时,后面的气体变得稀薄而压力下 降,即在喷煤嘴处造成一定的负压(抽力),使 二次空气连续不断吸收进流股内,与一次空气混 合,并逐渐向中心扩散,射流断面逐渐扩大,气 体量逐渐增多。 燃烧带火焰长度--主要决定于燃烧带气体流速 ? (3)燃烧带气体流速如何确定? u ? 100Vmq 0.785 ? 3600Db Q 2 net,ar V ?1Kg燃料燃烧产生的气体量m3 / Kg m ?回转窑的小时产量t / h q ? 熟料的单位热耗Kj / kg ? cl Db ? 燃烧带的有效内径m Qnet,ar ? 燃料的低位热值Kj / kg 3、回转窑内气体的流动: (4)、气流速度对煅烧物料的有何影响? 气体流速大小,一方面影响着对流换 热系数的大小和气体与物料的接触时间; 影响废气中飞灰量的大小,即收尘器 的负荷及料耗的多少。 (3)、影响气体流动的因素有哪些? 废气量多少;窑尾的截面积。 (4)、窑内风速的确定: 一般范围是干法窑9~12m/s, (5)、窑内气流的阻力损失: 应稳定窑尾负压(0.3-0.4 KPa),否则会影 响到火焰的形状和长度。 如负压 ,说明窑内阻力 ,可能窑内结圈。 ? 窑及预热器系统内几个主要位置需要控制 的最高气流速度是: ? 窑头罩,6米/秒; ? 烧成带(1450℃),9.5米/秒; ? 喂料端断面 (1000℃),13米/秒; ? 窑尾垂直上升管道,24米/秒; ? 预热器气体管道,18米/秒。 ? 最低气流速度应不低于以上数值的90%。 4、回转窑内的传热: ①、烧成带的传热方式有哪些? 火焰 表层物料, 窑衬和窑皮 与其接触的物料。 前者传递的热量约占整个烧成带传热的 90%,后者约占10%。 要提高该带的传热速率,须设法提高火焰 对窑衬和物料的辐射热。 辐射热的计算 Qnet, fm ? C0? fm ???????? Tf 100 4 ? ?? ? ? ?? ? Tm 100 4 ? ? ? ? ? ?? Fm? fm 计算出辐射热量较难,可定性分析 (1)火焰的黑度 火焰的黑度可视为净气体黑度与固 体粒子黑度的叠加,颗粒越大(即 面积越大)火焰黑度越大。 (2)火焰的温度 (3)窑衬与物料的平均温度 4、回转窑内的传热: ②、分解带的传热: 这一带的气体温度也较高,且气体中CO2的成分很快增 加,提高了气体的辐射率,与烧成带传热相似。 ③、干燥、预热带的传热: 气温<950℃,传热方式以对流为主。 影响因素主要有:一是气体速度 二是气流与物料的接触面积 3、回转窑内的传热机制 仅从热力学和传热学的观点出发讨论。 回转窑内的传热源是燃料燃烧后的高温烟气,受热体是生料 和窑内壁。是典型的气—固传热,传给生料的热量供煅烧过程中 干燥、预热、分解和煅烧,用以完成全部艺要求。 (1)窑内传热的综合分析与传热方式 高温气体中具有辐射传热能力的组成,主要是 CO2 和 H2O (汽),但由于烟气中夹带着粉体物料,因此增大了气体的辐 射率。 同时因为窑内流动气体和湍流作用,产生了有效的对流传热。 堆积生料之间以及窑回转时物料周期性地与受热升温的窑 体内壁相接触而有辐射与传导传热共存。 总之,窑内气—固与固—固之间同时存在 辐射、对流、传导三种传热方式。其间关系错 综复杂。再加上回转窑系统中,预热器和冷却 机都与窑首尾相衔,在一定程度上对窑内气固 温度分布也会产生一定影响。以及回转窑作为 输送设备,物料运动规律,粉尘飞扬循环等也 对传热有影响,从而更增加计算难度和复杂性。 (2)传热机制 经简化后,取回转窑内某一断面1m长的范围内,综合传 热机制关系如下图所示: Qshc(对流) Qshr(辐射) 窑体转 动方向 Lw Tsh Qgwc 高温气 Qgwr 体Tg Qwsr Tw Qgsc Qgsr Ls Qssd (不稳定导热) Lws A点 Tss Ts Qshc(导热) B点 图2-82a 窑内传热机制分析—传热流流图 高温气体Tg Qgsc Qgsr (气体辐射) Qwsr Qgwc(对流) Qgwr(辐射) 筒体内壁Tw Qwshd 原料表面Tssr 筒体外壁Tsh (不稳定导热) (不稳定导热) 原料内部Ts 大气Ta Qshc(对流) Qshr(辐射) 图2-82b 窑内传热机制分析—传热框图 讨论: ? 由于窑的回转运动,因此窑内衬板上某一点B,在不同时间 内依次分别和高温气体接触(蓄积热量)和被覆盖在物料 内(放出热量),其本身温度周期性地变化。其变化规律 如下图所示。 蓄热 A 放热 温度 Tw1 Tw2 B (平均温度) B 窑周展开(窑周长) 图2-83 窑内转一周衬料蓄热放热情况示意图 ? 在窑回转过程中,物料由表面向内部导热 和衬料表面向堆于其上的物料内部导热都 是不稳定导热,即其传导热量随时间而变 化。