分解炉分类及技术参数

1、分解炉的分类按分解炉与窑的连接方式大致分为三种类型 1.同线型分解炉这种类型的分解炉直接坐落在窑尾烟室之上。这种炉型实际是上升烟道的改良和扩展。它具有布置简单的优点，窑气经窑尾烟室直接进入分解炉，由于炉内气流量大，氧气含量低，要求分解发炉具有较大的炉容或较大的气、固滞留时间长。这种炉型布置简单、整齐、紧凑，出炉气体直接进入最下级旋风筒，因此它们可布置在同一平台，有利于降低建筑物高度。同时，采用“鹅颈”管结构增大炉区容，亦有利于布置，不增加建筑物高度。 2.离线型分解炉这种类型的分解炉自成体系。采用这种方式时，窑尾设有两列预热器，一列通过窑气，一列通过炉气，窑列物料流至窑列最下级旋风筒后再进入分

2、解炉，同炉列物料一起在炉内加热分解后，经炉列最下级旋风筒分离后进入窑内。同时，离线型窑一般设有两台主排风机，一台专门抽吸窑气，一台抽吸炉气，生产中两列工况可以单独调节。在特大型窑，则设置三列预热器，两个分解炉。 3.半离线型分解炉这种类型的分解炉设于窑的一侧。这种布置方式中，分解炉内燃料在纯三次风中燃烧，炉气出炉后可以在窑尾上升烟道下部与窑气会合（如rsp、mfc等），亦可在上升烟道上部与窑气会合（如nmfc、slcs等），然后进入最下级旋风筒。这种方式工艺布置比较复杂，厂房较大，生产管理及操作亦较为复杂。其优点在于燃料燃烧环境较好，在采用“两步到位”模式时，有利于利用窑气热焓和防止粘结堵塞。

3、中国新研制的新型分解炉亦有采用这种模式的。分解炉内的气流运动，有四种基本型式：即涡旋式、喷腾式、悬浮式及流化床式。在这四种型式的分解炉内，生料及燃料分别依靠“涡旋效应”、“喷腾效应”、“悬浮效应”和“流态化效应”分散于气流之中。由于物料之间在炉内流场中产生相对运动，从而达到高度分散、均匀混合和分布、迅速换热、延长物料在炉内的滞留时间，达到提高燃烧效率、换热效率和入窑物料碳酸盐分解率的目的。分解炉作为预分解窑的“第二热源”，承担着繁重的燃料燃烧和换热任务。下表 ( 列出九台预分解窑分解炉所用的燃料比率及“分解炉区”（含分解炉+上升烟道+最下级旋风筒）换热量所占整个预热分解系统的换热量比率的实测反

4、求值。预分解窑炉用燃料比及炉区换热量比率项目单位jdnglz技改jxhhzjscyf技改sh技改前后前后前后炉用燃料比率%62.054.163.868.555.142.766.662.066.569.168.063.5炉区换热量比率%62.062.247.155.349.751.145.145.633.548.543.951.6从表中( 可见：除hh厂为“微增型”炉用燃料比率较小外，其它各厂均达60%左右；在正常生产状况下“分解炉”区承担着预热分解系统45%62%的换热任务。由于分解炉作为预分解窑系统的“第二热源”，燃料燃烧及换热功能显著，因此，使耗热量很大的生料碳酸盐分解任务得以在入窑之前基

5、本完成，一般情况下入窑生料分解率可高达90%左右。1.旋流式分解炉又称旋风式分解炉 以sf型为代表。现已发展为nsf(new suspension preheatcr flash calciner) 型，它的原理已发展为旋流-喷腾式分解炉类型。2涡流燃烧式分解炉 以rsp(reinforced suspension prcheater)型为例。 3喷腾式分解炉 以fls (flsmidth)型为例近年来，按炉区流场分类，可将各种分解炉分为五类：第1类：旋流或旋流-喷腾迭加流场类sf型（suspension preheater-flash furnace）n-sf型(new sf)c-sf型（c

6、hichibu sf）co-sf型(centered outlet sf)sepa型（series material flow parallel gas flow）rfc型（recirculation fuller-calciner）第2类：喷腾或复合喷腾流场类ksv型(kawasaki spouted vortex)n-ksv型(new ksv)ilc型(in line calciner)slc型(separate line calciner)lic-s型（slc-special）dd型（dual combustion and dentrator precess）scs型（sumitomo

7、cross suspension）unsp型（ube new suspension preheater）pa型(pre-axial)等。第3 类：流化床-悬浮层迭加流场类mfc型(mitsulishi fluidized calciner)n-mfc型(new mfc)cfb型（circulating fluidized bed）等。第4类：悬浮层流场类p-at型（prepol-air through）p-as型（prepol-air separate）p-as-lc型(p-as-low grade combustible)p-as-cc型(p-as-combustion charmber)p

8、-as-msc型(p-as-multi-stage combustible)ps型（pyroclon special）pr型（pyroclon regular）pr-sfm型（pr-special fudls/materiels）上图为 各种类型分解炉结构及流程示意图pr-p型（pr-parallel）pr-low nox（pr-low nox）pyrotop(pr-pyrotop)等。第5类：炉内燃料在净三次风旋流流场中预燃类rsp型（rengorced suspension preheater）gg型（reduction gas generator）evs-pc型（dry preheate

9、r-precalciner）等南京凯盛分解炉技术参数kds分解炉是南京凯盛公司开发的双喷腾低nox喷旋型分解炉(在线型分解炉)规模t/d分解炉规格m单位产量t/d.m3气体停留时间s2500f5.0629.32.784.95000f7.331.92.735.16000f7.333.12.565.5特点：采用喷旋结合型式，使得物料浓度分布和气体温度分布更合理，分解炉达到了“三高”，即高的燃料燃烬率、高的生料分解率、高的容积利用率。分解炉中部采用缩口，使分解炉达到二次喷腾效应，具有湍流回流作用强、物料分散及换热效果好、固气停留时间比大、容积负荷高等特点。(采用该技术，可以解决像tl厂分解炉温度倒挂

10、的问题)。在分解炉下部增设“脱氮区”，不仅有效降低了排放废气中的氮氧化物、减少了环境污染，还有效控制了炉下部气体温度、提高物料停留时间、减少炉下部结皮现象。采用在线布置型式,克服了离线分解炉塌料的问题。由于增设了下部喷煤管,在窑尾高温气体的作用下，燃料的燃烧速度显著加快，因而为分解炉使用劣质燃料提供了可靠的保证。分解炉出口采用长形弯管与c5旋风筒相接，既扩大了分解炉的有效容积，又使分解炉布置更紧凑，降低了设备重量，节省了投资。tsd型分解炉的研究开发及工程应用（天津水泥工业设计研究院）摘要：通过理论及试验研究,，开发了适用于无烟煤煅烧的tsd型分解炉，并结合工程实践应用，将tsd型分解炉成功应

11、用于25005000 t/d水泥熟料生产线，取得了成功。 关键词：tsd炉 研究 开发 应用 1. 前言 随着市场经济的不断发展，越来越多的水泥企业要求采用就近取材的相对价格合适的无烟煤作为水泥熟料煅烧用燃料，因此，天津水泥工业设计研究院（以下简称天津院）于20世纪90时年代开始对无烟煤的燃烧特性进行了大量的研究工作，针对无烟煤“着火温度高、着火及稳燃困难”的燃烧特性，提出了适应无烟煤煅烧的几种分解炉炉型，并展开了相应的开发研究工作，其中tsd炉（带旁置旋流预燃室的组合式分解炉）正是在无烟煤燃烧特性研究基础上开发而来的性能优良的分解炉之一。 分解炉是预分解系统的核心，其功能的发挥直接影响回转窑

12、系统的产质量。分解炉内主要完成燃料燃烧、碳酸盐分解、气固两相的输送、混合（分散）、换热、传质等一系列过程，并且伴有物料浓度、颗粒粒径的变化以及气体流量、成分和温度场的变化。分解炉的结构形式多种多样，到目前为止，国际上各种类型的分解炉已有30多种，大体上可分为喷腾型、流态化型、管道型和旋流型等四类，并通过各种组合变化产生各种型式的分解炉。就其总体性能而言，均能满足生料分解和煤粉燃烧的要求，但各有其特点及优缺点。 对分解炉的研究，天津院已形成了一套从原燃料特性研究、机理分析、冷态模拟试验、cfd研究、现场测试等完整的研究开发体系。天津院目前的主导炉型为双喷腾的tdf炉，我们用各种方式对其进行了大量

13、的研究工作，根据燃料的燃烧特性与预分解系统开发设计的相关性研究，我们在tdf炉型基础上衍生开发适应各种不同煤质的分解炉（见图1），并列出燃料特性与预分解系统相关性于下图（图2）： 本文在此仅对tsd型分解炉的研究开发及工程实践应用作一详细介绍。 2. tsd炉的冷模试验研究 tsd分解炉的示意见图1， 它主要由旋流预燃室与双喷腾主炉前后串联成一炉组构成。来自窑头的高温三次风切向进入旋流预燃室；煤粉采用特制的燃烧器喷入预燃室并在纯空气的高温环境中稳定着火并快速燃烧；来自上一级旋风筒的预热物料由下料管喂入预燃室三次风入口；未燃尽的煤粉及物料从预燃室经斜烟道进入主炉中继续边燃烧边分解，最后出炉进入末

14、级旋风筒进行气固分离后，将已预热并充分分解的物料喂入回转窑中；回转窑尾废气经主炉缩口直接喷入双喷腾主炉底部，并与预燃室的热气混合，继续完成分解炉内的煤粉燃烧和物料分解。根据水泥生产线的规模及窑尾预热器的布置情况（单系列或双系列预热器），预燃室可采用一个或两个（通常双系列预热器最好采用双预燃室）。 为了解tsd炉的一些特性参数，验证其可靠性，为合理确定分解炉的结构型式及为设计开发提供试验依据，我们对tsd炉进行了冷态模型试验。通过冷态下分解炉的阻力特性、物料停留时间、气体三维流场等的测定及料粉在分解炉系统中的分散和运动情况的观察，我 们基本掌握了该炉型的特征性能和技术参数。2. 1 冷模试验研究

15、流程tsd分解炉冷模试验流程见图3。图3 tsd炉冷模试验装置流程图(p1p6为压力测点)2. 2 冷模试验结果及分析2.2.1 分解炉的阻力特性阻力特性是分解炉的重要指标之一，它关系到系统压损、排风电耗、系统配风及拉风提产的适应性等问题。通常，以当作常数的代表性阻力系数高低来进行评价，而较少注意阻力系数的变化特性。表1是几种不同分解炉模型的代表性阻力系数比较情况。由于数据处理所取代表风速及其范围不同，窑气与三次风量、风速比也不尽相同，有时差别甚大，缺乏可比性也难以查明原因做出合理解释，故所列其它数据仅供参考。 表1 不同炉型冷模试验所得阻力系数(对主炉断面风速而言)厂家炉型阻力系数备注abc

16、柳州slc94空载洛阳nksv2719南化、空载耀县dd625.6南化、空载山西rfc7413南化、空载宁国mfc8空载烟台nmfc47南化、空载冀东nsf10312空载江西rsp15231南化、空载江西改进新型rsp6014南化、空载滇西rsp3916南化、空载天津院tsd756441天津院、有载天津院tdf基准型2677天津院、空载 注：1、a表示三次风进口至分解炉出口阻力系数 2、b表示窑气进口至分解炉出口阻力系数 3、对带预燃室类分解炉c表示三次风进口至预燃室出口阻力系数 本次试验tsd的旋流阻力系数较同类型的rsp(江西原型)明显为小，但比改进后的江西新型rsp炉及滇西rsp的大，这

17、可能与预燃室旋流强弱及试验条件有关，其喷腾阻力系数虽比以往rsp炉增大，但它并不起制约和决定作用，而与起制约和决定作用的tdf基准型相比则明显为小。有载时其旋流阻力系数较空载时明显降低，但仍高于喷腾风路，起制约和决定作用，如以之与tdf基准型起决定作用的喷腾风路阻力系数相比，则大体相当或略有增高。 2.2.2 分解炉的料气停留时间比料气停留时间比m/g是分解炉的重要特性之一，在应用技术上，通常指物料与气体在炉内的平均停留时间之比，实际物料停留时间乃一分布函数，有最短、最长、最可几停留时间之谓，此处未予考虑。图4是几种分解炉的平均料气停留时间比m/g的冷模试验结果。从以上结果可知，tsd分解炉的

18、料气停留时间比中等偏上，略大于tdf基准型的m/g，与同类型的江西rsp相当，略大于滇西rsp炉。2.2.3 分解炉流程测试tsd炉的流场测试见图5a5c，从图中测试结果看，分解炉内以轴向及切向速度为主，径向速度较小。轴向速度分布见图5a，三次风水平进预燃室后即很快转为向下旋流，故预燃室轴向速度为较大的负值，经斜烟道进入双喷腾炉后，与向上喷腾入炉的窑气急剧碰撞并折转向上，断面上轴向速度分布比较紊乱，主炉下柱体有反差较高的正负值，说明有较强烈的返混。中部缩口处也有一定的喷腾作用，缩口以上直至顶部附近轴向速度也有负值存在，说明有一定的回流及碰顶效应存在。切向速度分布见图5b所示，对比可见预燃室中切

19、向速度较大，尤以三次风进口处为大。进入双喷腾炉后，切向速度明显减弱，沿程切向速度分布虽无什么规律可言，但基本趋势为由强到弱并基本上是逆时针旋转，说明旋流能影响到整个炉组。径向速度分布见图5c。总的来讲径向速度在较小，且基本上属源流(离心)方向，仅个别地方出现负值，说明存在局部涡流。据流场分析并结合炉内物料运动观察认为，预燃室具有明显的旋流式炉的特征，而td炉则具有喷旋式炉的特征，与传统的rsp炉有类同但也有显著差别之处。2.2.4 分解炉中物料流动状况试验进行了不同风速及料粉浓度下的物料运动情况观察，在各种风速下预燃室顶部蜗壳部位物料分布都较均匀，看得见有明显浓厚的旋转料垫存在。在分解炉断面风

20、速5.0m/s时，螺旋料带间几乎没有间隔，整个预燃室壁面物料分布较均匀。主炉的下锥体及下柱体壁面物料较少且分布不匀，回流料少，尤其是远离斜烟道一侧物料浓度更稀，这是由于来自预燃室的物料在窑气喷腾风的作用下很快分散并被携带往上运动能顺利通过中部缩口之故。经中部缩口进入上柱体后，可见物料沿壁向下返流激烈，在倒锥处有明显的涡环，碰顶效应明显，结合流场分析认为炉体内部物料分布以td炉上室最好，下室次之，下锥体及预燃室中部料较稀少，物料“外浓内稀”的现象以预燃室为甚。另外，对双预燃室模型亦进行了相应的试验研究，结果表明带双预燃室的tsd炉主炉下柱段中物料分布均匀性明显好于单预燃室，分解炉的其它特性类似于

21、单预燃室。3. tsd炉的cfd研究由于分解炉内煤粉燃烧及碳酸钙分解耦合，加之气物料运动的特殊要求，分解炉内物理化学过程极为复杂。数值模拟所开发的分解炉计算机仿真平台，使几十年来水泥热工装备的研究方法得以变革，研究成本下降，缩短开发周期，实现炉内物理化学场的可视化，可以优化设计，提高装备投运的可靠性。本研究使用的分解炉计算机辅助试验平台，是天津水泥工业设计研究院自行开发的软件系统，在开发中解决了大量技术难题，并形成了专业特点，具有自主知识产权。从湍流流动角度分析，分解炉计算机仿真开发中解决了圆柱坐标非结构网格下极点处理这一国内外公认的技术难题。数值求解器的开发过程中，碰到在圆柱坐标方程离散时，

22、中心轴线处半径为零，数学处理速度、动量等值为无穷大，而从连续性考虑，物理意义上速度、动量等均为具体值这一极点处理难题。多年来，国内外学者均力求解决这个问题（炼钢炉、旋风筒等只能进行对称数值模拟）。本平台开发的技术研究解决了这一难题，实现流场、颗粒场、温度场、组分场360全场模拟，真正实现分解炉的仿真研究。我们通过基础试验研究，建立了针对分解炉特点的、在耦合状态下的煤焦燃烧及碳酸钙分解的动力学模型。对不同煤种、不同生料进行实验，求取动力学参数，建立数据库，以实现针对性模拟。分解炉计算机仿真平台开发包含气体流动、颗粒运动、煤粉燃烧、碳酸钙分解模型的建立，数值求解器的开发，输入输出界面研制。本分解炉

23、计算机仿真平台包含多个数据库，能对不同原燃料、不同结构形式分解炉进行仿真模拟，并有专家系统直接对模拟结果进行分析评议，提出建议。在变换生料、煤粉下料点位置、进口物性参数、分解炉各部分尺寸等多种情况下，进行仿真试验，通过出口分解率、燃尽率、出口温度等宏观信息，结合流场图、温度场、组分场、颗粒运动轨迹内部可视化信息统筹比较，非常便利的确定煤燃烧与碳酸钙分解最佳结合点的分解炉型式与尺寸。3.1 cfd模拟计算结果本次模拟研究采用的是带双预燃室的tsd型分解炉（结构见示意图6和7）。通过前面的介绍可知，本分解炉主要特点如下：气体、物料和燃料自上而下的旋流预燃室中，物料贴壁旋转，能起保护炉衬的作用，中间

24、区域较低的物料浓度有利于燃料在纯空气中高温辉焰快速燃烧，适当的高温燃烧区可显著缩短煤的燃尽时间；旋流预燃室炉顶结构形状能促使物料沿壁更均匀分布与流场的优化，允许中部火焰达到更高的温度(现场测试表明，在预燃室中部温度可达1400以上)与较高的煤粉燃尽度；发生塌料时物料沿斜烟道可冲向双喷腾主炉经窑尾缩口再次喷腾，无离线型分解炉或管道式分解炉塌料易堵三次风管之虞；可采用特制的多通道燃烧器，灵活调节火焰形状及喷嘴位置，保证低挥发分煤的稳燃并调控燃料燃烧速度；旋流预燃室通常可布置在预热器塔架内双喷腾主炉近旁，连接风管通常无结皮，无需清理；本分解炉采用双预燃室结构，从冷模试验看，带双预燃室的分解炉其主炉中

25、物料分布均匀性明显较单预燃室好，可有效地提高分解炉的容积利用率。对分解炉进行三维整体模拟，下面给出不同结构尺寸及入口参数下的模拟结果。图9表示了分解炉21.04248.96剖面的轴向速度云图，比较四种情况可得，在（b）、（c）、（d）三种情况的下部速度入口的流速大于（a）时，分解炉一次喷腾效应十分明显，且一次回流的速度较大。计算模拟出主炉分解率为91.05%，煤粉然尽率为82.54%，可见tsd分解炉完全能满足设计要求。4. tsd炉的工程实践应用通过试验及理论研究开发的tsd型分解炉，最早于2001年12月于北京琉璃河水泥厂2500t/d生产线投入使用，有关该生产线的使用无烟煤的情况笔者曾在

26、文献1中作过详细报导，在此不再赘述。目前，天津院采用tsd分解炉煅烧无烟煤的工程示例已有许多（详见表2）。在此值得一提的是，在广东塔牌集团蕉岭鑫达5000t/d生产线上采用的tsd炉的使用状况。表2 tsd分解炉的工程实践应用实例序号厂家煤挥发分(%)规模(t/d)备 注1北京琉璃河4625002002年无烟煤煅烧试验成功2江西锦溪6825002005年6月投产3海南昌江6825002005年10月投产4重庆腾辉地维91125002004年6月投产5浙江富阳钱潮91125002005年6月投产6河北太行邦正4632002002年12月投产7广东郁南6825002005年2月投产8广东四会骏马6832002004年9月投产9广东塔牌蕉岭鑫达2450002003年6月投产10河南豫龙91150002005年6月投产11河南新乡91150002005年6月投产12河南同力91150002