1 流化床窑的系统构成

1.1.工艺流程及主要组成。流化床水泥窑系统的示意图见图1①悬浮预热分解系统（SC）
由五级预热器和分解炉组成（示意图为4级预热器），生料在悬浮预热分解系统中被预热和预分解。
 ②流化床水泥窑（FCK）
 生料在1300℃高温下完成造粒、烧结成熟料，熟料平均粒径为1-3mm，造粒过程中不需要额外提供粒种。
  ③冷却系统
  冷却系统由流化床淬冷器（FBQ）和移动床冷却器（PBC）组成。在淬冷器中，熟料1300℃迅速冷却至1000℃,以保证得到优质熟料。在移动床冷却器中，熟料被冷却至约110℃，可有效回收熟料的余热。
 

2 实际生产数据
2.1 原料、燃料
   煅烧水泥熟料的原材料有石灰石、粘土、砂岩、铁粉、铝矾土，成分分析如表2所示。五组分按照配比要求生产出合格的生料。所用燃料煤的工业分析如表3所示，烧成的熟料化学成分分析如表4。

2.2熟料的岩相分析及性能测试
   流化床水泥窑烧成的熟料颗粒均匀，粒度为1-3mm左右。对烧制的熟料进行化学成分分析如表4，进行岩相分析如图2-5，进行X射线衍射分析如图6，物理性能测试结果如表5所示。

 
   根据表4的成分分析可知，该熟料硅率高，铝率高，饱和系数低，液相量少粘度大，易烧性变差，但是1-4号熟料样品f-CaO含量不高。证明流化床水泥窑可以适用于易烧性差的生料。这是由于在流态化煅烧工艺中，物料从1000℃以下的预热带迅速进入到1300℃以上的煅烧带，生料分解产生的高活性的CaO、SiO2等氧化物，在活性降低以前，已进行固相反应。因此，反应比较完全。

 
 由图2、3可知，熟料颗粒有环带结构，熟料颗粒中心由形成温度低的B矿与中间相构成，外围交叉出现A矿、B矿环状结构。由于烧成过程中煤粉不同时刻的混入，形成A、B矿不同含量的环状结构。由图4可看出，A矿尺寸略小，大小分布均匀，包裹有C2S，含量较高；B矿发育良好，双晶纹明显，大小合适；fCaO较少。由图5可看出，中间相含量低，铝相较为明显。综合以上特征，熟料硅率高，表现为高温急烧，在高温段停留时间短，烧成时间不足，冷却良好。对于此种硅率、铝率高的配方，在回转窑中高温烧成也未必保证熟料中fCaO含量低，但是图中流化水泥窑烧成的熟料基本上看不到fCaO。

  
  图6看出，该熟料的主要峰与化学式为C54S16MA的A矿匹配得特别好，证明此种C3S结晶状态好，并且图谱中C4AF的特征峰较弱，而C3A的特征峰特别明显。这与熟料的硅率铝率高是相对应的。  表5中流化床窑熟料强度与预分解窑熟料相比，早期强度高是急速煅烧中，生料反应生成较多的铝酸盐矿物，后期强度高可能是因为C3S的含量较高，这一特征可从岩相图片中看出。流化床窑熟料综合样的强度也不比其他熟料差，性能优良。
3.物料平衡与热量平衡
  流化床水泥窑烧成系统的物料平衡和热量平衡分别如表7、8所示。一般来说，2500t/d新型干法回转窑C1出口温度310-370℃，热耗占21%-23%；5000t/d新型干法回转窑C1出口温度290-340℃，热耗大约占18%-21%。四川某厂一级筒出口温度高达310℃，废气带走热716kj/kg.cl，占19.8%，而该流化床水泥窑C1出口废气带走热为276 kj/kg.cl，仅占11.4%，热耗较低。当产量增加时，流化床窑单位熟料的燃料燃烧热耗、C1出口热耗及单位熟料表面散热将进一步降低，能源利用效率会更高。另外，2500t/d或 5000t/d的新型干法回转窑余风热耗大约10%-18%，而流化床水泥窑没有余风。
   流化床水泥窑流动床淬冷器和移动床冷却器的组合，保证了熟料冷却过程中很高的热回收率，这样冷却空气量降低至流化床水泥窑中燃料燃烧所需的空气量；而在传统的篦式冷却机中，由于热回收率低，需要大量的过剩空气，所以流化床水泥窑熟料带走的热耗和CO2排放要相应地降低。如表8所示，流化床水泥窑出冷却机熟料温度低，熟料带走热耗仅占2.72%，而一般回转窑的熟料带走显热占3%—4%。

 
3 流化床水泥窑的优点
  流化床水泥窑的核心技术是大颗粒流态化水泥熟料煅烧工艺 [3-6] ，用流化床反应器来代替传统水泥生产中的回转窑和立窑煅烧设备，从而达到降低能耗、提高质量和减小污染的目的，具体表现如下所述：
  ①CO2排放量降低10%～25%，NOx排放量减少40%以上
  流化床水泥窑系统为1300～1400℃的无焰燃烧，而回转窑系统为1800～2000℃的火焰燃烧。表面散热低、冷却机无余风排出。热耗降低，燃烧形成的CO2相应减少。烧成温度低，流化床水泥窑系统的NOx排放量显著减少，约为200～240ppm，比现有预分解窑系统减少约40%。
  ②能源利用率高，热耗下降10%～25% 
  目前，2500t/d新型干法回转窑的熟料热耗为3000～3700kJ/kg.cl，5000t/d新型干法回转窑为2800～3300 kJ/kg.cl，而流化床水泥窑单位熟料的燃料热耗为2289.6kJ/kg.cl，熟料能耗最低。如表8所示，流化床水泥窑的烧成效率为70.39%，一般来说2500t/d新型干法回转窑烧成效率为40%～50%，5000t/d新型干法回转窑为48%～55%，因而流化床窑能源利用效率更高。
  用流化床水泥窑烧成的熟料粒度小而均匀，约2mm左右，这样在流化床淬冷器和移动床冷却器中的热交换很好，热效率可达80%以上，比现在的篦式冷却机提高了10%以上。另外，与回转窑系统相比，散热表面积及表面温度也减小，如表9所示表面散热耗比仅占6.38%，与表中所列厂家表面散热能耗相比最低，这两种因素使热耗下降10%～25%。

  
  
  ③煤种的选择有很大的灵活性
  回转窑由于其热交换靠热辐射，要求火焰温度达1800-2000℃，然而由于流化床的传热是接触传热，流化床的温度达到1400℃时对于烧成反应的发生来说已经足够。另外，回转窑不宜采用低热值的劣质煤和高碳低挥发分煤，这类煤会降低火焰温度或者延迟燃烧，但在流化床水泥窑系统中，流化床的良好燃烧和传热性决定了它不但可以使用优质煤，更可以使用劣质煤，劣质煤也能保持良好的燃烧状况，因此煤种的选择余地很大。
  ④生产各种水泥的转换性好
利用流化床的燃烧特点，造粒和烧结温度能被精确控制，因此转换生产各种水泥比较容易，而且系统的优良特性保证生产出的特种水泥质量好，成本低。
  ⑤建设成本、运转成本和维护成本低
与回转窑比，流化床水泥窑系统的设备占用土地面积减少70%，建厂投资减少10%-30%。由于没有像回转窑和篦式冷却机那样的活动部件，流化床水泥窑系统的机械设备和耐火材料的使用寿命增长，在热耗降低的同时，运转和维修成本也下降。

参考文献
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[2]山东淄博第一条流态化水泥工艺线再次试产[J]. 建材发展导向,2012,04:74.
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[4]范海宏,徐德龙,肖国先,李晓光,邓军平. 大颗粒流态化水泥熟料煅烧试验研究[J]. 水泥工程,2003,06:25-27+31.
[5]范海宏,徐德龙,肖国先,李晓光,邓军平. 利用流化床煅烧水泥熟料的试验研究[J]. 新世纪水泥导报,2004,01:37-39+5.
[6]段然. 大颗粒流化床水泥熟料煅烧工艺热模试验研究[D].西安建筑科技大学,2008.