分解炉

预分解技术
一．预分解技术的发展
预分解窑自20世纪70年代初期诞生以来，至今已经历了四个发展阶段。

⑴第一阶段。

20世纪70年代初期到中期。

为预分解技术的诞生和发展阶段。

德国多德豪森（Dottenhausen）水泥厂于1964年用含可燃成分的油页岩作为制造水泥原料的组分。

为了避免可燃成分在低温部分过早挥发，他们在悬浮预热器的中间喂入含油页岩的生料，提高生料的入窑分解率，开创了预分解技术的先例。

但是真正使用高级燃料在分解炉内作为第二热源的预分解窑，则是从1971年开始。

因此，预分解窑的诞生，应是日本IHI公司和秩父水泥公司共同开发的第一台SF窑（Suspension Preheater-Flash Furnacel）。

第一台SF窑诞生以后，日本各种类型的预分解窑相继出现（三菱公司的MFC炉－1971年；小野田水泥公司的RSP炉－1972年；川崎与宇部水泥公司共同开发的KSV炉－1974年等等）。

分解炉都是以重油为燃料。

⑵第二阶段。

20世纪70年代中、后期，为预分解技术的完善、提高阶段。

1973年国际爆发石油危机之后，油源短缺，价格上涨，许多预分解窑以煤代油。

原来以石油为燃料的分解炉难以适应，从而通过总结、改进，各种第二代、第三代的改进型分解炉应运而生。

例如:高径比（H/D）增加的MFC炉及N-MFC炉等的出现即为典型代表。

这些改进型炉不仅增加了炉容，在结构上也有很大改进。

为了提高燃料燃尽率，延长物料在炉内的滞留时间，许多分解炉结构采用了迭加效应，改善分解炉的功效。

⑶第三阶段。

20世纪80年代至90年代中期，为悬浮预热器和预分解技术日臻成熟，全面提高阶段。

中国科研、设计和生产人员已经比较成熟熟练地掌握了新型干法水泥生产技术，对中国水泥工业地发展和科技进步发挥了巨大作用。

如：LZ日产3200t预分解系统地技术改造工程。

⑷20世纪90年代中期至今，为水泥工业向“生态环境材料型”产业迈进阶段。

五大标志：一是产品质量提高，满足高性能混凝土地耐久性要求；二是尽力降低熟料热耗及水泥综合电耗，节约一次资源和能源；三是
大力采用替代性原料和燃料，提高替代率；四是实行“清洁生产”，三废自净化；五是降解利用其它工业产生地废渣、废料，生活垃圾及有毒、有害地危险废弃物，为社会造福。

二．分解炉内气、固流运动方式及功能
分解炉内的气流运动，有四种基本形式：即涡旋式、喷腾式、悬浮式及流化床式。

在这四种形式的分解炉内，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钙分解率的目的。

早期开发的分解炉，大多主要依靠上述四种效应中的一种。

近年来，随着预分解技术的发展和成熟，各种类型的分解炉技术上相互渗透，新型分解炉大都趋向于采用以上各种效应的“综合效应”，以进一步完善性能，提高作业效率，其发展主要有以下几个方面：
⑴适当扩大炉容，延长气流在炉内的滞留时间（τg），以“空间换取保证低质燃料完全燃烧所需要的时间”；
⑵改进炉的结构，使炉内具有合理的三维流场，力求提高炉内气、固滞留时间比（Kτ=τs/τg）,延长物料在炉内的滞留时间（τs）；
⑶保证物料向炉内均匀喂料，并做到物料入炉后，尽快的分散、均布；
⑷改进燃料燃烧器形式和结构，以及合理布置，使燃料入炉后尽快点燃；
⑸下料、下煤点及三次风之间布局的合理匹配，以有利于燃料的起火、燃烧和碳酸钙分解；
⑹根据需要，选择分解炉在预分解窑系统的最优部位、布置和流程，有利于分解炉功能的充分发挥，提高全系统功效，降低NOx、Sox 等有害成分排放量，确保环保达标。

三．分解炉的分类
1）按制造厂名分类
⑴SF型，日本IHI公司和秩父水泥公司研制；
⑵MFC型，日本三菱公司研制；
⑶KSV型，日本川崎公司研制；
⑷FLS型，丹麦史密斯公司研制；
⑸普列波尔型，德国伯力休斯公司研制；
⑹DD型，日本神户制铁公司研制；
⑺CDC-型，成都院
2）按分解炉内气流的主要运动形式分类
⑴旋－喷迭加类
SF型 CDC-1型
⑵旁置预燃室类
P-AS-CC型 CDC-S型
⑶流化床－悬浮层迭加流场类
MFC型
⑷喷腾或复合喷腾流场为主类
DD型 TDF型 NC-SST-I(S)型南京院
⑸悬浮层流场为主管道炉类
P-AT P-AS P-AS-LC P-AS-CC P-AS-MSC
3）按全窑系统气体流动方式分类
⑴不设专门三次风管道，一般也不设专门的分解炉，利用上升烟道。

⑵设有单独的三次风管，在炉前或炉内与三次风混合。

⑶设有单独的三次风管，但窑气不在炉前或炉内与三次风混合，炉内燃料燃烧全部用从篦冷机抽取的三次风。

4）按分解炉与窑、预热器及主风机匹配方式分类
⑴同线型，窑气经过烟室经过分解炉后与炉气混合经过预热器，公用一台主排风机。

⑵离线型，窑气和炉气各走一列，并各用一台风机。

⑶半离线型，窑气和炉气在上升烟道混合以后进入最下级旋风筒，两者公用一列预热器和一台排风机。

四．普列波尔（Prepol）简介
普列波尔的意思是伯力休斯公司预分解系统的英文名称Precalcining-Polysius的缩写：Prepol。

普列波尔型预分解窑是在伯力斯公司研制的多波尔悬浮预热窑基础上,增设预分解装置而成。

早期只有Prepol-AT（AirThrough）型及Prepol-As(AirSeparate)型两种炉型，20世纪80年代中后期以来，为了适应低质燃料及处理
工业废弃可燃物以及适应日益刻薄的环保要求又开发了P-AS-LC P-AS-CC和P-AS-MSC等多种形式的炉型以适应各种要求。

但AT和AS 型炉为其基本炉型，其他炉型只是在其基础上的改进和发展。

⑴P-AT型炉
他的特点是上升烟道分解室是所用的燃烧空气全部由窑内通过。

因此，系统流程简单，投资较省，操作简便，可采用任何类型的冷却机，适用于对悬浮预热窑的改造。

当上升烟道燃料用量为50%时，入窑生料分解率可达85%－90%，上升烟道燃料用量为35%以下。

⑵P-AS型炉
他的特点是上升烟道分解室是所用的燃烧空气由单独的三次风管供应，即一部分燃烧空气由单独的三次风管供应，其余部分则从窑内通过。

伯力休斯公司认为，当生产能力达到5000t/d以上时，如选用AT型炉则窑径太大，窑衬寿命短，不如选用AS炉合适。

⑶P-AS-LC（Low Grade Combustion）型炉
它是在AS型炉基础上改进而成，目的在于有效的利用高灰分、低热值的燃料和其混合物。

AS-LC型炉的结构与AS炉相同，只是AS-LC 炉有两个三次风入口交叉地设置于炉体上，以改善燃料的混合和提高燃烧效率。

随后，由于P-AS-CC炉的开发，AS-LC已很少应用。

⑷P-AS-CC（Combustion Chamber）型炉
池州公司三线窑分解系统即为此炉型，此炉型主要使用低质燃料。

当生产中使用易烧性差及难以燃烧的燃料及由于碱的内循环影响燃烧时，它具有加强燃烧的功能。

其结构主要在于它有一个单独的燃料燃烧室，三次风分两处进入燃烧室中，一次是切线进入，一处是从中心进入；燃烧气体从与炉连接的管道入炉，燃料从燃烧室顶加入燃烧室；从下数第二级旋风筒下来的生料喂至以切线进入的三次风与炉连接的入口部位，从燃烧室下部经下料管进入上升烟道。

燃料入炉以后，在纯三次风中起火，并形成一个核状火焰，但是由于在燃烧室中燃烧空气不足，并受生料粉干扰，固定炭难以燃烧。

因此，CC室有利于低质燃料的起火预热，至于燃料的完全燃烧及生料碳酸盐分解的最后任务，还是要到AS炉中去完成。

⑸P-AS-MSC(Multi Stage Combustion)型炉
多极燃烧的P-AS-MSC型炉系统主要室为了降低窑系统NOx排放量而研发的，在窑尾气流出口及管道分解炉中设有三个（多个）燃料燃
烧器，尤其设置于窑尾出口的燃烧器对于带有三次风的分解炉来说是一个新的装置，从篦冷机来的三次风从炉底部与燃烧器相对，从两处进入分解炉内。

此种炉的结构和工艺流程不仅有利于降低回转窑烧成带火焰中燃料裂解生成的NOx在出窑废气中的含量，同时由于燃烧在分解炉中系在温度较低的环境中燃烧，NOx较少。

五．TDF炉型简介
TDF型炉是天津院开发的双喷腾分解炉（tianjin dual spout furnace）,它是在引进DD炉的基础上，针对中国燃料状况，研发的。

其特点如下：
⑴分解炉座落窑尾烟室上面，缩口在尺寸优化后固定，结构简单。

⑵炉中部设有缩口，保证炉内气固流产生第二次“喷腾效应”。

⑶三次风入口设在炉下锥体的上部，两个三通道燃烧器分别设于三次风入口上部，以便入炉燃料喷入迅速起火。

⑷在炉的下部圆筒体内不同高度设置四个喂料管入口，以利物料均匀分散及炉温控制。

⑸炉的顶部使气固流产生碰撞反弹效应，延长物料在炉内的滞留时间。

⑹由于炉容较DD炉增大，气流、物料在炉内的停留时间增加，有利于燃料完全燃烧和物料碳酸盐分解。

TDF炉有效容积系数增加到了4.0M3/t/h以上，τg2.6-2.8s, τs12-14s,炉内截面风速8－10m/s。

六．各种炉型的发展趋势于目标
⑴使用中低质及低挥发分燃料在炉内的迅速点火起燃的环境改善。

⑵使用中低质及低挥发分燃料时，要“以空间换时间”，即扩大炉容，改进结构，提高燃料燃尽率。

⑶降低窑炉内NOx生成量，并且在出窑入炉前制造还原气氛，促使NOx还原，满足环保要求。

⑷采取措施，促进替代燃料和可燃废弃物的利用。

七．分解炉的燃料、生料及风管设置的分析
⑴喂煤管设置
从喂煤管数量上看，除了RSP和GG炉仅有一个喷煤管从炉顶喂煤，其他炉均有两个及以上，从炉的中下部入炉，从喷煤风压和风量来看，大多数需要高压风，对燃料分散有利，但是如果位置和风速不匹配的话，容易吹扫和烧坏炉内窑衬。

⑵三次风管设置
入口设置一般都在炉的中下部，大多数炉进风口为两个，一般设置比较简单。

⑶喂料管
喂料管一般位于中下部，和喂煤管匹配，有多处喂料，力求喂料分散均匀，喂料管位置和喂煤管位置匹配十分重要，否则会影响燃料的预燃环境或引起炉内“超温”结渣。

八．分解炉内燃烧环境的分析
炉内燃烧环境一般有两种情况，一种是燃料在新鲜空气环境中燃烧，另一种是在新鲜空气与窑气的混合气体中燃烧，在分解炉问世初期，由于担心炉内在低氧的混合气体中易于灭火，难以完全燃烧，一般倾向于在新鲜空气中燃烧。

但是随着各种分解炉的相继出现和生产实践经验的丰富，证明燃料在较低温度和低氧紊流状态下的完全燃烧和生料在低温状态下的分解是完全可以办到的。

此外，炉在新鲜空气环境燃烧中燃烧，燃料喷嘴附近会产生明火高温气流，操作不当就会损坏炉内衬及设备，因此，可以认为分解炉内的燃料在低温低氧紊流环境下燃烧，不仅完全满足燃料燃烧要求，而且对于燃料、生料和气流的均匀混合，降低NOx含量和保证生产使完全可以做到的。

九．分解炉系统阻力及NOx排放浓度等技术性能的分析
⑴系统阻力
从生产实践经验及冷态模型分析来看，喷腾流场阻力较小，旋流流场阻力较大。

⑵NOx排放浓度
主要是在窑内燃烧带高温环境下产生，由于炉气对窑气中NOx有稀释作用，故预分解窑的炉用燃料比越大，系统排除废气中NOx浓度越低。

此外部分炉型设有脱氮燃烧喷嘴，使一部分燃料在缺氧状态下燃烧，使窑气中部分NOx脱氮还原。

近年来，随着环境保护日益严格要求，许多分解炉进一步重视脱氮功能，在炉下设置了脱氮燃料喷嘴。

NOx形成的主要三个因素：氧气，温度，高温持续时间。