回转窑分解炉

§3.4熟料烧成一、熟料烧成系统的发展二、预分解窑系统的设计1预分解窑系统的开发2预分解窑系统的工艺特点3回转窑4分解炉5悬浮预热器6熟料冷却机1历史回顾水泥工业的诞生1824年英国人JosephAspdin在厨房里通过煅烧磨细的石灰石与粘土的混合料得到了一种胶凝材料，由它制成的砖块很像由波特兰半岛采下来的波特兰石，由此将这种胶凝材料命名为“波特兰水泥”（PortlandCement），并获得的专利。当时的产品因为并没有煅烧到熔融程度，化学成分和特性只相当于罗马石灰。1843年J.Aspdin的儿子WilliamAspdin在其新建的工厂的间歇式圆窑真正生产出波特兰水泥，宣告波特兰水泥工业产品诞生。Beehive一、熟料烧成系统的发展早期的水泥工业Swanscombeworks,1872WorkersfromBevanscementworkslightingkilns,1926.水泥熟料烧成设备的发展水泥窑的发展经历了立窑、干法中空窑、湿法窑、悬浮预热器窑、预分解窑五个阶段。中国的第一家水泥厂诞生于1886年，建在澳门的青洲岛，存在时间很短。1889年在唐山兴建水泥厂启新洋灰公司（现启新水泥厂），1892年生产第一袋水泥，1906年投入生产，中国水泥工业诞生。1.1立窑（VerticalKiln）1843年间歇式圆窑，1910年机械化立窑，在国外于60~70年代逐步被淘汰，国内70年代开始大量发展，估计到2015年被彻底淘汰；1.2回转窑（RotaryKiln）1877年英国人T．R.Crompton申请回转窑煅烧水泥熟料的专利，但没有实现；1885年英国人FredenvRansome取得了水泥回转窑的专利，1887年建成了第一台回转窑，试验虽未成功，但奠定了回转窑的基本系统；1898~1899年间，在英国、美国、德国等相继投产了真正能正常生产的干法回转窑。湿法窑干法窑典型回转窑系统1.2.1湿法回转窑湿法长窑及带料浆蒸发机窑，40~50年代盛行，国内引进了一批；最大的是美国Φ7.62/6.40/6.91×232m的湿法窑，日产熟料3600t；启新洋灰（华新水泥股份有限公司前身）1907年由清政府批准兴建，1946年重建，引进两条700t/d湿法水泥熟料生产线。70年代，华新自己设计建造3号窑，代表了当时国内水泥行业最先进的生产技术，被国家命名为“华新型”窑，向全国推广并出口国外。燃烧了近60年的“华新型”窑2005年6月停火封炉。华新整体拆除在市中心的3座窑，腾出近500亩黄金地段用作商业开发，生产工人经转岗培训后进入新的岗位。1.2.2干法回转窑中空干法窑及立波尔窑、带余热锅炉发电窑、旋风预热器窑、立筒预热器窑及预分解窑等。1929年诞生了第一台半干法立波尔窑，联邦德国的Φ5.6*90m的立波尔窑，日产量3300t；1932年史密斯公司获得旋风预热器专利，1953年德国洪堡公司建造了第1台四级旋风预热窑，国际上60年代转向发展干法，日本宇部公司伊佐水泥厂的Φ6.2*125m悬浮预热窑，日产量5500t；1971年末石川岛公司开发的预分解窑投入生产，10000t/d级预分解窑为Φ6.4×90m。我国第1台悬浮预热及预分解窑于1976年投产，80年代引进几套大型预分解窑。干法回转窑的发展立波尔窑：对球、块状物料煅烧方式的改进；悬浮预热窑：对粉状物料煅烧方式的改进；预分解窑：对熟料煅烧过程中燃料燃烧方式和气固传热方式的双重改进。中空干法窑及湿法长窑：单机产量低、热耗高；立波尔窑及料浆蒸发机窑：结构复杂、操作维修要求高、扬尘大，单机产量虽较高，熟料质量不如湿法窑；余热锅炉发电窑：生产和发电机组的运行互相牵制，有时会形成恶性循环；落后窑型在世界水泥工业中所占的比重日益减少，世界性的能源日趋紧张以及环境保护的要求，新型干法预分解窑得到了长足的发展。水泥生产典型流程1.3流化床水泥窑系统(FluidizedBedCementKilnSystem,FLBECKS)研发目的：有效燃烧低级煤，大幅度降低NOx排放量和增加热效率(通过回收排出的固体和气体的热量)，以符合全球性的环境保护、节能和生产水泥的各项要求。基本原理：利用流化床中的燃烧、热传递、颗粒分散和造粒特点。流化床水泥窑系统的优点：1)煤种的选择灵活：流化床是接触传热，温度达到1300℃以上时，足以完成烧成反应。流化床的良好燃烧和传热特性决定了优质煤、劣质煤均能有效地燃烧。因此煤种的选择余地很大。回转窑由于热交换靠热辐射，要求火焰温度达1800~2000℃。2)降低热耗降10％~25％：用造粒窑和烧结窑烧成的熟料粒度小而均匀，在流化床猝冷器和移动床冷却器中的热交换很好，热效率可达80％以上。与回转窑系统相比，散热表面积也减小。上述两种因素使热耗下降10％~25％。流化床水泥窑系统的优点3)减少CO2排放量10％~25％、NOx排放量40％以上：由于热耗下降，又可选用低碳劣质煤，燃烧形成的CO2相应减少。流化床的燃烧是在较低温度下进行的，NOx排放量的显著减少。4)生产各种水泥的转换性好：利用流化床燃烧特点，能精确控制造粒和烧结温度，因此转换生产各种水泥比较容易，而且系统的优良特性保证生产出的特种水泥质量好、成本低。能生产多品种和高标号优质水泥，可稳定生产PO52.5直到PO62.5高标号水泥。5)建厂成本、运转成本和维修成本低：与长回转窑比，流化床系统的设备占用面积减少70％，建厂投资少10％~30％。由于没有象回转窑和蓖冷机那样的活动部件，流动床水泥烧成系境的机械设备和耐火材料的寿命增长，在热耗降低的同时，运转和维修成本也下降，运行成本降低25%。研发进程1984年川崎重工业株式会社开始对流化床窑系统进行基础试验。与住友大阪水泥公司合作，在2t/d试验室窑上对造粒和熟料烧成进行了基本的研究与测试。在此基础上，从1986年至05年3月底，试验在通产省资助下继续进行。1989年日本煤炭利用中心、住友大阪水泥公司和川崎重工三家合作，在住友大阪水泥公司的Tochigi工厂建成20t/d的中试线，并开始运转试验。试验到1993年3月底结束，验证了基本工艺过程和系统的可靠性(包括设备、运转和产品质量等)，还扩大了试验规模。1993年4月开始，200t/d的扩大试验厂项目在日本煤炭利用中心和日本水泥协会组织下实施，试验厂的设计工作随即进行。200t/d的扩大试验厂于1995年底建成。为使200t/d系统达到工业应用的要求，从1996年2月至1997年底进行了运转试验。其间，将扩大规模的两窑系统改装成等效的一窑系统，对其进行了试验，并取得了基本数据。流化床水泥窑系统以热自造粒为核心技术的两窑和一窑流化床系统已经开发成功。两窑系统(FLBECKS-Ⅱ)悬浮预热器(SP)：由4级旋风筒组成，生料在预热器中被预热和预分解，这是传统的技术。造粒窑(SBK)：在1300℃高温下使生料造粒，平均粒径为l～2mm，无需喂入粒种。这是本系统的核心工序。烧结窑(FBK)：在高温1400℃条件下，有效地完成对造粒炉产生的生料小球的烧结。冷却器：由流化床猝冷器(FBQ)和移动床冷却器(PBC)组成。在猝冷器中，烧成熟料由1400℃迅速冷却至1000℃以保证得到优质熟料。在移动床冷却器中，熟料被冷却至150℃左右，可有效回收熟料的余热。一窑系统(FLBECKS)Overviewof200t/dayplantSystemConfigurationClinkerproducedfromafluidized-bedkiln一窑系统(FLBECKS)取消了两窑系统的烧结窑，造粒烧结窑或称为流化床水泥窑同时具有造粒和烧结的功能。和两窑系统一样，一窑系统的冷却器由流动床猝冷器和移动床冷却器组成，但流动床猝冷器是直接装在流化床水泥窑(FCK)的底部分选排料系统之下，同时具有猝冷熟料和三级分选物料的功能。预热器与两窑系统一样。在经济和操作稳定性方面，新的一窑系统较为优越，除生产特种水泥外，一窑系统生产出的产品质量几乎与两窑系统的一样。Fluidized-bedAdvancedCementKilnSystem，FAKS熟料煅烧及冷却Keytechnology流动床猝冷器和移动床冷却器的组合保证了熟料冷却过程中很高的热回收率，这样冷却空气量降低至造粒窑和烧成窑中燃烧燃料所需的空气量；而在传统的蓖冷机中，由于热回收率低，需要大量的过剩空气。所以流化床水泥窑系统的热耗和CO2排放要相应地降低。Scale-updataItemsUnit200t/d1,000t/d3,000t/dHeatconsumptionkcal/kgcl'771694676PowerconsumptionkWH/tcl'4335.732.9FCKdiameterm2.55.79.7CoolerStrings-224FBQDiameterm0.71.61.9PBCDiameterm3.178.6TowersizeWidthm101726Lengthm81626Heightm51.56372Constructioncostcomparisonfor1000t/dclinkerburningsectionFullTurnKeyFreeOnBoardConventionalRotaryKiln100%100%FAKS79%88%Theabovecomparisondoesnotincludelandacquisitioncostanddismantlingcostforexistingplant.RunningcostcomparisonwithRotaryKilnAssumingthevalueofRotaryKilntobe100%.Capacity(tcl/d)300600100020003000FAKSFuelcost(%)7474747576Electricpowercost(%)132133133135137Repairandmaintenancecost(%)2826262524Totaloperationcost(%)7474747475流化床水泥窑系统在我国的试验日本新能源产业技术开发机构(NEDO)将其列入日本对华绿色援助项目。从2000年开始，NEDO在中国选择十几家生产水平较高的立窑企业进行考察,实施1000t/d流化床水泥窑项目。淄博宝山生态建材有限公司被国家计委列入候选企业,以“优秀的企业管理水平、完善的工艺设备条件、良好的投资环境”得到日方的肯定。2004年11月国家发改委正式同意在山东宝山生态建材有限公司建设。1000t/d流化床项目总投资1.6亿元人民币，其中日方主要承担流化床窑的主体设备的供货，中方投资4000万元人民币，主要承担项目的土建和有关附属设备及安装。项目建设期限为2年，计划于2007年6月正式投产。由于宝山公司资金链中断引发财务危机、濒临破产，已无法完成流化床水泥窑项目，根据国家发改委、山东省发改委、市委市政府、区委区政府的研究决定，由淄博绿源建材有限责任公司接管山东宝山生态建材有限公司实施流化床水泥窑项目。2007年7月20日国家发改委、省发改委和日本NEDO在北京签定了《基本协议书修订案》和《实施协议书修正案》，明确了淄博绿源建材有限公司在该项目中的法律地位和权利义务关系，即由淄博绿源建材有限责任公司全面代替原山东宝山生态建材有限责任公司在该项目中的所有权利和义务。流化床水泥窑的特点1.大幅度地扩大了煤种的选择范围。可选用烟煤、无烟煤或低质煤。2.良好的节能指标。可降低10-25%的热消耗量。3.较好的环保性能。CO2排放减少10-25%，NOx排放减少40%以上。4.节约建设费用，减低运行成本。与同规格的回转窑相比，设备投资节约20%，运行成本降低25%。5.能生产多品种和高标号优质水泥。流化床水泥窑可以稳定生产PO52.5和PO62.5高标号水泥。在建的1000t/dFAKS流化床窑