建筑材料熱工設備1水泥窯第3節(jié)回轉窯結構及其工作課件

建筑材料熱工設備過程裝備與控制工程系嚴晗建筑材料熱工設備過程裝備與控制工程系第一章水泥回轉窯第一章水泥回轉窯3第3節(jié)回轉窯結構及其工作原理3第3節(jié)回轉窯結構及其工作原理一、回轉窯的結構一、回轉窯的結構海螺水泥廠海螺水泥廠建筑材料熱工設備1水泥窯第3節(jié)回轉窯結構及其工作課件回轉窯齒圈回轉窯齒圈托輪托輪建筑材料熱工設備1水泥窯第3節(jié)回轉窯結構及其工作課件擋輪窯筒體軸向位移窯筒體輪帶擋輪圖2-72輪帶與擋輪擋輪窯筒體軸向位移窯筒體輪帶擋輪圖2-72輪帶輪帶建筑材料熱工設備1水泥窯第3節(jié)回轉窯結構及其工作課件回轉窯輪帶的潤滑回轉窯輪帶的潤滑輪帶節(jié)輪帶節(jié)窯筒體活動迷宮環(huán)固定迷宮環(huán)圖2-73迷宮式密封裝置示意圖

迷宮式密封裝置是利用空氣多次通過曲折通道增大流動阻力而防止漏風的。窯筒體活動迷宮環(huán)固定迷宮環(huán)圖2-73迷宮式密封裝置示水泥回轉窯窯尾密封裝置水泥回轉窯窯尾密封裝置建筑材料熱工設備1水泥窯第3節(jié)回轉窯結構及其工作課件建筑材料熱工設備1水泥窯第3節(jié)回轉窯結構及其工作課件窯尾密封窯尾密封窯尾密封及冷風套窯尾密封及冷風套彈簧摩擦板筒體接觸式密封裝置彈簧摩擦板筒體接觸式密封裝置密封裝置密封裝置二、回轉窯的工作原理

物料回轉窯內煅燒的過程是生料從窯的冷端喂入，由于窯有一定的傾斜度，且不斷回轉，因此使生料連續(xù)向熱端移動。燃料自熱端噴入，在空氣助燃下燃燒放熱并產生高溫煙氣，熱氣在風機的驅動下，自熱端向次端流動，而物料和煙氣在逆向運動的過程中進行熱量交換，使生料燒成熟料。因此，研究回轉窯的工作原理，主要是研究物料在窯內的運動，窯內氣體的流動，燃料燃燒和物料與氣體間傳熱的現(xiàn)象和規(guī)律。二、回轉窯的工作原理物料回轉窯內煅燒的過程是生（一）回轉窯內物料的運動1、物料在窯內的運動過程生料從窯的冷端喂入，在向熱端運動的過程中煅燒成熟料。物料在窯內的運動情況直接影響到物料層溫度的均勻性；

物料的運動動速度影響到物料在窯內的停留時間（即物料的受熱時間）和物料在窯內的填充系數(shù)（即物料的受熱面積）；因此也影響到物料和熱氣體之間的傳熱。為了使回轉達到高產，必須了解窯內物料的運動情況。（一）回轉窯內物料的運動1、物料在窯內的運動過程生料從窯的冷FDBGCAEβαΔS低端高端圖2-75

回轉窯內物料充填與運動簡圖θ——填充角；β——窯傾斜角；α——物料休止角θFDBGCAEβαΔS低端高端圖2-75回轉窯內物料充

窯內的物料僅占據(jù)窯容積的一部分，物料顆粒在窯內的運動過程是比較復雜的。

假設物料顆粒在窯壁上及料層內部沒有滑動現(xiàn)象，當窯回轉時，物料顆?？恐Σ亮Ρ桓G帶起，帶到一定高度，即物料層表面與水平面形成的角度等于物料的自然休止角時，則物料顆粒在重力的作用下，沿著料層表面滑落下來。

因為窯體以3～6%的傾斜度安裝，所以物料顆粒不會落到原來的位置，而是向窯的低端移動了一個距離，落在一個新的點，在該新的點又重新被帶到一定高度再落到靠低端的另一點，如此不斷前進。窯內的物料僅占據(jù)窯容積的一部分，物料顆粒在窯內的運動

因此，可以形象地設想各個顆粒運動所經過的路程，象一根圓形的彈簧。

實際上物料在回轉窯內運動時，物料顆粒的運動是有周期性變化的，物料顆?；蚵裨诹蠈永锱c窯一起向上運動，或到料層表面上降落下來，但是只有在物料顆粒降落的過程中，才能沿著窯長方向移動。因此，可以形象地設想各個顆粒運動所經過的路程，2、物料在窯內的運動速度（1）一般速度公式

回轉窯內物料運動的情況比較復雜，影響因素很多，因此要想用簡單的公式來準確計算物料在窯內各帶的運動速度是比較復雜的和困難的。

在對回轉窯內物料運動的規(guī)律進行分析和模擬試驗后，得出很多計算回轉窯內物料運動的速度的公式其中最為常用的一般公式為：2、物料在窯內的運動速度（1）一般速度公式回轉窯內物式中：—物料在窯內運動的速度，m/s；L—窯的長度，m；—物料在窯內停留的時間：n—窯的轉速，rpm；—物料的休止角，度；—窯的傾斜度（角），，稱為斜度；—窯的襯磚內徑，m。式中：—物料在窯內運動的速度，m/s；L—窯的長度，m；—物關于公式的討論物料運動速度與窯的傾斜角，窯的襯磚內徑和轉速n成正比，與物料休止角的平方根成反比。②當窯徑一定時，與n的積成正比。若使物料的運動成反比，即窯的傾斜角愈大，速度保持一定，則n與窯的速度應愈低。③實際生產中，已為定值，則與n、、即改變窯速，窯內物料的運動速度隨之變化。成正比，④如窯內有結圈或人工砌筑的擋料圈時，物料的運動速度要降低。⑤窯內的熱交換裝置（如鏈條、熱交換器）也會影響物料的運動速度。關于公式的討論物料運動速度與窯的傾斜角，窯的襯磚內徑和轉速n（2）物料在窯內各帶的運動速度

煅燒過程中，窯內各帶發(fā)生的物理化學變化對物料顆粒的形狀、粒度、松散度及密度均有影響，因此各帶物料的運動速度是不同的。

為了了解窯內各帶物料的運動速度，可將放射性同位素摻入生料中進行測定，如某廠曾在150米的濕法長窯上，通過實際測定和計算而得的物料運動的平均速度為：窯內各帶冷卻帶燒成帶放熱反應帶分解帶預熱帶干燥帶鏈條帶喂料中空部分速度（m/h）

28.418.441.046.034.527.028.829.3（2）物料在窯內各帶的運動速度煅燒過程中，窯內各帶發(fā)由上述測定結果得到，各帶物料的運動速度相差很大。從干燥帶向熱端，物料的運動速度不斷增加，分解帶物料的運動速度最快，之后又不斷降低。（3）影響窯內物料運動的因素

窯內物料運動速度與其物理性質、窯徑和窯內熱交換裝置等有關。物料的粒度愈小，運動速度愈小，如粉料的運動速度高于料球運動速度。干燥帶的運動速度與鏈條的懸掛方式、懸掛密度有關。預熱帶的物料運動速度與窯內熱交換裝置有關。分解帶，由于碳酸鹽分解放出的二氧化碳氣體使物料呈流態(tài)化，因此物料運動速度最快，在分解帶，碳酸鹽分解需要吸收大量的熱，但是物料流速又快，所以窯的分解帶比較長。由上述測定結果得到，各帶物料的運動速度相差很大。從干燥帶向熱窯內料層厚度不同，物料被帶起的高度也不同，料層厚，帶起高，在窯回轉一周時，物料被帶起的次數(shù)少，即翻動的次數(shù)少，受熱的均勻性就差；但料層過薄，窯的產量降低，因此必須選擇合適的料層厚度，通常窯內物料的填充系數(shù)為6～15%。當窯內物料流量穩(wěn)定時，移動速度快的地帶，其填充系數(shù)小。

因此在實際生產上，為了穩(wěn)定窯的熱工制度，必須穩(wěn)定窯速，若因煅燒不良而降低窯速時，需相應地減少喂料量，以保持窯內物料的填充系數(shù)不變。因此，一般回轉窯的傳動電機和喂料機的電機是同步的，以便于控制。窯內料層厚度不同，物料被帶起的高度也不同，料層厚，帶起高，在（二）回轉窯內氣體的流動1、回轉窯內氣體的流動過程

為了使回轉窯內燃料燃燒完全，必須不斷地從窯頭送入大量的助燃空氣，而燃料燃燒后產生的煙氣和生料分解出來的氣體，在向窯的冷端流動的過程中，將熱量傳給與之相對運動的物為以后，從窯尾排出。

窯內氣體在沿長度方向流動的過程中，氣體的溫度、流量和組成都在變化，因此流速和阻力是不同的。通常有窯尾負壓表示窯的流體阻力，在窯操作正常時，窯尾負壓應在不大的范圍內波動，如窯內有結圈，則窯尾負壓會顯著升高。在生產在當排風機抽風能力相同時，根據(jù)窯尾負壓可以判斷窯的工作情況。（二）回轉窯內氣體的流動1、回轉窯內氣體的流動過程為2、窯內氣流速度的大小對窯內傳熱的影響影響換熱系數(shù)：因而影響傳熱速率、窯的產量和熱耗；影響窯內飛灰生成量：即影響料耗。

當流速過大時，傳熱系數(shù)增大，但氣體與物料的接觸時間減少，總傳熱量有時反而會減少，表現(xiàn)為廢氣溫度升高、熱耗增大、飛灰增多、料耗加大，不經濟。

相反，當流速低時，傳熱效率降低，產量會顯著下降，也不合適。2、窯內氣流速度的大小對窯內傳熱的影響影響換熱系數(shù)：因而影響

窯內氣流速度，各帶不同，一般以窯尾風速來表達，如直徑為3米的濕法窯，以5（米/秒）左右為宜。干法窯的窯尾風速相應大一些，一般約10（米/秒）左右。

窯尾風速增大，回轉窯的飛灰量增多，一般，窯內的飛灰量與窯尾風速的2.5～4次方成正比。窯內氣流速度，各帶不同，一般以窯尾風速來表達，如直徑（三）回轉窯內燃料的燃燒（關于燃料的燃燒過程已在《硅酸鹽工業(yè)熱工基礎》中燃燒學部分討論，要課程不再重復）在回轉窯的燒成帶，物料進行的主要物理化學反應是吸收生成，這是微吸熱反應。為了使生成的反應完全，必須使物料在1400～1450℃的高溫下停留一定的時間。（三）回轉窯內燃料的燃燒（關于燃料的燃燒過程已在《硅酸鹽工業(yè)回轉窯喂煤系統(tǒng)回轉窯喂煤系統(tǒng)建筑材料熱工設備1水泥窯第3節(jié)回轉窯結構及其工作課件1、燃料在回轉窯內燃燒應滿足的要求燃料燃燒的火焰溫度要達到1600～1800℃；（保持高溫）火焰要有適當?shù)拈L度；（保持物料高溫時間）處于適當?shù)奈恢?。（適合的形成的反應）為了使生成的反應完全，使生料燒成熟料并獲得較高的產量，燃料在轉窯內的燃燒必須滿足一定的要求：1、燃料在回轉窯內燃燒應滿足的要求燃料燃燒的火焰溫度要達到12、回轉窯對入窯煤粉和助燃空氣的要求（1）對入窯煤粉的質量要求低熱值：揮發(fā)份：=18～30%灰分：＜25～30%水分：＜1～2%細度：＜15%（0.08mm方孔篩篩余）2、回轉窯對入窯煤粉和助燃空氣的要求（1）對入窯煤粉的質量要

這些要求都是為了保證燒成帶溫度和熱力強度以及火焰的穩(wěn)定性而提出的，當采取有效措施（如提高助燃空氣溫度等）改善燃燒條件時，對煤質的要求也可適當放寬。

另外，現(xiàn)國內有不少企業(yè)已成功采用無煙煤作為回轉窯生產燃料，這是一項目前在水泥行業(yè)的新技術，對提高水泥企業(yè)經濟效益效果顯著。這些要求都是為了保證燒成帶溫度和熱力強度以及火（2）對入窯助燃空氣的要求煤粉自噴煤管以較高氣速（40～80m/s）送入窯內。

通過噴煤管輸送煤粉的空氣，習慣上稱為一次風。從安全角度考慮，一般一次風不預熱。因此其用量不宜過多，因窯型和燃燒器的不同，其量約占總燃燒空氣量的10～30%，大量的二次風由冷卻機提供，故已被預熱到600～1000℃，它既能回收熟料中的熱量，又可促進燃燒反應完全并提高實際燃燒溫度。為了確保窯內燃料燃燒完全和燃燒安全，一、二次風用量的總和應略高于理論空氣需要量，控制過?？諝庀禂?shù)為1.05～1.10為宜。（2）對入窯助燃空氣的要求煤粉自噴煤管以較高氣速（40～803、回轉窯內的燃燒帶與燒成帶火焰覆蓋的區(qū)域，稱為燃燒帶。

火焰中部區(qū)域溫度高，達1600～1800℃，此時熟料被加熱到1300～1450℃，其中有相當量（約25～30%）的組分熔融成液相，粘附在窯內耐火材料的表面上形成一定厚度的粘稠狀物料，即俗稱的主窯皮。窯內這一區(qū)域稱為燒成帶。通常燒成帶的長度用主窯皮的長度來判定。

由此可見，燒成帶是燃燒帶中高溫部分。

平整的窯皮、合適的厚度和長度，是窯內煅燒制度正常穩(wěn)定的標志。窯皮的形成還可以保護窯內耐火襯料，延長回轉窯的運轉周期。3、回轉窯內的燃燒帶與燒成帶火焰覆蓋的區(qū)域，稱為燃燒帶。4、窯內火焰長度與火焰溫度分布（火焰形狀）對燒成的影響（1）火焰長度火焰長度及火焰長度對燒成的影響：

火焰的長度一般是指從噴煤管口到火焰終止斷面的距離，燃燒條件的變化則火焰長度會有很大的變化。

火焰長度對燒成工藝影響很大，當發(fā)熱量一定時，如火焰過長，燒成帶的溫度就會降低，物料過早出現(xiàn)液相，易引起結圈，此外還會造成不完全燃燒，廢氣溫度會提高，煤耗加大等。

相反，火焰過短，高溫部分過于集中，容易燒垮窯皮及襯料，不利于窯的長期安全運轉。因此，火火焰長度應根據(jù)窯的實際操作條件，加以調整與控制。4、窯內火焰長度與火焰溫度分布（火焰形狀）對燒成的影響（1）影響窯內火焰長度的因素：有很多。主要有：燃燒速度和窯內氣體的流速。燃燒速度：粉煤的細度、煤粉與空氣混合情況、一、二次風的溫度等因素有關。煤粉粉愈細，或在噴煤管內加裝風翅，以加還煤與空氣的混合，或提高一、二次空氣的溫度，均能提高燃燒速度，而使火焰短。風煤的混合速度和均勻程度也是影響燃燒速度的關鍵。影響窯內火焰長度的因素：有很多。主要有：燃燒速度和窯內氣體的氣體流速：主要指一次風

一次空氣主要供揮發(fā)分燃燒，因此一次風量主要決定于煤粉中揮發(fā)的含量。揮發(fā)分多的煤粉，如一次風量少燃燒速度就減慢，會使火焰拉長。

回轉窯的直徑愈大，一次風速愈高，直么2.5～4.0米的回轉窯，一次風速為50～70米/秒。一次風速增加，一方面能增加煤粉單位時間的有效射程，另一方面又使煤粉的燃燒速度加快，燃燒時間縮短，因此在實際操作中，一次風速增加后，火焰變長或變短，應視兩者的影響程度而定。氣體流速：主要指一次風一次空氣主要供揮發(fā)分燃燒，因此（2）火焰溫度分布（火焰形狀）窯內火焰溫度分布，通常是兩頭低、中間高。熱端較低溫度區(qū)就是窯內的冷卻帶。

煤粉從噴管噴出后，須經過干燥預熱至700～800℃才著火燃燒，回轉窯中所看到的黑火頭就是煤粉從噴出后至著火燃燒前氣流所移動的距離。黑火頭長則使回轉窯的傳熱面積減小，對產量、質量不利，黑火頭過短則冷卻帶短，熟料離窯的溫度提高，增加冷卻機的負荷。（2）火焰溫度分布（火焰形狀）窯內火焰溫度分布，通常是兩頭低影響黑火頭長度的因素有：煤粉的組成與細度、一次空氣的溫度和流速、二次風量與風溫等。

煤粉愈細，煤粉中揮發(fā)分的含量越高，提高一次風溫，增加一次空氣的比例，都會使黑火頭縮短。

在窯的操作中，應形成適合燒成需要的好火焰，即高溫部分較長，黑火頭較短，火焰平穩(wěn)。影響黑火頭長度的因素有：煤粉的組成與細度、一次空氣的溫度和流燃燒器燃燒器5、煤粉燃燒器（噴嘴）—噴煤管

煤粉在窯內的燃燒情況與噴煤管的結構尺寸和參數(shù)選擇有很大關系。噴嘴的形狀和出口尺寸主要影響煤粉和一次風的混合程度和噴出速度。（1）傳統(tǒng)噴嘴①傳統(tǒng)噴嘴的形狀如圖所示為常用的幾種傳統(tǒng)噴嘴。5、煤粉燃燒器（噴嘴）—噴煤管煤粉在窯內的燃燒情況與縮口型：有一節(jié)1～6°的縮口（也稱拔哨），其作用是使煤粉和空氣接觸機會增加，混合較好，從而使火焰集中，適用于煙煤。直管型：風煤直線噴出，不利于風煤混合，不利于煤粉充分燃燒?？s口型：有一節(jié)1～6°的縮口（也稱拔哨），其作用是使煤粉和空目前大多數(shù)窯上的噴煤管裝成活動的，在操作時可以根據(jù)窯內煅燒情況前后移動，以改變噴嘴在窯體中位置。拔哨型：在縮口外再加一節(jié)平頭，能延長火焰，且使火焰平衡。風翅型：為加速風煤的混合，在噴煤管內加裝風翅，翅片與管壁中心線呈7～30°，角度大，火焰短，但流股發(fā)生旋轉，會掃傷窯皮。目前大多數(shù)窯上的噴煤管裝成活動的，在操作時可以根據(jù)窯內煅燒情②噴嘴的直徑這種傳統(tǒng)簡單噴嘴直徑可以用下式計算：式中：d—噴嘴直徑，mm；—一次風用量，v—噴嘴內風速，m/s。在常規(guī)情況下，一次空氣量約占總空氣用量15～20%。②噴嘴的直徑這種傳統(tǒng)簡單噴嘴直徑可以用下式計算：式中：d—噴式中：—燃燒1kg煤所需實際空氣量，N—單位熟料煤耗，kg煤/kg熟料；G—每小時熟料產量kg/h；P—一次空氣占總空氣用量的百分率。因此式中：—燃燒1kg煤所需實際空氣量，N—單位熟料煤耗，kg煤例：在下述條件下，計算噴煤管的直徑d。G=300噸/日=12500kg/h；=0.2kg煤/kg熟料；【解】v=60m/s==1.08N=1000=153（mm）此為噴嘴有效內徑的估算值。P=20%=7.8N煤；例：在下述條件下，計算噴煤管的直徑d。G=300噸/日=1（2）新型燃燒器（三通道、多通道噴煤管）

隨著窯外分解技術的發(fā)展，窯的單機產量增大以及為了適應煤質的變化，近年來各國水泥設備制造公司對于噴煤管的結構作了大量的開發(fā)與研究工作，取得了卓有成效的成就。主要是開發(fā)的多通道噴煤管。

新型噴煤管很多，共同的特點是噴出的空氣分成多股，即內風、外風和煤風，各有不同的風速和方向，從而形成多個通道。最常用的是三通道噴煤管。（2）新型燃燒器（三通道、多通道噴煤管）隨著窯外分解這種噴煤管，內、外兩個通道為凈風道，分別稱內風和外風。內風通道的出口端裝有旋流葉片，所以又稱為旋流風。中間通道為輸送煤粉的通道，稱為煤風。

三股風在出口處匯合形成了同軸旋轉的復雜射流。操作時通過改變內、外風速和風量的比例，可以靈活調節(jié)火焰形狀和燃燒強度，以滿足窯內煅燒熟料溫度分布的要求。這種噴煤管，內、外兩個通道為凈風道，分別稱內風和外風。內風通

當旋風強度大，火焰變得粗而短，高溫帶會相對更集中。反之，火焰會被拉長。

煤風采用濃相低速噴射，通常在保證不發(fā)生回火的條件下取接近輸送粉料的速度20～30m/s。由于粉粒體的存在強化了射流中的湍流強度，因而改善了煤粉與一、二次風的微觀混合。

內外凈風出口風速可高達75～150m/s。煤風濃度允許有較大波動（經驗為3.5～8.0kg煤粉/m3空氣）。故在窯用煤量有所變動時，輸送煤粉的空氣量也可保持穩(wěn)定不變。這對噴煤管的空氣動力學設計是有利的。當旋風強度大，火焰變得粗而短，高溫帶會相對更集中。反

當噴煤管噴射流動動量很大時，會引射下游區(qū)域的高溫燃氣而形成回流。這種回流一方面會提高上游火焰溫度，提高燃燒速度，從而使煤粉著火穩(wěn)定，另一方面又可能沖淡可燃混合物中氧氣含量，使燃燒速度降低，從而增長了火焰長度。

另外還有多種形式的噴煤管，其目的是加強風煤混合、一、二次的混合，減少一次風用量，加快燃燒速度。目前我國一些水泥廠采用無煙煤技術，其關鍵是用好三通道或多通道噴煤管。當噴煤管噴射流動動量很大時，會引射下游區(qū)域的高建筑材料熱工設備1水泥窯第3節(jié)回轉窯結構及其工作課件6、窯的發(fā)熱能力、燃燒帶的熱力強度（熱力強度也稱窯的熱負荷）（1）回轉窯的發(fā)熱能力：就是窯單位時間內發(fā)出的熱量。

為了滿足生產熟料所需的熱量，回轉窯必須具有一定的發(fā)熱能力，其大小為：式中：Q—窯的發(fā)熱能力，kJ/h；m—窯的小時產量，kg/h；q—熟料燒成熱耗，kJ/kg熟料；B—窯小時用煤量，kg/h；—煤的應用基低熱值，kJ/kg煤。6、窯的發(fā)熱能力、燃燒帶的熱力強度（熱力強度也稱窯的熱負荷）（2）燃燒帶的容積熱力強度（也稱容積熱負荷）：

——指燃燒帶內單位時間、單位容積所發(fā)出的熱量。

顯然，提高窯的發(fā)熱能力，能為回轉窯增產創(chuàng)造條件。但發(fā)熱能力受到燃燒空間的限制，因回轉窯燃燒帶的容積熱力強度是有限的，過高會損壞窯的內襯，會使熟料中液相增多。多數(shù)工廠回轉窯燃燒帶的容積熱力強度控制在1.2～1.5×106kJ/m3h左右，個別的也有高達2.1×106kJ/m3h。（2）燃燒帶的容積熱力強度（也稱容積熱負荷）：——指燃燒帶容積熱力強度的計算公式為：式中：—窯內物料的填充系數(shù)，一般為0.06～0.15；—窯內物料的填充系數(shù)，一般為0.06～0.15；—燃燒帶的直徑，m；—燃燒帶的長度，m。容積熱力強度的計算公式為：式中：—窯內物料的填充系數(shù)，一般為燃燒帶長度：根據(jù)實際生產情況，燃燒帶的長度可按下式計算：濕法長窯：帶多筒冷卻機，帶單筒冷卻機，=4.9=4.2立波爾窯：=3.2燒成帶長度：燃燒帶只是燒成帶中溫度最高的部分，燒成帶長度可按下式計算：=（0.60～0.65）燃燒帶長度：根據(jù)實際生產情況，燃燒帶的長度可按下式計算：濕法（3）燃燒帶的表面積熱力強度（也稱表面積熱負荷）和截面積熱力強度（也稱截面積熱負荷）表面積熱力強度：燃燒帶單位表面積上所發(fā)出的熱量。截面積熱力強度：燃燒帶單位截面積上所發(fā)出的熱量。計算公式分別為：式中：—燃燒帶表面積熱力強度，kJ/m2h；—燃燒帶截面積熱力強度，kJ/m2h。隨著窯徑增大，、的數(shù)值增高。（3）燃燒帶的表面積熱力強度（也稱表面積熱負荷）和截面積熱力（五）回轉窯內的傳熱

回轉窯是個高溫反應器，因此回轉窯的傳熱問題對于回轉窯的產質量至關重要。1、研究回轉窯內傳熱的目的（1）對窯內各帶傳熱機制進行理論分析，從而理解窯的下列因素對傳熱過程的影響，達到提供調節(jié)控制窯內各帶傳熱條件與措施的理論依據(jù)。

結構參數(shù)：如窯的直徑、窯型及窯內特殊構件等；操作參數(shù)：如氣體與物料運動速度，氣體、物料及進出口溫度；窯的轉速；物料在窯內的填充系數(shù)等；物性參數(shù)：如氣體、物料及襯料的導熱系數(shù)、黑度、熱容、密度等；（五）回轉窯內的傳熱回轉窯是個高溫反應器，因此回轉窯（2）對已投產運行的窯（規(guī)格尺寸已知、生產條件相對固定），可根據(jù)給定的操作情況通過傳熱計算，分別求得窯內各帶相應點處氣體、物料與窯襯的溫度，從而繪出沿窯長溫度分布曲線，作為評價分析窯內煅燒工藝和熱工制度的依據(jù)。（3）在設計時根據(jù)生料煅燒過程中復雜的物理化學變化所需的總熱量和窯內各帶高溫氣體通過各種途徑傳給物料按單位長度計的傳熱總量，再結合設計生產條件和燒成工藝要求而確定回轉窯的規(guī)格和尺寸。（2）對已投產運行的窯（規(guī)格尺寸已知、生產條件相對固定），可2、研究的難度

上述要求是對于化學反應器傳熱計算的一般要求，但對于水泥窯來說，卻具有特殊的難度：要對高溫下氣—固、固—固間穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)傳熱量精確計算；涉及到所有反應的速度和完成度等高溫工業(yè)反應動力學問題；

涉及到各種反應在給定條件下物性參數(shù)的確定問題。這些問題至今尚未解決，還有待理論和實踐兩方面的深入研究與探討。2、研究的難度上述要求是對于化學反應器傳熱計算的一般3、回轉窯內的傳熱機制僅從熱力學和傳熱學的觀點出發(fā)討論。

回轉窯內的傳熱源是燃料燃燒后的高溫煙氣，受熱體是生料和窯內壁。是典型的氣—固傳熱，傳給生料的熱量供煅燒過程中干燥、預熱、分解和煅燒，用以完成全部藝要求。（1）窯內傳熱的綜合分析與傳熱方式高溫氣體中具有輻射傳熱能力的組成，主要是和（汽），但由于煙氣中夾帶著粉體物料，因此增大了氣體的輻射率。同時因為窯內流動氣體和湍流作用，產生了有效的對流傳熱。

堆積生料之間以及窯回轉時物料周期性地與受熱升溫的窯體內壁相接觸而有輻射與傳導傳熱共存。3、回轉窯內的傳熱機制僅從熱力學和傳熱學的觀點出發(fā)討論。

總之，窯內氣—固與固—固之間同時存在輻射、對流、傳導三種傳熱方式。其間關系錯綜復雜。再加上回轉窯系統(tǒng)中，預熱器和冷卻機都與窯首尾相銜，在一定程度上對窯內氣固溫度分布也會產生一定影響。以及回轉窯作為輸送設備，物料運動規(guī)律，粉塵飛揚循環(huán)等也對傳熱有影響，從而更增加計算難度和復雜性?？傊?，窯內氣—固與固—固之間同時存在輻射、對流（2）傳熱機制

經簡化后，取回轉窯內某一斷面1m長的范圍內，綜合傳熱機制關系如下圖所示：圖2-82a窯內傳熱機制分析—傳熱流流圖（2）傳熱機制經簡化后，取回轉窯內某一斷面1m長的范圖2-82b窯內傳熱機制分析—傳熱框圖圖2-82b窯內傳熱機制分析—傳熱框圖討論：由于窯的回轉運動，因此窯內襯板上某一點B，在不同時間內依次分別和高溫氣體接觸（蓄積熱量）和被覆蓋在物料內（放出熱量），其本身溫度周期性地變化。其變化規(guī)律如下圖所示。圖2-83窯內轉一周襯料蓄熱放熱情況示意圖討論：由于窯的回轉運動，因此窯內襯板上某一點B，在不同時間內在窯回轉過程中，物料由表面向內部導熱和襯料表面向堆于其上的物料內部導熱都是不穩(wěn)定導熱，即其傳導熱量隨時間而變化。在窯回轉過程中，物料由表面向內部導熱和襯料表面向堆于其上的物（3）傳熱計算

基于上述分析，原則上可根據(jù)各自的傳熱方式進行傳熱量的計算，然后按圖17傳熱框圖所示的傳熱機制進行綜合（串聯(lián)、并聯(lián)）計算。

根據(jù)熱量傳遞的基本規(guī)律，將各類傳熱量Q（W/m）有統(tǒng)一方程式表達。即以1m長度的窯體作為計算標準。（W/m）………（1）式中：—由物體1傳給物理2的總熱量，（W/m）；A—物體1與物體2之間的傳熱面積，m2；h—各種方式傳熱系數(shù)，（W/m2·℃）；—兩物體間的溫度差，℃。由此可知傳熱量的計算，關鍵可集中在傳熱系數(shù)h的確定。（3）傳熱計算基于上述分析，原則上可根據(jù)各自的傳熱方氣體對物料表面的傳熱、、—氣體（g）以輻射方式（c）傳給物料表面（s）的熱量，W；—氣體（g）以輻射方式（r）傳給物料表面（s）的熱量，W；—氣體（g）以輻射方式（r）傳給窯內襯，再折射（rt）給根據(jù)各自傳熱方式計算如下：（W/m）………（2）物料表面（s）的熱量，W。氣體對物料表面的傳熱、、—氣體（g）以輻射方式（c）傳給物料式中：對流換熱系數(shù)：（W/m2·℃）…（3）G—氣體的質量流量，kJ/m2·h；—氣體定壓比熱，kJ/kg·℃；—氣體粘度，kg/m·H；—氣體的導熱系數(shù)，W/m·℃；—在1m窯長內，氣體與物料的接觸面積，m2。一般為1.1（W/m2·℃）左右。式中：對流換熱系數(shù)：（W/m2·℃）…（3）G—氣體的質量

（W/m）…（4）式中：輻射系數(shù)：（W/m2·℃）…（5）—氣體黑度；—物體黑度。（W/m）…（4）式中：輻射系數(shù)（W/m）………（6）式中：考慮折射的輻射系數(shù)（W/m2·℃）……（7）—考慮折射后氣體的相當黑度?！?）（W/m）………（6）式中：考慮折射的②氣體傳給窯壁襯料的熱量、（W/m）………（9）式中：對流換熱系數(shù)（W/m）………（10）式中：輻射換熱系數(shù)（W/m2·℃）………（11）—窯內襯料黑度。②氣體傳給窯壁襯料的熱量、（W/m）………③窯內襯料以輻射方式通過氣層傳給物料表面之熱量（W/m）………（12）式中修正后輻射傳熱系數(shù)（W/m2·℃）……（13）③窯內襯料以輻射方式通過氣層傳給物料表面之熱量（W/m）……④窯內襯料傳給物料的不穩(wěn)定導熱（W/m）………（14）考慮到對物料粉粒內部不穩(wěn)定導熱的復雜性，實際計算時推薦用以下經驗式：（W/m2·℃）……（15）④窯內襯料傳給物料的不穩(wěn)定導熱（W/m）………式中系數(shù)：……（16）……（17）、——襯料與物料的導熱系數(shù)，W/m2·℃；、——襯料與物料的比熱，kJ/kg·℃；、——襯料與物料密度，kg/m3；——在通過單位長度窯體時，特定物料與襯料的接觸時間，s；N——窯回轉次數(shù)，次/s。——在窯回轉時，襯料與物料接觸后溫度不斷降低對非穩(wěn)態(tài)導熱產生影響的校正系數(shù)；式中系數(shù)：……（1⑤物料表面向內部的非穩(wěn)態(tài)導熱（W/m）………（18）式中：（W/m2·℃）……（19）——原料在表面上停留時間，s。⑤物料表面向內部的非穩(wěn)態(tài)導熱（W/m）………⑥襯料通過窯壁向大氣散熱量、、——窯內襯料向窯外殼傳導傳熱量；——窯外殼向大氣對流散熱量；——窯外殼向大氣輻射散熱量。（W/m）…（20）（W/m）………（21）（W/m）………（22）⑥襯料通過窯壁向大氣散熱量、、——窯內襯料向窯外殼傳導傳熱量窯筒體表面散熱總量：=++

（W/m）………（23）在穩(wěn)定運轉情況下：=（W/m）………（24）窯筒體表面散熱總量：=++（W/m）………

因此上述計算方法更重要的現(xiàn)實意義在于掌握分析和處理復雜傳熱問題的方法以及了解影響傳熱速率的諸因素。綜上分析，不難發(fā)現(xiàn)，在真正進行計算時，尚存在許多困難，，有輝、等和一些修正。通常還需要通過實驗或參考有關資料選定。主要是有許多數(shù)據(jù)難于確定。如窯內內襯的溫度火焰時氣體的黑度以及生料的有效導熱系數(shù)等諸多與溫度有關的物理性常數(shù)以及與運行有關的參數(shù)如系數(shù)因此上述計算方法更重要的現(xiàn)實意義在于掌握分析和貫徹ISO9000標準，樹企業(yè)新形象。11月-2211月-22Monday,November7,2022安全第一，貴在行動，預防為主，從我做起。01:47:2601:47:2601:4711/7/20221:47:26AM質量是提高企業(yè)效益的保證。11月-2201:47:2601:47Nov-2207-Nov-22安全與效益連在一地，效益與利益連在一起。01:47:2601:47:2601:47Monday,November7,2022爭創(chuàng)第一流，不搞"豆腐渣"。11月-2211月-2201:47:2601:47:26November7,2022節(jié)約應從點滴做起。2022年11月7日1:47上午11月-2211月-22加強安全生產規(guī)范化管理，推動安全生產標準化建設。07十一月20221:47:26上午01:47:2611月-22安全生產掛嘴上，不如現(xiàn)場跑幾趟。十一月221:47上午11月-2201:47November7,2022作業(yè)標準記得牢，架輕就熟除煩惱。2022/11/71:47:2601:47:2607November2022保安全千日不足，出事故一日有余。1:47:26上午1:47上午01:47:2611月-22人車分離，各行其道，一人安全，全家幸福。11月-2211月-2201:4701:47:2601:47:26Nov-22安全不離口，規(guī)章不離手。2022/11/71:47:26Monday,November7,2022減少浪費，降低成本，氣氛融洽，工作規(guī)范，提升品質，安全保證。11月-222022/11/71:47:2611月-22謝謝大家！貫徹ISO9000標準，樹企業(yè)新形象。11月-2211月-2建筑材料熱工設備過程裝備與控制工程系嚴晗建筑材料熱工設備過程裝備與控制工程系第一章水泥回轉窯第一章水泥回轉窯92第3節(jié)回轉窯結構及其工作原理3第3節(jié)回轉窯結構及其工作原理一、回轉窯的結構一、回轉窯的結構海螺水泥廠海螺水泥廠建筑材料熱工設備1水泥窯第3節(jié)回轉窯結構及其工作課件回轉窯齒圈回轉窯齒圈托輪托輪建筑材料熱工設備1水泥窯第3節(jié)回轉窯結構及其工作課件擋輪窯筒體軸向位移窯筒體輪帶擋輪圖2-72輪帶與擋輪擋輪窯筒體軸向位移窯筒體輪帶擋輪圖2-72輪帶輪帶建筑材料熱工設備1水泥窯第3節(jié)回轉窯結構及其工作課件回轉窯輪帶的潤滑回轉窯輪帶的潤滑輪帶節(jié)輪帶節(jié)窯筒體活動迷宮環(huán)固定迷宮環(huán)圖2-73迷宮式密封裝置示意圖

迷宮式密封裝置是利用空氣多次通過曲折通道增大流動阻力而防止漏風的。窯筒體活動迷宮環(huán)固定迷宮環(huán)圖2-73迷宮式密封裝置示水泥回轉窯窯尾密封裝置水泥回轉窯窯尾密封裝置建筑材料熱工設備1水泥窯第3節(jié)回轉窯結構及其工作課件建筑材料熱工設備1水泥窯第3節(jié)回轉窯結構及其工作課件窯尾密封窯尾密封窯尾密封及冷風套窯尾密封及冷風套彈簧摩擦板筒體接觸式密封裝置彈簧摩擦板筒體接觸式密封裝置密封裝置密封裝置二、回轉窯的工作原理

物料回轉窯內煅燒的過程是生料從窯的冷端喂入，由于窯有一定的傾斜度，且不斷回轉，因此使生料連續(xù)向熱端移動。燃料自熱端噴入，在空氣助燃下燃燒放熱并產生高溫煙氣，熱氣在風機的驅動下，自熱端向次端流動，而物料和煙氣在逆向運動的過程中進行熱量交換，使生料燒成熟料。因此，研究回轉窯的工作原理，主要是研究物料在窯內的運動，窯內氣體的流動，燃料燃燒和物料與氣體間傳熱的現(xiàn)象和規(guī)律。二、回轉窯的工作原理物料回轉窯內煅燒的過程是生（一）回轉窯內物料的運動1、物料在窯內的運動過程生料從窯的冷端喂入，在向熱端運動的過程中煅燒成熟料。物料在窯內的運動情況直接影響到物料層溫度的均勻性；

物料的運動動速度影響到物料在窯內的停留時間（即物料的受熱時間）和物料在窯內的填充系數(shù)（即物料的受熱面積）；因此也影響到物料和熱氣體之間的傳熱。為了使回轉達到高產，必須了解窯內物料的運動情況。（一）回轉窯內物料的運動1、物料在窯內的運動過程生料從窯的冷FDBGCAEβαΔS低端高端圖2-75

回轉窯內物料充填與運動簡圖θ——填充角；β——窯傾斜角；α——物料休止角θFDBGCAEβαΔS低端高端圖2-75回轉窯內物料充

窯內的物料僅占據(jù)窯容積的一部分，物料顆粒在窯內的運動過程是比較復雜的。

假設物料顆粒在窯壁上及料層內部沒有滑動現(xiàn)象，當窯回轉時，物料顆粒靠著摩擦力被窯帶起，帶到一定高度，即物料層表面與水平面形成的角度等于物料的自然休止角時，則物料顆粒在重力的作用下，沿著料層表面滑落下來。

因為窯體以3～6%的傾斜度安裝，所以物料顆粒不會落到原來的位置，而是向窯的低端移動了一個距離，落在一個新的點，在該新的點又重新被帶到一定高度再落到靠低端的另一點，如此不斷前進。窯內的物料僅占據(jù)窯容積的一部分，物料顆粒在窯內的運動

因此，可以形象地設想各個顆粒運動所經過的路程，象一根圓形的彈簧。

實際上物料在回轉窯內運動時，物料顆粒的運動是有周期性變化的，物料顆?；蚵裨诹蠈永锱c窯一起向上運動，或到料層表面上降落下來，但是只有在物料顆粒降落的過程中，才能沿著窯長方向移動。因此，可以形象地設想各個顆粒運動所經過的路程，2、物料在窯內的運動速度（1）一般速度公式

回轉窯內物料運動的情況比較復雜，影響因素很多，因此要想用簡單的公式來準確計算物料在窯內各帶的運動速度是比較復雜的和困難的。

在對回轉窯內物料運動的規(guī)律進行分析和模擬試驗后，得出很多計算回轉窯內物料運動的速度的公式其中最為常用的一般公式為：2、物料在窯內的運動速度（1）一般速度公式回轉窯內物式中：—物料在窯內運動的速度，m/s；L—窯的長度，m；—物料在窯內停留的時間：n—窯的轉速，rpm；—物料的休止角，度；—窯的傾斜度（角），，稱為斜度；—窯的襯磚內徑，m。式中：—物料在窯內運動的速度，m/s；L—窯的長度，m；—物關于公式的討論物料運動速度與窯的傾斜角，窯的襯磚內徑和轉速n成正比，與物料休止角的平方根成反比。②當窯徑一定時，與n的積成正比。若使物料的運動成反比，即窯的傾斜角愈大，速度保持一定，則n與窯的速度應愈低。③實際生產中，已為定值，則與n、、即改變窯速，窯內物料的運動速度隨之變化。成正比，④如窯內有結圈或人工砌筑的擋料圈時，物料的運動速度要降低。⑤窯內的熱交換裝置（如鏈條、熱交換器）也會影響物料的運動速度。關于公式的討論物料運動速度與窯的傾斜角，窯的襯磚內徑和轉速n（2）物料在窯內各帶的運動速度

煅燒過程中，窯內各帶發(fā)生的物理化學變化對物料顆粒的形狀、粒度、松散度及密度均有影響，因此各帶物料的運動速度是不同的。

為了了解窯內各帶物料的運動速度，可將放射性同位素摻入生料中進行測定，如某廠曾在150米的濕法長窯上，通過實際測定和計算而得的物料運動的平均速度為：窯內各帶冷卻帶燒成帶放熱反應帶分解帶預熱帶干燥帶鏈條帶喂料中空部分速度（m/h）

28.418.441.046.034.527.028.829.3（2）物料在窯內各帶的運動速度煅燒過程中，窯內各帶發(fā)由上述測定結果得到，各帶物料的運動速度相差很大。從干燥帶向熱端，物料的運動速度不斷增加，分解帶物料的運動速度最快，之后又不斷降低。（3）影響窯內物料運動的因素

窯內物料運動速度與其物理性質、窯徑和窯內熱交換裝置等有關。物料的粒度愈小，運動速度愈小，如粉料的運動速度高于料球運動速度。干燥帶的運動速度與鏈條的懸掛方式、懸掛密度有關。預熱帶的物料運動速度與窯內熱交換裝置有關。分解帶，由于碳酸鹽分解放出的二氧化碳氣體使物料呈流態(tài)化，因此物料運動速度最快，在分解帶，碳酸鹽分解需要吸收大量的熱，但是物料流速又快，所以窯的分解帶比較長。由上述測定結果得到，各帶物料的運動速度相差很大。從干燥帶向熱窯內料層厚度不同，物料被帶起的高度也不同，料層厚，帶起高，在窯回轉一周時，物料被帶起的次數(shù)少，即翻動的次數(shù)少，受熱的均勻性就差；但料層過薄，窯的產量降低，因此必須選擇合適的料層厚度，通常窯內物料的填充系數(shù)為6～15%。當窯內物料流量穩(wěn)定時，移動速度快的地帶，其填充系數(shù)小。

因此在實際生產上，為了穩(wěn)定窯的熱工制度，必須穩(wěn)定窯速，若因煅燒不良而降低窯速時，需相應地減少喂料量，以保持窯內物料的填充系數(shù)不變。因此，一般回轉窯的傳動電機和喂料機的電機是同步的，以便于控制。窯內料層厚度不同，物料被帶起的高度也不同，料層厚，帶起高，在（二）回轉窯內氣體的流動1、回轉窯內氣體的流動過程

為了使回轉窯內燃料燃燒完全，必須不斷地從窯頭送入大量的助燃空氣，而燃料燃燒后產生的煙氣和生料分解出來的氣體，在向窯的冷端流動的過程中，將熱量傳給與之相對運動的物為以后，從窯尾排出。

窯內氣體在沿長度方向流動的過程中，氣體的溫度、流量和組成都在變化，因此流速和阻力是不同的。通常有窯尾負壓表示窯的流體阻力，在窯操作正常時，窯尾負壓應在不大的范圍內波動，如窯內有結圈，則窯尾負壓會顯著升高。在生產在當排風機抽風能力相同時，根據(jù)窯尾負壓可以判斷窯的工作情況。（二）回轉窯內氣體的流動1、回轉窯內氣體的流動過程為2、窯內氣流速度的大小對窯內傳熱的影響影響換熱系數(shù)：因而影響傳熱速率、窯的產量和熱耗；影響窯內飛灰生成量：即影響料耗。

當流速過大時，傳熱系數(shù)增大，但氣體與物料的接觸時間減少，總傳熱量有時反而會減少，表現(xiàn)為廢氣溫度升高、熱耗增大、飛灰增多、料耗加大，不經濟。

相反，當流速低時，傳熱效率降低，產量會顯著下降，也不合適。2、窯內氣流速度的大小對窯內傳熱的影響影響換熱系數(shù)：因而影響

窯內氣流速度，各帶不同，一般以窯尾風速來表達，如直徑為3米的濕法窯，以5（米/秒）左右為宜。干法窯的窯尾風速相應大一些，一般約10（米/秒）左右。

窯尾風速增大，回轉窯的飛灰量增多，一般，窯內的飛灰量與窯尾風速的2.5～4次方成正比。窯內氣流速度，各帶不同，一般以窯尾風速來表達，如直徑（三）回轉窯內燃料的燃燒（關于燃料的燃燒過程已在《硅酸鹽工業(yè)熱工基礎》中燃燒學部分討論，要課程不再重復）在回轉窯的燒成帶，物料進行的主要物理化學反應是吸收生成，這是微吸熱反應。為了使生成的反應完全，必須使物料在1400～1450℃的高溫下停留一定的時間。（三）回轉窯內燃料的燃燒（關于燃料的燃燒過程已在《硅酸鹽工業(yè)回轉窯喂煤系統(tǒng)回轉窯喂煤系統(tǒng)建筑材料熱工設備1水泥窯第3節(jié)回轉窯結構及其工作課件1、燃料在回轉窯內燃燒應滿足的要求燃料燃燒的火焰溫度要達到1600～1800℃；（保持高溫）火焰要有適當?shù)拈L度；（保持物料高溫時間）處于適當?shù)奈恢谩＃ㄟm合的形成的反應）為了使生成的反應完全，使生料燒成熟料并獲得較高的產量，燃料在轉窯內的燃燒必須滿足一定的要求：1、燃料在回轉窯內燃燒應滿足的要求燃料燃燒的火焰溫度要達到12、回轉窯對入窯煤粉和助燃空氣的要求（1）對入窯煤粉的質量要求低熱值：揮發(fā)份：=18～30%灰分：＜25～30%水分：＜1～2%細度：＜15%（0.08mm方孔篩篩余）2、回轉窯對入窯煤粉和助燃空氣的要求（1）對入窯煤粉的質量要

這些要求都是為了保證燒成帶溫度和熱力強度以及火焰的穩(wěn)定性而提出的，當采取有效措施（如提高助燃空氣溫度等）改善燃燒條件時，對煤質的要求也可適當放寬。

另外，現(xiàn)國內有不少企業(yè)已成功采用無煙煤作為回轉窯生產燃料，這是一項目前在水泥行業(yè)的新技術，對提高水泥企業(yè)經濟效益效果顯著。這些要求都是為了保證燒成帶溫度和熱力強度以及火（2）對入窯助燃空氣的要求煤粉自噴煤管以較高氣速（40～80m/s）送入窯內。

通過噴煤管輸送煤粉的空氣，習慣上稱為一次風。從安全角度考慮，一般一次風不預熱。因此其用量不宜過多，因窯型和燃燒器的不同，其量約占總燃燒空氣量的10～30%，大量的二次風由冷卻機提供，故已被預熱到600～1000℃，它既能回收熟料中的熱量，又可促進燃燒反應完全并提高實際燃燒溫度。為了確保窯內燃料燃燒完全和燃燒安全，一、二次風用量的總和應略高于理論空氣需要量，控制過?？諝庀禂?shù)為1.05～1.10為宜。（2）對入窯助燃空氣的要求煤粉自噴煤管以較高氣速（40～803、回轉窯內的燃燒帶與燒成帶火焰覆蓋的區(qū)域，稱為燃燒帶。

火焰中部區(qū)域溫度高，達1600～1800℃，此時熟料被加熱到1300～1450℃，其中有相當量（約25～30%）的組分熔融成液相，粘附在窯內耐火材料的表面上形成一定厚度的粘稠狀物料，即俗稱的主窯皮。窯內這一區(qū)域稱為燒成帶。通常燒成帶的長度用主窯皮的長度來判定。

由此可見，燒成帶是燃燒帶中高溫部分。

平整的窯皮、合適的厚度和長度，是窯內煅燒制度正常穩(wěn)定的標志。窯皮的形成還可以保護窯內耐火襯料，延長回轉窯的運轉周期。3、回轉窯內的燃燒帶與燒成帶火焰覆蓋的區(qū)域，稱為燃燒帶。4、窯內火焰長度與火焰溫度分布（火焰形狀）對燒成的影響（1）火焰長度火焰長度及火焰長度對燒成的影響：

火焰的長度一般是指從噴煤管口到火焰終止斷面的距離，燃燒條件的變化則火焰長度會有很大的變化。

火焰長度對燒成工藝影響很大，當發(fā)熱量一定時，如火焰過長，燒成帶的溫度就會降低，物料過早出現(xiàn)液相，易引起結圈，此外還會造成不完全燃燒，廢氣溫度會提高，煤耗加大等。

相反，火焰過短，高溫部分過于集中，容易燒垮窯皮及襯料，不利于窯的長期安全運轉。因此，火火焰長度應根據(jù)窯的實際操作條件，加以調整與控制。4、窯內火焰長度與火焰溫度分布（火焰形狀）對燒成的影響（1）影響窯內火焰長度的因素：有很多。主要有：燃燒速度和窯內氣體的流速。燃燒速度：粉煤的細度、煤粉與空氣混合情況、一、二次風的溫度等因素有關。煤粉粉愈細，或在噴煤管內加裝風翅，以加還煤與空氣的混合，或提高一、二次空氣的溫度，均能提高燃燒速度，而使火焰短。風煤的混合速度和均勻程度也是影響燃燒速度的關鍵。影響窯內火焰長度的因素：有很多。主要有：燃燒速度和窯內氣體的氣體流速：主要指一次風

一次空氣主要供揮發(fā)分燃燒，因此一次風量主要決定于煤粉中揮發(fā)的含量。揮發(fā)分多的煤粉，如一次風量少燃燒速度就減慢，會使火焰拉長。

回轉窯的直徑愈大，一次風速愈高，直么2.5～4.0米的回轉窯，一次風速為50～70米/秒。一次風速增加，一方面能增加煤粉單位時間的有效射程，另一方面又使煤粉的燃燒速度加快，燃燒時間縮短，因此在實際操作中，一次風速增加后，火焰變長或變短，應視兩者的影響程度而定。氣體流速：主要指一次風一次空氣主要供揮發(fā)分燃燒，因此（2）火焰溫度分布（火焰形狀）窯內火焰溫度分布，通常是兩頭低、中間高。熱端較低溫度區(qū)就是窯內的冷卻帶。

煤粉從噴管噴出后，須經過干燥預熱至700～800℃才著火燃燒，回轉窯中所看到的黑火頭就是煤粉從噴出后至著火燃燒前氣流所移動的距離。黑火頭長則使回轉窯的傳熱面積減小，對產量、質量不利，黑火頭過短則冷卻帶短，熟料離窯的溫度提高，增加冷卻機的負荷。（2）火焰溫度分布（火焰形狀）窯內火焰溫度分布，通常是兩頭低影響黑火頭長度的因素有：煤粉的組成與細度、一次空氣的溫度和流速、二次風量與風溫等。

煤粉愈細，煤粉中揮發(fā)分的含量越高，提高一次風溫，增加一次空氣的比例，都會使黑火頭縮短。

在窯的操作中，應形成適合燒成需要的好火焰，即高溫部分較長，黑火頭較短，火焰平穩(wěn)。影響黑火頭長度的因素有：煤粉的組成與細度、一次空氣的溫度和流燃燒器燃燒器5、煤粉燃燒器（噴嘴）—噴煤管

煤粉在窯內的燃燒情況與噴煤管的結構尺寸和參數(shù)選擇有很大關系。噴嘴的形狀和出口尺寸主要影響煤粉和一次風的混合程度和噴出速度。（1）傳統(tǒng)噴嘴①傳統(tǒng)噴嘴的形狀如圖所示為常用的幾種傳統(tǒng)噴嘴。5、煤粉燃燒器（噴嘴）—噴煤管煤粉在窯內的燃燒情況與縮口型：有一節(jié)1～6°的縮口（也稱拔哨），其作用是使煤粉和空氣接觸機會增加，混合較好，從而使火焰集中，適用于煙煤。直管型：風煤直線噴出，不利于風煤混合，不利于煤粉充分燃燒。縮口型：有一節(jié)1～6°的縮口（也稱拔哨），其作用是使煤粉和空目前大多數(shù)窯上的噴煤管裝成活動的，在操作時可以根據(jù)窯內煅燒情況前后移動，以改變噴嘴在窯體中位置。拔哨型：在縮口外再加一節(jié)平頭，能延長火焰，且使火焰平衡。風翅型：為加速風煤的混合，在噴煤管內加裝風翅，翅片與管壁中心線呈7～30°，角度大，火焰短，但流股發(fā)生旋轉，會掃傷窯皮。目前大多數(shù)窯上的噴煤管裝成活動的，在操作時可以根據(jù)窯內煅燒情②噴嘴的直徑這種傳統(tǒng)簡單噴嘴直徑可以用下式計算：式中：d—噴嘴直徑，mm；—一次風用量，v—噴嘴內風速，m/s。在常規(guī)情況下，一次空氣量約占總空氣用量15～20%。②噴嘴的直徑這種傳統(tǒng)簡單噴嘴直徑可以用下式計算：式中：d—噴式中：—燃燒1kg煤所需實際空氣量，N—單位熟料煤耗，kg煤/kg熟料；G—每小時熟料產量kg/h；P—一次空氣占總空氣用量的百分率。因此式中：—燃燒1kg煤所需實際空氣量，N—單位熟料煤耗，kg煤例：在下述條件下，計算噴煤管的直徑d。G=300噸/日=12500kg/h；=0.2kg煤/kg熟料；【解】v=60m/s==1.08N=1000=153（mm）此為噴嘴有效內徑的估算值。P=20%=7.8N煤；例：在下述條件下，計算噴煤管的直徑d。G=300噸/日=1（2）新型燃燒器（三通道、多通道噴煤管）

隨著窯外分解技術的發(fā)展，窯的單機產量增大以及為了適應煤質的變化，近年來各國水泥設備制造公司對于噴煤管的結構作了大量的開發(fā)與研究工作，取得了卓有成效的成就。主要是開發(fā)的多通道噴煤管。

新型噴煤管很多，共同的特點是噴出的空氣分成多股，即內風、外風和煤風，各有不同的風速和方向，從而形成多個通道。最常用的是三通道噴煤管。（2）新型燃燒器（三通道、多通道噴煤管）隨著窯外分解這種噴煤管，內、外兩個通道為凈風道，分別稱內風和外風。內風通道的出口端裝有旋流葉片，所以又稱為旋流風。中間通道為輸送煤粉的通道，稱為煤風。

三股風在出口處匯合形成了同軸旋轉的復雜射流。操作時通過改變內、外風速和風量的比例，可以靈活調節(jié)火焰形狀和燃燒強度，以滿足窯內煅燒熟料溫度分布的要求。這種噴煤管，內、外兩個通道為凈風道，分別稱內風和外風。內風通

當旋風強度大，火焰變得粗而短，高溫帶會相對更集中。反之，火焰會被拉長。

煤風采用濃相低速噴射，通常在保證不發(fā)生回火的條件下取接近輸送粉料的速度20～30m/s。由于粉粒體的存在強化了射流中的湍流強度，因而改善了煤粉與一、二次風的微觀混合。

內外凈風出口風速可高達75～150m/s。煤風濃度允許有較大波動（經驗為3.5～8.0kg煤粉/m3空氣）。故在窯用煤量有所變動時，輸送煤粉的空氣量也可保持穩(wěn)定不變。這對噴煤管的空氣動力學設計是有利的。當旋風強度大，火焰變得粗而短，高溫帶會相對更集中。反

當噴煤管噴射流動動量很大時，會引射下游區(qū)域的高溫燃氣而形成回流。這種回流一方面會提高上游火焰溫度，提高燃燒速度，從而使煤粉著火穩(wěn)定，另一方面又可能沖淡可燃混合物中氧氣含量，使燃燒速度降低，從而增長了火焰長度。

另外還有多種形式的噴煤管，其目的是加強風煤混合、一、二次的混合，減少一次風用量，加快燃燒速度。目前我國一些水泥廠采用無煙煤技術，其關鍵是用好三通道或多通道噴煤管。當噴煤管噴射流動動量很大時，會引射下游區(qū)域的高建筑材料熱工設備1水泥窯第3節(jié)回轉窯結構及其工作課件6、窯的發(fā)熱能力、燃燒帶的熱力強度（熱力強度也稱窯的熱負荷）（1）回轉窯的發(fā)熱能力：就是窯單位時間內發(fā)出的熱量。

為了滿足生產熟料所需的熱量，回轉窯必須具有一定的發(fā)熱能力，其大小為：式中：Q—窯的發(fā)熱能力，kJ/h；m—窯的小時產量，kg/h；q—熟料燒成熱耗，kJ/kg熟料；B—窯小時用煤量，kg/h；—煤的應用基低熱值，kJ/kg煤。6、窯的發(fā)熱能力、燃燒帶的熱力強度（熱力強度也稱窯的熱負荷）（2）燃燒帶的容積熱力強度（也稱容積熱負荷）：

——指燃燒帶內單位時間、單位容積所發(fā)出的熱量。

顯然，提高窯的發(fā)熱能力，能為回轉窯增產創(chuàng)造條件。但發(fā)熱能力受到燃燒空間的限制，因回轉窯燃燒帶的容積熱力強度是有限的，過高會損壞窯的內襯，會使熟料中液相增多。多數(shù)工廠回轉窯燃燒帶的容積熱力強度控制在1.2～1.5×106kJ/m3h左右，個別的也有高達2.1×106kJ/m3h。（2）燃燒帶的容積熱力強度（也稱容積熱負荷）：——指燃燒帶容積熱力強度的計算公式為：式中：—窯內物料的填充系數(shù)，一般為0.06～0.15；—窯內物料的填充系數(shù)，一般為0.06～0.15；—燃燒帶的直徑，m；—燃燒帶的長度，m。容積熱力強度的計算公式為：式中：—窯內物料的填充系數(shù)，一般為燃燒帶長度：根據(jù)實際生產情況，燃燒帶的長度可按下式計算：濕法長窯：帶多筒冷卻機，帶單筒冷卻機，=4.9=4.2立波爾窯：=3.2燒成帶長度：燃燒帶只是燒成帶中溫度最高的部分，燒成帶長度可按下式計算：=（0.60～0.65）燃燒帶長度：根據(jù)實際生產情況，燃燒帶的長度可按下式計算：濕法（3）燃燒帶的表面積熱力強度（也稱表面積熱負荷）和截面積熱力強度（也稱截面積熱負荷）表面積熱力強度：燃燒帶單位表面積上所發(fā)出的熱量。截面積熱力強度：燃燒帶單位截面積上所發(fā)出的熱量。計算公式分別為：式中：—燃燒帶表面積熱力強度，kJ/m2h；—燃燒帶截面積熱力強度，kJ/m2h。隨著窯徑增大，、的數(shù)值增高。（3）燃燒帶的表面積熱力強度（也稱表面積熱負荷）和截面積熱力（五）回轉窯內的傳熱

回轉窯是個高溫反應器，因此回轉窯的傳熱問題對于回轉窯的產質量至關重要。1、研究回轉窯內傳熱的目的（1）對窯內各帶傳熱機制進行理論分析，從而理解窯的下列因素對傳熱過程的影響，達到提供調節(jié)控制窯內各帶傳熱條件與措施的理論依據(jù)。

結構參數(shù)：如窯的直徑、窯型及窯內特殊構件等；操作參數(shù)：如氣體與物料運動速度，氣體、物料及進出口溫度；窯的轉速；物料在窯內的填充系數(shù)等；物性參數(shù)：如氣體、物料及襯料的導熱系數(shù)、黑度、熱容、密度等；（五）回轉窯內的傳熱回轉窯是個高溫反應器，因此回轉窯（2）對已投產運行的窯（規(guī)格尺寸已知、生產條件相對固定），可根據(jù)給定的操作情況通過傳熱計算，分別求得窯內各帶相應點處氣體、物料與窯襯的溫度，從而繪出沿窯長溫度分布曲線，作為評價分析窯內煅燒工藝和熱工制度的依據(jù)。（3）在設計時根據(jù)生料煅燒過程中復雜的物理化學變化所需的總熱量和窯內各帶高溫氣體通過各種途徑傳給物料按單位長度計的傳熱總量，再結合設計生產條件和燒成工藝要求而確定回轉窯的規(guī)格和尺寸。（2）對已投產運行的窯（規(guī)格尺寸已知、生產條件相對固定），可2、研究的難度

上述要求是對于化學反應器傳熱計算的一般要求，但對于水泥窯來說，卻具有特殊的難度：要對高溫下氣—固、固—固間穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)傳熱量精確計算；涉及到所有反應的速度和完成度等高溫工業(yè)反應動力學問題；

涉及到各種反應在給定條件下物性參數(shù)的確定問題。這些問題至今尚未解決，還有待理論和實踐兩方面的深入研究與探討。2、研究的難度上述要求是對于化學反應器傳熱計算的一般3、回轉窯內的傳熱機制僅從熱力學和傳熱學的觀點出發(fā)討論。

回轉窯內的傳熱源是燃料燃燒后的高溫煙氣，受熱體是生料和窯內壁。是典型的氣—固傳熱，傳給生料的熱量供煅燒過程中干燥、預熱、分解和煅燒，用以完成全部藝要求。（1）窯內傳熱的綜合分析與傳熱方式高溫氣體中具有輻射傳熱能力的組成，主要是和（汽），但由于煙氣中夾帶著粉體物料，因此增大了氣體的輻射率。同時因為窯內流動氣體和湍流作用，產生了有效的對流傳熱。

堆積生料之間以及窯回轉時物料周期性地與受熱升溫的窯體內壁相接觸而有輻射與傳導傳熱共存。3、回轉窯內的傳熱機制僅從熱力學和傳熱學的觀點出發(fā)討論。

總之，窯內氣—固與固—固之間同時存在輻射、對流、傳導三種傳熱方式。其間關系錯綜復雜。再加上回轉窯系統(tǒng)中，預熱器和冷卻機都與窯首尾相銜，在一定程度上對窯內氣固溫度分布也會產生一定影響。以及回轉窯作為輸送設備，物料運動規(guī)律，粉塵飛揚循環(huán)等也對傳熱有影響，從而更增加計算難度和復雜性?？傊?，窯內氣—固與固—固之間同時存在輻射、對流（2）傳熱機制

經簡化后，取回轉窯內某一斷面1m長的范圍內，綜合傳熱機制關系如下圖所示：圖2-82a窯內傳熱機制分析—傳熱流流圖（2）傳熱機制經簡化后，取回轉窯內某一斷面1m長的范圖2-82b窯內傳熱機制分析—傳熱框圖圖2-82b窯內傳熱機制分析—傳熱框圖討論：由于窯的回轉運動，因此窯內襯板上某一點B，在不同時間內依次分別和高溫氣體接觸（蓄積熱量）和被覆蓋在物料內（放出熱量），其本身溫度周期性地變化。其變化規(guī)律如下圖所示。圖2-83窯內轉一周襯料蓄熱放熱情況示意圖討論：由于窯的回轉運動，因此窯內襯板上某一點B，在不同時間內在窯回轉過程中，物料由表面向內部導熱和襯料表面向堆于其上的物料內部導熱都是不穩(wěn)定導熱，即其傳導熱量隨時間而變化。在窯回轉過程中，物料由表面向內部導熱和襯料表面向堆于其上的物（3）傳熱計算

基于上述分析，原則上可根據(jù)各自的傳熱方式進行傳熱量的計算，然后按圖17傳熱框圖所示的傳熱機制進行綜合（串聯(lián)、并聯(lián)）計算。

根據(jù)熱量傳遞的基本規(guī)律，將各類傳熱量Q（W/m）有統(tǒng)一方程式表達。即以1m長度的窯體作為計算標準。（W/m）………（1）式中：—由物體1傳給物理2的總熱量，（W/m）；A—物體1與物體2之間的傳熱面積，m2；h—各種方式傳熱系數(shù)，（W/m2·℃）；—兩物體間的溫度差，℃。由此可知傳熱量的計算，關鍵可集中在傳熱系數(shù)h的確定。（3）傳熱計算基于上述分析，原則上可根據(jù)各自的傳熱方氣體對物料表面的傳熱、、—氣體（g）以輻射方式（c）傳給物料表面（s）的熱量，W；—氣體（g）以輻射方式（r）傳給物料表面（