分解炉内煤的燃尽特性研究

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。

摘要水泥工业中煤的燃烧行为比较复杂，传统的工业分析评价方法已不能适用。

本文通过六十余种烟煤、无烟煤等的热分析试验，从应用的角度、结合水泥工业分解炉炉型的特点，提出了燃烧烈度（I）、放热强度（Q）、燃烧特性指数（S）等三个评价指标。

试验结果表明：评价一种煤的燃烧性能，要综合考虑燃烧烈度I、放热强度Q、燃烧特性指数S三个指标的大小，只有燃烧特性指数S较高，烈度I不高，平均放热强度Q较大的煤，其综合燃烧性能堪称是较好的。

对烟煤和无烟煤，在评价这些参数的时候本文还给出了量化指标。

这种评价方法对分解炉的设计具有一定的指导意义。

关键词煤粉燃烧烈度放热强度燃烧特性指数分解炉1 引言在新型干法水泥生产过程中，分解炉内发生着煤粉燃烧和碳酸盐的分解反应，煤粉燃烧放热，碳酸盐吸热分解。

煤粉的燃烧状况影响着分解炉的发热能力和水泥窑的熟料产量。

当今由于能源日益紧缩，无烟煤、低挥发分煤的应用在水泥行业也愈加广泛，这些煤在分解炉内的燃烧行为与烟煤有很大的不同，给设计和操作带来了许多问题，分解炉内易结皮堵塞。

此外，煤燃烧不完全还会引起回转窑内高温带提前而造成结圈、结蛋等问题，这些问题的解决首先依赖于对煤的燃烧特性的认识和评价。

国内有不少学者对煤的燃烧特性进行了研究，如同济大学的缪岩在煤的工业分析的基础上提出了煤燃烧特性参数ZM【1】；南京电力高等专科学校的叶江明提出了煤燃烧特性的模糊综合评判模型【2】。

国外利用TG-DSC （热重－差示扫描量热法）研究煤的燃烧特性的较多，主要是对煤的燃烧行为进行研究：如西班牙的A•Arenillas，F•Rubiera用TG/DTA法研究了不同种类煤混合后的燃烧现象【3】；美国肯塔基州的Yong Chen，Shigekatsu Mori等人用TG/DTA研究了不同种类的诸如烟煤、无烟煤、褐煤等粒径在37～4000µm的煤颗粒的燃烧机理【4】；西班牙的Jose J•Pis，G. de la Puente等人用DTA方法研究了洗煤和已氧化煤的燃烧放热过程【5】【6】。

高炉内燃烧特性与优化技术研究高炉是炼钢的重要设备，通过高温燃烧反应将矿石还原为金属，同时也会产生大量的废气、废渣等。

因此，了解高炉内燃烧的特性，并进行优化技术研究，对于提高炼钢的效率、降低环境污染具有重要意义。

一、高炉内燃烧的特性高炉内燃烧反应主要包括煤气化反应和还原反应。

首先是煤气化反应，即将煤转化为可燃气体，主要产生一氧化碳和氢气。

然后是还原反应，将矿石中的金属氧化物还原为金属，主要依靠一氧化碳还原。

在高炉内，燃烧物料首先经过下料口进入料柱，在料柱中逐渐升温，煤发生气化反应，产生一氧化碳和氢气。

这些气体向上流动，经过熔融的矿石，产生还原反应。

在高炉顶部，燃烧产生的废气经过除尘处理后，被排放到大气中。

高炉内燃烧的特性与许多因素相关，包括燃料种类、燃料/矿石配比、风量、炉温等。

燃料种类决定了煤气中一氧化碳、氢气等成分的含量，对于还原反应影响较大；燃料/矿石配比是指燃料和矿石的比例，其合适性会影响还原反应的效率；风量和炉温则直接影响高炉内反应的进行。

二、高炉内燃烧的优化技术研究1. 热解技术热解技术是指通过高温处理煤，将煤转化为可燃气体。

这种方法可以提高气化效率，减少固体产物的产生，从而降低高炉的燃料成本。

同时，热解气的产生可以作为高炉喷吹的主要煤气，进一步提高高炉的运行效率。

2. 氧炼技术氧炼技术是指采用高浓度氧气替代空气作为气化气的供应源，以提高高炉内气氧浓度，增加还原反应速率，改善还原反应条件，从而提高高炉冶炼效率。

这种技术可以降低熔化矿物质的温度，减少炉外渣的产生，同时也可以减少废气的排放，降低环境污染。

3. 氢氧化技术氢氧化技术是指将水蒸气和氧气注入高炉内，产生高温高压下的燃烧反应。

这种技术可以增强一氧化碳的产生，从而促进还原反应，提高高炉的冶炼效率。

4. 预还原技术预还原技术是指通过向矿石中添加还原剂（如焦炭），使矿石在高炉炉顶前实现部分还原。

这种技术可以促进还原反应的进行，提高高炉冶炼效率，同时减少废气和温室气体的排放。

O2CO2气氛下煤粉燃烧特性及性能研究的开题报告
研究背景：
煤炭是人类主要的能源资源之一，但其燃烧排放的二氧化碳、氮氧
化物和颗粒物等大气污染物严重危害人类健康和环境质量。

为解决这一
问题，煤粉燃烧技术被广泛应用，但其燃烧过程中仍然存在着许多问题，如煤粉燃烧稳定性不佳、NOx排放量高等。

相比之下，采用O2/CO2混
合气体替代空气作为煤粉燃烧气氛，可以显著提高煤粉燃烧稳定性、降
低NOx排放和CO2排放，具有广阔的应用前景。

研究内容与方法：
本研究将在高温炉内对O2/CO2气氛下的煤粉燃烧进行实验研究，
重点关注以下几个方面：(1) O2/CO2气氛下煤粉燃烧的热力学特性研究；
(2) O2/CO2气氛下煤粉燃烧的NOx生成机理研究；(3) 研究不同气氛下
煤粉燃烧的稳定性和热效率，并与传统空气气氛燃烧进行对比分析。

研究意义：
通过对O2/CO2气氛下煤粉燃烧的特性和性能研究，可以为提高煤
粉燃烧效率、降低大气污染物排放、减少化石能源消耗做出贡献。

同时，研究结果对于煤粉燃烧工业的应用和改进具有重要指导意义。

研究预期成果：
(1) 揭示了O2/CO2气氛下煤粉燃烧的热力学特性，为煤粉燃烧工艺的优化提供了依据；(2) 揭示了O2/CO2气氛下煤粉燃烧的NOx生成机理，为煤粉燃烧过程中大气污染物的控制提供了理论指导；(3) 对比分析了不同气氛下煤粉燃烧的性能，为实现煤粉燃烧技术的可持续发展提供了技
术支持。

用热分析法研究煤的热分解特性徐建国魏兆龙【摘要】采用热分析法对煤热分解特性进行了大量试验研究，探讨了影响煤热解的因素，研究了混煤的热解特性，提出了反映煤热解特性的煤热解产物释放特性指数r，并用热解反应动力学方程研究煤的热解过程。

【关键词】热分析法热解微机热天平To Study Pyrolysis Characteristics of Coals Using Thermal AnalysisMethodAbstract A great deal of testing and studying works on coalthermolysis using thermal analysis method were carried out, the factors affecting coal pyrolysis were approached, the pyrolysis of mixed coal was studied, the releasing characteristics index r coal pyrolysis products reflecting coal pyrolysis characteristics was proposed, and the coal pyrolysis process was studied using pyrolysis reaction dynamics equation.Key words thermal analysis method pyrolysis computerized thermal scale(balance)表1 新密煤和义马烟煤以及它们的混煤的煤质分析数据注：用混73煤、混55煤、混37煤，分别代表新密煤和义马煤按7∶3、5∶5、3∶7的比例配成的混煤。

煤的热分解简称煤热解。

由于煤的热解过程非常复杂，因此，到目前为止有关煤的热解数据还很少。

分解炉的热工性能分解炉生产工艺对热工条件的要求如下。

①炉内气流温度不宜超过950°C,以防系统产生结皮、堵塞。

②燃烧速度要快，以保证供应碳酸盐分解所需要的大量的热量。

③保持窑炉系统较高的热效率和生产效率。

〔一〕分解炉内燃料的燃烧1、无焰燃烧与辉焰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响。

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。

燃烧大致有两种动力学机制。

〔1〕以化学反响控制的机制,其燃烧特点如下。

①燃烧与温度的关系，提高温度可大大提高反响速度。

燃烧速率与温度成指数关系。

②炭粒燃尽时间T与其初始直径成正比。

〔2〕以氧气向煤粒外表扩散控制的机制，特点如下。

①燃烧受温度的影响较小。

②炭粒燃尽时间与其初始直径的平方成正比。

③燃烧与气流流速和湍流度密切相关。

通常煤燃烧在低温下受化学反响控制，在高温下受扩散控制，大约在1000°C左右时发生转变。

2、煤粉的着火着火就是煤的燃烧速率大于系统散热速率时的状态，而煤的着火点也就是导致燃烧速率大于散热速率时的分界点的温度值。

因而煤的着火点并不是一个固有的物理性质常数，它与具体系统的散热条件有关，不同的散热特性方程将有不同的着火点。

在无CaCO3的条件下，一般燃烧炉中气流温度非恒温，而是随燃烧而变化。

在这种条件下，煤的着火点可下降。

这是因为分解炉炉体向周围环境的散热较燃烧的放热可忽略不计，而CaCO3分解吸热很大，往往超过煤的放热速率。

分解炉内的燃烧特点(转)
当煤粉进入分解炉内，悬浮于气流中，经预热，分解，燃烧发出光和热，形成一个个小火星，这些小火星悬浮布满炉内，从整体看，看不见一定轮廓的有形火焰，而是充满全炉的无数小火星组成的燃烧反应。

在整个分解炉中料粉和煤粉撒布与高温的燃烧气流中，使物料颗粒受热达到一定温度后，固体颗粒也会发光，燃料燃烧发光参与其中，使整个炉体中不存在有形火焰，而且满炉发光，即辉焰燃烧。

一般煤粉喷燃温度可达1500°c—1700°c，而分解炉内气流温度只有800°c—900°c，这是因为燃料与物料是以悬浮状态混合在一起的，燃料燃烧放出的热量立即被物料所吸收，当燃料燃烧快放热快时，分解也就快；当燃烧慢时，则放热也慢。

所以分解反应抑制了燃烧温度的提高。

分解炉内的燃烧速度直接影响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，放热快，分解速度加快。

反之，分解率将降低。

因此加快燃料燃烧速度是提高分解炉生产效能的一个重要手段。

分解炉内主要是以对流传热为主，其次就是辐射传热。

在一般分解炉中，当分解炉温度（分解温度）为820—900℃时，物料分解率为85%—95%，需要分解时间平均为4—10s.。

窑与分解炉内加速燃料燃烧的控制措施煤粉燃烧有两个连续过程，即挥发分的挥发和燃烧及残余焦炭的燃烧。

一般煤粉燃尽时间定义为焦炭粒子燃尽所需的时间。

煤粉颗粒加温挥发后，一般在较低的温度下即可与周围空气混合并迅速起火燃烧。

在其达到燃点后，在0.1秒即可烧完，余下的则为疏松的焦炭颗粒。

焦炭燃尽时间与其孔隙度、细度、氧气分压、温度等有密切关系。

对所有化学反应都适用的公式为Arrhenius公式，即ｒ∝ExP(-Ea/RT)。

反应速度随温度的增加而增加。

对焦炭来说，当温度上升约70摄氏度时，燃烧反应速度可提高1倍。

但边界层中扩散速度仅按ｒ∝3T/2公式进行。

在回转窑内高温带，燃烧是由扩散控制的。

故煤的挥发分高低对燃烧速率的影响不大明显。

但是在分解炉较低的温度状况下，燃烧是受化学反应速度控制的，挥发分含量高低的煤粉之间则存在明显差异。

因此，对窑、炉燃烧器及燃烧环境的要求即有所差别。

一般来说，窑内煤粉燃尽时间与煤粉粒径平方成正比，而在分解炉内仅与煤粉颗粒径成正比，因此窑内使用低挥发分煤时，，煤粉细度影响相对较大。

同时，火焰长度主要决定燃烧器的推力：即燃烧器推力=一次空气动量（kg/s）×燃烧器出口风速（m/s）当加大燃烧器推力时，火焰缩短，温度增高，这些就是预分解窑（尤其在使用低挥发分煤粉时）研发新型多通道燃烧器的重要作用。

近年来，不但窑头，并且分解炉亦采用新型多通道燃烧器。

对分解炉来说，近年代发展趋势尤其在使用低挥发分燃料（无烟煤、石油焦等），一是要力求燃料入炉后迅速起火燃烧，二是保证燃料在炉内完全燃烧。

因此相应的措施主要有：采用新型多通道燃烧器；二是在燃料喷入区内力求加速与炽热气流混合，提高该区温度；三是扩大炉区容积保证燃料完全燃烧。

当采用离线或半离线炉时，燃料入炉后能在纯空中点火起燃，但相对来讲三次风温较低。

采用通线炉时，由于三次风与窑烟气混合，氧气含量相对较低，但三次风与高温窑气会合后，燃料起燃环境温度比离线或半离线炉提高很多。

分解炉内无烟煤燃烧的数值模拟研究
豆海建;陈作炳;毛娅;黄继全
【期刊名称】《武汉理工大学学报（交通科学与工程版）》
【年(卷),期】2008(032)001
【摘要】采用数值模拟方法研究了中材建设有限公司的国外2 000 t/d生产线的分解炉内无烟煤的燃烧过程.挥发成分采用单速率模型,炭颗粒燃尽采用反应动力/有限扩散速率模型,颗粒相采用随机轨道模型.根据模拟计算结果,研究了分解炉无烟煤燃烧温度、挥发速率、燃尽速率等的分布特征,得出了无烟煤在分解炉内能够充分燃烧的结论,该分解炉结构及工艺参数是合理的.
【总页数】4页(P92-95)
【作者】豆海建;陈作炳;毛娅;黄继全
【作者单位】武汉理工大学机电学院,武汉,430070;武汉理工大学机电学院,武
汉,430070;武汉理工大学机电学院,武汉,430070;中材建设有限公司,唐山,063030【正文语种】中文
【中图分类】TQ534
【相关文献】
1.煤粉在分解炉内燃烧机理的数值模拟研究 [J], 谢峻林;梅书霞;衣明辉
2.循环流化床锅炉燃烧福建无烟煤炉内脱硫对污染物排放和电除尘效率的影响 [J], 吴剑恒
3.无烟煤粉燃烧特性及其对燃烧器和分解炉设计的影响 [J], 王超群
4.SLC分解炉内燃烧、分解的数值模拟研究 [J], 叶旭初;胡道和
5.分解炉内无烟煤燃烧优化的数值模拟研究 [J], 豆海建;陈作炳;黄继全
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

分解炉用喷煤管研究进展摘要：分解炉用喷煤管对分解炉的燃烧状况有巨大影响，最终影响水泥产量。

现在的分解炉用喷煤管的使用还处在比较粗犷的阶段，能够保证分解炉内温度稳定的喷煤管有巨大的前景。

本文主要介绍了国内一些研究进展情况。

关键词：分解炉用喷煤管；分解炉温度均匀分布；可调节流场喷煤管对新型干法水泥厂生产线而言，约60%的燃料是在分解炉中燃烧的，分解炉的燃烧情况对水泥正常生产有着决定性的影响。

分解炉喷煤管是影响分解炉燃烧状况的主要因素，一直是研究的重点。

一、分解炉喷煤管使用情况现状煤粉在分解炉内的燃烧状态，普遍观点是无焰燃烧，因此与回转窑燃烧器比，很多人认为可调整的空间有限，甚至很多生产线的分解炉燃烧器就是一根钢管，即使采用双通道、三通道燃烧器，在很多情况使用也不尽人意，甚至出现了将单通道燃烧器替换三通道燃烧器后分解炉燃烧状态变好的情况[1]。

很多水泥工艺人员认为分解炉内的烟气是湍流状态，煤粉只要进入分解炉，就会迅速与烟气混合。

对分解炉燃烧器的使用，不少生产线停留在燃烧器与分料管过远容易发生局部高温和结皮[1]、燃烧器与分料管过近煤粉燃烧速度慢容易塌料[2]。

与此同时，由于目前水泥生产线分解炉的结构和炉容、分解炉用燃烧器型号数量位置及其他设备基本相同的生产线，分解炉燃烧性能、熟料产量热耗等指标却存在较大差别，笔者认为很重要的原因就是分解炉喷煤管不能有效的将煤粉快速分布在分解炉中，煤粉燃烧状态不同，乃至分解炉内温度分布不均匀所致。

二、分解炉喷煤管的重要性我公司通过对分解炉的数值模拟和设计调试等多方面研究发现，煤粉在分解炉内的分散状态对分解炉温度分布的影响要远大于分解炉的结构和炉容。

通过2500t/d熟料生产线与5000t/d熟料生产线的对比可知，不论5000t/d熟料生产线的分解炉形式如何调整，单位分解炉容积的熟料产量和单位分解炉容积热负荷均低于2500t/d。

分解炉炉内虽然处在湍流状态，但是分解炉燃烧区域的长径比仅在6-10之间，因此在分解炉内部，烟气内部的混合非常不均匀，这在分解炉出口的气体浓度可以体现。