探索分解炉开发的新出路

/**0 以上的炉容积， 当 为 了 适 应 煤
质量的变化时， 可能会增加数倍的炉 容积， 当为了适应气候的变化、 适应 物料的变化时也可能会另外增加炉 容积。增大炉容几乎成为 “中国特色” 分解炉技术主要特点之一。其二是采 用组合型分解炉， 其花样更令人目不 暇接， 几乎世界上比较著名的炉型都 可 以 与 &’( 炉 组 合 成 为 适 应 特 定 条 件要求的分解炉，有类似 2($ 型炉 加 &’( 炉 用 于 低 挥 发 分 煤 和 无 烟 煤 的， 有类似 3( 炉 型 炉 加 &’( 炉 用 于 低挥发分煤和无烟煤的， 有类似 435 炉 型 的 预 燃 炉 加 &’( 炉 用 于 低 挥 发 分煤和无烟煤的， 有管道形式的分解 炉与 &’( 炉联合， 有预燃炉、 &’( 炉、 管道炉三种组合的， 有流态化炉、 &’( 炉、 管道炉三组合的等等。尽管这些 组合也有一定的合理性， 也有很多成 功的经验， 但不是每次组合都是最佳 的和完全成功的， 出现分解炉燃烧较 难控制、 炉体烧坏、 难以着火、 温度难 以稳定、 对产量和质量影响较大等情 况较多，尤其对一些较难燃烧的煤 质， 如燃无烟煤工程。因此有必要探 索一种性能优越的分解炉， 如能适合 各种煤质及垃圾燃烧要求， 低 !"# 环 保型， 炉内燃烧温度恒定， 操作简单 可控， 运转率和产量高， 对熟料质量 好等。
/0/1! 分解平衡温度的 一 定 范 围 内 ，
通讯地址： 天津水泥工业设计研究院 ，天津 !""#"" ；
收稿日期： $""%&’$&"’ ；
编辑： 沈颖
$"", 7 ’ 水泥技术
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设计与研究
正上方， 三次风入炉口有导向阀可以 使三次风具有对撞和漩流等功能， 同 时烟室气流也参与激烈对撞和漩流 过程， 炉中部有缩口使气固二相均得 到二次喷腾强化燃烧和传热， 气流到 达炉顶部时物料会因为惯性而撞击 炉顶再次产生激烈热交换后出炉进 入五级预热器。脱氮的功能实际一直 没有应用， 理论上讲在炉底锥体部位 加入适量煤粉可以使窑高温燃烧产 生 的 !"# 用 $ 原 子 将 其 还 原 成 !% 和 $"%， 实际虽然没有应用过， 但从原 理上讲这个脱氮机理是可行的， 但当 窑尾过剩 "% 含量高时，需要加入较 多的 $ 原子， 但炉锥体如果不是足够 大的话可能效果会很差， 因为过剩 "% 首先要消耗大量 $ 原子。从 &’( 炉 及预热器系统在上世纪 )* 年代初从 日本神户制钢引进后取得了很好的 效果， 国内预分解技术也得到了成功 的发展， 当时的 ’’ 炉成功之 处 除 有 上述功能外还有一些较好的条件相 适应， ’’ 型 分 解 炉 及 预 热 器 系 统 按
1%*0 的 熟 料 产 量 时 ， 可 能 会 增 加
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设计与研究
险， 温 度 大 于 !!""# ， 在入大炉转弯 因分料量 处易结焦。小于 !"""# 时， 的改变和三次风量风温的波动等而 容易熄火， 因此温度控制范围较小并 且不能很稳定燃烧。燃烧未达最佳， 操作控制较难， 后采用温度与分料量 自动控制， 系统稍稳定些。 以 上 ’)* 炉 分 料 技 术 虽 然 能 解 决各种煤的燃烧问题， 但由于高温富 氧燃烧， ./0 量会很大，为解决这个 问题，分解炉应采用分段燃烧法， 三 次风不能全部一次加入， 分一部分至 炉中， 这样燃烧器喷出的煤和三次风 及窑尾烟气混合，形成高温缺氧燃 烧， 不仅分解炉煤燃烧几乎不会产生 （ 塔牌厂在分料投入前， 由于窑尾 ./0 结皮严重， 通风不良， 窑 尾 ./0 长 期 可以在某种程度 处于 !""112 以 下 ， 上验证这个假设） ，而且可以将窑尾 烟 气 中 的 ./0 大 部 分 还 原 （与 ’)* 炉脱氮原理类似， 而且是全部煤粉参 与脱氮） 。由于非均匀性原因， 估计有 局 部 非 还 原 区 还 会 产 生 少 量 ./0 和 部分未还原的 ./0。燃烧后的高温气 体 和 部 分 物 料 上 升 过 程 中 与 ’)* 炉 中部下料物料汇合， 降温后再与中部 三次风汇合，将未燃尽的 3/ 继续燃 烧 生 成 3/$， 此 时 温 度 较 低 （ 估 计 ，产生 ./0 量很少， 4""546"# 左右） 由于在中部物料未完全分解， 二次燃 烧 产 生 的 热 量 继 续 传 递 给 物 料 （在 使生料得到充分分 ’)* 炉上部完成） 解后出炉。 （7 ） 过剩空气系数： 窑头 !%!$， 分 综合过剩空气系数 !%!@； 解炉 !%$， （4 ） 一 次 燃 烧 区 三 次 风 比 例 ：
解炉设计中考虑。本文基于以上要求 和煤燃烧、 生料分解等的一些特点来 探讨这种分解炉的设计， 适应各种烟 煤和无烟煤及部分垃圾的燃烧要求， 降 低 燃 烧 产 生 314 等 有 害 气 体 量 满 足环保要求，炉内燃烧温度恒定， 操 作简单可控， 以达到生产可靠运行稳 定的要求。
已经有二十年左右， 尤其在最近几年 数量猛增。预分解技术中的关键是分 解炉技术， 分解炉的作用是将生料中 的 /0/1! 在入窑前分解 -"2 以上， 同 时保持预热器系统处于正常工况状 态，最大程度地发挥烧成系统能力。 达到这个要求就需要做到以下几点： 合适的煤供给量并且均匀稳定送入 分解炉， 煤发出的热量正好为生料预 热和分解所需的热量， 煤的燃烧达到 较高程度， 使煤尽可能燃尽或后燃烧 量很少， 不至于引起结皮堵塞等事故 发生， 入分解炉的生料的稳定供应确 保吸热稳定， 煤燃烧放热和生料吸收 热量在空间上尽可能地均匀发生， 使 分解炉空间能够得到充分利用， 分解 炉 出 口 分 解 率 超 过 -"2 ， 温 度 在
/**0 无烟煤为燃料的带 &3’ 型分解
炉的预分解系统， 在投料调试二个多 月后， 至 %**8 年 ) 月 下 旬 （9 月 下 旬 点火投料） ， 烧成系统能力在 /**0 无 烟煤下达到 .***+ , -，并可以连续运 行十天左右。但系统存在以下问题变 得愈趋明朗， 投 /**0 无烟煤时， 窑尾 ， 窑尾和 温度很高 （可达 /8**: 以上） 分解炉缩口结皮严重 （水枪清理每班 仍然不能彻底解决， 导致系 %18 次 ， 统风量越来越小， 一般维持约十天需 要停窑彻底清理， 且水枪易打坏浇铸 料等问题） ， 熟料早期强度底 （三天平
>*0 ， 预 燃 炉 中 部 近 炉 壁 温 度 控 制
（ 炉 内 中 心 温 度 /8**: /***:?.*: 左右） 基本可以稳定燃烧。窑尾温度 明显下降， 在 //**: 至 /%**: ， 结皮 很少，窑内通风良好，系统阻力
%6%
塔牌分解炉调试的启发 塔 牌 .***+ , 7 生 产 线 为 采 用
%***+ , - 水泥熟料生产线引进，国内
几乎完全采用其技术和参数用于 煤的质量较好， 可以 %***+ , - 生产线， 认 为 ’’ 炉 技 术 在 当 时 是 完 全 适 应 和成功的， 较典型的有双阳水泥厂和 耀县水泥厂等 %***+ , - 生产线。 随着技术发展的需要， 水泥工业 规模扩大和原燃料条件的扩展， 需要 自 行 开 发 %.**+ , - 以 上 规 模 和 燃 烧 无烟煤等技术， 因此一系列的问题由 开发者来考虑解决： 比如规模扩大后 燃烧无 &’( 炉是否能够按比例放大， 烟煤， 劣质煤及垃圾等 &’( 炉是否能 够适应， 海拔高度等气象条件改变后 对燃烧的影响等等。为了适应这些改 变， 近些年来在 &’( 炉的基础上发展 出数十种炉型以适应各种不同条件 的 工 程 ， 仅 %.**+ , - 规 模 就 出 现 %* 种以上预分解系统， .***+ , - 也 是 类 似的情况， 其主要思路为两条： 其一 是炉容不断被加大， 当为了增加 /*0
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惑
新分解炉设想
(56 炉 技 术 的 成 功 和 遇 到 的 困
（ 习 惯 称 55 炉 ） 在国内 (56 炉
是众所周知的一种炉型， 应用最为广 泛， 所以本文从 (56 炉开始引入开发 的思路。原 55 炉的炉型含义是双燃 烧室和可脱氮的一种炉型， 三次风对 撞从炉柱体下部进入， 三次风上布置 四个喂煤点 （对称一边二个点） ， 每二 个喂煤点之间各布置一个入料点， 一 般为双系列布置， 炉位置在窑尾烟室
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捷径的方法是高温燃烧， 而由于 ’() 型预燃炉容积太小和燃烧过程气料 都需要转弯，燃烧温度不可能太高。 因此 可 以 采 用 加 燃 烧 器 的 ’)* 炉 分 料方案， 可以解决以上问题， 即去除 预燃炉， 在传统的带燃烧器的分解炉 中部再设分料即可， 可实现燃烧空间 大， 且煤、 料和气流在燃烧过程中没 有转向 （不贴壁） ， 可以大量分料来提 高温度。根据笔者在巴 基 斯 坦 +,’ 等厂经验和理论分析，燃烧温度达 火焰在此高温 下 !&""# 以上很容易， 将非常稳定， 即可以达到煤粉迅速燃 尽和操作稳定的目的。 由于 ’)* 炉容 积很大，燃烧器喷射至炉中心线方 向， 燃烧明火焰不会碰到炉壁， 炉子 是安全的。但需要解决的问题是， 由 于需要较大的空间给煤粉燃烧预留， 所以 ’)* 炉的容积需要加大较多， 而 大型 化 以 后 的 ’)* 炉 直 径 相 对 其 他 炉是较大的， ’)* 炉内风速本来就较 低， 进一步扩大直径降低风速对炉容 积的热效率肯定是不利的， 因此扩大 容积只能加长 ’)* 炉高度， 但传统的
均 %.1%925;） ， 预热器阻力大， 五天 左 右 时 间 阻 力 从 .***5; 上 升 到 生产能力、 运转率和质 <***5; 以 上 ， 量受到限制。经过分析研究， 其原因 为： 烧无烟煤时， 预燃炉不着火， 炉内 温度过低， 一般在 )**: 左右 （低于三 次风温） ， 现场观察炉内无明火， 而五 级下料管在打开观察孔时产生明火， 进 冷 风 后 温 度 反 而 升 高 /**: 以 上 （实测） ， 达到 /***: 左右。综合各种 现象判断由于煤粉在预燃炉内没有 足够的燃烧导致分解炉系统一直处 于较低温度燃烧， 不能使无烟煤燃尽 而被收集到窑尾烟室继续燃烧， 导致 烟室温度很高，达到 /8**: 以上， 结 皮严重， 同时在 /8**: 以上温度下使 （$83） 提前形成， =矿 = 矿发育过早过 大， 致使水化速度慢、 早强较低。为解 决上述问题采用四级下料分料方案， 即分料至主炉部分生料， 使预燃炉内 的热平衡向煤的放热燃烧倾斜， 从而 使预燃炉内温度提高， 加速煤粉在分 解炉内燃烧。分料比例从 * 到 /**0 可调。 分料投入后， 出现预期情况， 炉温 度升高， 并与分料量成正比， 可调， 可 以达到与窑头类似的火焰。 经 过 调 试 摸 索 ， 分 料 在 8*0 1