分解炉的控制方法

分解炉控制

对于窑外分解窑来说，分解炉是其核心部分，它不仅承担了系统中燃料燃烧，气固换热，碳酸盐分解的任务，而且对整个烧成系统的热力分布，热工制度的稳定起着至关重要的作用，虽然现在应用的分解炉型式众多，结构各异，但其特点和具有的功能基本上都是一样的，都属于高温气固多相流反应器，且具有悬浮床的特征。

对于中控窑操作者来说：分解炉温度（包括分解炉本体温度和出口温度）是最重要的检测控制参数之一，因为它不但表征了生料在分解炉内的预分解情况，也就是生料在分解炉中分解率的高低（分解率的高低直接影响着回转窑运转的稳定性和熟料产、质量以及能耗的高低）；同时也表征了燃料在分解炉中的燃烧情况。

因此，作为中控窑操作员来说，要想操作好预分解窑，首先必须保证分解炉的热工制度稳定，要想使分解炉的热工制度稳定，就必须搞清楚以下几个问题：

（1）燃料在分解炉中的燃烧传热特性及其影响因素；

（2）生料在分解炉中的吸热分解速度及其影响因素；

（3）气流在分解炉中运动对燃料燃烧放热和生料分解吸热的影响；

（4）分解炉温度高低对回转窑煅烧的影响；

（5）分解炉温度调节控制的原则与方法；

（6）分解炉温度异常情况的原因与处理等。

下面就这几个问题谈一下个人的看法与认识。不足之处，尚请指正。

一、燃料在分解炉中的燃烧、传热特性及其影响因素

1.燃料在分解炉中的燃烧特性

在分解炉中，燃料的燃烧传热特性与回转窑内燃料的燃烧传热特性有着本质上的区别。回转窑内燃料的燃烧是扩散控制的过程，其火焰必须与回转窑内的煅烧制度相适应，即要求有一定的火焰形状、长度和温度。通常我们所说的火焰形状为“毛笔头状”、“棒槌状”以及不正常时形成的“球形”火焰，“舔料形”火焰等就是这一特征的体现。而当煤粉颗粒喷入分解炉后，在旋流和喷腾作用的影响下，使得煤粉颗粒浮游于热气流中，经过预热，分解——煤中的挥发分吸收热量放出氮、氢、氧等，燃烧发出光和热，形成一个一个的小火星，无数的煤粉颗粒便形成无数个迅速燃烧的小火星，这些小火星实质上也就是一个个的小火焰，它们在气流的悬浮作用下充满整个分解炉，从而在整个分解炉内都形成燃烧区。但是从整体上却看不到一定轮廓的有形火焰。因此分解炉中煤粉的燃烧并不是一般意义上的无焰燃烧，而是充满全炉的无数小火星组成的燃烧反应。也有人把分解炉内的燃烧称之为辉焰燃烧，这是因为分解炉内的料粉颗粒是散布于高温燃烧的热气流中，当料粉颗粒受热达一定温度后，固体颗粒也会发出光、热辐射而呈辉焰状态。

2.分解炉中的传热特性

分解炉内的传热主要以对流为主，约占99%，其次是辐射传热。进入炉内的煤粉和生料粉悬浮于炉内热气流中，燃料燃烧将气流加热至高温，高温气流同时以对流的方式传热给物料。由于气固两相充分接触，所以其传热速率非常高。我们知道，辐射传热速率随温度的四次方而变化，温度越高传热速率越快，辐射传热能力也越强，在分解炉中，气流温度只有900℃左右，其辐射能力远远不及回转窑燃烧带的辐射能力，但是在炉中有大量的CaCO3分解，放出很多CO2气体（每100公斤CaCO3分解放出44公斤的CO2气体）同时，气流中又含有很多的细粉颗粒，这就增大了炉中热气流的辐射传热能力，这种辐射传热虽然只占分解炉内总传热量的1%，但是却对全炉的温度均匀分布极为有利。由于分解炉中燃料与物料是以悬浮态混合在一起的，燃料燃烧放出的热量立刻被物料吸收，当燃料燃烧快，放热快时，分解也就快，当燃料燃烧慢时，则放热也就慢，由于分解反应的吸热抑制了燃烧温度的提高，从而导致在分解炉中气流温度在正常情况下基本恒定在900℃左右。

3.影响燃料在分解炉中燃烧传热特性的因素

影响燃料在分解炉中燃烧和传热的因素很多，如温度、三次风温、煤粉细度、水分、煤质、煤粉的分散悬浮程度，停留时间、过剩空气系数等，但最重要的是分解炉内温度、三次风温和煤质。

1）分解炉内温度

在传统的回转窑中，煅烧带气流温度一般在1600～1700℃，物料温度在1350℃～1450℃，温度每增减10℃～20℃对于回转窑内煤

粉的燃烧来说其影响很小，但对分解炉的影响却很大。在分解炉中，生料分解在接近平衡的条件下进行时，炉内温度一般在860℃～920℃之间，这时如果温度有一点小小的变化，如升高或降低，都将打破原有的平衡状态，从而引起分解反应速度的大幅度升高或降低，因为CaCO3的分解反应对温度变化十分敏感，温度升高或降低都将引起反应速度常数的增加或降低。

2）三次风温

三次风温的高低对于分解炉中煤粉的燃烧起着至关重要的作用，特别是对灰分含量高，挥发分含量低的煤，影响更为显著，三次风温低，煤粉燃烧速度变慢，这就有可能发生不完全燃烧，未燃烬的煤粉颗粒随气流离开分解炉后继续燃烧，造成分解炉以后的系统超温、结皮，严重时引起堵塞。如果三次风温过高（有时甚至可达到1000℃以上），煤粉燃烧速度过快，放热快，热力集中，对于高挥发份的煤来说极易在分解炉内由于局部高温而形成结皮、堵塞甚至烧坏分解炉。

3）煤质

煤质对分解炉内温度的影响更为显著：当煤粉细度细、水分小、分散悬浮程度好、过剩空气合适时煤粉燃烧完全，满足了分解炉的要求，则可获得较高的燃烧效率；反之，则影响其性能发挥，严重时引起结皮、堵塞等工艺事故。另外，在回转窑中挥发分高的煤易形成短焰急烧，固定碳高的煤易形长焰低温。当挥发分高的煤喷入分解炉与高温三次风混合后迅速燃烧，极易在分解炉底部形成局部高温而产生

结皮。如东源5000t/d线所用煤挥发分为31.7％，CDC分解炉经常结皮，影响正常工作；巨龙、三狮更甚，每班至少要清理2次，严重时一班需要清理五到六次。

二、物料在分解炉中的吸热分解速度及其影响因素

在实际的生产过程中，影响物料分解速度的因素很多，情况也很复杂，但主要因素是温度和物料的物理、化学性质，而对于不同的反应容器，比如回转窑和分解炉来说，其情况又不尽相同，对于分解炉来说，影响炉内分解速度的因素有以下几点：

1.温度

温度是影响生料分解速度的最主要因素之一，一切物质间的反应都是以一定的温度为基础的，随着温度的升高，物质间分子相对运动速度加快反应速度增加，对于CaCO3分解反应来说，随着温度的升高，分解速度常数增加，分解用时间缩短，分解速度加快，温度越高，分解越快。

2.物料的物理化学性质

结构致密，结晶粗大的石灰石，因晶体间各离子键的相互作用力大，抵抗外来破坏的能力强，所需的作用力大，所以分解速度慢，而对于结构相对疏松的石灰石来说，因其抵抗外来破坏的作用力相对较弱，故分解反应较易进行。

3.生料的细度

生料粉的细度大，气固接触的表面积小，传热、传质速度慢，分解所需的时间长，而生料细度细，颗粒均匀，情况则相反。