流态化技术在水泥煅烧工业中的应用

应用技术与设计

流态化技术在水泥煅烧工业中的应用

许传佳

（黑龙江省建筑材料工业规划设计研究院，黑龙江 哈尔滨 150080）

摘 要：传统的水泥熟料煅烧存在着诸多问题，如回转窑水泥锻烧的换热效率低，立窑水泥熟料锻烧还不成熟等问题，于是开发了代替传统水泥煅烧技术的大颗粒流态化水泥熟料锻烧工艺。本文介绍了流态化技术在工业应用中的优缺点，综述了国内大颗粒流态化技术的研究概况，并且简单的介绍了大颗粒流态化在我国水泥熟料锻烧中的应用。

关键词：流态化；流化床；大颗粒；水泥煅烧

（4）在大颗粒流化床中，气泡上升的速度小于乳化相粒隙速据2004年统计，目前水泥熟料锻烧的两大主要装备是立窑和

度，气泡将被乳化相中的气流穿过，因此晕层没有包围着气泡，回转窑。回转窑水泥锻烧法是现代广泛使用的水泥烧成工艺，具

属于无晕气泡。 有能耗低、熟料质量高，适合于大规模生产等优点，但回转窑水

（5）在大颗粒流化床中没有最大稳定气泡尺寸。 泥锻烧的换热效率低，仪器体积庞大，消耗钢材多，表面散热高，

[1]（6）在大颗粒流化床中气泡破裂后，内部颗粒将会获得相当阻碍了热耗在次降低等缺点；立窑水泥熟料锻烧法锻烧设备是直

低的速度，向上的分速度会更低，因此，向上高度是小的。 筒结构，内部填满了料球，窑体断面通风不均匀，导致立窑的熟

[2]（7）大颗粒流化床易发生节涌现象，因此具有很多因素影响料质量稳定性差，从而限制了立窑水泥的推广。为了解决我国水

床层的稳定性。 泥工业存在的问题，于是，西安建筑科技大学粉体工程研究院提

在我国水泥工业中，流态化技术现在已较成功应用于水泥预出提出了一种新的水泥锻烧工艺，即大颗粒流态化水泥熟料锻烧

热预分解过程中，并且给水泥生产工艺中带来了一场革命，例如工艺，是将水泥熟料锻烧原理以及流态化原理相结合。通过大量

[3-5]水泥干法悬浮预热预分解技术。而流态化技术还没有应用到水泥的实验研究，已经能替代传统的水泥锻烧技术。

熟料锻烧领域中，因此研究和开发一项高效传热和传质的流态化1 流态化技术在工业应用生产中的优缺点

[6，7]锻烧技术是人们急需解决的问题。 根据实验研究：流化床因为具有气体与颗粒的接触的表面

积大和床层湍动程度的优点加速了传递过程；流化床层中的诸多3 大颗粒流态化在我国水泥熟料锻烧中的应用 物理量（床层温度、浓度等）易于均匀，有利于吸热、放热及严在我国一些高校（如西安建筑科技大学、武汉工业大学）在格要求给定的物理量值的生产过程；床层中气体流速可以在较宽流态化煅烧领域中的研究取得了一些可喜的成果。尤其是西安建的范围内波动而不增加能耗，可以改善经济效果；由于填充率相筑科技大学在水泥熟料锻烧的研究中取得了巨大的进步，并提出对较大，传递速度较快，可以在较小容积内处理较大固体物料；了大颗粒流态化水泥熟料锻烧方案，该方案具有极大的发展潜力。由于流化床具有良好的稳定性，便于自动操作和连续工作。但不该烧成系统将“移动床预热-循环床预煅烧-流化床煅烧-移动床能实现真正意义上的逆流操作，收尘负荷重，能耗较大，机器磨冷却”有机的结合在一起，有效地发挥了各床层的特点，提高了蚀比较严重，增大投资，难确切的描述气固的运动状态，因此很整体优势。虽然在流态化锻烧水泥中取得了一定的进步，但是，难建立相应的数学模型，对一些易粉化或粘结物料容易出现不稳流态化技术还不成熟，处于研究、发展中，因此，流态化锻烧水定现象，如：沟流和腾涌。因此需要针对流化床技术的优缺点，泥处于实验室研究阶段。

[8]采取必要的措施，使流化床在生产中发挥作用。 4 结 论

2 国内大颗粒流态化技术的研究概况 在我国传统的水泥煅烧工艺存在许多问题，于是开发大颗粒

流态化水泥熟料锻烧工艺，并且具很好的应用前景，但是该工艺流态化技术是现代新开发的技术，已经广泛应用于现代化学

还处在实验室研究阶段，还有待研究者进一步研究和开发，一旦工业生产中。对流态化床技术的研究表明：提高流化物料的细度，

该工艺开发成功将会给国家带来意想不到的经济效果。 可大大的改善床层的反应性能，因此在众多的工业反应器中，对

细颗粒流态化床的研究及相关技术的开发得到了充足的研究，得

参考文献 到了许多流态化床的研究成果。经过长时间的不懈努力，对中小

[1] 曾学敏．水泥工业现状及发展趋势[J]．中国水泥网，2005．5． 细颗粒流态化床的定性描述和定量表达的研究也日趋成熟，如流

[2] 崔重九，陈汉民．水泥工业呼唤二十一世纪熟料烧成新工艺化床模型就能很好地表达该反应器的运行，但是，现在只能很有

[J]．水泥工程，1998． 限的定量描述大颗粒流态化床。

[3] [日]佐成俊清．实用粉体技术：水泥流化烧成与大颗粒流化床近些年来，由于流态化技术广泛应用到各种工业领域，也不

[M]．中国建筑工业出版社，1983． 断加大了流化床使用的颗粒尺寸，尤其是在煤和水泥熟料等领域

[4] 黄文熙，郭俊才．水泥新法烧成一悬浮沸腾法锻烧水泥熟料的的应用，因此，关于大颗粒流化床的基本原理和应用得到了研究

研究[J]．武汉工业大学．1984． 者们地关注。但在诸多的问题（流化床的流型转变、稳定性分析

[5] 李晓光，徐德龙，肖国先，范海宏．大颗粒气固流化床的流化等）上还没有深入的研究，目前对大颗粒流态化床的研究表明，

特性[J]，西安矿业学院学报，2003（10）． 大颗粒流态化床的特点如下：

[6] 胡道和，徐德龙，蔡玉良．气固反应工程学[M]科学技术出版（1）大颗粒流态化床的操作范围小于细颗粒流态化床的操作范围。

社，2000． （2）大颗粒流态化床的流速高于临界流化速度时，会有大量

[7] [日本]国井大藏，[美国]O・列文斯比尔．流态化工程[M]．石大气泡出现，增加了床层的不稳定性。

油化学工程出版社，1977． （3）大颗粒流态化床中的气泡是在分布板上方几个厘米处形

[8] 范海宏．大颗粒流态化锻烧水泥熟料工艺的热模实验一高温流成，在气泡的不断上升中，气泡并没有形成湍流尾涡。这种情况

化床稳定性研究[D]．西安建筑科技大学硕士学位论文，2001． 导致床表面具有较大波动，并且只在大颗粒流化床中出现。

1072013年第6期

流态化技术在水泥煅烧工业中的应用

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年，卷(期)：许传佳黑龙江省建筑材料工业规划设计研究院,黑龙江 哈尔滨 150080建材发展导向（下）Development Guide to Building Materials2013(2)

参考文献(8条)

1.曾学敏 水泥工业现状及发展趋势 2005(05)

2.崔重九;陈汉民 水泥工业呼唤二十一世纪熟料烧成新工艺[期刊论文]-{H}水泥工程 1998

3.佐成俊清 实用粉体技术:水泥流化烧成与大颗粒流化床 1983

4.黄文熙;郭俊才 水泥新法烧成一悬浮沸腾法锻烧水泥熟料的研究 1984

5.李晓光;徐德龙;肖国先;范海宏 大颗粒气固流化床的流化特性 2003(10)

6.胡道和;徐德龙;蔡玉良 气固反应工程学 2000

7.国井大藏;[美国]O?列文斯比尔 流态化工程 1977

8.范海宏 大颗粒流态化锻烧水泥熟料工艺的热模实验一高温流化床稳定性研究[学位论文] 2001

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