水泥预分解窑燃烧一次风二次风三次风浅谈.docx

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1、水泥预分解窑燃烧一次风二次风三次风浅谈充分认识二、三次风温的重要意义二、三次风在熟料生产中不但是煤粉燃烧的氧气供应者，又是回转窑、分解炉的重要热源，更是物料在分解炉中完成悬浮、混合、旋喷、扩散等多重任务的动力源泉，具有三重重要意义。二、三次风是一对挛生兄弟，都源於窑头罩，具有相同的温度和成分性质，一个用于回转窑，一个用于分解炉，是熟料生产所需的必要条件。水泥熟料的生成是液相烧结，较高的反应温度可获得较高的合成率;同理相同的合成率，温度越高，反应时间越短，反应速度越快，高温对固相反应的扩散具有大的影响。新型干法生产追求较高的反应程度、最低的时间消耗、达到最高的产量。更少的反应时间需要有较高的反应

2、温度，二、三次风温的高低与煤质的优劣是影响温度、影响熟料煨烧效果的两大因素，而二、三次风温的高低常有着不被人十分看重的重要意义。1、三次风对分解炉工作状态的影响1.1 分解炉的工作状态（1）辉焰燃烧。当煤粉喷入分解炉后，在三次风的作用下物料、煤粉颗粒在热气流中悬浮，吸收热量燃烧，发出光和热，形成无数的小火星；这些小火星实质上是一个个小的火焰，它们在气流作用下悬浮、充满整个分解炉，形成燃烧区，但从整体上却看不到具有一定轮廓的有形火焰。因此分解炉中煤粉燃烧并不是一般意义上的无焰燃烧，而是充满全炉的无数小火星组成的燃烧反应，称之为辉焰燃烧，物料颗粒在三次风动力的作用下悬浮、扩散于高温热气流中，固体颗

3、粒发出光、热辐射，呈辉焰状态。三次风温的高低、风量的多少直接影响着辉焰燃烧的效果和分解炉的工作状态。（2）辐射传热。分解炉内的传热主要以对流为主，约占99%,其次是辐射传热。辐射传热速率随温度的四次方而变化，这种辐射传热虽然只占分解炉内总传热量的1%,但却对全炉的温度均匀分布极为有利。由于分解炉中燃料与物料是以悬浮状态混合在一起的，燃料燃烧放出的热量立刻被物料吸收。三次风温高,燃料燃烧快、放热快，物料分解就快；三次风温低，燃料燃烧慢、放热慢，物料分解就慢。因此，三次风温度的增减对分解炉工作影响很大。在分解炉中，生料分解在接近平衡的条件下进行，炉内温度一般在860C920C之间，这时如果温度有一

4、定变化，如升高或降低，都将因幅射传热的变化打破原有的平衡，会引起分解反应速度的升高或降低，由于CaCO3分解反应对温度变化的敏感，温度升高或降低都将引起反应速度常数的增加或降低。这一反应速度直接受三次风温高低、速度、数量大小的影响。1.2 、作为动力的三次风气流在分解炉中，燃料燃烧放热，悬浮状态传热，与物料分解吸热这三个过程是紧密结合在一起的，只有在燃烧放热速率与分解吸热速率相适应时，分解炉才能发挥其应有的作用。因此，分解炉的大小首先应保证生料碳酸盐分解率符合要求（一般在85%95%）及燃料完全燃烬。从实验得知，当生料预热到600进入分解炉、在悬浮状态下、900C时，0.8s内分解率可达到85

5、%；而煤粉燃烬时间约需1.5s2s,可见煤粉完全燃烬所需的时间比碳酸盐分解所需的时间要长。因此，对分解炉内气流运动提出一定的要求，以适应物料吸热分解与燃料燃烧放热时间的一致。首先是分解炉在设计上利用自身结构上的变化、使气流产生强烈的旋转或喷腾效应，又由于离心力的影响，物料的流动速度滞后于气流的运动速度，使三次风在充分供氧的同时，成为物料激烈旋转、循环喷腾、悬浮输送的动力。为此要求分解炉各部位风速稳定，物料悬浮均匀，在相同的断面风速下，生料和煤粉由于气流附壁效应产生离心力的影响，使其在炉内所走的路程与气流所走的路径不同，从而使其在炉内的停留时间大幅度延长；炉内的气流依靠附壁效应使其含尘量大幅度增

6、加而又不产生落料，使料粉在炉内获得适当长的吸热分解时间。同样，由于炉内的旋流或喷腾效应，煤粉滞后于气流，使煤粉颗粒在炉内的停留时间大大延长，造成炉内煤粉浓度增大，这样也会使分解炉单位容积燃烧颗粒总面积增加、使总的燃烧速度增大，从而提高分解炉单位容积的热负荷。二是用增大分解炉的容积和降低炉内风速来延长物料在炉内的存留时间。但大型窑外分解系统如片面增大分解炉容积，将增加制造、安装的难度、费用和运转能耗。为此出现了在分解炉上方至5级筒之间加装长60m大鹅管的设计，大鹅管具有增大炉容、延长路径、延长分解时间、延长煤粉燃烧时间等明显效果，是预分解窑技术的创新与发展。而降低风速，将减小气流悬浮输送能力，制

7、约产量的提高，不可行。3、三次风温分解炉是窑外分解窑的核心，它不但承担着系统燃料燃烧、气固换热、物料在分解炉中完成悬浮、混合、旋喷、扩散、碳酸盐分解等多重任务，具有重要意义，而且对整个烧成系统的热力分布，热工制度的稳定起着至关重要的作用。虽然现在应用的分解炉型式众多，结构各异，但其特点和具有的功能基本相同，都属于高温气固多相流反应器，且具有悬浮床的特征。中控操作者应认识到：三次风温、分解炉温度是最重要的检测和控制参数，它不但表征了生料在分解炉内的预分解情况，即生料分解率的高低，同时也表征了燃料的燃烧情况。三次风温是窑系统最重要的操作参数，知道进分解炉三次风温的温度，基本上就可以判断出该窑系统的

8、运转状况：如二次风温、烧成带位置、分解炉温度、进窑生料分解率、熟料的预期质量等。在正常情况下（三次风阀开到位、三次风管截面积正常）：如进分解炉三次风温的温度在900C950C,烧成带位置应在窑前，熟料28d强度应在56MPa以上；如三次风温的温度在800C900C,烧成带应在窑中，熟料28d天强度应在55MPa以下；如三次风温的温度在800C以下，熟料烧不透、“黄心”、淬冷不好，28d强度应在50MPa左右或以下等，且对燃料消耗指标有明显的影响。因此三次风温是窑系统操作优劣的明显标识，是最重要的操作参数，中控操作员对此应严格把握，努力改善分解炉的工作状况，稳定热工制度。对烧成带位置影响二、三次

9、风温高、低的这种依存关系也应是工厂管理者对生产环节关注的首要着眼点。同时应当指出：三次风温高、熟料质量好，是节能降耗、降低成本、提高产量的前提。温度是影响生料分解速度的最主要因素，随着温度的升高，分子运动速度加快，反应速度增加，分解速度常数增加，CaCO3分解时间缩短，速度加快，分解效果提高；分解率高、低是评价分解炉性能优劣的标志。三次风温的高低变化对分解炉炉温产生直接影响，故进入分解炉的三次风温应高于分解炉的中心温度，三次风温高，可直接提高分解炉炉温和分解率，入窑分解率高，窑内热负荷小，窑速快，热工制度稳定，熟料产、质量高。但这并不是说，分解炉内温度越高越好，分解率越高越好（如100%）。因

10、为当生料还没完全分解时，燃料燃烧所放出的热量，除加热生料到分解温度以外，其余全部用于生料中碳酸盐的分解，这时炉内温度基本恒定，一般在850C95（）C之间，当分解炉中分解用热有富裕时，多余的热量就用于加热炉内物料，这时炉内和炉出口温度就要升高，这会导致分解炉内旋风筒及连接管道、下料管结皮堵塞、热量损失。因此，入窑分解率应控制在一定范围内，一般要留出一定比例的物料(如5%左右)入窑分解，以使操作稳定，同时在分解炉中没有被分解的物料大部分是结粒比较大、较难分解的；这些较难分解的物料喂入窑内经较长时间的煨烧，碳酸盐分解较为完全，在经济上是合理的。三次风温高，分子运动速度加快，反应速度增加，分解速度常

11、数增加，分解效果提高。但结构致密的石灰石，晶体间离子键作用力大，抵抗外来破坏的能力强，分解速度慢；结构相对疏松的石灰石分解速度较快。三次风温低，炉内部分热量要用来增补、提高三次风的风温，造成煤粉燃烧速度变慢，以致发生不完全燃烧；未燃烬的煤粉颗粒随气流离开分解炉后，在C4、C3等预热器内继续燃烧，造成分解炉、预热器等后续系统的超温、结皮，严重时引起堵塞、塌料等。三次风温低、分解炉温度较低，物料吸热不足，分解不完全，入窑生料表观分解率降低，未分解的物料进入回转窑后，进一步吸热，完成分解反应，从而使回转窑内过渡带相对延长，其余各带相对缩短，烧成带向窑头方向压缩，使原本就不长的烧成带变短；熟料烧不好、

12、烧不透，同时由于窑内吸热量的增加，需要增大窑头用煤量来补充热量的消耗；为保证煤粉完全燃烧，就要加大窑内二次风量，增加煤粉完全燃烧所需要的氧气，引起窑炉、风、煤的波动和比例失调；也由于物料分解在窑内吸热，影响窑内正常的热工制度：引起物料压迫火焰形状不规整、火焰回缩，轻者窑速波动大，稳不住，熟料产质量下降，游离钙高，出现黄心料；重者窑内窜灰、跑生；更为严重的是，由于热工制度不稳，火焰形状不良，极易引起窑内窑皮垮落、结圈、火焰冲刷腐蚀，造成窑皮变薄，耐火砖受损,甚至红窑等事故的发生。因此，在日常的操作中，首先要保证入窑物料分解率在规定的范围内，同时尽量使其相对稳定，避免大的波动，以保证回转窑的正常稳

13、定运行。1.4三次风量分解炉内汇聚一、二、三次风、窑风及CaCc)3分解释放出来的C02等风量的总和，但只有三次风是含氧风量，是影响分解炉工作状态的重要因素。而大量不含氧，温度在800以上的窑风、Co2气等，与三次风一起是以后在四个预热器中加热生料粉的可靠热源。三次风量小、风速低，会造成物料扩散性、悬浮性变差，旋喷效果下降，减小传热面积，改变分解过程的性质，分解率降低；三次风量大、风速高，悬浮性好，传热面积增加，分解率提高等。降低或提高三次风量、风速是影响料粉悬浮分散程度、生料分解速度、分解率的重要因素。在分解炉中，物料以悬浮态存在于热气流中，可看作是单颗粒，传热面积大，这就增大了料粉与热气流

14、的接触面积，传热系数比回转窑高2.510倍，传热面积则比回转窑大13004000倍，回转窑在800IIO(TC的温度下，CaCO3的分解通常需要15min以上；而在分解炉内、850CM,生料表观分解率达到85%95%只需几秒钟；分解炉中CO2浓度低、分压低，有利于CaCo3的分解，充足的三次风量可有效降低CO2浓度，是碳酸盐顺利分解的有力保证。煤质对分解炉内温度和分解率的影响十分显著：煤粉细、水分小，分散悬浮度好，燃烧完全，可获得较高的燃烧效率；反之，煤粉粗，分散不好、燃烧不好,造成煤粉后燃、在C4、C3等预热器中继续燃烧，严重时引起结皮、堵塞等事故,并极易烧毁C4、C3等预热器挂片，因收尘效

15、率下降，造成塌料；挥发分高的煤喷入分解炉与高温三次风混合后迅速燃烧，易在分解炉底部形成局部高温而产生结皮。2、二次风对烧成带温度的影响烧成带是水泥熟料矿物形成、耐火材料经受高温、液固两相交错反应、窑皮集中形成的地方，烧成带的温度是影响熟料产、质量的关键因素。影响烧成带温度的因素很多，如窑尾温度、喂煤量、煤粉热值、一次风速、风量、二次风温、风量、筒体表而散热、窑体转速、出窑熟料温度、熟料产量等，都对烧成带温度具有重要影响。烧成带温度较高时，阿里特晶型由Ml向Mln型转变。Mnl型早期水化较慢，3d后的浆体致密，强度提高快，贝利特在高温燃烧及快速冷却下,可使B矿保留活性较高的a型;燃烧温度提高使液

16、相粘度降低,有利于A12O3溶进铁相，形成C6A2F,铁相增加，而剩余下来生成含铝相的A12O3减少；煨烧温度提高也使A矿中固溶的A12O3增加，从而减少铝相。提高烧成带的温度是改善熟料质量的关键措施之一。随着二次风温的增高，熟料烧成带温度呈明显的增加趋势。较高的二次风温不仅是窑内煤粉燃烧的热源,而且为煤粉燃烧提供所需要的氧气；根据二次风温,可以了解熟料的煨烧状况，从而明显减少窑头喂煤量。计算表明，1200C的二次风温较Il（XrC的风温，可节约4%的燃料消耗。因此，较高的二次风温对提高烧成带温度、节省能源是有益的。理论上烧成带温度随窑尾温度的升高而降低，出窑尾废气的温度越高，带走的热量就越多，烧成带温度也会随之降低。但在实际生产中，在其他条件并非不变的情况下，随着窑尾温度的升高，可提高分解炉内生料的分解率，增高入窑物料的温度。当入窑物料温度升高时，烧成带温度会有明显上升。入窑物料温度的升高阻止了烧成带温度的下降，因此尽量提高入窑生料