高能效熟料烧成技术与装备的研发及应用

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1、慧工全妒慧工谂妙芦高能效熟料烧成技术与装备的研发及应用中建材(合肥)热工装备科技有限公司张自力一、前言众所周知，新型干法水泥生产技术已成为当今最先进的水泥生产工艺，水泥生产已不再是原来传统意义上的水泥产业，而是注入了大量高新技术的资源节约和环境友好的绿色现代工业。熟料烧成技术关系到水泥熟料生产过程中资源消耗、能耗、环境污染等重要问题，是涉及和影响我国水泥及相关行业可持续发展的重大问题。对新型干法水泥生产核心技术与装备一预分解系统、熟料冷却机和煤粉燃烧器的研究，始终是水泥工业领域中的重要研究内容之一。为提高资源利用率，减少大气

2、污染物排放，保护生态环境，推动水泥工业结构调整和产业升级，走新型低碳工业化发展道路，研发新形势下满足水泥生产的高能效烧成技术及装备，进一步节能降耗，是水泥工业实现可持续发展的永恒主题。因此，国家将《高能效熟料烧成技术与装备的研究和开发》列为国家重大科技支撑计划课题(课题号2006BAF02A24)。《高能效熟料烧成技术与装备的研究和开发》2011年通过中国建筑材料联合会科技成果鉴定，2012年获中国建材联合会建材行业科技进步一等奖，2013年获安徽省科技进步二等奖。二、国内生产水平与示范线生产情况随着国民经济健康快速发展，我

3、国水泥产量以年近12％的速度递增，截止2012年底全国共有新型干法水泥生产线1637条，设计熟料产能16亿吨，2012年中国水泥产量达到21．84亿吨，我国水泥产量已连续20多年居世界第一位。中国水泥呈现产量大、能耗高的局面，是国家节能减排的重点行业。但是，我国新型干法水泥生产发展很不平衡，技术水平参差不齐，生产指标差异较大，同规模生产线由于技术路线、系统配置、适应性能、生产管理等的不同，各项生产指标也存在优、良、差之分。据不完全统计，国内5000t／d新型干法生产线熟料烧成系统实际生产指标平均如下(见表一)：124艇瓷妙露

4、c誊；5000t／d新型干法生产线熟料烧成系统指标表一熟料烧成热耗C1出口风温三次风温冷却机出料温冷却机冷却风(kj／kg—c1)(℃)(℃)度(℃)且里(Nm3／kg—c1)31803309551622．1宝鸡众喜金陵河水泥公司5000t／d新型干法生产线，是国家“十一五"科技支撑项目《高能效熟料烧成技术与装备的研究和开发》示范线，该生产线于2009年10月投产，生产线中采用了高能效熟料烧成技术与装备，包括：HF型高能效预热预分解系统、WHEC型第四代步进式高效冷却机、HP型强涡流型高效节能燃烧器。经国家建筑材料工业水泥能

5、效环保评价检验检测中心标定，示范线烧成系统熟料产量5816t／d，冷却机热回收效率76．18％，各项指标如下：(见表二)，宝鸡众喜5000t／d示范线熟料烧成系统指标表二熟料烧成热耗C1出口风温三次风温冷却机出料温冷却机冷却风(kj／kg—c1)(℃)(℃)度(℃)且里(Nm3／kg-c1)2941．252801080931．8238由此可见，高能效熟料烧成技术与装备的研究开发及成功使用，进一步提高了预分解系统的换热效率和冷却机的冷却效率，使熟料烧成热耗、熟料温度、废气温度等有较大幅度下降，进一步优化了系统各项参数，在实际生

6、产中取得了明显效果，各项技术指标又上了一个新台阶。三、研究内容及解决的主要问题通过对预热器、冷却机、燃烧器等烧成技术与装备，采用高科技研发手段一计算机模拟仿真研究和SOLIDWORKS三维软件设计，通过对示范线采用的石灰石、煤粉进行分解反应和燃烧的热重动力学特性分析、研究，采用流体动力学基本原理模拟旋风筒、分解炉内的气流速度场、温度场、颗粒浓度场及气相组份场等分布状况，研究煤粉在分解炉炉内燃烧和石灰石分解过程及其规律，为预分解系统设备的设计、燃烧装置的正常运行和控制燃烧过程提供理论基础。通过对预热预分解系统等进行冷、热态仿真

7、模拟实125艇◇声慧工谂妙声验研究，取得了最佳流场和热动力学几何模型，进一步优化了系统各项参数。(一)、HF型高能效预热预分解系统的研发通过研究和优化预热器、分解炉、换热管道、撒料装置的结构改善燃烧及换热状况，提高换热效率。采用计算机模拟仿真系统对预热器进行流场分布、颗粒运动轨迹进行仿真模拟，对分解炉进行燃烧状况及氧含量分布、二氧化碳分布、温度分布、仿真模拟，从而优化预分解系统。1、预热器结构设计及模拟仿真的应用预热器是由若干级换热单元所组成(一般为5级，个别为6级)。换热单元是由旋风筒及其换热管道所构成。生料粉经过下料管和

8、撒料装置进入换热管道，生料随即高度分散在上升气流中。此时，由于悬浮态时的气、固之间的接触面积极大，对流换热系数也较高，生料在极短的时间内完成本级的有效换热。生料的预热主要是在换热管道中完成，旋风筒主要承担着气固分离的任务。HF5000t／d预热器的五级旋风筒计算机模拟结果：■飘隅=：：二融