新型干法水泥生产线概述
新型干法，就是以悬浮预热和窑外分解技术为核心，并把现代科学技术和工业生产成果广泛用于水泥生产全过程，使水泥生产具有高效、优质、低耗、环保和大型化、自动化特征的现代水泥生产方法。
传统的湿法、半干法回转窑生产工艺中，生料的预热、分解和烧成过程均在窑内完成。虽然回转窑能够提供断面温度分布均匀的温度场，并能保证物料在高温区有足够的停留时间，能够满足熟料在高温下煅烧的需要，但作为传热、传质设备其效率则不理想，因为窑内物料主要处于堆积状态，气流与物料的接触面积很小，热传导及对流换热效率很低，同时在堆积状态下，内层物料分解反应受到抑制。因为反应产物CO扩散的面积很小，阻力大、速率慢，料层内部颗粒被CO气膜包裹，CO的分压大，分解要求温度高，这就增加了石灰石分解的困难，降低了分解速率。
悬浮预热、窑外分解技术的突破，从根本上改变了物料的预热、分解过程的传热状态，将窑内（物料堆积状态下）的预热和分解过程，分别移到预热器和分解炉内进行。从而使入窑生料的分解率从悬浮预热窑的30%左右提高到85%～95%。这样，不仅可以减轻窑内煅烧带的热负荷，有利于缩小窑的规格及生产大型化，而且可以节约投资，延长衬料寿命。
第一部分 悬浮预热技术
悬浮预热技术是指低温粉状物料均匀分散在高温气流之中，在悬浮状态下进行热交换，使物料得到迅速加热升温的技术。
1.1悬浮预热技术的优越性
悬浮预热技术从根本上改变了物料预热过程的传热状态，将窑内物料堆积态的预热过程移到预热器内，在悬浮状态下进行预热。由于物料悬浮在热气流中，与气流的接触面积大幅度增加，因此传热速率快，传热效率高。
1.2预热器的构成及功能
目前在预分解窑中使用的预热器主要是旋风预热器，构成旋风预热器的热交换单元主要是旋风筒及各级旋风筒之间的连接管道(换热管道)。
预热器系统要求具备使气、固两相能充分分散、迅速换热、高效分离三个功能。
1.3 旋风预热器
旋风预热器是由旋风筒和连接管道（即风管）组成的热交换器。现在一般为五级预热器，也有六级预热器。风管是旋风预热器系统中的重要组成部分，它不但承担着上下两级旋风筒间的连接和气固流的输送任务，同时承担着物料分散、均布和气、固两相间的换热任务。预热器系统除旋风筒和换热管道外还设有下料管、撒料器、锁风阀等，它们共同组合成一个换热单元。
旋风筒的作用主要是气固分离，传热只占6%～12.5%。气固间的热交换80％以上是在风管内进行的，热交换方式以对流换热为主。气固之间的换热在进口管道内仅需0.05s左右即能完成，一般物料在转向被加速的起始区段内即完成换热。
最高一级旋风筒（C1）的分离效率决定着预热器系统的粉尘排出量，提高它的分离效率是降低外部循环的有效措施，因此一级旋风筒一般采用双旋风筒的形式。
各种类型的旋风预热器的换热管道风速，一般选用12～20m/s。
为了使生料能够充分的分散悬浮于管道内的气流中，加速气固之间的传热。往往采取以下措施：
(1) 在生料进入每级预热器的上升管道处，管道内设有物料分散装置，一般分板式撒料器（如图所示）和箱式撒料器。撒料装置的作用在于防止下料管下行物料进入换热管道时向下冲料，并促使下冲物料冲至下料板后飞溅、分散。装置虽小，但作用极大。
(2) 两级旋风筒之间的管道必须有足够的长度，以保证生料悬浮起来，并在管道内有足够的停留时间，提高换热效率。
(3) 旋风筒下料管道上设有锁风翻板排灰阀，要求结构合理、调节灵活、不漏风。锁风阀是预热器系统的重要附属设备，装设于上级旋风筒下料管与撒料盒之间的适当部位。其作用在于保持下料管经常处于密封状态，既要保持下料均匀畅通，又要防止气流通过料管进入上级旋风筒导致的内漏风，做到换热管道中的气流及下料管中的物料“气走气路、料走料路”，各行其路。这样，既有利于防止换热管道中的热气流经下料管上窜至上级旋风筒下料口，引起已经收集的物料再次飞扬，降低分离效率；又能防止换热管道中的热气流未经同物料换热，而经由上级旋风筒底部窜入旋风筒内而降低换热效率。
第二部分 预分解技术
预分解技术(或称窑外分解技术)是指将燃料分一部分在分解炉内燃烧，预热后的生料喂入分解炉后在悬浮状态下升温分解，生料中的碳酸钙转化成氧化钙的技术。预分解技术出现后，熟料煅烧所需的60%左右的燃料转移到分解炉内，用于碳酸盐的分解反应，这样，生料入窑分解率大幅度提高，达到85%～95%左右，回转窑负荷大大降低，生产能力得以提高，为生产规模的大型化提高了前提，诸如5000t/d以上的大规模水泥熟料生产线开始出现。
2.1分解炉的作用
分解炉的作用主要是完成生料中碳酸盐的分解过程，提高入窑生料分解率。由于生料与燃料在炉内能够充分分散混合和均布，燃料能在炉内完全燃烧，并把燃烧热传递给物料，生料中的碳酸盐能迅速吸热、分解。
分解炉内气流运动的基本形式有旋涡式、喷腾式、悬浮式、流化床式等。在这几种形式内，生料及燃料分别依靠“涡旋效应”、“喷腾效应”、“悬浮效应”和“流态化效应”分散于气流中。
目前，分解炉的发展趋势主要有以下几个方面：
①适当扩大炉容，延长气流在炉内的停留时间。
②改进炉的结构，使炉内具有合理的三维流场；力求提高炉内气、固停留时间比，延长物料在炉内的停留时间。
③保证炉内均匀喂料，物料入炉后能迅速分散、均匀分布。
④改进燃烧器形式与结构，合理布置，使燃料入炉后能迅速点燃。
⑤下料点、喂煤点及三次风之间布局合理匹配，以促进燃料起燃、燃烧和碳酸盐分解。
⑥降低NOx，SOx等有害气体排放量，确保环保达标。
2.2分解炉内生料的分解
生料在分解炉内处于悬浮状态，生料分解反应既受化学反应动力学控制，也受反应物及生产物扩散速率的控制。影响生料分解速率的主要因素如下：
①分解温度：温度越高，分解越快。
②炉气中CO浓度：浓度越低，分解越快。
③生料的物理、化学性质。结构致密，结晶粗大的石灰石分解速率较慢。
④生料粒径：粒径越大，分解所需的时间越长。
⑤生料的悬浮分散程度：悬浮分散性差，相当于加大了颗粒尺寸，改变了分解过程性质，降低了分解速率。
表1 分解温度、CO浓度、分解率与分解时间的关系
分解温度/℃ | CO浓度/% | 分解率达85%时分解时间/s | 分解率达95%时分解时间/s |
820 | 0 10 20 | 6.3 11.2 25.1 | 14.0 22.6 55.2 |
850 | 0 10 20 | 3.9 5.2 7.5 | 8.7 11.3 16.5 |
870 | 0 10 20 | 2.8 3.5 3.9 | 6.1 7.6 9.6 |
900 | 0 10 20 | 1.2 2.2 2.5 | 3.9 4.6 5.0 |
表2 各种篦冷机的性能指标
类型 | 单位篦床面积产量[t/(m·d)] | 单位冷却风量(Nm/kg·c1) | 热效率(%) |
第一代福勒型篦冷机 | 25～27 | 3.4～4.0 | < 50 |
第二代厚料层篦冷机 | 32～34 | 2.7～3.2 | 65～70 |
第三代充气梁篦冷机 | 40～~55 | 1.7～2.2 | 70～75 |
第四代无漏料篦冷机 | 45～55 | 1.5～2.0 | 72～76 |
表3 现场热态测试和标定的测点布置及内容
序号 | 部位 | 测试内容 |
1 | C出口 | 气体温度（t）、气体压力（P）、气体含尘量（C）、气体成分(α)、气体流量（G） |
2 | C出口 | 气体温度（t）、气体压力（P）、物料温度（t）、物料流量（G） |
3 | C出口 | C出口：气体温度（t）、气体压力（P）； |
4 | C出口 | 气体温度（t）、气体压力（P） |
5 | C下料 | 物料分解率（ε）取样 |
6 | C出口 | 气体温度（t）、气体压力（P）气体成分（α） |
7 | C下料 | 物料分解率（ε）取样 |
8 | 分解炉出口 | 气体温度（t）、压力（P）、气体成分（α） |
9 | 窑尾 | 气体温度（t）、气体压力（P）、气体成分（α） |
10 | 三次风管 | 气体温度（t）、气体压力（P）、气体流量（G） |
11 | 窑头 | 气体温度（t）、气体压力（P）、物料温度（t） |
12 | 一次风机 | 气体温度（t）、气体压力（P）、气体流量（G） |
13 | 煤磨风管 | 气体温度（t）、气体压力（P）、气体流量（G） |
14 | 冷却机用风 | 气体温度（t）、气体压力（P）、气体流量（G）） |
15 | 冷却机余风 | 气体温度（t）、气体压力（P）、气体流量（G）） |
16 | 冷却机出口 | 物料温度（t）、物料流量（G） |
17 | 系统表面 | 表面温度（t） |
18 | 窑头用煤 | 煤量（G）、煤温（t） |
19 | 分解炉用煤 | 煤量（G）、煤温（t） |
| 20 | 送煤风机 | 气体流量（G） |
| 21 | 生料 | 化学成分 |
| 22 | 煤 | 工业分析 |
| 23 | 熟料 | 化学成分 |
表4 生、熟料及煤灰化学成分
| Loss | SiO2 | AI2O3 | Fe2O3 | CaO | MgO | R2O | KH | SM | IM |
生料 | | | | | | |||||
熟料 | | | | | | | | | ||
煤灰 | | | |
表5 煤的工业分析
| 水分% | 灰分% | 挥发分% | 热值kJ/kg |
煤粉 |
收入物料项目 | 支出物料项目 |
燃料消耗 | 熟料量 |
生料消耗 | 预热器出口废气量 |
一次空气量 | 预热器出口飞灰量 |
入冷却机空气量 | 冷却机余风排出量 |
系统漏风量 | 其它支出 |
物料总收入 | 物料总支出 |
序号 | 收入热量 | 序号 | 支出热量 |
1 | 燃料燃烧热 | 1 | 熟料形成热 |
2 | 煤粉显热 | 2 | 出冷却机熟料显热 |
3 | 生料显热 | 3 | 预热器出口凌气热 |
4 | 一次空气显热 | 4 | 预热器出口飞灰显热 |
5 | 入冷却机显热 | 5 | 冷却机余风显热 |
6 | 冷却机喷水显热 | 6 | 冷却机余风显热 |
7 | 系统漏风热 | 7 | 系统表面散热 |
8 | 分解炉送煤风显热 | 8 | 其它热损失 |
9 | 热量总收入 | 9 | 热量总支出 |
序号 | 收入热量 | 序号 | 支出热量 |
1 | 出窑熟料显热 | 1 | 出冷却机熟料显热 |
2 | 入冷却机空气显热 | 2 | 三次风显热 |
3 | 冷却机喷水显热 | 3 | 冷却机余风显热 |
4 | | 4 | 预热器出口飞灰显热 |
5 | | 5 | 冷却机喷水蒸发热耗 |
6 | | 6 | 冷却机表面散热 |
7 | | 7 | 其它热损失 |
热量总收入 | | 热量总支出 |
2023-12-24
2023-08-28
2023-08-27
2023-04-28
2023-04-17
2022-10-17
2021-05-25
2023-12-06
2023-11-22
2023-10-26
2023-12-20
2024-01-26
2023-06-18
2023-06-24
2023-04-11
2023-04-24
