新型干法生产系统的核心设备

　　分解炉是新型干法生产系统的核心设备。性能优良的分解炉对于显著降低设备投资、增加对低劣质原燃料的适应性、降低能耗和稳定生产起着十分关键的作用。

　　近30年来，新型干法水泥生产技术发展十分迅速，分解炉种类也已经发展到三十几种。虽然我国的新型干法水泥生产技术发展也十分迅速，目前各厂家采用的分解炉形式也已经有十几种。但这些分解炉基本是进口分解炉结构或其仿制品。南京工业大学虽然曾开发了一种新型高效的双喷旋组合式分解炉（DSW），其性能指标远优于现有的各分解炉型，但由于种种原因，其推广应用尚有待时日。

　　鉴于我国地大物博、资源情况复杂、操作人员素质差异大、水平高低不同等实际情况，有必要开发各类不同的分解炉来与之相适应和配套。国外现有分解炉型式虽然很多，但也各自存在相应的不足，并非效果*佳。基于同线型分解炉布置比较简便，对于操作人员要求比较低，适应我国大部分预分解窑厂家的情况，为此，在开发高效低阻同线型分解炉方面做了些必要的探索工作。

　　1分解炉开发的基本研究思路从功能上讲，分解炉承担预分解系统中的煤粉燃烧、气固换热和碳酸盐分解任务。这些任务能否在悬浮状态下高效、顺利地完成，主要取决于生料与燃料能否在炉内很好的分散、混合和均布；燃料能否在炉内迅速地完全燃烧，并把燃烧热及时地传递给物料；生料中的碳酸盐组分能否迅速地吸热、分解，逸出的二氧化碳能否及时排除。以上这些要求能否达到，在很大程度上又取决于炉内气固流动方式，即炉内流场的合理组织。因此新型分解炉的开发必然要围绕这个中心来进行。

　　1.1几种典型分解炉的基本特点从几种典型分解炉气固运动特点及性能指标来看，Simdth系列分解炉的气体流型为纯喷腾流，结构简单，压力损失偏高，高速喷射流虽有利于生料粉的分散，但单纯的喷腾容易使粉料短路，物料均布情况不十分理想且在炉内停留时间较短，料气停留时间比值较小，一般在2.5～3.4之间，容积利用效率低。RSP分解炉的煤粉着火在纯空气中，着火条件稳定，但SC室内煤粉的燃烧基本是在中心区域进行，高速旋流产生的巨大离心力使部分煤粉迅速冲向壁面附近，因而燃烧反应和碳酸盐分解反应完成程度不高，需要利用MC（混合室）来补偿SC炉化学反应完成度低的不足，炉内化学反应两步到位的组合设计虽然理论上比较合理，但SC炉的旋流强度过大，物料和煤粉贴壁现象过分严重，这种强旋流会延伸到MC室（混合室），出现旋流后效应，偏料或死角严重，喷腾有利于纵向分散，旋流有利于横向均布和延长生料的停留时间，二者合理组合能改善分解炉系统的气体流动状态和气固间混合效果；但在NSF和NKSV炉内的气体流场尚未能合理组合旋流与喷腾两种流动效应，物料的均布情况不够理想，操作的敏感性较大，也还存在一定不足解炉是由流化床（密相）和悬浮床（稀相）所组成的复合型分解炉，在流化床中煤粉停留时间长，可以在低炉温和低过剩空气系数（α≤1.0）下操作，进入窑尾上升烟道的出炉气体，利用窑气的剩余O产生二次燃烧，使生料粉进一步分解，这种串联分步到位的流程可减少系统总的排气量，使总体能耗降低；但密相流化床化学反应的推动力弱，反应完成度很低，且使用高压低温流化风，会造成能耗增加。DD炉直接装在窑尾烟室上，中间无连接管道，窑气与径向送入的三次风形成交叉流动，其压力损失很小，煤粉喷嘴布置方式使炉内锥体部分具有一定的还原NOX功能，利于环保，由于增加了径向扰动，在达到较好分散和均布效果的情况下达到了比较高的料气停留时间比值，分解炉的空间利用率还有可能进一步提高炉是大幅度延长窑尾与*下面一级旋风筒之间的上升烟道而成，基本特点是压力损失低，气流速度较高，物料分散良好，压力损失很低，但其气体和物料基本为活塞流，料气停留时间比值很低（一般仅1.8～2.2），空间利用率很差，需要很大的容积才能保证燃烧和分解反应所需的停留时间。

　　1.2高效分解炉的基本开发原则与思路高效分解炉的基本开发原则应该是：（1）强化分散。加强粉状物料在分解炉内的分散与均布是分解炉开发的**要旨。理论分析和生产实际均充分证明，只有物料的分散效果好，才能达到良好的气固接触状态，煤粉燃烧、碳酸盐分解才可能具有良好的反应环境，才有可能达到比较理想的反应完成程度。

　　（2）降低压损。国内有不少预分解窑是由于窑尾高温风机的能力不足而影响系统产量提高的。若系统压降过大，也会使熟料烧成的能耗提高，影响系统的整体指标。若降低阻力，相当于提高了高温风机的能力与潜力，利于充分发挥系统各设备功能，增产降耗。而有些分解炉，如RSP，NSF等型式的分解炉，由于三次风入口至分解炉出口间的阻力远远高于窑气入口至炉出口间的阻力，为了维持三次风与窑内风量的平衡，不得不在窑尾烟室设置缩口以提高该部分的阻力，从而增加了不必要的压力损失，这也是不可取的。较为理想的情况应该是两路阻力基本匹配或相差较小，在生产实际中略加调节即可满足系统用风，从而降低系统压损和高品位能耗。

　　（3）优化结构，提高料气停留时间比值t在炉内物料均布状况良好的前提下，分解炉内料气停留时间比值的大小反映了分解炉空间利用率的高低。该t越高，说明在相同分解炉容积、相同热工条件下物料和煤粉在分解炉内的有效滞留时间越长，化学反应及煤粉燃烧反应的完成程度就会越高，也就越有利于改善整个预分解系统的热工状况，降低系统各部位温度及熟料烧成热耗，从而提高熟料产量。

　　在上述原则下，开发同线型分解炉的基本开发思路是：（1）采用同线型流程，分解炉直接由上升烟道扩大而成，结构简单，布置方便，可简化操作，便于点火初期预分解系统的稳定；（2）通过合理组织分解炉内气体的流场结构，尤其是合理调整旋流动量与轴流动量的比例，达到降低分解炉压损、完善分解炉内的粉料分散与均布效果，提高分解炉的空间利用率。

　　这样分解炉开发的基本内容之一就变为研究旋流强度与分解炉性能指标的关系研究，以及通过结构参数和操作参数的合理选择来确定合理的旋流强度，从而使分解炉的性能指标达到*优。通过系统研究、探索，确定了经过优化的高效构。

　　2主要试验结果与分析2.1SWC分解炉的气体三维流场测试结果与分析为了了解分解炉内气体运动规律，在第二自模化区对分解炉进行了三维流场的测定，测定结果与之垂直的方向。

　　在分解炉底部至三次风入口处，轴向速度在中心区域*大，并大致成对称分布，体现出受限喷射流的基本特点。在其它区域，则在三次风不对称引入产生的切向风速的作用下，*大轴向风速移向边壁区域。在三次风入口及以下的锥体部位靠近壁面区域轴向速度U出现负值，即存在一定的回流区。在缩口附近，轴向风速U明显增大，说明由于缩口截面积减少，产生了比较明显的二次喷腾效果，利于物料分散和改善燃烧以及碳酸盐分解。在缩口上方区域轴向风速*大值又重新经历了向中心的汇聚和向壁面区域迁移的过程。

　　切向速度U的分布特点是各断面靠近边壁的值较大，中心区域较小，接近于零，在缩口及出口位置较为紊乱。三次风入口处因进口的影响出现*大值。与轴向风速相比边壁处的切向风速U接近而略低，说明分解炉有一定的旋流强度，但并不很高，这有利于造成物料的旋转运动从而延长物料的停留时间，但又不会造成严重的物料贴壁现象。从理论上讲比较合理，有利于提高分解炉的空间利用效率。

　　径向速度U分布对称性不好，变化紊乱。这是由于喷腾作用和旋风效应交织影响，使径向速度变化剧烈，造成较强的湍流流动，利于粉体物料在分解炉内的充分分散。总体而言，分解炉的气体三维流场说明该分解炉对加强返混和物料的纵向分散是有利的，也有利于改善物料的均布，延长物料停留时间，提高分解炉的空间利用率。但其实际效果还有待加料试验佐证。

　　2.2表明随风速的提高，物料的返混程度在不断加强。

　　2.3SWC分解炉的阻力特性SWC分解炉的阻力特性测定结果.可以看出，SWC分解炉具有很好的阻力特性，与低阻的DD，NKSV分解炉相当而远低于其它炉型。当分解炉截面风速为6.5m/s时，计算得分解炉压降为500Pa左右。且窑气入口至分解炉出口的压力损失略大，在实际生产中可不必在窑尾设置平衡缩口，只需要在三次风管设置必要的调节装置即可。

　　3结论与展望通过上述研究与分析可得出下列结论。

　　（1）SWC分解炉是一种性能优异的炉型，通过调整分解炉内的旋流强度使气体三维流场达到了较理想的分布状态，能使物料在炉内充分分散并均布良好，从而能够保证煤粉和生料停留时间的真正有效，为煤粉燃烧和碳酸盐分解反应提供了良好的环境条件。

　　（2）与国内现有的其它分解炉比较，SWC分解炉阻力系数比较低，为节省电耗、提高熟料产量提供了可能。

　　（3）与其它类型分解炉比较，SWC分解炉内料气停留时间比值很高（t=6.0左右），分解炉容积利用率好，加上炉内良好的物料分散及均布特性，使该分解炉成为一种性能优异、应用前景良好、很有潜力的炉型。对于适应我国地大物博、资源情况复杂的实际情况提供了一种优良的选择方案。

　　（4）该分解炉也可以较低的投资用于NKSV，DD，ILC，RSP或SLC等分解炉型的完善与改进。