水泥厂工艺资料.docx

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水泥厂工艺资料

工艺基础部分

第一部分：

新型干法范畴：

1、阐述水泥生产的新型干法工艺是相对于原来的传统的干法工艺而言，分解窑以传统

的回转窑工艺无法比拟的高质量、低消耗、高效率、高环保的特点，形成了取代这些传统工艺的趋势，为了与老干法工艺区分开来，水泥界人士称预分解工艺为新型干法工艺。

同时在预分解工艺发展的过程中，相关的粉磨技术如立磨、辊压机，物料均化技术如均化

堆场、均化库，在线分析仪及自动化控制技术，以及原燃材料的综合利用、余热发电等技术也以很快的速度在水泥生产中应用，正是这些技术的发展使水泥工艺控制更加完善。

2、预分解技术介绍：

预分解窑是20世纪70年代发展起来的一种煅烧工艺设备。

它是在悬浮预热器和回转窑

之间，增设一个分解炉或利用窑尾烟室管道，在其中加入〜60%的燃料，使燃料的燃烧放热

过程与生料的吸热分解过程同时在悬浮态或流化态下极其迅速地进行，使生料在入回转窑之前基本上完成碳酸盐的分解反应，因而窑系统的煅烧效率大幅度提高，这种将碳酸盐分解过程从窑内移到窑外的煅烧技术称窑外分解技术，这种窑外分解系统简称预分解窑。

1产量优势：

在一般分解炉中，当分解炉温度在860-900。

时，入窑物料的分解率可达

85-95%,需要的时间仅为4-10S，而在窑内分解时需要30分钟左右，可见效率大大提高，这样在窑内填充率不变的情况下，窑速就可大大提高，相同直径的窑产量成倍增加。

2热耗优势：

由于在分解炉内物料呈悬浮状态，传热面积增大，传热速率提高，同时配

套冷却机及新型燃烧器的发展在热回收及煤粉燃尽率方面都有很大提高，从而使熟

料单位热耗大大降低。

3质量优势：

由于窑速的提高，窑内物料的传热效率及均匀性极大的改善，同时窑内物料的停留时间大大缩短，因此相对传统工艺熟料强度得到提高，新型冷却机、燃烧器及相关均化控制技术的发展都为熟料质量提供了保证。

第二部分：

名词解释：

1、什么叫熟料三率值：

熟料化学成分主要由CaO,SiO2,AI2O3和Fe2O3四种氧化物组成，其含量总和通常在95%以上。

这四种氧化物的波动范围如下：

CaC为62%〜67%SiO2为20%〜24%AI2O3为4%〜7%Fe2O3为2.5%〜6%三大率值指饱和比KHSM（n）、IM（p）。

1饱和比是熟料中全部氧化硅生成硅酸钙（C3S和C2S所需的氧化钙含量与全部二氧化硅理论上全部生成硅酸三钙所需的氧化钙含量的比值，KH=（CaO-1.65Al2O3-0.35Fe

2O3）/（2.8SiO2），控制范围一般在0.89-0.92之间，当KH值高时，煅烧困难，物料耐

火，f-cao可能会增加。

2硅率（SM或n）硅率表示Si02的百分含量与AI2O3和Fe2O3百分含量之比，SM=SiO2/

（AI2O3+Fe2O3），如果硅率过高，液相过少，不利于煅烧，控制范围一般在2.2-2.7

之间。

3铝率（IM或p）铝率表示AI2O3和Fe2O3百分含量之比。

铝率高，液相粘度大，物料难

烧，但铝率过低，虽然液相粘度小，窑内易结大圈，控制范围一般在1.4〜1.8之间。

2、什么叫液相量：

液相量是物料在1450C度的情况下形成的液相含量，是在窑里面形成的

液体形态的量，液相量计算以熟料化学成分计算：

L=3XAI2O3+2.25XFe2O3+K2O+Na2O

+MgO+SO3,一般控制在24-27%之间，液相小物料耐火，难于结粒；液相大，结粒大，容易结圈、蛋。

3、什么叫游离钙（f-CaO）:

它表示生料煅烧中氧化钙与氧化硅、氧化铝、氧化铁结合后剩

余的程度，是没有参加化学反应而以游离状态存在的氧化钙，它的高低数值可以对煅烧情

况和熟料质量进行判断，它直接影响水泥的安定性及熟料强度，控制范围：

f-CaO<1.5-2.0%。

4、什么叫立升重：

是指一定粒度的熟料单位容积的重量，以g/L表示，一般控制在1300-1500g/L左右，在配料不变的情况下，立升重太低，说明熟料欠烧，太高说明熟料过烧。

5、什么叫烧失量：

生料烧失量表征物料加热分解的气态产物（如H2O，CO2等）和有机质

含量所占总量的百分比，生料烧失量一般在32-34%左右，主要和料耗有关系，烧失量越

大料耗越大。

熟料烧失量是指窑内物料反应不完全，还有部分CaCO3没有分解或煤粒未

燃烧的这一部分，它是衡量熟料质量好坏的重要指标之一，烧失量高，熟料孔隙率大，不致密，影响熟料后期强度，熟料烧失量一般控制0.5%。

6、什么叫熟料硫碱比：

硫碱比=SO3^（K2O^0.5Na2O），熟料中一般控制在《1控制，最好在0.3—0.6之间，还有一种算法：

硫碱比二SOP（0.85K2O+1.29Na2O），硫碱比失调，造成飞砂或熟料结粒偏大。

7、生料易烧性：

所谓生料易烧性是指在窑实际操作中，熟料煅烧的难易程度。

一般是以生料在一定温度下，经过一定时间煅烧后，熟料中所含游离钙的多少来表示，游离氧化钙越多，易烧性越差；游离氧化钙越少，则易烧性越好。

生料细度（%）

熟料率值

f-CaO含量（%）

液相量

（%）

1450C

+80

ym

+200

ym

KH

SM

IM

1350

C

1400

C

1450

C

9.6

0.2

0.918

2.75

1.67

6.82

5.99

4.77

24.18

14.2

0.4

0.913

2.66

1.64

7.70

6.91

5.21

24.94

10.2

0.2

0.919

2.74

1.61

6.75

6.17

4.90

24.40

8什么叫料耗：

理论料耗（干基）：

不计生产损失和物料水分的情况下，生产每千克熟料所

消耗的干生料量，公式=（1—煤灰掺入量）/（1—生料烧失量/100）,实际料耗=标定实际生料/标定熟料产量，一般情况下在1.55-1.65左右。

9、什么叫实物煤耗、标准煤耗、热耗：

实物煤耗和标准煤耗、热耗是一个经济指标，是衡量企业经营水平的一个重要指标。

如原煤发热量单位用KJ，则1Kcal=4.18KJ。

实物煤耗：

生产1kg熟料所消耗的实际原煤的重量，单位kg/kg，它是按月物料平衡表提供

的全月熟料产量和全月煤消耗量以及进厂煤热值计算结果：

公式=月原煤实际消耗X（1-原煤

水分）/月产熟料或者窑头+窑尾）用煤的总和x（1-煤粉水分）/月产熟料

2标准煤耗=实物煤耗X煤粉热值（大卡）/7000

3熟料热耗：

生产1kg熟料所消耗的热量，单位Kcal/kg，公式二标准煤耗X7000

生产线规模

一般水平（热耗）

较好水平（热耗）

2500t/d

760

740

5000t/d

730

720

10、热损失的组成部分：

主要包括预热器出口废气热损失、系统散热损失、冷却机余风及熟料热损失三大部分，三大热损失一般最高为330Kcal/Kg。

其中预热器出口温度高、飞灰损失

大导致预热器出口废气损失大，一级出口温度平均升高10C,熟料热耗增加约4-5Kcal左右,一般情况下预热器出口废气损失占总热耗的20%左右，熟料热耗高的第二个方面是烧成系统

的散热损失较大，就系统各部分散热损失大小而言，回转窑最大，以下依次为预热器、三次风管、分解炉、篦冷机，其中回转窑、预热器两者散热损失之和要占系统总散热量的80%〜

90%，一般情况下散热损失占总热耗的10%左右。

冷却机余风温度高、废气量大、出窑熟料温度高、二三次风温低，篦冷机热回收效率、冷却效率低致使窑头部分热损失大，一般情况下二三次风温升高100C，熟料热耗降低约7Kcal左右，熟料冷却温度降低100C，熟料热耗降低约20Kcal左右。

11、原煤工业分析中的水分（Mad）、挥发分（Vad）、灰分（Aad）、固定碳（FCad）热值（Qet,ad）:

1挥发分：

是煤中氢、氧、氮、硫和一部分碳的气体产物，大部分是可燃气体，挥发分是表征煤粉燃烧特性的重要指标，挥发分含量影响燃烧器的型式及配风方式，影响磨煤机型式、分解炉形式等。

2灰分：

是指煤在烧后剩下的固体残渣，它是煤中的矿物质经过氧化、分解而来的，实际上就是煤中不能燃烧的部分，表明的是煤中矿物组织的含量，它的含量越高，煤的工业使用价值越低，主要成分是SI02和AL2O3，灰分越高，热效率越低，影响燃烧；灰分因参与配料，如果太高会对熟料质量产生影响；

项目

CaO

SiO2

Al2O3

Fe2O3

MgO

煤灰

4.34

59.31

22.34

5.88

0.80

3固定碳：

测定煤的挥发分时，剩下的不挥发物称为焦渣，焦渣减去灰分称为固定碳，它是煤中不挥发的固体可燃物，固定碳的多少在一定程度上反映反映出煤发热量情况，固定碳越高发热量也就越高，它是确定煤炭质量用途的重要指标。

4水分：

煤中水分分为外在水分、内在水分，外在水就是表面水，内在水是指将煤加热到110C

时才能失去的水分，这种水分主要以吸附等物理方式存在于煤中，水分过大不但会降低火焰峰值温度，影响熟料质量，而且还会增加热耗，煤粉水分一般控制在《1.5。

5煤的发热量：

也称为煤的热值，是指单位质量的煤完全燃烧后所放出的热量，水泥厂用煤

热值一般在4700-6000Kca/Kg。

烟煤：

发热量较高，烧时火焰长而多烟而得名，挥发分（Vad）=10%〜40%，好的烟煤热值一般在5200Kca/Kg以上；其中烟煤中还有一种劣质煤，这种煤挥发分中等，灰分很高，一般在30%以上，水分也偏高，而发热量很低的煤，一般（Vad）=20%左右、灰分（Aad）=35左右，热值（Qet,ad）《5000Kca/Kg.

无烟煤：

固定碳含量高，挥发分低，硬度大，燃点高，燃烧时烟气少得名，挥发分（Vad）《10%，无烟煤热值较高，一般在5500Kca/Kg以上。

第二部分：

原燃材料要求：

为了满足熟料质量及系统操作的要求，规范对生料有害成分做了

如下约束：

0.658K2O+Na2&1%Cl-<0.015%;SO3/R231%主要原燃材料技术要求：

1、石灰石

凡是以碳酸钙为主要成分的原料都称为石灰质原料，常用的天然石灰质原料有石灰石、泥

灰岩、大理岩等。

类别

CaO（%

MgO（%

R2O（%

SO3（%

Cl-（%

燧石或石英

一级品

>48

V2.5

V0.6

V1.0

V0.015

V4.0

石灰石

二级品

45〜48

V3.0

V0.8

V1.0

V0.015

V4.0

泥灰岩

35〜45

V3.0

V1.2

V1.0

V0.015

V4.0

2、硅质原料（粘土质）：

原料的种类很多，有粘土、黄土、页岩、粉砂岩、河砂等

类别

硅酸率

铝氧率

MgO（%

R2O（%

SO3（%

Cl-（%

一级品

2.7-4

1.5-3.5

<3

<4

<2

<0.02

二级品

2-2.7或4-4.5

「不限

<3

<4

<2

<0.02

3、校正原料：

用于补充配料中Fe2O3AI2O3、SI02不足的原料，主要有钢渣、硫酸渣、铝矶土、粉煤灰等。

硅质原料

硅率

SIO2（%

MgO（%

R2O（%

SO3（%

>4.5

>80

<5

<4

<2

铁质原料

Fe2O3>40

铝质原料

AI2O3>30

备注：

目前工业废渣在生料配料中也得到一定应用，如电石渣、煤矸石、矿渣等。

4、原煤：

煤作为水泥熟料烧成的燃料，供给熟料烧成所需的热量，但是其中所含的灰分，绝大部分落入水泥熟料中，而影响水泥熟料的成份和性质，从这一点讲，煤又是生产水泥的一种“原料”，因此对于水泥厂用煤的质量有一定的要求。

原煤

挥发份（%

灰份（%

全硫（%

发热量kcal/kg

18-35

<30

<2

>5000

备注：

生产中为了节能减排、降低成本，一般水泥厂和设计院都会考虑使用劣质煤的情况，不会机械的照搬规范要求，规范里对燃料的要求是一个推荐性的要求，而且是随着热工配套技术的发展，现今的生产实践表明，劣质煤也可以煅烧出质量较高的熟料。

第三部分：

配料

1、配料：

根据水泥品种，原料的物理化学性能与具体生产条件，确定所用原料配合比，以得到煅烧水泥熟料所需要适当成份的生料，称为生料的配料，简称配料，它既是工艺设计的依据，又是正常生产的保证，配料包括原料的选择、熟料成分的设计与生料配料计算。

2、配料基本原则：

烧出的熟料具有较高的强度和良好的物理化学性能，同时配制的生料易于粉磨和煅烧，生产过程中易于控制和管理，便于生产操作。

3、配料控制：

配料仪器控制经过钙铁分析仪、硅铝分析仪的变化，目前通常采用多元素

分析仪或在线分析仪；生产控制中通过控制熟料的三率值，即KH（饱和比）、SM（硅酸率）、P（铝氧率），也就是通常所说的目标值，然后通过熟料率值反算生料率值，进

而得出生料配料各组分的配比，实现生产中通过计量称得到准确控制。

4、配料常规方案选择：

水泥企业经过比较长的摸索，证明采取“两高一中”（中饱和比、

高硅率、高铝氧率）的配料方案是比较合理的，即KH（饱和比）=0.87-0.89、SM（硅

酸率）=2.4-2.6、P（铝氧率）=1.4-1.6，采取此种方案不仅能获得较高的熟料强度，而且避免了很多像结圈、厚窑皮、熟料结粒大、预热器结皮堵塞等工艺事故，大大提高了系统运转率。

随着热工技术、设备的发展和国家综合资源利用政策的颁发，预分解窑生产线进一步发展了“两高一中”的配料方案，实践证明预分解窑熟料的三率值比“两高一中”限定的率值有更大的适应范围，目前分解窑三率值范围如下：

KH（饱

和比）=0.89-0.93、SM（硅酸率）=243.2、P（铝氧率）=141.7，—般都能煅烧处质量优良的熟料，但是配料方案也是处于动态稳定的状态，作为水泥企业仍在生产中摸索适合自己系统最佳的配料方案，以达到经济效益的最大化。

第四部分：

全厂工艺流程介绍

n

，上

tT

7".解-

*

-

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■

1'

第五部分：

预热系统介绍

1预热器功能：

预热器的基本任务是预热、分离

生料，对生料加热到入分解炉时的800°左右，热

源是来自窑尾的高温废气及分解炉煤粉的燃烧，预

热器为了热源和冷生料之间的热交换提供最佳条件。

设计中应该满足如下要求：

①生料和热气流的热交换80%左右在预热器之间的连接管道内完成，因此管道长度与直径既要保证气料和物流有尽可能的热交换时间，还要保证管道内有足够的风速能使物流顺利由下向上运动至旋风筒。

②、为了提高

传热效率，旋风筒应该提高分离效率，让受热的生料与传热后的废气尽量分离，同时旋风筒应努力降

三次风

低自身阻力损失。

③旋风筒下方的锁风阀功能应提高，否则会降低旋风筒分离效率或造成预热器堵塞。

1、预热器内各组件介绍：

1内筒：

内筒是指在预热器顶部其它出口处，在旋风筒内筒增设的挡风圈,它的作用是使进至本级旋风筒侧面的气体和物流，不能一起走短路至上一级预热器，从而保证本级旋风筒的分离效率，内筒伸入预热器长度是不同的，伸入过长将增加阻力，过短将降低气料的分离效率。

内筒的的工作环境相当恶劣，不但经受高温的烧蚀，还要承受高速气流及物流的磨蚀，尤其是四、五级内筒，内筒如果损坏或者变形，不仅会降低系统的分离效率，造成热耗好，而且还可能由于内循环造成预热器塌料、堵塞。

2撒料装置：

撒料装置的作用是让物流从上一级预热器进入到下一级预热器管道或者分解炉时，避免物流高动能向下冲入，使物流能与其气料进行充分的热交换，它的原理是让物流经过它的阻击或者反弹后立即分散，均不在热气流中，提高了传热效率，虽然装置简单，但是它的作用很大。

我院的撒料装置角度经过的30°、25°、15°的变化，并对结构进行优化，现已在生产线上使用5°新型撒料装置。

3锁风阀：

当物流在预热器旋风筒中与气体分离后从下部锥体出料口流至下一级预热器管道时，管道内的热气流也会从此下料口进入本级旋风筒,因此下料管道上必须设置锁风阀，当物流冲击阀板时开启，无物流通过时，阀板靠自重关闭，防止热风上窜，从而保证系统分离、传热效率。

2、预热器各级常规温度、压力

标准的预热器的温度和（压力）的运行参数

C

差值

-P

差值

C1出口温度

320

200

C1出口压力

-4500

1000

C2出口温度

520

130

C2出口压力

-3500

800

C3出口温度

650

120

C3出口压力

-2700

800

C4出口温度

770

100

C4出口压力

-1900

800

C5出口温度

870

20

C5出口压力

-1100

400

分解炉出口

890

分解炉出口压力

-700

550

总差值

570

目前实际运行生产线温度（压力）运行参数

部位

温度（C）

压力（一Pa）

备注

C1出口

300-330

4800-5500

说明：

如果系统超产幅度大或者系统不正常，参数会有明显变化。

正常情况下各级压力相差

约600-1000Pa左右，各级温度梯度C5至UC4降低80C、C4到C3降低100-120C、C3至UC2降低130-150C、C2至UC1降低200-220C左右.；旋风筒锥体压力一般比出口压力高300-500Pa左右，旋风筒进口温度比出口温度高20C左右，旋风筒出口温度比锥体下料温度高出约10C左右。

C2出口

490-520

4000-4700

C3出口

640-670

3200-3700

C4出口

740-770

2500-3000

C5出口

820-860

2000-2500

分解炉出口

880-900

1200-1500

3、评价预热器性能的标准:

1传热效果好，其标志是：

一级出口温度低，对于五级预热器系统，最低可达到280C，—般在300-320C。

2预热器系统阻力小，为了提高气料分离效果，而采取的结构上的措施往往会同时增加阻力，造成压力损失过大，因此性能良好的预热器，还是要想办法降低阻力，使它的组合能耗低。

3预热器的散热损失小，由于预热器在整个系统煅烧中表面积最大，因此

应该重视它的保温隔热性能，以降低系统表面散热损失

4预热器级数若以单位热耗值最低为目标函数时，最佳级数7〜8级，若以单位产品综合能耗（包括热耗与电耗）为计算的目标函数时，最佳级数6〜7级，若以单位产品的成本最低为目标函数时，最佳级数5级。

因此一般情况下选用五级预热器，近几年来有的工厂已采用六级预热器，节能增产效果更好，但需进一步降低系统阻力。

4、预热器常见问题：

1预热器塌料现象：

预热器塌料是指预热器内物料不能均衡地按照设计的运动路线向下入窑，而是成股的入窑，反映在窑头经常会有成股热气流喷出或者生料直接窜出回转窑，窑尾等处的压力与温度都会变化。

由于现在的预热器设计的已经相当成熟，塌料已经不常见了。

引起塌料的原因：

a系统加料不稳定或者用风不稳，包括风机失控丢转，生料成股下料，操作调节幅度过大或窑炉风量不匹配等原因，使料量与风量不匹配。

b预热器及其联接管道的设计尺寸与形状不合理，或经过使用后变大所

致，使系统内有存料的位置，当料累计到一定程度时，就会集中下来。

c

系统进入某一级预热器时，分散不好，料不能被成功托起分散（如撒料装置磨损严重）。

d内筒挂片变形、损坏严重或者锁风阀动作不灵活，锁风效果不好，都会造成物料内循环，等循环到一定量，就会集中下来。

e

旋风筒锥体、下料管下料不畅，积料过多，集中下来形成塌料。

2预热器堵塞：

预热器堵塞的原因很多，根据堵塞机理分为结皮性堵塞、

烧结性堵塞、沉降性堵塞、异物性堵塞四类。

a结皮性堵塞是由于物料

中有害成分的循环富集，形成越来越厚德结皮，如果没有得到及时处理

就会堵塞，通常这类堵塞只要原燃材料不发生变化，经常会出现在某一固定位置。

b烧结性堵塞，由于某级预热器温度过高，使生料在预热器内发生烧结反应而堵塞，这种堵塞多发生在五级和四级c沉降性堵塞，

由于系统某处风速不足或物料分散不好，不能使物料处于悬浮状态，而是直接沉降在某一级预热器，这种堵塞也可成为塌料性堵塞。

d异物性

堵塞，如果系统内有浇注料块、火砖、锁风阀阀板、内筒挂片等异物脱落或系统外物进入预热器内，都可能造成此类堵塞。

3预热器漏风：

预热器漏风分为内漏风和外漏风a内漏风是指预热器内部的气流未按要求路线流动，走了短路，较多表现在各级预热器下锁风阀锁风不好。

b外漏风是指系统外的冷空气进入系统，这样的位置较多，如人孔门、捅灰孔、锁风阀轴头、仪表插入孔等。

第六部分：

分解炉

1、功能：

分解炉的基本功能就是将进入分解炉的生料完成95M右的分解

任务，然后通过最后一级预热器进入窑内，在炉内完成燃料燃烧、放热、给生料传热、生料分解四个环节；分解炉是把生料分散悬浮在气流中，使燃料

燃烧和生料分解过程在很短时间（〜3秒左右）内发生，因此是一种高效率的直接燃烧式固相一气相热交换装置。

2、分解炉类型：

分解炉经过数年的发展与改进，比较常用的类型多达十余种，根据其原理大致可分为以下几种类型：

喷腾式FLS、RSP、流化床MFC、NST管道炉，我院的分解炉经过了类似RSP、NSF形式、TDF、TDF改进的TSD和TWD、TTF分解炉三代改进历程。

以下为我院分解炉形式：

+窑气

接ft热器

TSDTSF

ft/

三次凤

3、评价分解炉性能的标准：

1物料在炉内的分散均匀程度好：

加强固体粉状物料在分解炉内的分散与均布是分解炉开发的第一要诣。

理论分析和生产实际充分证明，只有物料的分散效果，才能达到良好的气固接触状态，煤粉燃烧、碳酸盐分解反应才可能具有良好的反应环境，煤粉燃尽率高不存在煤粉后燃现象，生料入窑分解率90沖上，满足预分解窑煅烧要求。

2分解炉阻力小：

有的预分解窑由于窑尾高温风机的能力不足而影响系统熟料产量的提高的，若系统压降过大，也会使熟料烧成的热耗提高，影响系统的整体指标，若降低阻降，相当于提高了高温风机的能力与潜力，禾打充分发挥系统各设备功能，增产降耗。

3料气停留时间比值大：

分解炉内料气停留时间比值的大小反映了分解炉空

间利用率的高低，料气比越大，设计上就可减小炉容，在相同分解炉容积、相同热工条件下物料和煤粉在分解炉内的有效滞留时间越长，有利于降低系

统各部位温度及熟料烧成热耗，从而提高熟料产量。

4分解炉内煤粉完全燃烧过剩系数低：

分解炉内煤粉燃烧所需要的过剩空气

系数从0.95—1.15相差很大，这样出预热器的废气量可以差12%因此直接影响窑尾高温风机的的配置。

5分解炉的性能的“刚性好：

分解炉抵御系统（生料、煤粉）变化的能力强,对煤质的小幅