从水泥预热器提取生石灰的装置原理及设计

2023-02-24李建国林燕虹

设备管理与维修 2023年2期

李建国，林燕虹

（广东松山职业技术学院，广东韶关 512126）

1 成分分析

水泥熟料与生石灰的主要成分见表1，可以看出两者均是以CaO 和SiO2为主的产品，其中水泥熟料生产过程中添加少量黏土、炉渣等原料，但对生石灰的性能影响很小，因此两者成分的相似度较高、用途相似度也较高，水泥熟料在成分和用途上可以部分代替生石灰。

表1 成分对比分析

2 原料、工艺、设备分析

2.1 原料一致性分析

水泥熟料的主要原料为CaCO3含量高的石灰石，再添加其他辅助原料；生石灰的原料来源更加丰富，石灰石、白垩、贝壳等CaCO3含量高的材料均可以作为生石灰的原料，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为原材料。因此，水泥熟料和生石灰在原材料上一致性较高。

2.2 工艺一致性分析

生石灰的生产工艺流程如图1a）所示，原材料经过简单的破碎后，在预热器进行干燥处理除去自由水，再由回转窑在900～1000 ℃除去结合水，进行煅烧；煅烧石灰石的化学方程式为：

图1 生石灰和水泥熟料生产工艺流程

水泥熟料的生产工艺流程如1b）所示，原材料经过破碎、辊压磨粉后进入预热器干燥并除去自由水和预分解得到CaO 及其他干燥的粉末辅助原料，然后一同进入回转窑进行高温煅烧。

生石灰的主要成分CaO 是生产水泥熟料过程的中间产物。两者的不同是生产水泥熟料需要滚压磨粉，但磨粉过程并未改变其成分，反而是能获取更大的比表面积，从而降低单位能耗；其次是生产水泥熟料需要少量添加黏土、炉渣等辅助材料，但在进入回转窑煅烧前，辅助原料仍是单独的干燥粉末，并未发生相变，对生石灰的产品性能影响较小。因此，水泥熟料和生石灰的工艺一致性也较高。

2.3 设备一致性分析

由于水泥熟料和生石灰的工艺具有较高的相似性，决定在设备上具备较高的相似性。生产水泥熟料需要破碎机、辊压机、提升机、预热器、回转窑、离心分机、旋风除尘器、袋除尘器等主机设备；生产生石灰需要破碎机、提升机、预热器、回转窑、离心分机、袋除尘器等主机设备。两者的设备一致性也较高。水泥熟料和生石灰的生产在原料、工艺流程、生产设备上具备较高的一致性，生石灰是生产水泥熟料的中间产物。在水泥熟料生产线提取生石灰作为产品，是具备较高可行性的。

3 工艺过程设计

3.1 原理设计

从水泥熟料生产线提取生石灰产品的基本原理如图2 所示，从符合生石灰煅烧温度的地方开提取口，再经过管道的冷却和运输到达旋风除尘器进行粗收集入库，未收集完的部分生石灰粉末再由袋除尘进行精收集入库。物料运输的动力和冷却媒介均是离心风机产生的风力。

图2 提取生石灰产品的基本原理

3.2 提取口的选择

提取符合要求的生石灰产品，必需包含生石灰的生产过程，根据水泥熟料生产线的工艺特点与温度分布，应当在预热器后段和回转窑窑尾提取之间提取生石灰产品。

常见的水泥熟料生产线共有5 级预热器，其中第1、第2、第3、第4 级预热器作用是为干燥、脱水，最高温度达不到900 ℃。第5 级预热器是预分解预热器，温度较高，其底部温度可达到930 ℃，回转窑窑尾温度接近1000 ℃，故在这两处提取生石灰是比较符合生石灰煅烧温度要求。由于回转窑是旋转设备，安装提取口的难度较大，故选择在第5 级预热器提取生石灰。

3.3 过程与参数设计

从生石灰提取到成品的过程，需经过提取、输送、降温、收尘、入库5 个步骤，从第5 级预热器焊接锥形管提取生石灰后，并安装板阀，即在需要提取时打开，不需要提取时关闭；由于从第5 级预热器直接连接至管道将造成巨大的热力和压力损失，故在第5 级预热器和管道之间设置螺旋输送机和分格轮，即提取生石灰后由耐温螺旋送料机将物料推至分格轮，再进入负压管道；管道中生石灰由风机产生的风力带动下进行降温并被抽至旋风收尘器进行初步收尘，此时大部分物料入库，另外一部分不能被旋风收尘器收集的物料，进入袋收尘后再入库。

物料既是经过管道输送到旋风收尘器，也是在管道内降温，因此管道直径、风、风速的设定直接关系到装置的实用性和安全性。常用的袋收尘进口温度T≤130 ℃，第5 级预热器出口温度为930 ℃，物料应当在管道中降温800 ℃。管道直径和风速应根据管道热平衡方程与利霍夫公式进行计算和校核。风压则应满足收尘器的使用要求选定并预留使用系数，离心风机的选型则应当根据风速、风压、压力损失进行选择。具体设计参数见表2。