小议过渡带与烧成带的关系

新型干法水泥生产作为现代水泥工业的主要生产方式，2009年预分解窑水泥产量已经占到了全国16.5亿t的70％以上，但是根据国家节能减排和低碳经济的需求，有关窑外分解窑烧成带温度与其它温度带之间的关系还有很多问题值得探讨。依据物料在湿法回转窑内发生的物理化学变化，可以把窑内按长度划分为干燥带、预热带、碳酸盐分解带、固相反应、烧成带、冷却带。20世纪70年代以后随着窑外分解窑技术的发展，水泥生产的各个温度带划分开始形成相应的功能单元。原来湿法窑温度带的三部分都被移到窑外独立完成—悬浮预热器、分解炉和篦冷机完成相应的功能，回转窑内只留下熟料煅烧，这样直接降低了熟料烧成热耗，大幅度增加了熟料产量。具体过程见图1  。

图1 水泥生产功能单元图

    在新型干法水泥窑内，由于熟料形成过程中吸收近一半热量的碳酸盐分解反应已在窑外基本完成，窑的热负荷已大大地降低。窑内熟料烧成过程可以简述为部分碳酸盐的分解(约占5％左右)、固相反应、烧结反应等。熟料烧成在窑内可以划分为三个工艺带：过渡带、烧成带、冷却带。

    过去对回转窑的研究主要集中在各个温度带的划分．以及划分的依据。由于新型干法水泥窑在国内的生产时间较短，依据过去湿法窑的划分理论是否合适预分解窑还值得深入研究。更深入地对预分解窑定量分析，不仅对预分解窑的传质、传热、动量传递、化学反应等基础研究有很大帮助，而且对研究改进现有的水泥回转窑有重要的意义。本文着重就过渡带与烧成带的关系方面阐述自己的观点，为改进和提高水泥回转窑操作与设计提供参考。

1  过渡带对烧成带温度的影响

    在烧成带，回转窑的煅烧特点可以概括为：硅酸二钙吸收游离氧化钙形成硅酸三钙的过程，其化学反应热效应基本上等于零吸(微吸热反应)，只是在熟料形成过程中生成液相需要少量的熔融热。但是为了fCaO吸收比较完全，并使熟料矿物晶体发育良好，获得高质量的水泥熟料，必须使物料保持一定的高温和足够的停留时间。因此，在烧成带获得较高的烧成温度对熟料质量至关重要。

1.1  对流换热系数

    回转窑内过渡带与烧成带紧密相邻，在过渡带内窑皮时挂时脱，温度变化频繁，化学侵蚀严重，燃料燃烧具有1700℃以上的气体温度，热量传递于耐火砖，由于耐火材料的导热一部分热量透过简体散失到外界空气中。根据传热学，窑简体的散失热量可以通过牛顿冷却定律计算^[3]，其公式为：

                        ∑Q _Bi = ∑ [_bi  (t _bi—t _k) F_Bi ]            (1)

式中：_i  —  综合散热系数,W／(㎡·℃)；

      t _bi  —被测量筒体表面温度平均值,℃；

      t _k —  环境空气温度,℃；

     F_bi  —被测量某区域的表面积,㎡；

     Q _bi —被测量区域的表面散热量,kJ。

_bi取决于温差(t _bi—t _k)、环境风速、冲击角及并列的回转窑间关系等因素，其主要是辐射与对流换热。

_bi =(_t²+_n ²)^1/2 =_tc  + _r，由于窑简体表面温度较低，计算表明辐射散热_r约占总散热量的l5％以下，因此对流换热是散热的主要方式。对流换热的计算公式：

                    _bi  =  ×_ψ×                    (2)

式中：_bi —对流传热系数； —不同温差Δt(℃)与不同风速气流V_a (m/s)时的散热系数。回转窑简体对流换热系数计算公式，窑体表面温度与大气温度差别越大，大气风速越大，则散热系数越大；_ψ —  冲击角校正系数，气流风向与回转窑轴线方向<90°的夹角，夹角越大，越有利于窑体散热，校正系数越大；  —  并列校正系数。当不同的窑型或者两台以上回转窑并列时，散热量减少，所以，多筒冷却机和窑并列时  =0.8，单窑时  =1。过渡带与烧成带相比，只有不同，也即温差不同，环境风速不同。实际生产中，几乎所有大型回转窑的过渡带均采用强制吹风冷却的方法以强化散热，回转窑附近的空气流速近乎于一个固定的参数，基本上不受大气环境风速、附近并列设备的影响。所以外界大气风速系数和和窑体并列系数基本上不起作用。过渡带温度变化很大，温度较高，所以根据上式计算，假设环境温度为20℃．过渡带筒体表面平均温度为300℃时，过渡带对流换热系数为24.67W/( ㎡·℃)；若烧成带筒体表面温度为200℃，则烧成带对流换热系数为18．90W/(㎡·℃)。