分解炉的温度控制

分解炉有多种型式,其结构性能虽有差异,但要起的主要作用却是相同的:要使燃料燃烧的放热过程与生料碳酸盐分解的吸热过程在其中以悬浮态或流化态下极其迅速地进行,使入窑生料碳酸盐分解率提高,从而减轻窑的热负荷,提高窑的运转周期,提高产质量。

而分解炉的温度控制对整个预分解窑系统的热力分布,热工制度的稳定至关重要。

为此,作者对分解炉温度控制的有关几个问题进行讨论。

1 分解炉温度与燃料燃烧
分解炉的温度取决于燃料燃烧过程的放热速率与生料分解过程的吸热速率。

当燃料燃烧放热速率慢,生料分解在接近平衡的条件下进行,分解炉的温度于860～920℃范围,燃料燃烧放出的热量就会迅速传递给生料,并被分解反应吸收。

但是,当燃料燃烧速率大于生料分解过程的吸热速率,燃料燃烧的热量大于生料分解所需的吸热量,此时分解炉的温度就会超过平衡温度范围。

从燃料燃烧的角度来看,分解炉内燃料的燃烧与回转窑内燃料燃烧有许多不同之处。

回转窑内燃料燃烧温度比分解炉内高得多,回转窑内燃料燃烧明显是受扩散控制的,而分解炉内燃料燃烧则有所不同。

由于分解炉温度远低于回转窑内燃料燃烧温度,故煤在分解炉内的燃烧时间受煤种类的影响比回转窑内的影响大得多。

如广东云浮水泥厂FCB分解炉容积偏小,结构上亦存在一些问题,当使用低挥发分、高灰分的低热值煤时,还原气氛十分严重,迅速导致结皮堵塞;而采用高挥发分、低灰分的高热值煤时情况则有所改善。

煤粉细度对于回转窑内的燃烧是相当敏感的,因为其是受扩散控制,即受边界层扩散时输送速率的控制;而煤粉
细度对分解炉内燃烧的影响就没有在回转窑内那样敏感了。

问题还要回到分解炉温度与燃料燃烧的关系上来。

由于回转窑内燃料燃烧是受扩散控制的,增减10～20℃对于燃料的燃烧影响是甚微的。

但在分解炉内则明显不同。

如有的分解炉容积偏小,煤粉燃烬时间不足,以至还原气氛重,而降低分解炉的温度,减少分解炉用煤量,以图改变煤粉燃烧不完全、还原气氛的问题,但往往是事与愿违。

因在不减产量的情况下,分解炉用煤减少,分解炉温度降低,煤的燃烧速度随温度降低而迅速下降,煤粉始终是燃烧不完全。

适当增大分解炉的容积已成为一个发展动向。

在分解炉偏小煤质差的情况下,可适当降产量,而不宜降低分解炉的温度。

2 分解炉温度与末级旋风筒温度及物料、燃料情况
燃料在分解炉内燃烧放热,料粉在其中吸热分解;随后,气固两相流离开分解炉进入末级旋风筒,进行气固分离;分离后的物料进入回转窑,而气体进入上一级旋风预热器。

在正常情况下,煤粉在分解炉燃烧完全,分解炉的出口温度会高于最末一级旋风筒下部及其物料的温度。

但是,当分解炉内燃料的燃烧速度慢,燃料燃烧不完全,则未完全燃烧的煤粉在旋风筒内继续燃烧,此时则会使最末一级旋风筒下部及物料的温度比分解炉出口温度还要高。

如云浮水泥厂在1993年8月煤粉质量明显下降,灰分高、热值低,FCB型预分解窑窑头三通道喷煤管未能适应烧这些质量差的煤,熟料煅烧温度低,三次风温明显下降,而低的三次风温又进一步延滞了分解炉内煤粉的燃烧,可谓雪上加霜。

就这样,不完全燃烧的煤粉进入五级旋风筒内继续燃烧,五级旋风筒下部温度比分解炉出口温度
还高。

在这种情况下,废气中CO含量高,还原气氛重,易结皮堵塞,而分解炉的平均温度并不高,入窑物料碳酸盐分解率亦较低,熟料产质量下降。

还需说明的是,分解炉的通风量对分解炉出口温度及末级旋风筒下部温度亦有影响。

即使分解炉的喂煤量、物料量不变,但通风量改变,亦会产生影响。

当通风量过大,分解炉内气流速度过快,燃料及物料在分解炉内停留时间不足;反之,当通风量过小,供气不足,燃料燃烧同样受影响。

总之,通风量的波动,窑风量与分解炉风量的分配不当,都会影响分解炉燃料的燃烧,从而导致分解炉出口温度与最末一级旋风筒下部温度的异常。

分解炉的温度控制还应考虑产量及物料的情况。

当产量较低,即喂料量较小,回转窑的转速亦较慢,此时应相应降低分解炉温度。

因分解炉温度过高,一方面会增加热耗,另一方面还不利于热工制度的稳定,不利于熟料烧成。

反之,当产量较高,在分解炉能力许可的情况下应适当提高分解炉温度,减轻回转窑的热负荷。

但是,当设备富裕能力小,超产时窑系统的平衡是相当脆弱的,遇到小小波动亦难以调整,故提高分解炉温度,提高产量需适度为宜。

而当物料反应活性较差,如石灰石结晶状况较好,晶体尺寸较大,其分解温度较高。

此时应在可能的条件下把分解炉温度控制高一些,以保证入窑物料的分解率。