预热器及分解炉系统简介

1前言1.1水泥产业发展概述我国是水泥生产大国，水泥工业是我国国民经济建设的重要基础材料产业，在国民经济可持续发展中具有举足轻重的地位。

随着现代化建设的持续、稳定发展，我国水泥工业正面临着更好更快地发展、完善自身、节能环保的重任[1]。

水泥生产过程中，最重要的工艺环节是将化学成分合格的生料煅烧成既定矿物组成的熟料的过程[2]。

此过程所使用的设备包括旋风筒预热器、分解炉、回转窑和篦冷机等，这些设备即为构成窑尾系统的主要设备。

伴随着水泥工业生产技术的发展，熟料煅烧设备经历了立窑、干法中空窑、湿法窑、立波尔窑、预热器窑以及预分解窑的变化。

对于水泥工业窑炉，国内外主要研究机构均依据水泥熟料形成热、动力学机制，研究水泥窑炉工艺过程，并对各设备子系统工作机理和料气运动、换热规律进行探讨[3]。

通过建立单级和多级粉体悬浮热交换器热力学理论模型和分解炉系统热稳定性理论模型，建立全系统的热效率模型，系统研究了悬浮预热器和分解炉的热效率及其影响因素、悬浮预热器系统特性组合流程、流场、温度场、浓度场的合理分布和碳酸盐分解及固液相反应动力学特性，并以此为理论指导，开发出新型干法水泥熟料生产技术装备[4]。

1.2国内外研究现状天津水泥工业设计研究院有限公司开发的TDF分解炉，具有三喷腾和碰顶效应、湍流回流作用强、固气停留时间比大、温度场及浓度场均匀、物料分散及换热效果好、阻力系数低等特点[5]。

交叉料流型预分解法在保证全系统固气比不变的前提下，可使每级预热器单体的固气比提高，从而提高系统的热效率。

采用这种生产方法可提高生料入窑分解率，降低预热器出口气体温度及分解炉操作温度[6]。

整个系统在相对低温下操作可以减少钾、钠、氯盐及一些低熔点矿物形成，有利于系统稳定操作，减少预热器及分解炉结皮堵塞。

如西安建筑科技大学徐德龙院士团队发明的悬浮态高固气比预热分解技术[7]。

以Prepol和Pyro⁃clon型炉[8]为代表的管道式分解炉，主要依靠“悬浮效应”加强气固换热，炉内湍流强度较小，一般以增大炉容为主要措施，保证分解炉的功效发挥，故其单位容积热负荷及单位容积产量相对其他炉型来说，都是比较小的。

日产3000吨水泥熟料窑尾预热器与分解炉系统设计一、设计要求：1.设计日产3000吨水泥熟料窑尾预热器与分解炉系统；2.构建高效节能的系统，提高水泥熟料预热效率；3.确保系统运行稳定可靠，维持生产连续性；4.设计具备保护设备和人员安全的控制系统。

二、系统组成1.窑尾预热器：窑尾预热器的设计旨在利用熟料窑尾烟气的余热，预热水泥熟料，以提高窑炉热效率并降低燃料消耗。

预热器采用多级筒体结构，能够使空气与水泥熟料充分接触，高效传热。

在筒体内设置合适的反向风道，以保证水泥熟料在预热器内的逗留时间，控制预热温度。

2.分解炉：分解炉的设计旨在将高温、燃烧后的熟料在适当的环境下进行分解，使其物理化学性质发生改变。

分解炉采用上升流式结构，利用高温煤气与熟料的直接接触，实现熟料的分解。

分解炉内部设置合理的板材和转动装置，以增加熟料与气体的接触面积和提高分解效率。

同时，设置排气系统，将分解后的气体及时排出，保证系统稳定运行。

3.控制系统：设计一套先进的自动控制系统，实时监测和调整窑尾预热器与分解炉的运行参数。

控制系统包括温度、压力、流量等传感器，PLC控制器，以及人机界面。

通过自动控制系统，实现燃烧过程的自动调整，提高系统的稳定性和能耗效率。

系统还要具备报警和安全保护装置，确保设备及人员的安全。

三、系统工作原理1.窑尾预热器工作原理：熟料窑尾的高温废气通过窑尾预热器进入多级筒体结构，与水泥熟料进行热交换。

同时，预热器内通过设置合适的反向风道，控制水泥熟料在预热器内的逗留时间和热风向上的流动方向。

通过热交换，把窑尾烟气中的余热传递给水泥熟料，使得水泥熟料的温度逐渐升高。

2.分解炉工作原理：经过窑尾预热器预热的水泥熟料进入分解炉内，在高温煤气的作用下完成分解过程。

分解炉内的高温煤气直接与水泥熟料进行接触，通过热量传导和导流作用，使水泥熟料中的矿物质发生分解反应，生成新的物质，提高熟料的活性和可磨性。

四、系统优势1.高效节能：通过窑尾预热器利用余热和分解炉的高温煤气，实现废热回收，提高熟料的热效率，降低能源消耗；2.环保节能：废气经过预热器与分解炉的处理，减少高温废气的排放；3.连续生产：系统能够保证稳定运行，实现连续生产；4.自动控制：系统设有自动控制装置，能够实现自动监测和调整参数，提高系统的稳定性和能耗效率。

预分解窑系统的组成预分解窑系统是一种用于水泥生产的设备系统，由多个组成部分构成。

下面将详细介绍预分解窑系统的组成。

1. 窑体预分解窑系统的核心部分是窑体。

窑体通常由钢筋混凝土构成，具有较高的耐火性能和耐磨性能。

窑体内部分为多个区域，包括预热区、煅烧区和冷却区。

预热区用于将原料进行预热，煅烧区用于进行煅烧反应，而冷却区则用于将煅烧后的熟料进行冷却。

2. 窑头设备窑头设备主要包括煤粉仓、煤粉磨机和煤粉输送系统。

煤粉仓用于存放煤粉，煤粉磨机则将煤粉磨成所需的细度，最后通过输送系统将煤粉送入窑体。

3. 窑尾设备窑尾设备主要包括熟料冷却机和熟料破碎机。

熟料冷却机用于对煅烧后的熟料进行冷却，以提高熟料的质量。

熟料破碎机用于将冷却后的熟料进行破碎，以满足不同颗粒度要求的水泥生产工艺。

4. 窑内设备窑内设备包括煤粉喷燃器、预热器和分解炉。

煤粉喷燃器用于在窑体内部喷射煤粉并进行燃烧，提供热量供窑体内的反应进行。

预热器用于将煤粉喷燃后的高温烟气与未煅烧的原料进行热交换，提高窑体内部的温度。

分解炉则是窑体内的关键部分，用于进行煅烧反应，将原料分解成熟料。

5. 除尘系统除尘系统用于处理窑体产生的烟气中的灰尘和有害气体。

除尘系统通常包括电除尘器和袋式除尘器两种设备，可以有效净化烟气，保护环境。

6. 控制系统预分解窑系统还包括一个完善的控制系统，用于对整个生产过程进行监控和控制。

控制系统通常由PLC（可编程逻辑控制器）和DCS （分布式控制系统）组成，可以实现对窑体温度、煤粉供给、熟料质量等关键参数的自动控制。

总结起来，预分解窑系统的组成包括窑体、窑头设备、窑尾设备、窑内设备、除尘系统和控制系统。

这些组成部分密切配合，共同完成水泥生产的整个过程，确保生产过程的稳定性和水泥产品的质量。

预分解窑系统的应用不仅提高了水泥生产的效率，还减少了对环境的污染，具有重要的意义。

水泥预热器和分解炉的发展历史新型干法水泥生产技术是20世纪50年代发展起来的新技术，到目前日本、德国等发达国家，悬浮预热和预分解为核心的新型干法水泥熟料生产装备率占95%。

我国第1台悬浮预热及预分解窑于1976年投产，目前这种新型干法水泥生产线生产能力达6000余万t。

(此为“九五”末数据)。

新型干法水泥生产技术发展的第一阶段为20世纪50年代初到70年代初，是悬浮预热技术诞生和发展阶段。

第二阶段是20世纪70年代初至今，是预分解技术诞生和发展阶段。

本文将分阶段叙述。

1 预热器1.1 最早的旋风预热器专利最早申请生料悬浮预热器专利权的是丹麦哥本哈根——弗利特力克堡的M·沃格尔·约根生工程师在1932年6月1日向捷克斯洛伐克共和国布拉格的专利局提交“用细分散物料喂入回转窑的方法和装置”的专利申请书，于1934年7月25日获得专利证。

图1是该专利证说明书上示意图，说明四级旋风生料悬浮预热器的全部特征，这就是现在新型干法生产最普遍采用的预热器。

图1四级旋风预热器(捷克专利证说明书上的示意图)1.2 洪堡旋风预热器上述专利概念，经历了20年，德国洪堡公司(Humloldt)F·缪勒改进的第1台洪堡旋风预热器于1951年投入实际生产。

洪堡型旋风预热窑，是把生料的预热和部分分解由悬浮预热器来完成，代替回转窑部分回转筒体功能，达到缩短回转窑长度，同时使窑内以堆积滚翻状态进行气料热交换过程，转移到悬浮预热器内在悬浮状态下进行，使生料能够同窑内排出炽热气流充分混合，增大了气料接触面积，传热速度快，热交换效率高，达到提高窑系统生产效率，有利于降低熟料烧成热耗。

这可从图2中看出。

图2 干法窑与一般悬浮预热器的比较洪堡旋风预热器见图3。

生料由最上部1级旋风筒连接风管喂入，喂入量1650g/kg熟料。

根据对四级旋风预热器的热工制度研究证明，80%的热交换在连接风管中进行，只有20%的热交换在旋风筒中进行。

分解炉的工作原理与结构（二）引言：分解炉作为一种常见的工业设备，在化工、石油、能源等领域具有广泛的应用。

本文将进一步介绍分解炉的工作原理与结构，以帮助读者更好地了解和应用分解炉。

正文：1. 燃料供给系统：- 燃料输送管道：用于输送燃料到燃料预处理设备。

- 燃料预处理设备：对燃料进行预处理，包括脱硫、脱氮等过程。

- 燃料喷嘴：将燃料导入燃烧室，确保燃料均匀燃烧。

2. 空气供给系统：- 空气进气管道：将空气引入燃烧室，与燃料进行充分混合。

- 空气预处理设备：对空气进行预处理，包括除尘、降温等处理。

- 风机：提供足够的风力将空气送入燃烧室。

3. 反应炉：- 燃烧室：燃料和空气混合燃烧的区域，产生高温高压的气体。

- 反应室：气体在此处进行分解反应，产生所需的产物。

- 冷却室：将分解后的气体冷却至适宜的温度，以便后续处理。

4. 热交换系统：- 冷却水系统：通过冷却水对炉体进行冷却，同时回收部分热量。

- 加热系统：通过燃料燃烧产生的热量对炉体进行加热，保持反应温度。

- 废热回收系统：对废气进行热回收，提高能源利用效率。

5. 控制系统：- 温度控制：监测和调节反应炉内的温度，确保反应过程的稳定性。

- 压力控制：监测和调节反应炉内的压力，确保操作的安全性。

- 流量控制：对燃料和空气的流量进行控制，保证燃烧和反应的平衡。

总结：通过对分解炉的工作原理与结构进行详细介绍，我们了解到燃料供给系统、空气供给系统、反应炉、热交换系统和控制系统五个大点对于分解炉的工作起到重要作用。

深入了解和熟练运用分解炉，将为化工、石油、能源等领域的生产提供更高效的工具和技术支持。

（二）、分解炉的工作原理与结构概述分解炉是把生料粉分散悬浮在气流中，使燃料燃烧和碳酸钙分解过程在很短时间(一般1．5～3秒)内发生的装置，是一种高效率的直接燃烧式固相一气相热交换装置。

在分解炉内，由于燃料的燃烧是在激烈的紊流状态下与物料的吸热反应同时进行，燃料的细小颗粒呈一面浮游，一面燃烧，使整个炉内几乎都变成了燃烧区。

所以不能形成可见辉焰，而是处于820～900℃低温无焰燃烧的状态。

水泥烧成过程大致可分为两个阶段：石灰质原料约在900℃时进行分解反应(吸热)；在1200～1450℃时进行水泥化合物生成反应(放热、部分熔融)。

根据理论计算，当物料由750℃升高到850℃，分解率由原来的25％提高到85～90％时。

每千克熟料尚须1670千焦的热量。

因此，全燃料的60％左右用于分解炉的燃烧，40％用在窑内燃烧。

近几年来窑外分解技术发展很快，虽然分解炉的结构型式和工作原理不尽相同，它们各有自己的特点，但是从入窑碳酸钙分解率来看，都不相上下，一般都达到85％以上。

由此看来，分解炉的结构型式对于入窑生料碳酸钙分解率的影响是不太大的。

关键在于燃料在生料浓度很高的分解炉内能稳定、完全燃烧，炉内温度分布均匀，并使碳酸钙分解在很短时间内完成。

我国某厂烧煤分解炉的结构示意图3—18。

分解炉由预燃室和炉体两部分组成，预燃室主要起预燃和散料作用，炉体主要起燃料燃烧和碳酸钙分解作用。

在钢板壳体内壁镶砌耐火砖。

由冷却机来的二次空气分成两路进入预燃室。

三级旋风筒下来的预热料，由二次空气从预燃室柱体的中上部带入预燃室。

约四分之一的分解炉用煤粉，从预燃室顶部由少量二次空气带入并着火燃烧，约四分之三左右的煤粉在分解炉锥体的上部位置喂入，以此来提高和调整分解炉的温度，使整个炉内温度分布趋于均匀，担任分解碳酸钙的主力作用。

炉体内的煤粉颗粒，虽被大量的惰性气体CO2和N2所包围，减少了与O2接触的机会，煤粉的燃烧速度就会减慢。

但由于进入预燃室的煤粉不受生料粉的影响，而且在纯空气中燃烧，形成引燃火焰，起到火种的作用，使预燃室出口处有明火存在，对煤粉起着强制着火作用。

预分解窑系统的组成预分解窑系统是一种用于水泥生产过程中的关键设备。

它由多个组成部分组成，每个部分都有特定的功能和作用。

本文将详细介绍预分解窑系统的组成。

预分解窑系统由预分解炉和旋风分离器组成。

预分解炉是整个系统的核心部分，它通过将原料在高温下进行预分解，将其分解为石灰石和煤气两部分。

预分解炉的主要组成部分包括炉筒、炉头、炉尾和燃烧器。

炉筒是原料在其中进行预分解的容器，炉头和炉尾分别用于进料和排料，燃烧器用于提供炉内所需的高温。

预分解窑系统还包括煤粉预热装置和煤粉输送系统。

煤粉预热装置用于将煤粉预热至一定温度，提高其燃烧效率。

煤粉输送系统则负责将预热后的煤粉输送到预分解炉中，与原料一起进入炉内进行反应。

这些部件的合理设计和运行状态对于保证预分解窑系统的正常运行至关重要。

预分解窑系统还包括烟气处理系统和尾气处理系统。

烟气处理系统主要用于处理预分解炉排出的烟气中的有害物质，以降低对环境的污染。

常用的烟气处理设备有除尘器和脱硫装置。

尾气处理系统则用于处理预分解窑系统排出的尾气，其中包含了大量的煤气和石灰石粉尘。

尾气处理系统中常用的设备有旋风分离器和电除尘器。

预分解窑系统还需要配备控制系统和监测系统。

控制系统用于监控和控制整个预分解窑系统的运行状态，确保各个部件的协调工作。

监测系统用于实时监测和记录预分解窑系统的关键参数，如温度、压力、流量等，以便及时发现和解决问题。

预分解窑系统是一个复杂的系统，由多个组成部分组成。

每个部分都承担着特定的功能和作用，共同协作完成水泥生产过程中的预分解工作。

通过合理的设计和优化运行，预分解窑系统能够提高水泥生产的效率和质量，减少对环境的污染，具有重要的意义和价值。