【摘要】：預(yù)分解工藝已是目前水泥熟料煅燒工藝的主流,但在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)仍然存在物料部分分解和升溫的“熱瓶頸”。如何消除這一傳熱與需熱的矛盾,是熟料煅燒工藝進(jìn)一步發(fā)展的方向。若在目前預(yù)分解工藝入窯生料溫度小于900℃的情況下,進(jìn)一步加強(qiáng)預(yù)分解窯尾系統(tǒng)的預(yù)燒功能,利用懸浮態(tài)的高效傳熱、傳質(zhì)優(yōu)勢提高入窯生料溫度,將有望加快入窯物料的固相反應(yīng)和燒成反應(yīng)過程,將有助于熟料產(chǎn)量的大幅度提升。通過文獻(xiàn)分析和理論計算,定量闡明了提高入窯生料溫度對熟料煅燒系統(tǒng)產(chǎn)量的影響,并且發(fā)現(xiàn)提高入窯生料溫度對窯產(chǎn)量的提升效應(yīng)比提高入窯生料分解率更為顯著。通過煅燒條件的對比模擬,研究了入窯生料溫度對熟料物理化學(xué)反應(yīng)特性的影響。研究發(fā)現(xiàn)在1100℃附近懸浮煅燒下,碳酸鹽礦物新生物相活性可達(dá)到最高,約為900℃下煅燒產(chǎn)物活性的1.31~1.45倍。入窯生料溫度由900℃升高到1000℃,固相反應(yīng)速率加快約十倍(C_2S為2.6~10.7倍,C_3A為2.0~10.0倍,生料為2.8倍);若進(jìn)一步提高反應(yīng)溫度到1100℃進(jìn)行,固相反應(yīng)速率加快約二十倍(C_2S為9.0~19.3倍,C_3A為2.7~26.6倍,生料為4.0倍)。若能保持更高溫度和/或更高分解率的入窯生料進(jìn)行燒成反應(yīng),熟料形成反應(yīng)速率將有較大提升。為掌握入窯生料溫度對窯爐系統(tǒng)熱工特性的影響,基于煅燒窯爐的傳熱、傳質(zhì)、動量傳遞和化學(xué)反應(yīng)過程的分析,建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型研究其溫度場分布規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)窯尾喂煤比例由60%提高到70%時,入窯生料溫度可從886℃提高到1070℃。當(dāng)入窯生料溫度為1070℃時,采用L/D較短(L/D=10)的回轉(zhuǎn)窯,其燒成帶能夠形成更為穩(wěn)定的溫度場,其物料最高溫度比入窯生料溫度為886℃的情況下高80℃,其高溫區(qū)域(1450℃)長度增長了1倍。為預(yù)燒成工藝的進(jìn)一步工程化研究提供相應(yīng)的理論支撐,初步分析了入窯生料溫度提高后對預(yù)分解工藝的關(guān)鍵熱工設(shè)備(旋風(fēng)預(yù)熱器、分解爐、回轉(zhuǎn)窯)的影響。研究發(fā)現(xiàn)入窯生料溫度提高后,分解爐的設(shè)計需滿足提高料氣停留時間比t_m/t_g、延長物料停留時間的要求,并能滿足煤粉的充分分散與良好燃燒的需求;C6旋風(fēng)預(yù)熱器的內(nèi)筒可采用陶瓷內(nèi)筒等技術(shù)措施;回轉(zhuǎn)窯的設(shè)計可采用“大斜度、大直徑、小長徑比”的方案;配料可采取“兩高一中”的方案,并能更好的適應(yīng)易燒性較差的生料。通過系統(tǒng)研究認(rèn)為在目前的預(yù)分解窯工藝基礎(chǔ)上,可望將入窯生料溫度提高到1000~1100℃。綜合分析,當(dāng)窯尾喂煤比例控制在70%時,入窯生料溫度可達(dá)1070℃,入窯生料分解率達(dá)97.1%,此時產(chǎn)量增加95%,熟料理論熱耗降低53.0 kJ/(kg·cl),熟料形成工藝熱耗減少236.1 kJ/(kg·cl),熱效率提高3.6%。
【學(xué)位授予單位】：中國建筑材料科學(xué)研究總院
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TQ172.6
【圖文】：

圖 1-1 濕法長窯溫度和傳熱強(qiáng)度曲線Fig.1-1 Temperature and heat transfer intensity curve of wet kiln從圖 1-1 看出，水泥熟料燒成的物理化學(xué)過程中存在兩處熱瓶頸，一處位干燥帶，為水分蒸發(fā)大量吸收熱量的位置；一處為分解帶，為碳酸鹽礦物大量解的位置。這兩處傳熱與需熱的矛盾，決定了整個窯爐系統(tǒng)的熱效率。如果能

圖 1-2 水泥煅燒技術(shù)進(jìn)展Fig.1-2 Cement calcination technology progress表 1-1 給出了歷史發(fā)展進(jìn)程中，不同水泥熟料煅燒熱工設(shè)備──不同窯容積產(chǎn)量和熱耗[21]。由表中數(shù)據(jù)也可以看出，從濕法長窯發(fā)展到預(yù)分解回轉(zhuǎn)窯內(nèi)熱負(fù)荷的降低，窯產(chǎn)量得到了提升，熱耗得到了降低。

表 1-3 KHD 提供的三種窯型窯內(nèi)物料停留時間Table 1-3 Residence time of material in rotary kiln of three type kiln停留時間/min型分解帶 過渡帶 燒成帶 冷卻帶熱器窯） 28 5 10 2 預(yù)分解窯） 2 15 12 2 D（兩檔短窯） 2 6 10 2 可以看出，兩檔短窯技術(shù)使得物料在 900～1300 ℃的過少，較好的保持了新生態(tài) CaO 和 C2S 的高活性，加快了燒成過程，因而有利于提升熟料強(qiáng)度。如福建龍巖某 10生產(chǎn)線，其熟料強(qiáng)度經(jīng)常都在 66~67 MPa。自 2004 年以短窯生產(chǎn)線投入生產(chǎn)運行，并表現(xiàn)出良好的技術(shù)指標(biāo)[58-6技術(shù)年，西安建筑科技大學(xué)通過對粉體預(yù)熱器的理論研究，推率與固氣比、物料溫度的關(guān)系[62]（以五級預(yù)熱器為例，

【參考文獻(xiàn)】

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1 李永福;陳龍;高緒利;謝彥強(qiáng);;XDL高固氣比預(yù)熱分解窯長期運行情況分析[J];水泥;2017年S1期

2 SHAO Wei;CUI Zheng;CHENG Lin;;Multi-objective optimization of cooling air distribution of grate cooler with different inlet temperatures by using genetic algorithm[J];Science China(Technological Sciences);2017年03期

3 張傳行;張玉福;陳忠民;;降低兩檔短窯窯尾廢氣SO_2的措施[J];新世紀(jì)水泥導(dǎo)報;2016年05期

4 SHAO Wei;CUI Zheng;WANG NaiHua;CHENG Lin;;Numerical simulation of heat transfer process in cement grate cooler based on dynamic mesh technique[J];Science China(Technological Sciences);2016年07期

5 張傳行;梁廣勤;;濕爐渣配料在兩檔短窯上的應(yīng)用[J];水泥;2016年05期

6 郭新杰;;2000t/d生產(chǎn)線高固氣比煅燒技術(shù)改造[J];水泥;2016年04期

7 張傳行;;煤矸石配料在5000t/d兩檔短窯上的應(yīng)用[J];水泥工程;2016年01期

8 楊愛龍;;水泥回轉(zhuǎn)窯溫度分布分析[J];四川水泥;2015年11期

9 蔡玉良;吳建軍;肖國先;丁蘇東;胡道和;韓吉棟;;對流態(tài)化煅燒水泥熟料技術(shù)的再認(rèn)識[J];中國水泥;2015年06期

10 康志紅;武振平;韓永鵬;戶寧;;燃煤助燃劑在Φ5m×60m兩檔短窯上的應(yīng)用試驗[J];水泥;2015年03期

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1 謝吉友;;中國水泥噴射窯的初步探討[A];2003年水泥技術(shù)交流大會暨第六屆全國水泥技術(shù)交流大會論文集[C];2003年

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1 馬愛純;熟料窯內(nèi)流動、傳熱和煤粉燃燒的數(shù)值模擬和優(yōu)化研究[D];中南大學(xué);2007年

2 王文龍;電廠煤粉爐直接聯(lián)產(chǎn)高硅硫鋁酸鹽水泥熟料的試驗研究[D];浙江大學(xué);2004年

3 胡芝娟;分解爐氮氧化物轉(zhuǎn)化機(jī)理及控制技術(shù)研究[D];華中科技大學(xué);2004年

4 李水清;固體廢物熱解制取潔凈燃料和化學(xué)原料的基礎(chǔ)研究[D];浙江大學(xué);2002年

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1 劉心喜;水泥回轉(zhuǎn)窯（火用）平衡分析與系統(tǒng)節(jié)能研究[D];山東大學(xué);2016年

2 李霞;XDL煅燒工藝處理高鎂原料燒制高性能水泥熟料機(jī)理研究[D];西安建筑科技大學(xué);2015年

3 周靜;高固氣比系統(tǒng)水泥熟料質(zhì)量優(yōu)越性研究[D];西安建筑科技大學(xué);2014年

4 唐藝芳;基于泛（火用）分析法的水泥熟料生產(chǎn)過程用能分析研究[D];中南大學(xué);2013年

5 段然;大顆粒流化床水泥熟料煅燒工藝熱模試驗研究[D];西安建筑科技大學(xué);2008年

6 胡亞茹;高固氣比預(yù)熱預(yù)分解全窯系統(tǒng)熱力學(xué)仿真研究[D];西安建筑科技大學(xué);2006年

7 楊新朝;鍋爐內(nèi)摻雜煤粉燃燒過程中水泥礦物演化與數(shù)值模擬[D];大連理工大學(xué);2005年

8 齊靈水;仿真技術(shù)在新型干法水泥窯系統(tǒng)中的應(yīng)用[D];南京工業(yè)大學(xué);2003年

本文編號：2761538