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1、CDC分解炉的研发成都建筑材料工业设计研究院陈涛预分解技术的出现是水泥锻烧工艺的一次技术飞跃，它将原在回转窑中以堆积态进行气固热交换过程中的一部分转移到窑尾预热预分解系统中进行。由于在预分解系统中，生料呈悬浮态与高温气流进行热交换，气、固之间的接触面积较堆积态呈数量级地增加，从而导致系统热耗大幅度下降，产量增加。预分解系统主要由分解炉、旋风筒、连结管道及附件(如撒料盒、翻板阀、吹堵系统等)组成。其中，分解炉是预分解系统的核心设备。在炉内要完成烧成所需的60%的燃料般烧和90%一95%的碳酸钙分解任务。它作为一种高温多相反应器，、必须完成下述功能:物料与煤粉在气流中的分散过程、煤粉燃烧过程、气固
2、相间的热交换、碳酸钙的分解和质量传递。而且，分解炉还必须适应生产中各种原、然料条件的变化、喂料量、温度和压力的波动，因此，分解炉所承担的任务十分艰巨。要开发一种高效率的分解炉，必须利用现代科学理论从各个方面综合分析，试验研究，并通过实践加以改进和优化才能实现。在消化、吸收引进预分解技术的基础上，成都建筑材料工业设计研究院经过多年对引进技术的理论研究、冷模试验，独立研制出由CNC预热器和CDC分解护组成的预分解系统。自2001年以来，CDC预热预分解系统已在多条新型干法和很磨干烧水泥生产线中得以运用和推广，并取得了很好的使用效果。下面，笔者就CDC分解护的研制作一些介绍。一、CDC分解炉本体的研
3、发国内外现有的分解炉型式繁多，工艺过程和结构设计不尽相同。但随着预分解技术的发展和成熟，各种型式分解炉相互借鉴、趋同存异，新型分解炉大都趋向于采用“综合效图1 CDC分解炉116应”。分解炉就其气流形式，可分为喷腾型(SLC)、旋流型(RSP),流化型(MFC、喷旋结合型(SF, C-C。单纯喷腾或旋流对于物料分散与均布以及煤粉燃烧都难以得到满意的效果。喷腾有利于物料纵向分散，功能发挥;旋流有利于延长物料在炉内的停留时间，两者配合，使炉内燃料燃烧和换热状况良好，分解功能发挥比较充分。经过仔细研究，我们选择了喷旋结合型的SF型分解炉作为开发的雏形。通过反复研究和试验，我们最终建立了如图1所示的冷
4、态模型。其外观特征是在炉体的回柱段设It有缩口，通过此缩口来改变料、气运行轨迹，加强喷腾效应，使得炉子中部充满物料;同时，炉子出口位置距炉子预部留有一定间距，并采用径向出风方式，这使得炉子顶部出风口上方留有气流迁回空间，以增强物料在炉内的返混，达到延长料、气停留时间，改善炉内浓度场及温度场分布均匀性，提高炉容利用率的目的。由此确定了分解炉阻力损失、物料停留时间分布和气体三维流场三项研究内容。1.CDC分解炉阻力特性我们设定进分解炉的窑气和三次风比例为加0.96:1，并考虑了由于分解炉进出口风速不同所需剖s要的动压补偿。试验所得的CDC分解炉阻力特性数10据经分析处理后见图2。图中:Re一雷诺准
5、则数; 5E“一对应于三次风在分解炉的进出口压差，以分解炉截面风速为基准的欧拉准则数;Euy一对应于窑气在分解炉的进出口压差，以分解炉截面风速为、勺2 4 12 14 16透图2 Re - E-,“，曲线基准的欧拉准则数;从Re一Eu关系曲线可见，当Re 6x10-4时，气体流动进人第二自模化区，.、Euy基本不再变化，Eus稳定在21左右，Euy稳定在11左右。此时，分解炉阻力系数为:旋流阻力系数:E。二2 Eus二42喷腾阻力系数:E，二2 Eu，二22衰1 部分分解炉阻力特性比较衰炉型SLC N:ii NKSV RS】， iRSP改进R曰CD(FA A B A B A B A 刀A B
6、A B94 103 12 27 19 152 31 曰14 74 13 42 22注:A-表示三次风压降，B一表示窑气压降试验测定结果表明，CDC分解炉旋流压降大于喷腾压降。其主要原因是三次风人炉旋流强度较大，气流与壁面剧烈摩擦产生较大的阻力损失，因此，该分解护压力损失主要是由旋流压降决定的。从表1统计的部分分解炉冷模试验数据来看，CAC分解炉总体上应属于低阻力型分解炉。7气.月.之:0.40.03 4 5 6 7 9 3- , 56 U.7 9U石./m/e图3 ，一11。曲线圈4 t.1t。一u。曲线2. CDC分解炉物料停留时间分布物料停留时间分布(RTD)是分解炉的主要分布参数。在分解
7、炉内物料分散、燃料燃烧、气固换热、碳酸盐分解等过程，均需要一定的停留时间。尤其是确保煤粉在分解炉内完全燃烧，对于防止窑尾结皮堵塞、稳定用风、喂料、喂煤是至关重要的。侧定物料停留时间的分布，在一定程度上可反映物料在炉内的分解反应情况。117CDC分解炉的物料停留时间分布测定结果见图3、图4和图5。图中:。0.8勺0.6:。 物料停留时间;。/:。 料、气停留时间比;:.:3 4 5 6 7 8图5 a,一u。曲线S2 表征返混度的方差。从图3一图5中可以看出，随着分解炉截面风速的提高，物料停留时间逐渐降低，但料气停留时间比tm/t。却逐渐增加。物料表征返混度的方差a.2在截面风速高于6m/。后，
8、呈上升趋势，S2值越大，表明物料在炉内的分散性越好。在工况截面风速认v为7一8m/，时，tm/t。处于5.2一6.2之间。衰2 部分分解炉料气停留时间比从表2来看，与其他型式的分解炉相比，CDC分解炉的料气停留时间比及物料的分布特性是比较先进的。MFC分解炉以其独特的流态化结构及很低的截面风速，使其在物料停留时间上具有其他型式分解炉不可比拟的优越性。此外，在CDC分解炉出口到最热级旋风筒之间还设计有一段较长的热风管道，兼备了“第二分解炉”的功能。气流在这段管道中作活塞流运动，料气停留时间比虽然仅为2.2，但仍然扩大了分解区域，延长了物料在分解区的停留时间，保证了煤粉完全燃烧和物料得到充分的热交
9、换与分解，尽可能地避免温度倒挂而在热端旋风简内产生结皮堵塞。3. CDC分解炉气体流场侧定与分析为了尽可能真实地反映分解炉内的气流运行规律，我们选在第二自模化区范围进行气体三维流场的测定研究。根据测定结果分析:从切向风速看，在炉体大部分区域表现出明显的旋涡流动特点，切向速度较大。从轴心起，随着旋转半径的增大，切向速度增大，在接近边壁处达到最大值后逐渐减少至零。沿轴向方向流动的切向速度逐渐减弱，但到达缩口后，切向速度明显增加，然后又逐渐减少。在分解炉出口区域，由子出口方向是沿径向布置，受此影响，在0 - 1800截面上，切向风速明显迅速降低。从轴向风速看，在分解炉锥体下部，由于截面小，风速高，轴
10、向风速呈现出轴心处高边壁低的特点。并沿流动轴方向，最大轴向风速面逐渐从轴心移向边壁。同时，轴向风速沿径向逐渐减小。在炉中部缩口处，轴向风速明显增加。结合轴向和切向风速可知，在炉出口区域，由于气流受顶部反弹及出口形响，形成了较大的汇流区城。对于径向风速，其值较小。且由于炉内喷、旋风的相互亚加，使得径向风速分布的规律性很差，对物料运动的影响也很小。CDC分解炉的旋流运动有利于物料浓度和温度在径向的均布，而喷腾运动有利于物料的轴向分散与均布。在轴心附近，切向风速、轴向风速较低.涡心摆动、回流，这些都有118利于物料的返混，延长物料停留时间。但由于其涡核较大，近壁处切向速度最大，造成逐渐增强的离心贴壁
11、运动，不利于物料径向均布。从流场分析，可推测物料在炉内有稀相区。但是，当气流通过炉内缩口后，从流场上可见，切向和轴向风速均有所增加，但轴向风速较切向风速增加得更多，从而改变了物料的运动轨迹，相对削弱了旋流的作用，提高了物料的均布。这同实际观察的结果是一致的。在试验中，透过有机玻璃可以清楚地看到:物料喂人分解炉后，在旋流作用下，沿壁迅速上旋。在缩口处，物料至少要绕旋一圈再继续上移。物料在通过缩口后、喷腾效应得以加强，物料的运行轨迹被改变，在炉内均匀地充满了物料。许多物料冲到分解炉顶部，再回落，然后被气流带出分解炉。炉顶部具有显著的回流现象。与没有设缩口的常规SF型分解炉相比，CDC分解炉消除了死
12、角的存在，极大地减缓了稀相区，提高了炉容的利用率，延长了物料停留时间。是一种结构得以优化的炉型。二、CDC分解炉的设计依据分解炉除了其结构形状应合理外，其具体尺寸设计主要取决于燃料所需的燃尽时间。在分解炉内主要存在碳酸钙分解和燃料燃烧两种反应。在连续稳定的状态下.二者进行的吸热和放热的速度是平衡的。碳酸钙分解从600一700时开始，800时分解速度明显加快，900时分解反应迅速。但就燃料嫩烧反应而言，其在前期燃烧迅速，放热较快。随着气体中氧含里迅速降低，其后期的然烧速度明显下降，较难嫌尽。这就表明在分解炉内对于碳酸钙分解进程来说，其前期主要受控于碳酸钙分解速度，而后期主要受控于燃料燃烧速度。但
13、在分解炉内，燃料的着火和初期然烧均进行较快，物料在悬浮态下被迅速加热，体系快速升很，分解炉在绝大部分时间内都处于相对称定平衡状态。因此，基本上可以认为分解炉内的分解过程主要受控于燃料姗烧速度。煤的悬浮态燃尽试验表明，相同燃烧条件下，煤的燃尽特性不仅取决于煤的挥发分，还与煤的显微结构等有关，即使挥发分相近的煤，其姗尽特性也也能会有较大差异。因此，我们认为最好能根据各厂燃煤的然尽试验结果来设计分解炉的几何尺寸，确保煤粉在进人最热级旋风筒之前嫌尽。三、CDC分解炉的燃煤点和进料点CDC分解炉的燃煤点设计有两处位里，一是将燃烧器布里在分解炉的锥体下部;二是将燃烧器布里在祸壳顶部。除了煤粉本身结构外，影
14、响煤嫩烧的主要因素有助嫩空气温度和氧分压。对于劣质煤，燃烧器采取第一种布it方式为宜。煤粉喷出后，直接与含氧量丰富的高温三次风接触并姗烧，有利于劣质煤的着火和毯定嫉烧。但是，由于蜗壳内缺少足够的物料来迅速吸收煤粉姗烧放出的热t，尤其是采用先进的多通道燃烧器时，整个涡壳内的热力强度偏高。如果在操作中控制不好，.涡壳内则易造成局部离温，进而烧坏炉顶耐火材料或炉内产生结皮现象特别是煤的灰分含f较高、灰分较易熔时)。采用这种布置方式，煤粉细度宜适当放粗，对于普通烟煤，鉴于其着火及称定燃烧相对容易，燃烧器采取第二种布里方式为宜。此时，煤粉在三次风和出窑废气的混合气体中嫌烧，助燃气体温度相对较高，气体中的
15、氧含蛋虽然有所降低，但仍能够提供煤粉燃烧所需的气氛。燃煤点和进料点相互临近，炉内能够避免局部商温的出现。119针对CDC分解炉的特点，其进料点设计有两处，一是在分解炉锥体处，二是在窑尾上升烟道上。两部分进料比例设计按各占50%考虑，生产中可根据工况进行调整。在上升烟道处加人物料，有三点好处:一是这部分物料可以在人炉前提前吸收出窑高温烟气的热量而被预热，提高热效率，促进碳酸钙分解;二是可以适当降低煤粉初始燃烧区域的高温，尤其是对于燃烧器安装在涡壳顶部的情况，应适当加大上升烟道处的喂料量，以降低涡壳内的温度;三是可以调节加人上升烟道的物料比例来改变系统阻力，调整窑尾烟气量与三次风量，生产操作灵活方便。四、部分离线型CDC分解炉针对无烟煤的燃烧利用，在在线型CDC分解炉的基础上，我们研制了部分离线型的CDC分解炉。无烟煤属于低反应活性燃料，其挥发分通常10%,燃烧处于极难稳定区，着火温度约为700一800C。挥发分太低将导致煤粉着火温度提高，燃尽时间延长，且较难稳定燃烧。在分解炉内，
