從水泥預(yù)熱器提取生石灰的裝置原理及設(shè)計

李建國，林燕虹

（廣東松山職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東韶關(guān) 512126）

1 成分分析

水泥熟料與生石灰的主要成分見表1，可以看出兩者均是以CaO 和SiO2為主的產(chǎn)品，其中水泥熟料生產(chǎn)過程中添加少量黏土、爐渣等原料，但對生石灰的性能影響很小，因此兩者成分的相似度較高、用途相似度也較高，水泥熟料在成分和用途上可以部分代替生石灰。

表1 成分對比分析

2 原料、工藝、設(shè)備分析

2.1 原料一致性分析

水泥熟料的主要原料為CaCO3含量高的石灰石，再添加其他輔助原料；生石灰的原料來源更加豐富，石灰石、白堊、貝殼等CaCO3含量高的材料均可以作為生石灰的原料，但由于石灰石比其他原料更易得，所以生石灰主要采用石灰石作為原材料。因此，水泥熟料和生石灰在原材料上一致性較高。

2.2 工藝一致性分析

生石灰的生產(chǎn)工藝流程如圖1a）所示，原材料經(jīng)過簡單的破碎后，在預(yù)熱器進行干燥處理除去自由水，再由回轉(zhuǎn)窯在900～1000 ℃除去結(jié)合水，進行煅燒；煅燒石灰石的化學(xué)方程式為：

圖1 生石灰和水泥熟料生產(chǎn)工藝流程

水泥熟料的生產(chǎn)工藝流程如1b）所示，原材料經(jīng)過破碎、輥壓磨粉后進入預(yù)熱器干燥并除去自由水和預(yù)分解得到CaO 及其他干燥的粉末輔助原料，然后一同進入回轉(zhuǎn)窯進行高溫煅燒。

生石灰的主要成分CaO 是生產(chǎn)水泥熟料過程的中間產(chǎn)物。兩者的不同是生產(chǎn)水泥熟料需要滾壓磨粉，但磨粉過程并未改變其成分，反而是能獲取更大的比表面積，從而降低單位能耗；其次是生產(chǎn)水泥熟料需要少量添加黏土、爐渣等輔助材料，但在進入回轉(zhuǎn)窯煅燒前，輔助原料仍是單獨的干燥粉末，并未發(fā)生相變，對生石灰的產(chǎn)品性能影響較小。因此，水泥熟料和生石灰的工藝一致性也較高。

2.3 設(shè)備一致性分析

由于水泥熟料和生石灰的工藝具有較高的相似性，決定在設(shè)備上具備較高的相似性。生產(chǎn)水泥熟料需要破碎機、輥壓機、提升機、預(yù)熱器、回轉(zhuǎn)窯、離心分機、旋風(fēng)除塵器、袋除塵器等主機設(shè)備；生產(chǎn)生石灰需要破碎機、提升機、預(yù)熱器、回轉(zhuǎn)窯、離心分機、袋除塵器等主機設(shè)備。兩者的設(shè)備一致性也較高。水泥熟料和生石灰的生產(chǎn)在原料、工藝流程、生產(chǎn)設(shè)備上具備較高的一致性，生石灰是生產(chǎn)水泥熟料的中間產(chǎn)物。在水泥熟料生產(chǎn)線提取生石灰作為產(chǎn)品，是具備較高可行性的。

3 工藝過程設(shè)計

3.1 原理設(shè)計

從水泥熟料生產(chǎn)線提取生石灰產(chǎn)品的基本原理如圖2 所示，從符合生石灰煅燒溫度的地方開提取口，再經(jīng)過管道的冷卻和運輸?shù)竭_旋風(fēng)除塵器進行粗收集入庫，未收集完的部分生石灰粉末再由袋除塵進行精收集入庫。物料運輸?shù)膭恿屠鋮s媒介均是離心風(fēng)機產(chǎn)生的風(fēng)力。

圖2 提取生石灰產(chǎn)品的基本原理

3.2 提取口的選擇

提取符合要求的生石灰產(chǎn)品，必需包含生石灰的生產(chǎn)過程，根據(jù)水泥熟料生產(chǎn)線的工藝特點與溫度分布，應(yīng)當在預(yù)熱器后段和回轉(zhuǎn)窯窯尾提取之間提取生石灰產(chǎn)品。

常見的水泥熟料生產(chǎn)線共有5 級預(yù)熱器，其中第1、第2、第3、第4 級預(yù)熱器作用是為干燥、脫水，最高溫度達不到900 ℃。第5 級預(yù)熱器是預(yù)分解預(yù)熱器，溫度較高，其底部溫度可達到930 ℃，回轉(zhuǎn)窯窯尾溫度接近1000 ℃，故在這兩處提取生石灰是比較符合生石灰煅燒溫度要求。由于回轉(zhuǎn)窯是旋轉(zhuǎn)設(shè)備，安裝提取口的難度較大，故選擇在第5 級預(yù)熱器提取生石灰。

3.3 過程與參數(shù)設(shè)計

從生石灰提取到成品的過程，需經(jīng)過提取、輸送、降溫、收塵、入庫5 個步驟，從第5 級預(yù)熱器焊接錐形管提取生石灰后，并安裝板閥，即在需要提取時打開，不需要提取時關(guān)閉；由于從第5 級預(yù)熱器直接連接至管道將造成巨大的熱力和壓力損失，故在第5 級預(yù)熱器和管道之間設(shè)置螺旋輸送機和分格輪，即提取生石灰后由耐溫螺旋送料機將物料推至分格輪，再進入負壓管道；管道中生石灰由風(fēng)機產(chǎn)生的風(fēng)力帶動下進行降溫并被抽至旋風(fēng)收塵器進行初步收塵，此時大部分物料入庫，另外一部分不能被旋風(fēng)收塵器收集的物料，進入袋收塵后再入庫。

物料既是經(jīng)過管道輸送到旋風(fēng)收塵器，也是在管道內(nèi)降溫，因此管道直徑、風(fēng)、風(fēng)速的設(shè)定直接關(guān)系到裝置的實用性和安全性。常用的袋收塵進口溫度T≤130 ℃，第5 級預(yù)熱器出口溫度為930 ℃，物料應(yīng)當在管道中降溫800 ℃。管道直徑和風(fēng)速應(yīng)根據(jù)管道熱平衡方程與利霍夫公式進行計算和校核。風(fēng)壓則應(yīng)滿足收塵器的使用要求選定并預(yù)留使用系數(shù)，離心風(fēng)機的選型則應(yīng)當根據(jù)風(fēng)速、風(fēng)壓、壓力損失進行選擇。具體設(shè)計參數(shù)見表2。

表2 主要參數(shù)

4 優(yōu)化設(shè)計

由于該裝置是在水泥熟料生產(chǎn)線技術(shù)改造而成，應(yīng)在不影響水泥熟料生產(chǎn)前提下提取生石灰產(chǎn)品。板閥的開度決定生石灰的產(chǎn)量，同時影響水泥熟料的單位能耗，由于生石灰產(chǎn)量和水泥熟料的單位能耗關(guān)系難以計算，因此應(yīng)當把板閥設(shè)置為可調(diào)節(jié)閥門開度的電動板閥，在生產(chǎn)中進行調(diào)整、摸索出最佳的板閥開度，以保證最佳的經(jīng)濟效益。

5 產(chǎn)品質(zhì)量

經(jīng)國家認可機構(gòu)經(jīng)驗，該裝置生產(chǎn)的生石灰成分見表3。

表3 裝置生產(chǎn)的生石灰成分

經(jīng)檢驗證明，該產(chǎn)品符合JC/T 481—1992 國家生石灰產(chǎn)品質(zhì)量標準的要求，并達到相關(guān)的產(chǎn)品質(zhì)量要求。

6 結(jié)束語

該裝置根據(jù)水泥熟料與生石灰成分、原料、生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)工藝較為相似的特點，從現(xiàn)有的水泥熟料生產(chǎn)線的第5 級預(yù)熱器提取生石灰粉末，經(jīng)過風(fēng)力運輸、降溫、收集后成為符合相關(guān)標準的生石灰產(chǎn)品。該產(chǎn)品具有明顯的成本低、性價比高、質(zhì)量可靠的優(yōu)勢，同時也為水泥廠提供更豐富的產(chǎn)品系列。