预分解窑操作控制新观点

1、预分解窑操作控制新观点笔者结合多年的生产实践经验，对预分解窑操作控制的几个关键问题：分解炉温度的调节控制，分解炉内风、煤、料的定比配合、流场分布，不正常窑况的处理及有害成分的循环等，提出自己的新观点，抛砖引玉已引起同行广述己见，对错漏和不足批评指正。   第一节    分解炉温度的分布与调节控制分解炉内温度是受CaCO3分解反应平衡温度制约的，并受燃料品质、石灰质原料活性、生料颗粒级配等因素影响。对于烧煤的分解炉，在物料均匀分散悬浮，迅速吸热分解的条件下，温度一般是820850左右，气流温度略高于物料2050。分解炉中CaCO3的平衡分解温度一般为800

2、820，实际温度只要略高于平衡分解温度，分解温度就能很快进行。一、分解炉温度的分布     CaCO3的分解温度是在不大的范围内波动的，对炉内气流和物料的分布在表1的基础上做小范围的调整，就能收到明显的效果。表1  分解炉内气流和物料温度的一般控制范围工艺部位气流温度物料温度变化趋势炉上游850820上升炉中游880850稳定炉下游820900880开始下降炉出口850900870下降1. 分解炉入口    对于在线型分解炉，从C4下来的750左右的生料与窑尾高温烟气相遇产生扬折换热，物料温度迅速上升至CaCO3分

3、解温度，窑尾烟气温度骤降的瞬间又与温度较低的三次风、煤风、煤粉混合换热，煤粉的挥发份燃烧，煤粉被点燃，但因温度低，燃烧放热速度较慢，特别在点火投料的初期更为明显。对于离线型分解炉，由于没有窑尾烟气影响，入炉的是被预热的三次风、煤风和流化风，全是新鲜空气，所以煤粉着火容易，放热迅速。若煤的品质过低，可以提高窑尾废气和三次风温度，从而提高煤粉的鱼然效果，缩短着火时间。为了提高分解炉的热效率，减少滞后燃烧造成的洁癖、堵塞等工艺事故，有效地控制炉温，应特别重视窑尾废气、三次风、物料、煤粉及煤风的混合换热效果。1. 分解炉上游物料与气流经入口的初步分散混合之后在路上有进一步分散混合，煤粉也可以较快的速度

4、燃烧，迅速释放出热量，物料温度上升至820，气流温度上升至850，CaCO3分解吸热速度加快。然而煤粉燃烧放热速度仍快于CaCO3分解吸热速度，所以，气流和物料温度仍继续上升。1. 分解炉上中游煤粉燃烧激烈进行，大量释放热量，气体温度上升至880左右，物料温度随之上升至850，这是CaCO3分解反应高速进行。如果这时燃烧放热速度与分解吸热速度相等，气流与物料温度将维持不变。若石灰石原料的活性差（如方解石含量高、硬度大等），或生料粒度过粗，就必须设法提高分解温度。但要使分解温度达到900是不容易的，因为这时分解面上CO2分压将达1.0大气压，而气流中CO2分压约0.10.2大气压，分解吸热将以极

5、高速度进行，欲维持900的分解温度，必须极快的燃烧供热，一般条件下很难达到。所以，一般物料分解温度在820850左右。要提高分解温度，必须从以下几点着手：A. 提高三次风和窑尾废气温度，以提高分解炉入口温度，有效的缩短煤粉的着火时间；B. 减少窑尾等系统漏风，减少外界冷风引起炉内气流降温及对流场分布的干扰，并有效的控制炉内气流中CO2分压最小。所以，控制一、二此风与三次风的重量比例对提高物料的分解率有极为重要的意义；C. 优化分解炉内流场分布，有效地控制煤粉燃烧、料粉分解及传质传热（见第二节分解炉内的流场分布详述）；D. 提高煤粉品质，尽可能的缩短燃尽世间，提高放热速度。这样能有效的降低热耗，

6、防止不完全燃烧。分解炉内有不完全燃烧现象时，并非靠减少喂煤量来解决问题，因为颅内温度原来并不很高才导致不完全燃烧，若再减少喂煤量，炉温会进一步下降，反而会加重不完全燃烧，还原气氛会更加严重。但分解温度并非越高越好，这时，物料受有害成分影响，产生液相增加，易形成大料团造成系统堵塞。1. 分解炉中游由于燃烧放热速度与分解吸热速度都快速进行，并且大体相等，所以分解温度能够稳定在850左右，气流温度在870左右，随着燃烧及分解反应的进行，炉气中的CO2逐步增加，平衡分解温度逐步提高，炉温有种有到下游逐步升高。5. 分解炉下游随多数料粉分解反应的完成，分解吸热逐步减少，这时燃烧放热的速度随CO2浓度上升

7、而减慢。因风、煤、料的配合不同会出现完全不同的现象：如果二者减慢速度一致，炉温不会有大的变化；如果放热小于吸热速度，炉温会下降；如果加煤过多或在上、中游燃烧缓慢，产生滞后燃烧，放热大于吸热，炉温会上升。当物料大部分分解以后，物料与气流温度逐渐趋于一致。1. 分解炉出口一般以850900合适，温度过高说明燃料加入过多或燃烧过慢所致，可能引起炉后系统过热结皮。出炉气温过低，说明下游燃料早已基本燃完，分解炉下游分解速度锐减，不能充分发挥炉下游容积及C5的部分分解效能。二分解炉C02浓度对生料分解率的影响离线分解炉所需的卒气系从窑头罩抽取的热风，因此空气中氧含量为21。向SF型、DD型分解炉煤燃烧空气

8、为窑尾废气和三次风的混合气体，因此氧浓度只有13。氧浓度高不仅可缩短煤粉着火时间和煤粉燃尽时间，而且还影响生料分解率。表2为分解时间与分解温度、分解率、CO2浓度的关系。 从表2可见，无论在什么条件下，炉气CO2, 浓度越大(相当上于O2浓度降低)，同一粒径完全分解或达到相同分解率所需的时间都增加。在离线分解炉中，CO2浓度为零，分解时间应该是最短的。因此对不易着火、燃尽时间长的无烟煤来说。离线分解炉生料分解时间也是最短的。值得注意的是，炉内温度越低，CO2浓度的影响越明显。例如，在850，当炉气CO2浓度零分别增加至10和20时，30m颗粒完全分解时间从7.9s分别增加至10.3s和15.0

9、s,其分解时间比为1：1.3：1.9；而温度提高至900 ，则分解时间分别为3.7s、4.1s、4.7s,不但分解时间大大缩短，CO2浓度的影响也大为减轻其相应是时间比仅为1：1.1：1.27。从上述数据可以推论，存温度相同的情况下，离线分解炉的生料分解率比在线分解炉的高但温度的提高可大大减轻CO2浓度的影响。据报道，某RSP窑窑尾废气中CO2浓度为19.5，混合室中部为29.8，远比上述试验中最高的20还高，因此要使尚未分解的生料完全分解则需更长的生料停留时间或更高的分解温度。这里必须指出，上述结论是福斯腾等人对单个生料颗粒的研究结果，实际生料并不是处于单个颗粒的悬浮状态，因此情况复杂得多。

10、关于提高煤粉和生料的分散和悬浮状态的技术措施，以前很多文献已涉及，本文不再赘述。细颗粒分解时间短，而粗颗粒分解时间长，因此生料颗粒细而均匀，粗颗粒较少时，有利于分解率提高。另外平均分解率达95所需的分解时间比平均分解率达85所需的分解平时间长l倍以上，相当于分解炉高度要增高l倍。若要求分解率达99分解时间要求长2倍以上，相当于分解炉高度要增高2倍以上，因此，入窑生料分解以9095为宜，不宜太过分追求高分解率。三分解炉内风、煤、料的定比配合分解炉的通风量、喂煤量、喂料量以及它们质检的配比，应根据最初设计所做的热工计算，在工程实践中加以修正。现对余立毅、刘述祖前辈根据国内一般生产条件计算出的风、煤

11、、料比例关系引述如下：若煤粉发热量以标准煤计（7000Kcal/Kg），炉的空气过剩系数为1.20，入炉三次风温度为600，入炉物料温度为750，入炉物料分解率为25%，出炉物料分解率为95%，出炉烟气温度为900，除妖烟气温度为900（窑内热气不带给分解炉显热），分解炉内风、煤、料间的配比关系为表3。表3 分解炉内风、煤、料间的一般配比项目窑气入炉（窑炉热耗比）窑气不入炉（或从炉下游入炉）引述原值（45：55）新计算值（40：60）引述原值新计算值通风量（炉上游900）M31111喂料量  Kg0.0140.0110.0260.020在炉内可传给物料的热量64641161

12、16可加热分解料粉量  Kg0.240.240.450.45煤粉与入炉料粉比1：171：221：171：23喂煤与喂料比例1：18.51：231：18.51：24熟料热耗  Kcal/Kg10008001000800 为保持风、煤、料的适当配合，除保持料粉和煤粉的成份、细度均匀合适以外，还应注意以下几点： 1.由于工艺条件的改变和预分解技术的成熟，上述比例已经发生很大变化。如由于新型篦冷机的利用，入炉三次风温度能够提高到850以上；头、尾煤比例能在40：60范围内很小波动；窑尾废气温度在10001150；熟料热耗能够降低到800 Kcal/Kg熟料以下；

13、料耗为1.55 Kg生料/Kg熟料;炉的空气过剩系数为1.15；出预热器飞灰量为0.10 Kg /Kg熟料。根据这一变化计算，料粉与煤粉的比例可达2223，并列于表2新计算值一列。2. 上述比例关系在一定时间范围内应保持相对稳定，不能随意变动，以使分解炉在较佳状态下运转，当生产一段时间或某些工艺条件变化，熟料热耗明显下降时，在适当调整风、煤、料间的比例，以使分解炉的技术指标保持平均先进而又能稳定运转。3. 对喂煤、喂料设备的准确度有足够的重视，防止串煤、串料。4. 对于双列预热器，要特别重视入炉物料分解率的均匀一致。四、 分解炉温度的调节与控制要充分理解分解炉温度的调节控制原理，必须了解影响燃

14、料在分解炉内燃尽的因素。分解炉的作用是保证炉内燃料完全燃烧并将热量传递给生料使碳酸盐分解。因此燃料必须在分解炉内燃尽，否则炉内热量不足，生料分解率低未燃尽的燃料进入后面的旋风预热器（多为第五级)燃烧，造成预热器温度比分解炉还高即通常所称的温度倒挂现象，其结果使预热器结皮堵塞，严重影响预热器系统的运转。解决的方法是缩短燃料燃尽的时间和增加燃料在分解炉内的停留时间。    燃料燃尽时间与它的燃烧特性有关。就常用的烟煤而言，挥发分约在400着火燃烧且燃烧速度很快，而焦炭粒子的着火温度要在600以上，其燃尽时间也长。季尚行等用差热分析对几种无烟煤与烟煤对比，现烟煤的着火温度大多在4

15、10430，燃烧持续时间约10min。约在600650左右燃尽；无烟煤大多数着火温度在550左右，燃尽时间为 l4min，约为烟煤燃尽时间的l 4倍。与烟煤相比，无烟煤着火温度约提高l40，燃尽温度约提高200，燃尽时间约增加40。但在循环流态化床的试验中，无烟煤燃尽时问约为烟煤的1.75倍，在悬浮燃烧试验中，无烟煤的燃尽时间为烟煤的3倍。因此，挥发分低的无烟煤比烟煤的着火温度高且燃尽时间长。谢峻林等认为，烟煤燃尽时间约为4s，贫煤为67s，而无删煤则要9s。实际上，由于气固分离效成差，燃料分散不可能是很理想地一颗颗都呈悬浮状态，加上炉内偏流、短路和物料特稀或特浓以及生料的分散程度干扰，煤粉的

16、燃烧状况差，导致煤粉的实际燃烧时间比理论上要长。例如柳州水泥厂改造前物料停留时间为11.75s，从理论上讲，即使燃烧无烟煤也没有问题，因为该分解炉为SLC型（离线型)，空气中氧浓度为21，在900的情况下80m的煤粒燃尽时间为7-9s；停留时间为1.75s应足可使煤粉可燃尽，但事实上发现燃烧不完全。通过分解炉增容，停留时间达l4s，生产才正常。其次燃尽时间与分解炉内的氧气浓度有关。文献认为，在氧浓度为21的情况下，烟煤（挥发分>22)、贫煤（挥发分1520）和无烟煤（挥发分<10）的燃尽时间分别为35s，67s和7-9 s；而在氧浓度为13的情况下（烟气与三次风混合的在线分解炉1）

17、，则这三种燃煤的燃尽时间分别为57 s，10 s和1214 s。在RSP型和NSF型分解炉中，氧浓度只有13即使在分解炉温度为950的隋况下，这三种燃料燃尽时间分别为5.6s,7.5s和10.4s例如，耀县水泥厂改造前的DD型分解炉小，物料停留时间只有9.4s,只适用于烧挥发分大于25的烟煤实际C5出口温度高于分解炉温度。洛阳水泥厂的NKSV型分解炉物料停留时问只有7.5s,因为氧浓度为l3，只能勉强烧烟煤。另外，燃尽时间与燃料粒径大小和水分有关。粒径小，与氧接触面积大，易着火燃烧由于燃烧上从表而向内部进行，因此颗粒越小，燃尽时间越短。努谢尔脱(Nusselt)认为，碳粒燃尽时间与它的直径平方

18、成正比。因此在煤磨能力较大的情况下，降低煤粉的粒度是缩短燃尽时间的有效措施。燃料含水量大，则着火漫，燃尽时问长。燃料分散程度越大，越易着火燃烧，燃尽时间比堆积状态的短。   为保证燃料能使分解炉内燃尽，必须保证燃料在炉内有足够的停留时词。据报道，我国几种分解炉的物料平均停留时问为8.612.2 s。SD公司2000t/d生产线为Pyroclon分解炉,物料平均停留时间为10.7s,100采用挥发分仅为3.34的无烟煤作燃料，由于煤粉着火温度高，燃烧速度慢，燃尽时间长，炉内不易完全燃烧。为此，在炉顶鹅颈管上部安装一个有切向进气和排气(即切向进出风)的Pvrotop旋风筒，它实

19、质上是一个新型反应室，使三次风、窑气与生料、煤粉能更有效混合，它沉降下来的生料、煤粉可回到分解炉的上升烟道，也可进入C5的下降管道。经测定计算，炉内物料平均停留时间为24s，分解炉出口温度为925，过剩空气系数为1.395，多次测量出口气体成分中无C0，说明炉内煤粉不存在化学不完全燃烧；但从分解炉出口物料的含碳量及气体组成计算，煤粉燃尽率仅为76左右，说明炉内煤粉存在不完全燃烧现象，出分解炉的分解率仅为72.3；部分没有燃烧的煤粉进入C5，与来自窑尾的高温气体相混合后，继续进行燃烧，产牛热量供给C5内的生料分解，使入窑时的表观分解率提高剑91。目前国内对已建分解炉改造的技术都是增加物料的停留时

20、间，主要包括：分解炉扩容、分解炉增设缩径口增强喷腾效应、新增离线分解炉、将上升烟道扩径增容改造成二次燃烧室以及将C4出口部分生料分流到上升烟道、增入煤粉净燃空间如喷腾炉的燃煤喷嘴从水平喷射改为向下倾斜l5°、将撒料板上升一定距离等，这些措施无一不是增加燃料的着火时间、延长燃料的停留时间。据此，新分解炉的设计必须充分考虑无烟煤及替代燃料的需要，增大炉容，主要是增加分解炉的高度，从而增加燃料的停留时间，使燃料在分解炉内燃尽。    分解炉温度的变化，在中、上游主要受燃烧过程（着火时间和燃烬时间）的影响，特别是着火时间；炉下游及出口气温主要受煤粉和料粉加入量的影响，也受

21、燃烬时间影响。因此炉内温度的调节主要应从以下五点考虑：1. 调节燃料加入量在通风基本不变时，改变燃料加入量，在完全完全燃烧的条件下，就是改变了分解炉的发热量，在喂料相同时，则是改变了分解率。然而燃料加入过多或过少，对分解炉出口温度的影响是明显的：加入过多，分解用热有余，则出路气温必定升高；相反，加入燃料过少，分解用热不足，则炉内气流吸收气流气流显热而使气温下降。所以，调节燃料加入量主要是调节物料分解率及出路气流温度.然而，调节燃料用量，不能明显的调节分解炉中、上游的温度，这有两方面的原因：一是因为炉的中、上游气流中，原有燃料浓度较高，加入（或减少）部分燃料，对中、上游气流中的燃料浓度影响就笑，

22、不能明显改变氧气扩散到燃料颗粒表面的速度，所以对于燃烧速度的影响不是很大。二是温度对分解吸热速度影响大，温度一有小幅度的改变，就引起分解速度和吸热量的大幅度改变，抑制了炉温的较大变化。所以在分解内的分解温度在正常情况下是不会大幅度变动，要大幅度调节改变它也是不大容易的。2. 调节燃烧过程     分解率的直观表现是炉内温度的变化趋势，即在没有系统漏风的前提下，从炉入口到下游和出口温度阶梯上升，表明供热充足分解率高；若下游或出口温度下降太多则说明供热不足，分解率下降。煤粉的燃烧过程是分解反应的基础，所以分解炉内分解温度（以及中、上游气温）可通过改变煤粉的燃

23、烧过程来调节，从而控制物料的分解率。A.煤粉的品质：煤粉发热量高，挥发份高有利于改善燃烧过程。B.气流中燃料和氧气浓度的影响：燃料加入多，燃烧表面积大，氧气浓度高，均有利于改善燃烧过程，否则相反。C.燃料与二、三次风的配合：燃料与气流相对速度大，有利于O2向燃料表面的扩散及燃料表面CO2薄膜的排除，从而有利于改善燃烧过程。因此，燃料的喂入方式、喷出速度，二、三次风速的大小及温度，过剩空气系数的大小，均能影响燃烧过程。D.分解炉内的流场分布对燃烧过程影响巨大。如气流紊流程度高时，燃料分散好、分布均匀，燃烬时间短。3. 通风量及加料量的影响在入炉物料、燃料不变时，通风量的改变，也影响燃烧速度。正常

24、操作下，当通风量减少时，引起不完全燃烧，燃烧速度减慢，总的发热能力降低。通风量过大，过剩空气系数增加，又会使分解率降低和炉中、下游温度下降。如果炉系统漏风大，使未燃完的燃料继续燃烧，则可能使路后温度升高。加料量的大小对炉中温度的影响不如对炉下游及出口温度的影响大。加料量多分解吸热多，使炉温下降。料粉的粒度细，也能小范围降低炉中游的温度。因粒度愈细，分解吸热速度愈快，也会使平衡分解温度降下来。但喂料量的大小，一般不是炉温调节的手段。4. 物料的活性     如果物料活性高，分解温度可适当降低一些。影响分解温度主要是钙质原料，硅质原料的影响较小。成矿年代越是

25、久远的原料越硬，晶体结构越完整、分解活性越差，分解温度要相应提高。如方解石是纯净的CaCO3晶体，它的分解反应相当缓慢，甚至进入烧成带还有一部分继续分解。对于含方解石较多的石灰质原料，一般要求粉磨细度更细，分解温度要相应提高。钙质原料的活性顺序为：泥灰岩贝壳石灰石白垩或方解石；硅质原料的活性顺序为：高岭土蒙脱石伊犁石云母石英砂。5. 控制合适的三次风温度和重量比例     入炉三次风温度高时，体积增大，但其重量反而减少，实际减少了供给燃烧的有效风量，增加了分解炉内气流中CO2分压，减慢了分解反应速度。当入炉三次风温度太低时，会降低分解炉上游气流温度，延长

26、着火时间。降低煤粉燃烧放热速度，影响分解炉的发热能力，也影响分解率。分解炉内的旋流效应一般有三次风提供，其合适的重量比例由流场分布来决定。但为了适应不同品质的煤粉燃烧和CaCO3分解的需要，重量比例可作适当调整。三次风的重量比例大时，分解炉气流中CO2分压小，CaCO3分解反应速度加快，并可适当降低CaCO3分解温度。但三次风的重量比例过大时，窑内通风量下降，限制了窑的发热能力，窑气传给物料的热量减少，预热分解带延长，压缩了烧成带长度，窑难于实现快转，产量和熟料质量下降。由于煤粉在窑内燃烧时温度高，相对于分解炉而言，受煤质的影响小，所以在煤粉质量较差时，应增加头煤，提高窑尾废气温度和三次风温度

27、，以提高煤粉在炉入口处的预燃效果，三次风的重量比例反而应适当减少。第二节  分解炉内的流场分布  分解炉内助燃风与煤粉、料粉的流场分布不但是控制燃烧、分解及传质传热的关键，也是保护炉衬、防止结皮和塌料的关键。笔者是从以下几方面阐述优化分解炉内的流场分布。一、分解炉内气体运动的要求1.适当的速度分布，以便获得良好的燃烧条件和传热效果，要求分解炉各部位保持一定的风速，使燃烧稳定，物料悬浮均匀，保证分解炉的发热能力。2.适当的回流运动，使其中的物料在炉内滞留一定时间，保证燃烧、传热及分解反应达到一定要求。3.较大的物料浮送能力，为提高传热效率及生产效率又要求气

28、流有适当的料粉浮送能力，在加热分解同样的物料量时，以减少气体流量，缩小分解炉的容积，并提高热的有效利用率。4.较小的流体阻力，在满足上述工艺要求的条件下，要求分解炉有较小的流体阻力，以降低系统的阻力消耗。二、四种气流效应的作用分解炉内的各种气流效应所产生的循环运动是延长物料的停留时间和强化热交换的重要手段，且物料被充分分散和均匀分布是分解炉有效工作的前提。1.旋流效应是旋风型分解炉和预热器内气留作旋回运动，使物料滞后于气流的效应。能延长物料在炉内的停留时间，并能有效地分离较粗颗粒，使其在炉内贴壁作后浪推前浪的运动。但旋流效应造成过强的贴壁运动对均布不利。2.喷腾效应在炉筒内一定高度内形成一条上

29、升流股，将炉下部锥体四周的气体及物料不断裹挟进来，喷射出去，造成许多由中心向边缘的旋涡，造成了由炉中心向边缘的旋回运动。喷腾作用有利于分散和纵向均布，但会造成疏密两区，且有部分物料短路。3.流化效应，MFC炉内气流运动的规律性较强，且由良好的对称性，切向风速为顺时针方向旋转，与三次风方向一致，而且在近壁面处切向风速较大，轴向风速则与喷射流相反，中心区为回流区，近壁风速较高，由此造成一个较大的环状立涡，对物料的分散和均布有良好作用。流化层物料颗粒间距较小，温度均匀，物料的停留时间远远高于其它炉型，对易烧性差的物料和低质、粗颗粒的燃料适应性强，不足之处是由于气固相参数一致，降低传递和反应的推动力，

30、若反应程度高对炉温要求相应较高，且阻力损失大。由于使用温度较低的流化风，不利于系统换热效率的提高。4.喘流效应是在分解炉的中游缩口引起炉内物料与气流的喘流运动。强烈的荈流效应能加强对流换热。物料与煤粉经上游分解、燃烧后被推至缩口时，较小颗粒被突然加速的气流带入下游，而较粗的颗粒被分选出来碰撞失速后返回上游区继续分解、燃烧。强烈串流设备过高，难于布置。单纯一种效应很难达到要求，往往是几种效应相互迭加的流动方式效果更好，如喷腾旋流或串流旋流迭加。三、影响流场分布的因素1.气流运动速度气流带着料粉在炉内以一定的速度作旋回运动，如果进口风速过小，料粉及气流所受离心力小，回旋运动减弱，料粉与气体间的相对

31、速度小，则进入滞留层的料粉将减少，C5出口温度上升，增加用煤也难于控制炉温，且入窑物料分解率下降，分解炉近壁处温度上升，结皮增多，炉壁散热增多。如果进口风速过大，使炉壁边缘地区的滞留层变薄，有的料粉在碰撞失速后，又被气流迅速带走，料粉停留时间也会缩短，且分解炉的阻力增加。  所以，不但要调整窑炉间的风量比例，还要严格控制系统漏风。  2.物料的颗粒分布不同粒径的颗粒在气流中的沉降速度不同，粒径越大，其沉降速度愈快，颗粒愈小，其沉降速度愈慢。但分解炉内颗粒的沉降并不是单个颗粒的沉降，而是干扰沉降，是许多颗粒形成的缕丝状颗粒流。并且，粒度愈大且分布不均时，炉

32、内物料分布更加不均，边缘区物料增多，中心浓度下降，吸热少，会使炉温升高，影响分散，要求更强烈的循环运动，才能保证物料的分散与换热充分进行。另外，物料的粒径对CaCO3分解过程的影响很大。当粒径大于0.2cm时，传热和传质的过程占主导地位，而化学反应过程不占主导地位。粒径等于0.2cm时，二者占同样重要的地位。在粒径较小时，如粒径在30úm，整个分解反应过程，主要决定于化学反应的过程，分解所需时间主要有化学反应所需时间决定。这是因为当粒径很小时，颗粒的比表面积将迅速睁大，其传热传质的距离缩小，化学反应过程自然成为整个过程的决定环节。所以应根据石灰质原料活性和易磨性确定合适的0.08cm

33、筛余和0.2cm筛余，以便更好地控制原料的粒度级配，使颗粒分布更加均匀，是控制分解和优化流场分布的关键。3.炉筒直径在一定范围内进口风速不变时，如果炉径较大，料粉所受离心力较小，中心部分的料粉到炉壁间距加大，有些料粉往往来不及到达炉壁滞留层就被气流带走，所以炉径较大时，应增大进口风速，加强回旋运动，尽可能的延长物料的滞留时间，并应注意煤、料入炉位置，使煤料分散均匀。考虑到分解炉可能要烧无烟煤甚至其它替代燃料，由于它们的着火温度高、燃尽时间长，要求在炉内停留时间长，因此要适当增加分解炉高度，但增加分解炉高度对分解炉内的流场分布并不会产生明显影响。4.气流温度和料粉浓度当气流温度较高时，气体粘度较

34、大，气固相间相对运动阻力较大，气流中料粉浓度较高时，相互干扰也较强，这些对各种循环效应也会有影响。5.加料位置加料位置不当时，会出现以下三种情况，第一，落料现象；第二，会使物料悬浮分散差，减少换热面积，降低了分解速度；第三，易造成局部低温与高温，低温处物料分散慢，高温处可能引起物料过热，引起结皮堵塞。6.漏风四、优化流场分布的办法流场分布合理时，分解炉内结皮少、无落料现象、炉壁散热少、炉衬使用寿命长、炉内温度阶梯分布均匀，温度调整速度快，较低的分解温度下能获得较高的物料分解率。生产实际中，优化流场分布用结果反推法，即根据实际使用效果，由结果反推引发原因逐一列出，采用排出法对每一种原因推敲，根据

35、影响大小确定主次因素，对症下药。不能盲目追求一招见效，要循序渐进，调一次观察一段时间形成记录，反复比较，逐项调整。现以结皮为例来说明优化流场分布，结皮产生的原因有以下几项：A.原燃料有害成分含量高，SO3/RO2变化大；B.炉温控制过高；C.风量不足，滞后燃烧；D.粘土质原料活性过高；E.系统漏风；F.炉衬使用年代较长，腐蚀严重；G.物料分散差，出现局部高温；H.其他现象（旁证材料，综合分析）。对于以上各种原因采用排除法，不对的划“×”，对的划“”，然后对视的因素排出主次，逐项采取措施。在进行优化分解炉的流场分布时，必须考虑窑和分解炉的长期安全运转以及环保、经济等诸多问题，因此采用的

36、相关措施应综合考虑各因素及系统影响。第三节  与有害成份循环有关的两个问题 一有害成分的循环    有害成份被原料和燃料带入系统，从投料生产开始，挥发、循环、聚集到一定程度后开始随熟料和废气被排出系统，带入量和排出量基本相等，系统内的循环量基本不变。依据国际水泥工艺资料集的介绍，对一般预分解窑每生产100Kg熟料，有害成分的分布、循环、相对比例列于表6。表6  SO3、Cl-、Na2O、K2O的循环与分布成份原料引入量（g）燃料引入量（g）循环量（g）排出量（g）循环量/引入量排出量/引入量废气粉尘回收（g）回收量/引入量窑预热器熟料

37、带出废气带出预热器窑K2O10770269229221037402.762.5012360.22Na2O3080461577261471.871.501690.22Cl-2301403145551863.2663.001341.48SO330848130242955738513.753.8313611.17从表6可以看出：1.各有还成份循环量相对于引入量的大小为：Cl-SO3K2O Na2O。2.各有害成份在预分解系统内的循环量比窑内大。3.有害成分的“循环量/引入量”比例相对稳定，循环量的多少决定于引入量。原料和燃料所含有害成份越多，循环量也越多，对系统的危害越大。二、结皮形成机理的新认识

38、许多专著对结皮形成的机理没有明确的论述，笔者尝试作出以下论述。结皮产生的前提条件是生料与燃料带入的有害成份在系统内循环、集聚，使物料产生液相的温度降低，产生的液相量增多。产生的过程是风、煤、料匹配不当，使CaCO3分解吸热与煤粉燃烧放热不平衡，提供了结皮产生的温度条件。关于这点主要有四个原因：第一，生料成份中CaO含量、投料量和物料结粒波动大，引发尾煤用量的波动；第二，火焰组织不当，对煤粉燃烧过程控制不当，燃烬时间延长产生滞后燃烧；第三，供风不足产生的不完全燃烧，分解炉内产生还原气氛，使Fe3Fe2，由于Fe2的存在，使物料产生液相的温度降低。并且不完全燃烧的煤粉遇到外界漏入的空气或清灰空气炮

39、鼓入的空气燃烧，使炉内局部温度升高产生液相。第四，内漏风引起物料内循环，使物料温度升高产生液相。总之，这些都与气流组织有紧密关系。其次，由于内衬表面有麻面、凹坑等缺陷，物料在贴壁运动时沉积在缺陷部位。聚集在有缺陷内衬上的物料在一定时间内达到固相反应温度，并且固相反应时放热420500KJ/Kg熟料，使物料温度快速上升，液相急剧增多，先形成的结皮粘连后来的物料，不断集厚长大，达到一定厚度时垮落，造成系统堵塞。    三、有害成份对熟料烧成的影响笔者对SD厂1000T/D预分解窑各工艺带窑皮的化学成分作了测定，先列于表7。表7 SD厂1000T/D预分解窑各工艺带窑皮的化学成分

40、工艺部位CaOMgOSiO2Al2O3Fe2O3SO3f-CaO100-预分解带58.821.7718.414.282.653.258.0189.1210.88过渡带冷端53.871.8417.344.282.757.060.8787.1412.86断口部位39.842.0811.603.562.5722.450.2182.1017.90过渡带热端63.411.7121.603.192.153.290.6695.354.65烧成带64.592.0817.663.992.981.840.3193.146.86  从表中数据分析后可以得出以下结论：1.物料由低温端向高温端前进时

41、，SO3、Cl-、R2O含量上升，表明由于窑料温度的升高，初级矿物与沉集的有害成份化合成结皮性质的矿物2C2S.CaCO3和2C2S.CaSO4等的速度提高，有害成份的沉集速度大于挥发速度，釉面层中有害成份的含量继续上升，对窑衬的碱蚀加重。2.分解完毕的物料的物料进入过渡带进行固相反应，形成C3A、C4AF、C2S等初级矿物，并释放热量。有害成份中的R2O的挥发速度逐步提高，冷凝沉降速度逐步下降，并在1200达到一个短暂的平衡。 3.当物料温度达到12501280时生成液相，吸热105KJ/Kg熟料，由于液相生成和R2O的存在，使液相粘度下降，Ca2+的反应活性很高，与头煤燃烧放出的SO3化合

42、成CaSO4（二次）的速度很快，且数量很多，基本上全部化合成CaSO4 .R2SO4等，所以对窑皮的化学成分中含量猛增。由此可以作出以下几点推论：    A. CaSO4 .R2SO4是在窑内化合而成，极不稳定，当温度高于12501280时很快分解，物料向过渡带热端移动时SO3含量骤降。由于煤粉的燃烧带Lf与熟料的烧成带Ls有以下关系：     Ls=（0.600.65）Lf（单位：M）当火点移动时，此带的窑皮易于掉落，致使此带窑皮时常形成一个明显的断口，砖面裸露，寿命缩短。安全带正处于这一端口部位。B.由于窑皮掉落频繁，侵蚀的砖衬引

43、起物料中SiO2、Al2O3含量上升。C.由于预分解窑是两把火煅烧，头煤占总喷煤量的2/5，相对于湿法窑及其他窑型，烟气中的SO3含量少，化合成CaSO4 .R2SO4的量少。由于CaSO4 .R2SO4是熟料烧成的矿化剂，所以在预分解窑内CaSO4 .R2SO4的催化效果差，熟料中实际合成的量少。这是预分解窑熟料强度低于其他窑型的原因。D.在此带由于硫酸盐的矿化作用，液相增多，物料运动慢，最易形成圈或蛋，特别是有害成份含量高且SO3/R2O波动大的预分解窑内。由于有害成份的引入量/排出量相对稳定，当有害成份变化是，窑内长圈、结蛋应是引入、循环、排出由一个平衡向另一个平衡的自调过程。4. SO

44、3在过渡带冷凝端出现一个挥发与沉降平衡的较低的峰值，在热端出现一个合成与分解平衡的较高峰值。5.有害成份中的最耐温部分留下来，并以如下熟料矿物的形式被带出窑外：KC23S12、NC8A3、KC8A3、K2SO4、Na2SO4。第四节   窑的转动力矩与不正常窑况 一窑的转动力矩  窑的转动力矩即窑的主传电流，是最直接反映窑况变化的参数。窑况平稳正常则电流曲线波动小，比较平直。当窑况变化时电流曲线最先发生变化。它综合反映窑速、喂料量、窑皮分布状况、烧成带温度等。依据传动电流来操窑，有信息清楚、及时、可靠等优点，但窑传动电流反映的内涵相当深刻复杂，不能片面化

45、，应结合烧成温度、窑尾温度、系统负压、废气成份等参数的变化综合判断窑况变化，才能作到准确操作，并且要善于借助窑传动电流与其他参数曲线，分析判断前一过程的变化及应该要采取的措施。在长期的实践中要不断总结，以求得最快最准处理窑况。  笔者根据自己的实践，对电流曲线代表的内涵总结如下：  1.    窑主传电流呈上升趋势表明：  A.最常见的是液相增多，结粒变粗，尾温升高，头温下降。可能是煤质变好或头煤用量增多，窑温升高；也可能是物料的液相矿物含量上升，变得易烧。  B.其次是温度骤降引起窑皮大量掉落

46、，电流猛然上升。或者是料蛋由窑尾向窑头运动，砸落一部分窑皮，主传电流波动很大，料蛋很大时窑口有返火现象。  C.窑内集料增多，可能是投料量上升，但窑速提高太慢；也可能是窑内长圈严重。  D.拖轮与轮带表面磨损严重，或托轮位置出现大小八字，在窑体上下游动时，因受力变化，可能引起窑电流上升或下降趋势，这种现象极为少见。2.窑主传电流呈下降趋势表明：  A.最常见的是液相减少，结粒变细，尾温下降，头温升高、烧成带缩短且波动较大。可能是煤质变差或头煤用量偏少，窑温下降。也可能是无聊的易烧性变差，液相矿物减少，物料耐火起砂。 

47、0;B.大料涌进烧成带，可能是投料猛增、后圈垮落或与分解系统塌料所致。  C.第三种现象也较为常见，即煤管抬头太高，窑皮刷薄，筒体温度升高，长期出现升重偏低，f-CaO偏高的现象。  D.来料减少，可能是投料少，窑速提高过快。  E.供风不足，窑内还原气氛严重。3.窑传动电流曲线平缓，表明窑温与配料适应，烧成制度正常，投料波动小，窑皮分布均匀。4.窑传动电流波动大表明：  A.窑内结蛋、窑皮分布不均匀。若窑尾负压波动大，可能在窑内出现“蛋背蛋”的现象。说明前一过程窑速与投料量比匹配，大起大落，或煤管抬头太低，火焰炝

48、料严重。  B.筒体变形严重，托轮与轮带磨损严重或基础下沉等原因引起的受力不平衡。二二次风温度过高的控制  二次风温度直接影响火焰的几何形状和燃料的着火点，相应的，波动较大的二次风能产生不规则的火焰特征，这种变化的火焰特征能引起烧成带的移动，所以，二次风温度易控制在900±40较为经济安全。  窑应在尽可能高的二次风温度下操作，因为这样可以利用熟料的大量余热，提高入窑的二次风温度，可以改善熟料性能，减少燃料的需要量，窑的生产能力最大。其二，对需要在窑前煅烧熟料时有良好限制。其三，保持较高的入炉三次风温度，入炉煤粉着火快，分解

49、炉的热效率高。  但过高的二次风温度对煤管、窑门罩、窑口护铁及内衬极为不利。也说明窑况极不正常。二次风温度过高的原因主要有以下三方面的原因：  第一，跑黄料，由于预热器塌料、后圈垮落、投料猛增等原因，以至对窑况判断不准，窑速提高的过早过快，不能保证物料在分解带有足够的停留时间，火焰逼迫缩短，造成跑黄料的严重后果。由于大量的黄料落入篦冷机，大量粉尘笼罩烧成带，窑内可见度低，氧含量下降。黄料颗粒细小，换热面积大，二次风温升高很快。  这时，首先应从加大窑内供氧来控制，提高高温风机转速，加大窑内通风，提高无聊的预烧效果。其次，应依跑黄料的轻

50、重，降低窑速、减少投料量，有效的控制物料流速和填充率，提高窑内换热效果。此时严禁向窑内加煤，因为细粉笼罩窑内，可见度低，传热效果恶化，增加头煤会适得其反，甚至薄料到来时，窑速低，易出现过烧的严重后果。当猛烈涌进的物料果料烧成带时，薄料很快到达烧成带，这时烧成带温度快速上升，窑主传电流上升，为此需注意薄料到来的信号，提高窑速，适当调整头煤，以求换热平衡，并这首恢复正常投料。  第二，窑内通风差，火焰极不顺畅，头煤火焰炝料严重，造成短焰逼烧，烧成带极短，窑主传电流低。虽然窑口亮白，但熟料立升重低，f-CaO含量高，气孔多，严重时接连不断地出生料蛋。只能低窑速转窑，窑速稍有提高就

51、出现黄料现象。这时应加快拉风使火焰顺畅，更应特别重视调整火焰的截面位置，提高物料的预烧效果，提高窑速，改善窑内传热效果。  第三，由于结圈严重或料蛋逼近窑口，或者是物料耐火等原因造成窑内起砂，为减少对窑门罩密封装置的磨损，加大窑头过剩风机拉风，致使火焰短粗，冷却带缩短，二次风温度升高。  综上所述，控制二次风温度过高的关键是加大窑内供氧，保持火焰顺畅。三头煤、尾煤比例  对于预分解窑操作的一个重要参数是头煤和尾煤的比例。在不同时代有不同的认识，但随技术的成熟，基本统一为40：60，在12%的范围内波动比较适合。越过这一范围，不但热耗上

52、升，而且表明工况极不稳定。  若头煤过少，其一会使熟料烧成带温度低，熟料质量差。其二，落入篦冷机的熟料温度低，二次风温度下降，分解炉内煤粉燃烧滞后，热回收少，C1出口温度升高，热耗增加。其三，窑尾及与分解系统漏风严重。  若头煤过多，会使废气中CO含量上升，也增加热耗，同时会使窑衬的热负荷增加，会严重缩短窑衬的使用寿命，影响窑的安全运转。另外也表明篦冷机的冷却效果下降，热回收效率低。四窑皮掉落时窑况的控制 大量窑皮或副窑皮掉落时，能引起填充率上升，应及时减少投料量，为保持填充率稳定，不能盲目地提高窑速以降低填充率。因为窑皮掉落的原因是窑温过低，若窑速提高

53、会使窑皮掉落更严重，大量温度过低的窑皮涌进烧成带的速度加快，引起烧成带温度急剧下降，烧成质量变差。窑皮掉落时，被扬起的细料剧增，影响煤粉的燃烧，降低火焰的传热效果，火焰被拉长，窑尾烟气温度上升。由于火焰不集中，窑内传热效果较差，若减少头煤会使窑况进一步恶化。若增加喂煤量，由于窑皮掉落时，大块窑皮在窑内翻滚，窑的通风面积下降，通风状况变差，会使窑内还原气氛更加严重，将引发新一轮窑皮的掉落。所以，窑皮大量掉落时，应保持头煤和窑速稳定（或适当降低窑速），减少投料量，尽可能地控制填充率，并要加大通风量，提高物料的预热效果。当窑皮大部分转出窑外，烧成带温度回升，窑主传电流平稳之后，应尽快恢复正常操作。窑

54、皮大量掉落后，会有一部分区域的砖衬裸露在高温气流之中，加重了腐蚀，所以应及时恢复烧成制度，根据筒体温度的变化，及时补挂窑皮。五控制料蛋在窑内的运动窑内产生料蛋的原因非常多，料蛋形成后对煅烧产生的不良影响主要有以下三点：第一降低窑的通风面积，造成火焰不畅，限制了窑的发热能力；第二窑筒体椭圆率改变较大，使砖衬挤压受损严重；第三当结蛋频繁时，易出现“蛋背蛋”现象，致使窑主传电机过载而跳停，不能连续生产。为此必须掌握料蛋在窑内运动的规律，尽可能早的排出窑外。影响料蛋运动的因素主要有以下几方面：第一，由于窑有一定的斜度，会使料蛋沿窑的斜度方向产生一定的下滑力，驱使料蛋由窑尾向窑头运动。但由于排风机的拉风

55、作用，料蛋受拉风的推力有向窑尾运动的趋势。当而立平衡时，料蛋在窑内滞留。所以推力与下滑力相对大小决定了料蛋向前向后的运动趋势。第二，因这对相互作用力的大小之差很小，单纯地改变而立平衡并不能有效地控制料蛋的运动，为此必须控制窑的填充率。因料蛋停留处的窑皮被击落，料蛋要爬上窑皮这一台阶时，必须有较厚的料层来支垫。这就要在投料量不变的情况下降低窑速，提高填充率。所以为使料蛋顺利滚出窑，必须同时作到减小排风、降低窑速，料蛋才可出窑，减少破毁，而设法让料蛋在窑内消化的办法只能使窑况进一步恶化。六熟料结粒的控制熟料质量与出窑熟料的粒度大小和力度分布有着直接关系，控制熟料结粒细小均齐是提高熟料质量的关键。为

56、此必须遵循以下原则：窑内通风良好，火焰规则顺畅，从高温点到窑头和窑尾的温度下降梯度缓慢，入窑物料分解率适当，窑料比适当，都能使出窑熟料结粒易于控制，且同样投料量，窑速越快结粒越是细小均齐。但当出现以下几种情况时，熟料结粒变粗，并夹带部分黄心料。1.火焰形状不规则，且炝料时，说明窑内煤粉燃烧效果差，这时应调整火焰的截面位置，并检查煤管的磨损、变形、杂物堵塞情况。2.窑内结圈、结蛋现象严重时，来料不均匀，结粒变粗，这时应先消除结圈、结蛋。3.头温低、尾温高，从C5下来的物料分解率高时，说明窑前煅烧现象严重，液相过早出现。应调整煤管用风，适当减少拉风量，使火焰变粗，并退出煤管，提高窑头温度，提高煤粉

57、的预燃效果。4.大料慢窑，且拉风量小时，说明窑内供热不足，窑速一有提高就有生料窜出，这时应加大拉风量，增加头煤喂入量，以增加窑内供热量，然后逐渐提高窑速。要格外重视循序渐进，不能盲求冒进，烧稳窑皮，防止大面积垮落，迫使减料降窑速的恶性循环。5.窑内温度分布梯度大，窑头、窑尾低时，说明火焰短粗、烧成带极短，造成短焰逼烧现象。这时应加大拉风量，调整煤管用风，使火焰拉长，并退出煤管，加大头煤喂入量，提高头温。6.原料有害成份含量波动较大，特别是SO3/R2O波动较大时，系统有调整有害成份带入与带出、循环的平衡，必出现预分解系统的严重结皮，窑内长圈、结蛋，结粒变粗的现象。7.硅质原料的活性好，生料中F

58、e2O3含量提高，或煤质变差，煤灰掺入量提高时，也使结粒变粗，这时除从原、燃料上把关外，还要在操作上作到加大拉风量，提高窑速，并且要使窑尾和C5出口靠下限控制。七防止结皮的措施1.控制合适的SO3/R2O，及生料与煤粉带入的水分，是有害成份相互间发生中和反应，形成盐类被排出系统，减少在系统内的循环。现对各种SO3/R2O的计算方法及控制指标列于表8。表8  熟料SO3/R2O计算式与限制指标 资料来源制造厂计算式限制指标悬浮预热器和NPS技术经验交流论文集1992.5HonbltS/R=SO3/(0.85K2O+1.29Na2O-1.113Cl-)0.71.0PolysiusS/R=MSO3/(MK2O+MNa2O-MCl-)F.L.SmithS/R=SO3/(0.85K2O+Na2O)常用式1.0适宜值0.60.8FullerS/R=SO3/1.29Na2OeqNa2Oeq=0.65 K2O+Na2O1.2SO31.5%水泥技术1986.4丹麦F.L.SS/R=MSO3/(0.5MK2O+MNa2O) 常