分解炉内燃料的燃烧

分解炉内燃料的燃烧
当煤粉进入分解炉后，悬游于气流中，经预热、分解、燃烧发出光和热，
形成一个个小火星，无数的煤粉颗粒便形成无数的迅速燃烧的小火焰。

这些小
火焰浮游布满炉内，从整体看，看不见一定轮廓的有形火焰。

所以分解炉中煤
粉的燃烧并非一般意义的无焰燃烧，而是充满全炉的无数小火焰组成的燃烧反应。

有人把分解炉内的燃烧称为辉焰燃烧，这主要指分解炉内将料粉或煤粉均
匀分散于高温气流中，使粉料颗粒受热达一定温度后，固体颗粒发出光、热辐
射而呈辉焰。

但并不能看到有形的火焰而只见满炉发光。

分解炉内无焰燃烧的
优点是燃料均匀分散，能充分利用燃烧空间，不易形成局部高温。

燃烧速度较快，发热能力较强。

由于分解炉内的煤粉为无焰燃烧，不会形成高温集中的"火焰"，因而煤只
能靠迅速分散与炉内气流密切接触，得到所需的氧气和着火的温度，才能较好
地着火和燃烧。

因此煤粉分散性不好或在炉内分布不均是导致煤不能着火或仅
部分着火的主要因素。

2.5分解炉内的温度分布
煤粉喷燃温度可达1500~1800℃左右，分解炉内气流温度之所以能保持在800~900℃之间，主要是因为燃料与物料混合悬浮在一起，燃料燃烧放出的热量，立即被料粉分解所吸收，当燃烧快，放热快时，分解也快;相反，燃烧慢，分解也慢。

所以分解反应抑制了燃烧温度的提高，而将炉内温度限制在略高于
CaCO3平衡分解温度20~50℃的范围。

图3-43所示为分解炉内的等温曲线。

由图可得以下结论。

①分解炉的轴向及平面温度都比较均匀。

②炉内纵向温度由下而上逐渐升高，但变化幅度不大。

③炉的中心温度较高，边缘温度较低。

主要是炉壁散热、中心料粉稀、边
缘浓所致。

2.6分解炉内的燃烧速度
分解炉内的燃烧速度，影响着分解炉的发热能力和炉内的温度，从而影响
物料的分解率。

燃烧速度快，放热多，炉内温度就高，分解速度将加快。

反之，分解率将降低。

因此加快燃料燃烧的速度，是提高分解炉效能的一个重要问题。

分解炉内的燃烧温度通常在860~950℃，燃烧过程的性质处于低温化学动
力学控制范围与高温扩散控制范围的交界，因此，影响这两种过程的影响因素，均对分解炉内的燃烧速度有重要影响。

其中影响燃烧速度的化学动力学因素有
燃料的种类、性质、温度、压力及反应物浓度等，影响扩散燃烧速度的主要因
素有炉气的紊流程度、燃料与气流的相对速度、燃料的分散度等。

为适当加快燃烧速度，控制好炉温，一般应注意下列几个方面。

①选择适当的燃料加入点并分成几点加入。

②适当控制燃料的雾化粒度或煤粉细度。

③选择适当的燃料品种，例如煤粉中含有适当的挥发物，使挥发物与焦炭
先后配合燃烧，以达到好的热效应。

④选择适当的一次、二次风速以及合适的加料点的位置。

⑤调节燃料加入量以改变燃烧的空气过剩系数。

2.7分解炉的容积热负荷
一些分解炉的容积热负荷见表3-3。

由表可见，各类分解炉的容积热负荷
相差较大，它与分解炉中的燃烧速度、气体速度及炉的结构有关。

表3-3一些分解炉的容积热负荷
炉型KHD
[td=1,1,120colSpan=2]MFCSLCILCDD
[td=1,1,120colSpan=2]RSP
规模/(t/d)35004000910022002000200023004300
热耗/(kJ/kg)305633232609.63301.33214322233403170
炉容积/m31300590.9/
774.11081.7223.3/
332.5565.3249.8510/
54.5653.8/
121.2
容积热力强度
A/[kJ/(m3·h)]205692508446559573774365307357667778414688468621
容积热力强度B/[kJ/(m3·h)]388116520047172418211857522.8分解炉内的传热
在分解炉内，由于料粉分散在气流中，燃烧放出的热量在很短时间内被物料吸收，既达到高的分解率，又防止了过热。

2.8.1分解炉内传热的特点
分解炉内的传热方式主要为对流传热，其次是辐射传热。

炉内燃料与料粉悬浮于气流中，燃料燃烧，燃料中的潜热把气体加热至高温，高温气流同时以对流方式传热给物料。

由于气固相充分接触，传热速率高。

分解炉中燃烧气体的温度在900℃左右，其辐射放热性能没有回转窑中燃烧带的辐射能力大。

然而由于炉气中含有很多固体颗粒，CO2含量也较多，增大了分解炉中气流的辐射传热能力，这种辐射传热对促进全炉温度的均匀极为有利。

2.8.2悬浮态传热
分解炉内传热最主要的因素是传热面积大大增加，料粉与气流充分接触，
其传热面积即为料粉的比表面积。

因此，气流与料粉的温度差很小，使料粉的
升温(如750~900℃)瞬间即可完成。

也是由于这个原因，燃料放出的大量热量，能迅速地被碳酸盐分解吸收而限制了气体温度的提高。

传热(及传质)速率的提高，使生料的碳酸盐分解过程由传热、传质的扩散控制过程转化为分解的化学
动力学控制过程。

这种极高的悬浮态传热、传质速率与边燃烧放热、边分解吸
热共同形成了分解炉的热工特点。

2.8.3分解炉内的气体运动
(1)分解炉对气体运动的要求分解炉内的气流具有供氧燃烧、浮送物料及作传热介质的多重作用。

为了获得良好的燃烧条件及传热效果，要求分解炉各部
位保持一定的风速，以使燃烧稳定;物料悬浮均匀;为使在一定炉体容积内物料
滞留时间长些，则要求气流在炉内呈旋流或喷腾状，以延长燃料燃烧及物料分
解的时间;为提高传热效率及生产效率又要求气流有适当高的料粉浮送能力，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。

在满足上述工艺热工要求的条件下，要求分解炉有较小的流体阻力，以降低系统的动力消耗。

概括说来，对分解炉气体的运动有如下要求。

①适当的速度分布。

②适当的回流及紊流。

③较大的物料浮送能力。

④较小的流体阻力。

(2)分解炉内气体运动速度分布分解炉要求一定风速的目的如下。

①保持炉内有适当的气体流量，以供燃料燃烧所需的氧气，保持分解炉的
发热能力。

②使喷入炉内的燃料与气流良好混合，使燃烧稳定、完全。

③使加入炉中的物料能很快分散，均匀悬浮于气流中，并使气流有较大的浮送物料的能力。

④使气流产生回旋运动，使其中的料粉及燃料在炉内滞留一定时间，使燃烧、传热及分解反应达到一定要求。