五大热工设备介绍解析

预热器：

预热器主要功能是充分利用回转窑和分解炉排出的废 气余热加热生料，使生料预热及部分硅酸盐分解，最大限度 提高气固间的预热效率，实现整个煅烧系统的优质、高产、 低消耗。它必须具备气固分散均匀、换热迅速和高效分离三 个功能，在旋风预热器中，物料与气流之间的热交换主要在 各级旋风筒之间的连接管道中进行，因此对旋风筒本身的设 计，主要考虑了如何获得较高的分离效率和较低的压力损 失，旋风筒的主要任务在于气固分离。来自上一级旋风筒收 集下来的物料经喂料管落入散料板上冲散折回进入下一级 旋风筒的排气管道中均匀冲散悬浮，并随上升气流进入旋风 筒进行气固分离，气流由上而下做旋风运动，最后从锥部随 排风机给予的动能沿旋风筒的中心垂直往上运动，此时，固 体的物料沿筒壁落下进入下料溜管，排出的是相对干净的废 气。旋风筒的收尘效率及阻力与旋风筒内的风速密切相关， 旋风筒截面风速一般控制在 5— 6m/s ，进风口风速在

15-18m/s ，出口风速控制在 11-14m/s ，若过高，引起系 统阻力较

大，过低不利于旋风筒收尘。

预热器主要部位工艺操作参数如下图（以天津院 TDF 预 热器为例）：

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预热器工作原理如下图:

物料

Q气流

内简

撒料箱

分离

下料管

锁凤阀

二、分解炉： 分解炉是在预热器和回转窑之间增设的一个装置，燃煤 喂入分解炉燃烧放出的热量与进入炉内的生料碳酸盐的分 解和吸热过程同时在浮状态下进行，使得入窑碳酸盐分解率 提高到 90% 以上。原来在窑内进行的分解反应移至分解炉内 来，燃料大部分从分解炉内加入，减轻了窑内热负荷，延长 了衬料的寿命有利于生产大型化，由于燃料与生料粉混合均 匀，燃料燃烧热及时传递给物料，使燃烧、换热及碳酸盐分 解过程都得到优化，因而具有优质、高效、低耗等一系列优 良性能特点，它主要作用是燃料的燃烧、换热和碳酸盐的分 解。在分解炉内，生料及燃料分别依靠“涡旋效应” 、“喷腾 效应”、“悬浮效应”和“流化态效应”分散于气流之中。由 于物料之间在炉内流场中产生相对运动，从而达到高度分 散、均匀混合和分布、迅速换热、延长物料在炉内的滞留时 间，达到提高燃烧效率、换热效率和入窑物料碳酸盐分解率 的目的。在分解炉内主要存在碳酸钙分解和燃料燃烧两种反 应。在连续稳定的状态下，二者进行的吸热和放热的速率是 平衡的。碳酸钙分解从600〜700 C时开始，800 C时分解速 度明显加快，900 C时分解反应迅速。但就燃料燃烧反应而 言，其在前期燃烧迅速，放热较快。随着气体中氧含量迅速 降低，其后期的燃烧速度明显下降，较难燃烬。这就表明在 分解炉内，对于碳酸钙分解进程来说，其前期主要受控于碳 酸钙分解速度，而后期主要受控于燃料燃烧速度。但在分解 炉内，燃料的着火和初期燃烧均进行较快，物料在悬浮态下 被迅速加热，体系快速升温，分解炉在绝大部分时间内都处 于相对稳定平衡状态。因此，基本上可以认为分解炉内的分 解过程主要受控于燃料燃烧速度。分解炉结构如下图（以 DD炉为例）：

按内部作用原理，DD分解炉可分4个区

1、 还原区（I区）包括咽喉部分和最下部锥体部分。咽 喉部分是DD

分解炉的底部，直接座在窑尾烟室之上，窑烟 气通过咽喉直吹向上，使生料喷腾进入炉内。

2、 燃料裂解和燃烧区（H区）中部偏下区。从冷却机来

的高温三次风，有两个对称风管喷入炉内（H区）

，每根风 管的风

量由装在风管上的流量控制阀控制，总风量根据 DD 分解炉系统操作情况有主控阀控制。两个主要燃料喷嘴，装 在三次风进口的顶部。燃料喷入口区富氧区立即在炉内湍流 中裂解和燃烧。产生的热量迅速传给生料，气料进行高效热 交换生料迅速分解。

3、 主要燃烧区（ 川区）在中部偏上到缩口，主要是燃 烧燃料和把产生

的热量传给生料，生料吸热分解，使炉温保 持在850〜900 C,生料和燃料

混合、分布均匀，没有明亮 火焰的过热点，区内温度较低，且分布均匀。

4、 全燃烧区（ W区）炉顶部圆筒体，主要作用是使未 燃烧的 10% 左

右的燃料继续燃烧， 并促进生料分解。 气体 和 生料通过川区和W区间缩口向上喷腾直接冲击倒炉顶棚，翻 转向下到出口， 使气料搅拌和混合， 达到完全燃烧和热交换。

三、回转窑； 窑尾预分解系统基本完成了物料的干燥、预热及碳酸盐 分解等功能，物料的放热反应、烧成及冷却是在回转窑中完 成，因此回转窑的主要功能有以下四个方面：

1、 燃料燃烧功能。它具有广阔的空间和热力场，可以供 应足够的空气，

装设优良的燃烧装置，保证燃料充分燃烧， 为熟料煅烧提供必要的热量；

2、 热交换功能。它具有比较均匀的温度场，可以满足水 泥熟料形成过

程各个阶段的换热要求；

3、 化学反应功能。随着水泥熟料矿物形成不同阶段的不

同需要，它既可分阶段地满足不同矿物形成对热量、温度的 要求，又可以满足它们对时间的要求；

4、物料输送功能。由于具有一定的斜度和转速，它能将 物料扬起后再落

下，形成位移，从而使物料从窑尾向窑头运 动；

回转窑基本数据对比表

南京院 设计能力（t/d） 规格（m） 窑内风速（m⑸ 窑断面热负荷（KJ/m 2.h） 窑单位容积产量 窑单位容积热力强度 筒体内容积（m3） 平均有效内径（m ） 有效长度（m ） 有效内表面积（m2） 有效内容积（m3） 斜度（%） （主传）转速（r/mi n）

天津院 5000 成都院 5000 5000 ©4.8 X74 7.38 1.76 X107 193.87 14346.0 1339 4.36 74 1000 1074.6 4 0.35~4 630 ©4.8 X72 8.526 1.59 X107 193.8 13701.3 1302.9 4.4 72 986.2 1075 3.5 0.396~3.96 630 ©4.8 X74 6.05 1.42 X107 195.62 14082.8 1339 4.34 72 982 1065 3.5 0.35~4 630 （主电机）电机功率（Kw） 四、冷却机；

1、冷却机的功能与作用:

1 ）作为工艺设备，它承担着对高温熟料的骤冷任务。骤 冷可阻止熟料

矿物晶体长大， 特别是阻止 C3S 晶体长大， 有 利于强度与易磨性的改善，同时，骤冷可使液相凝固成玻璃 体，使 MgO 及 C2A 大部分固定在玻璃体内， 有利于熟料的 安定性的改善及抗化学侵蚀性能。

2 ）作为热工设备，在对熟料骤冷的同时，承担着对入窑 二次风及入炉

三次风的加热升温任务。尽可能的提高二、三 次风温度。不仅可以回收热量，并且对燃料的助燃和燃尽以 及全窑系统的热力分布有好的作用。

3 ）作为热回收装备，它承担着对出窑熟料携出的大量热 焓的回收任务。

回收的热量以高温热随二、三次风进入窑、 炉之内，有利于降低系统煅烧热耗；以低温热能亦有利于余 热发电。

4 ）作为熟料输送设备，它承担着对高温熟料的输送任务， 对高温熟料

进行冷却有利于熟料输送和贮存。

2、第三代篦冷机的特点

1 ）篦冷机入口端采用阻力篦板及充气梁结构篦床和窄 宽度布置方式，

增加篦板阻力在篦板加料层总阻力中的比 例，力求消除预分解窑熟料颗粒变细及分布不均等因素对气 流均匀分布的影响。

2）发挥脉冲高速气流对熟料料层的骤冷作用，以少量 冷却风量回收炽

热熟料的热焓，提高二、三次风温。

3）由于脉冲供风，使细粒熟料不被高速气流携带，同 时由于细粒

熟料扰动，增加气料之间换热速度。

4 ）高压空气通过空气梁特别是篦冷机热端前数排空气 梁向篦板下

部供风，增强对熟料均布、冷却和对篦板的冷却 作用，消灭“红河”，保护篦板。

5）设有对一段篦床一、二室各行篦板风量、风压及脉冲 供风的自控调

节系统，或各块篦板的人工调节阀门，以便根 据需要调节。同时，一段篦速与篦下压力自动调节，保持料 层设定厚度，其他段篦床与一段篦床同步调节。

3、 冷却机的性能评价指标

1） 热效率高，即从出窑熟料中回收并用于熟料煅烧过程 的热量与出

窑熟料带入冷却机的热量之比大；

2） 冷却效率高，即出窑熟料被回收的总热量与出窑熟料 带入冷却机

的热量之比值大；

3 ）空气升温效率，即鼓入各室的冷却空气与离开熟料层 空气温度的

升高值同该室区熟料平均温度之比值大；

4） 进入冷却机的熟料温度与离开冷却机的入窑二次风及 去分解炉的

三次风温度之间的差值小。

5） 离开冷却机的熟料温度低。 6） 冷却机及其附属设备电耗低。

7） 投资少，电耗低，磨耗小，运转率高等。 4、 5000t/d 生产线所用篦冷机比较

对比内容 成都院 天津院 南京院 型号TYPE LBTF篦式冷 TC-12102 篦 NC42340 篦式 却机 设计产量t/d 5000〜6000 篦床有效面积 m2 133.2 式冷却机 冷却机 5000~6000 119.3 41.5〜45.9 5000~6000 133.2 41.3~45.3 冷却负荷t/ (d. m) 传动篦床段数 篦床斜度 传动形式 传动功率kW 篦床行程 mm 篦床运行次数 次 /min 入料温度C 出料温度C 热回收率％ 冷却风用量 Nm 3/kg.cl 破碎机形式 破碎机功率kW 出料粒度mm 篦床的宽x长m 篦床的外观特 征 篦床的供风形 式 风室熟量(个) 241.5〜45.8 3 3段 3 第1、2段篦床 倾第1、2段篦床 倾3段篦床均倾 斜斜3。，第3 段篦斜3。，第3 段篦3 ° 床水平 床水平 液压传动 液压传动 液压传动 225 130 4-25 1400 65+环境温 度 73-76 225 130 4-25 1400 65+环境温度 73-76 225 130 4-25 1400 65+环境温度 72-75 V 2.0 V 2.0 V 2.0 尾部锤式破 碎尾部锤式破碎 机 尾部锤式破碎 机 机 90 90 (90 %)< 25 90 (90 %)< 25 (90 %) <25 3.6 X37.95 窄而长 3.6 X33.66 窄而长 4.2 X34 宽而短 高温段充气梁 供风，中低温段 为风室供风 脉冲供风 直接供风 9 9 9 风机台数（台） 五、窑头燃烧器;

17 15 17 1、燃烧器燃烧原理（如下图）

2、燃烧器位置合理性的意义

燃烧器的位置相对于新型预分解窑来说在线运行时是很 少大幅度调整的，一般都是在检修结束前一次性调整确认到

位，燃烧器位置，尤其上、下、左、右位置对窑工况的影响 特别大。燃烧器太偏下，火焰不顺，易烧损窑皮和耐火材料， 并且导致急烧和不完全燃烧，产生黄心料和熟料

f-CaO跑

点，甚至造成结皮加剧易发生预热器堵塞事故，由于煤粉燃 烧不完全，产生 CO，形成还原气氛，使熟料中三价铁，还 原成二价铁，而产生黄心料，且还原气氛下生成的铁铝酸四 钙量减少，总液相量减少，不利于

f-CaO 吸收反应的进行， 易使 f-CaO 偏高，同时还原气氛是造成新型干

法窑预分解系 统粘结堵塞的关键因素；燃烧器太偏上，火焰烧得较远，结 长厚窑皮，窑尾烟室和末级下料溜子易结皮堵塞，并且窑高 温带后移，易使料子发粘，在入窑生料饱和比较低和煤粉灰 粉大时影响加剧；燃烧器太靠近物料层，一部分燃料就会卷 入物料内，不仅增加热耗而且还会导致结圈和 f-CaO 量偏 高；燃烧器离物料层太远而靠近窑衬，火焰会冲刷窑皮和窑 衬，降低窑衬使用寿命。

3、燃烧器位置确定方式： 燃烧器中心在窑头罩上的坐标位置是它的

基础位置，在 确定燃烧器与窑的相对位置前，应先确定燃烧器端面在窑口 的坐标位置，然后通过打“光点”确定燃烧器中心与窑的交 点及其与窑中心的坐标。理论和实践均证明，燃烧器中心在 窑横截面上的位置是位于面对窑口的左下方，即第四象限 （窑顺时针旋转） ，稍偏窑中心下和稍靠近物料层 （如下图）

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4、新型四通道燃烧器主要特点：

（1 ） 一次风比例低，仅为 5%-7%，节能降耗显著，与传统 燃烧器相比节煤10%以上；

（2） 喷头部分采用耐高温、抗高温氧化的特殊耐热钢铸件 机加工制成，提高了头部的抗高温变形能力；

（3） 火焰形状规整适宜，活泼有力温度高，窑内温度分布 合理；（4） 热力集中稳定，卷吸二次风能力强，提高冷却机热效 率；（5）火焰调节灵活，简单方便，可调范围大，可达

1 :

10 ；

（6）热工制度合理，可提高台时产量 5%-10%，水泥熟料

早期强度提高3-5Mpa ；

7 ）低 NOx 排放量，降幅达 20%-30% ；

（ 8 ）使用寿命长，对煤质适应性强，可烧劣质煤、低挥发 分煤、

9 ）适用范围广，可用于各种窑型的回转窑。

（ 无烟煤和烟煤；（