5000t_d级水泥熟料烧成系统热工性能分析

关于水泥制造,水泥生产工艺

RESEARCH&APPLICATION应用研究

5000t/d级水泥熟料

烧成系统热工性能分析

崔素萍1，兰明章1，王晨光2，王亚丽1，陈

晶1，陈全德1

（1.北京工业大学材料学院，北京100124；2.内蒙古锡林郭勒盟重点项目办，内蒙古锡林郭勒盟026000）

1回转窑规格及其生产能力

表1所示为预分解窑系统中回转窑的相关参

数。由表1可看出，规格基本相当的回转窑，产量有较大差距，20世纪80年代建设冀东NSF、珠江

SLC设计产量为4000t/d熟料，90年代以后建成的冀

东滦县预分解窑，设计产量在5000~5500t/d熟料，标定的实际产量均超过设计产量，在4800~5500t/d熟料左右。对回转窑的单位容积产量、单位有效表面积产量和单位截面积产量等各项指标进行比较，可以看出，从上世纪80年代至今，随着对预分解窑技术研究的深入及设计和操作水平的提高，这些指标不断提高。冀东滦县生产线的生产实践经验表明，通过优化预分解系统和相关系统的匹配设计，该规格回转窑可以适应5000~5500t/d熟料生产能力的需要。

江、冀东和宁国等厂的分解炉容积较小，单位容积生产能力较高，而近年建设的冀东滦县生产线分解炉容积较大，单位容积生产能力较低。由此可见，采用扩大炉容，延长燃料在炉内的滞留时间以保证燃料完全燃烧的优化设计是近年来与分解炉发展的趋势。当然，分解炉的生产能力除了跟容积有关，还与其炉型结构、炉内三维流场分布及燃料在炉内的起燃状况和燃烧速率有很大关系。20世纪90年代以来，我国水泥科研人员在消化吸收国际先进技术的

2分解炉容积及生产能力

表2所示为预分解窑系统中分解炉的相关参

数。由表2可以看出，80年代建设的4000t/d级的珠

表

1

项

规格有效内径D1有效长度L1有效内容积V1有效内表面积有效烧成带内截面标定熟料能力设计熟料生产能力单位有效容积产量单位有效内表面积产量单位烧成带有效内截面积产量

目

单

位

回转窑生产能力等参数表

铜陵海螺1号线

铜陵海螺2号线

冀东NSF

珠江SLC

冀东滦县TDF

mmmm3mm

22

准4.8×72

4.36721074.32986.1814.92222.75208.33207.34225.86714.9314.88

准4.75×74

4.29741069.60997.3114.45200—

准4.8×74

4.36741104.831013.6014.93234.42208.33212.18231.2715.7015.42

准4.7×74

4.4741125.201022.9015.21204167181.30199.432513.4163715.74

准4.75×75

4.35751114.631024.9514.86200166.67179.43195.132513.4574117.24

t/ht/h·kg/m3h·kg/m2h·t/m3h

186.99200.5413.8415.57

L/D15

2009.7CHINACEMENT

61

关于水泥制造,水泥生产工艺

应用研究RESEARCH&APPLICATION

表2

项

目

规格

分解炉尺寸

有效内径有效高度

单

位

窑实际生产能力

分解炉生产能力及有关参数

珠江SLC

冀东NSF

宁国MFC

冀东滦县TDF

t/hmmmm3m3m3m2kg/m3hkg/m3h

222.75200204167.042

准7.7×32.85

7.2032.604.531155.69—

准6.9×15.0

6.44218.6812.90547.22—

准8.2×11.6

7.51811.601.5454230.4572.444.4376.38356.39

斜102.3

准6.0×16.5

6.017.2802.88488.6上升283.2

计385.5

Hc/Dc炉本体

炉有效内容积

炉有效截面积

单位有效容积生产能力

炉本体合计管道合计

1155.6940.71192.74

547.2232.594365.48365.48

774.128.3341.9215.8

基础上，自主研制开发出了TDF、TSD、TWD、TFD、目前的冷却机比T-14调查报告中选用的冷却机技术上有很大改进有关，但结合冀东滦县TDF窑系统等生产线篦冷机的实际运行效结果来看，发现现有冷却机选型多数偏小，使得进一步提高窑系统产量受到一定限制。

TSF、NC-SST、CDC型等多种新型分解炉，充分考虑

了容积、结构形式及使用低质燃料等多方面的因素，可满足不同的需要。

3窑和分解炉热负荷

有关窑和分解炉热负荷指标列于表3。由表3

5旋风筒分离效率

在预热器系统中各级旋风筒的分离效率及它们

可以看出，与20世纪80年代建成的冀东NSF、宁国

MFC、珠江SLC相比，90年代以后建设的冀东滦县TDF、铜陵海螺2号线和华新水泥厂等窑单位有效

容积、面积及烧成带有效截面积热负荷较高，炉单位有效容积热负荷和单位有效截面积热负荷较低，有利于低质燃料的利用。

之间的合理匹配，对保证预分解窑经济合理与安全生产十分重要。一般认为C1级筒的分离效率，可以减少飞回量，从而减少生料的外循环；提高C5级筒的分离效率减少高温生料的内循环。对C2级至C4级筒的设计，一般要求在保证合理的分离效率下，尽

表3

窑及分解炉热负荷指标

冀东滦县TDF

珠江SLC

冀东NSF

宁国MFC

4冷却机生产能力

表4所示为冀东滦县等预分

项目单位

窑生产能力窑/炉燃料比熟料热耗

窑内

热负荷

炉内

窑内单位热负荷炉内单位热负荷

有效容积有效面积烧成带有效截面积有效容积

按炉本体计按炉加管道

合计有效截面

t/h%·kJ/kgcl

222.74636.91/63.093336.48798.20274.3165.62468.88112.172.550.612.780.6718.394.404.060.974.060.9711.522.76

2004.0/6.03176.8760254.1460.80381.2291.202.280.552.480.5917.104.096.971.676.971.6711.702.80

2044.0/6.03300789.47269.2864.42403.9296.632.390.572.630.6317.714.247.451.787.061.699.102.18

167.04245.9/54.13323.36794.76254.58360.88300.0771.762.340.562.540.6017.534.196.141.473.880.9310.602.54

解窑系统篦冷机指标。同时按照日本对47台预分解窑与篦冷机匹配状况调查得到的篦冷机面积（SG）与窑台时生产能力（M）之间相关性的回归方程：

clkcal/kg·×106kJ/h×106kcal/h×106kJ/h×106kcal/h×10kJ/mh×10kcal/mh×105kJ/m2h×105kcal/m2h×106kJ/m2h×106kcal/m2h×10kJ/mh×10kcal/mh×105kJ/m3h×105kcal/m3h×106kJ/m2h×106kcal/m2h

5

3

5

3

5

3

5

3

SG=0.6M+10.92m2（r=0.912，n=47）

结合各厂窑设计能力及实际能力，计算求得SG与各厂篦冷机篦板实有面积对比列于表5。

由表4及表5可以看出，单位篦板面积产量大都在40t/m2·d左右；从冷却机规格来看，按照日本

T-14调查报告回归公式计算，各生

产线冷却机规格均偏小。这可能与

62

中国水泥2009.7

关于水泥制造,水泥生产工艺

表4

项

目

单

位

冀东滦县TDF

篦冷机有关指标

珠江SLC水平推动式

冀东NSF水平推动篦式（三段）

宁国MFC水平推动

生产厂及型号

规

格

TC-12102

mm2t/ht/m·d

3

FOLAX1034S4.0×31.711620041.38

FB3-4001.27×28.50

10520446.63

FB3-4013.66×28.50105.3167.04238.07

—

篦板面积熟料产量单位篦板面积产量

119.30222.74641.91

表5

项目设计熟料产量标定熟料产量篦冷机规格篦板面积

按T-14公式计算篦板面积实际与设计面积之比

按设计产量按标定产量按设计产量按标定产量

单位

篦冷机设计、实际与计算面积

冀东滦县TDF

珠江SLC

冀东NSF

宁国MFC

t/ht/hmm

2

208.33222.746—

166.672004.0×31.7116110.922130.921.0460.886

1672041.27×28.50

105111.12133.320.9450.788

166.67167.0423.66×28.50105.3110.922111.14520.9490.947

119.30135.92144.570.880.83

m2m2

量降低阻力。

表6为各级旋风筒的分离效率。从表6可知，冀东滦县等20世纪90年代以后建设的水泥厂各级旋风筒的分离效率匹配为C1C2C3C4模式，且C4级旋风筒分离效率保持在81.00%以上。从现场标定的各级筒出口气温及下料温度来看，偶见中间级旋风筒下料温度高于出气温度，说明下料锁风不严，有串风现象，因此应进一步优化各级旋风筒，特别是C1和C4级旋风筒的结构，加强锁风，进一步减少热物料的内循环及预热器出口的飞灰量，提高全窑系统的热效率。

级别

表6

冀东滦县TDF

窑旋风筒分离效率

珠江SLC

冀东NSF

宁国MFC

C1C2C3C4C5

92.8886.5486.3881.29—

90.28/90.6484.59/85.7281.96/83.4080.67/83.9479.80/79.67

94.884.786.186.0—

94.586.787.289.1—

80年代建设的冀东NSF、柳州SLC和珠江SLC窑。

从各级换热单元及分解炉等子系统换热量方面考察，把分解炉和C4级筒作为一个综合换热单元，它们承担着繁重的换热任务，其换热量所占比例很大。同时也可以看到，各级旋风筒及其联接管道换热单元，也承担着生料的预热任务，一般来说C1级换热单元任务较大，其它级换热单元任务稍小，这是所有预分解窑的共同点，区别仅在于换热比例的不同。由表7可见，本世纪建设的冀东滦县水泥厂C1级换热单元所占比例为17.52%，分解炉和C4级筒换热单元所占比例为63.80%，高于上世纪80年代所建的

6预热分解系统的换热功能

换热效率是衡量气固两相换热效果的指标。

表7所示为各厂预热分解系统各级换热单元的换热量及总换热效率。从窑尾预热分解系统总的换热效率方面考察，20世纪90年代以后建设冀东滦县等水泥厂预热分解系统总的换热效率为74.62%，高于

表7

冀东滦县TDF换热量（kJ/kg）

（%）

预热分解系统换热量

冀东NSF

（%）

换热量（kJ/kg）

（%）

宁国MFC

换热量（kJ/kg）

（%）

珠江SLC

换热量（kJ/kg）

C1+管道C2+管道C3+管道C4+管道C4+烟道或炉

合计换热效率（%）

549.29349.63235.97—

17.5211.157.53—

499.81466.05310.40340.141387.703004.07

66.48

16.6415.5110.3311.3246.19100

433411240—

15.214.58.4—

388364303—

13.913.010.9—

2000.033134.92

75.92

63.80100

17622843

72.70

62.0100

17362790

74.80

62.2100

2009.7CHINACEMENT

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关于水泥制造,水泥生产工艺

应用研究RESEARCH&APPLICATION

表8

部位

预热分解系统分解功能

冀东滦县

珠江SLC炉列

窑列

冀东

宁国

对旋风筒等相关单元的有关参数以及于分解炉的匹配进一步优化，以提高入窑物料的分解率。

NSF11.484.01.0

MFC8.266.517.60.993.26.8

TDF192

C3或C4级筒循环累计（%）

分解炉（%）

382

1

8熟料热耗

表9列出了冀东滦县等预分解窑系统的热平衡

C4或C5级筒（%）上升烟道

预热分解系统合计（%）

回转窑（%）

主要项目，可以看出，实测的单位熟料热耗为3062~

937

946.0

96.43.6

3337kJ/kg·cl，与设计熟料热耗基本相当，但与国际

先进水平2950kJ/kg仍有较大差距。进一步分析热平衡支出项目，可以发现降低热耗的措施，一方面是优化提高预热器系统换热功能，降低出预热器废气温度；另一方面应优化冷却机系统操作，降低出冷却机熟料温度和余风排放温度。

厂；其预热分解系统总的换热效率达到了75.92%，也高于其它各对比厂。

7预热分解系统的分解功能

生料在窑尾悬浮预热器及分解炉内预热、分解是

预分解窑区别其它各类窑型的最重要的特性。因此，窑尾有关子系统在分解功能方面发挥的好坏，是衡量预分解窑优劣的重要技术指标。表8为各预分解窑系统的预热分解功能，由表8可知：冀东滦县等20世纪90年代以后建设的预分解窑系统的分解率在88%~93%之间，低于20世纪80年代所建的柳州SLC、珠江SLC、冀东NSF，但是分解炉本身的分解率却大大高于20世纪

9分析评价

通过对现有5000t/d级预分解窑系统设计参数

和运行状况的分析和比较，可以发现，以冀东滦县为代表的20世纪90年代以后建设的5000t/d级水泥预分解窑生产线，按设计能力来说，各单机设备能力完全能够满足生产需要。从实际运行情况看，实际产量基本都超过设计产量，目前实际运行状况证实，回转窑和窑尾分解炉系统均有一定富余能力，冷却机能力稍显不足，预热器系统运行参数不够理想。这些需要在新系统的设计中引起重视。□

80年代所建的柳州SLC等生产线。由此看来，近几年

对分解炉容积的增大和结构的优化，大大提高了其分解功能，但整个分解系统的分解率反而有所下降，需要

表9

项

目

单

位

冀东滦县TDF数值

热平衡主要项目

珠江SLC数值

冀东NSF

宁国MFC

%

22332607803337798

%

20031357503177760

数值%

20433047903300789

数值%

16734298203323795

熟料产量设计热耗实际热耗系统热支出总计三大热支出总计预热器废气带走热冷却机余风带走热设备散热损失预热器出口废气量预热器出口废气温度

冷却机余风量冷却机余风温度系统漏风量

t/h·kJ/kgcl·clkcal/kg·kJ/kgcl·kcal/kgcl·kJ/kgcl·kcal/kgcl·kJ/kgcl·kcal/kgcl·kJ/kgcl·kcal/kgcl·kJ/kgcl·clkcal/kg·kJ/kgcl·kcal/kgcl·Nm3/kgcl

35378461510361.1778618842510229871

1.40953701.35012400.1218

10042.722.212.08.4

4109983172141288821349811933480

1.59283771.33992780.2700

10041.921.612.18.8

3589858171040886020644510640497

1.61803501.9361760.3802

10047.724.012.411.3

3561851160838475518051312334181

1.54803231.8662000.2906

10045.221.214.49.6

℃·Nm3/kgcl

℃·Nm3/kgcl

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中国水泥2009.7

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