預(yù)熱器系統(tǒng)的形式有多種，但構(gòu)成預(yù)熱器系統(tǒng)的單元只有旋風(fēng)預(yù)熱器和立筒預(yù)熱器兩種，即所有的預(yù)熱器系統(tǒng)都是由這兩種設(shè)備中的一種單獨(dú)組成或兩種混合組成。由于立筒預(yù)熱器內(nèi)部生料分散效果不好，分離效率低，換熱效率明顯低于旋風(fēng)預(yù)熱器。因此對(duì)于立筒預(yù)熱器窯的生產(chǎn)線(xiàn)，可以采取淘汰立筒、更換旋風(fēng)預(yù)熱器的改造方案；對(duì)于旋風(fēng)預(yù)熱器窯生產(chǎn)線(xiàn)，主要是通過(guò)技術(shù)改造，進(jìn)一步提高預(yù)熱器系統(tǒng)的換熱效率和分離效率，降低系統(tǒng)阻力。因此本文只介紹各種預(yù)熱器系統(tǒng)改造為旋風(fēng)預(yù)熱器系統(tǒng)時(shí)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。 

旋風(fēng)預(yù)熱器系統(tǒng)帶各種類(lèi)型的分解爐后，就是通常所說(shuō)的窯尾預(yù)分解系統(tǒng)。分解爐承擔(dān)了燒成系統(tǒng)中大多數(shù)的燃燒、換熱、碳酸鹽分解任務(wù)。分解爐的形式有很多種，但工作原理大同小異，并無(wú)本質(zhì)上的區(qū)別，目的都是加強(qiáng)生料與燃料的分散、混合、均布，燃料燃燒速度快、燃燒完全，生料中的碳酸鹽能迅速吸熱、分解，產(chǎn)生的廢氣能迅速排出系統(tǒng)。但需要研發(fā)設(shè)計(jì)人員注意的是，技術(shù)改造時(shí)應(yīng)根據(jù)不同企業(yè)的具體條件，對(duì)分解爐的結(jié)構(gòu)形式和各種參數(shù)進(jìn)行因地制宜的選擇和設(shè)計(jì)。 

由于不同地區(qū)的氣象、地理等自然條件不同，原燃材料的理化特性不同，因此不能簡(jiǎn)單地照搬照抄圖紙，而是應(yīng)該針對(duì)各種條件進(jìn)行認(rèn)真研究，進(jìn)行個(gè)性化的技術(shù)改造設(shè)計(jì)。我公司在從事技術(shù)改造工程設(shè)計(jì)中都是按照上述原則進(jìn)行的。 

1 旋風(fēng)預(yù)熱器系統(tǒng)技術(shù)改造設(shè)計(jì)要點(diǎn) 

1.1 旋風(fēng)預(yù)熱器的假想截面風(fēng)速 
預(yù)熱器的假想截面風(fēng)速，表征了預(yù)熱器柱體單位有效截面積處理工況氣體量的能力。假想截面風(fēng)速的提高，意味著旋風(fēng)預(yù)熱器直徑的減小，從提高預(yù)熱器的分離效率來(lái)講是有利的，為利用原有的設(shè)施（設(shè)備、土建框架等）進(jìn)行技術(shù)改造創(chuàng)造條件。不利的方面則是，隨著截面風(fēng)速的提高，系統(tǒng)阻力有增大的趨勢(shì)。 

早期的預(yù)熱器設(shè)計(jì)，其假想截面風(fēng)速較低，大都在3~5m/s之間。從近期的技術(shù)改造實(shí)踐來(lái)看，有些工廠(chǎng)的截面風(fēng)速已顯著提高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出了上述數(shù)值。理論和實(shí)踐均證明，通過(guò)預(yù)熱器的高效低阻技術(shù)的運(yùn)用，尤其是通過(guò)對(duì)渦殼和內(nèi)筒的優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以保證高截面風(fēng)速的預(yù)熱器系統(tǒng)在低阻力下運(yùn)行，并保證系統(tǒng)具有高的分離效率。 

經(jīng)過(guò)我公司進(jìn)行技術(shù)改造后的部分工廠(chǎng)，隨著產(chǎn)量大幅度提高，系統(tǒng)處理的煙氣量顯著增大，但預(yù)熱器系統(tǒng)的有效直徑并未放大，或放大得很少，節(jié)省了總投資（設(shè)備、耐火材料、土建等）。 
   
上述事實(shí)并非說(shuō)明假想截面風(fēng)速越高越好，只是說(shuō)明技術(shù)改造過(guò)程中會(huì)遇到各種各樣的情況，不要墨守陳規(guī)使改造方案受到很大的局限，造成投資浪費(fèi)。 

1.2 進(jìn)口型式和進(jìn)口風(fēng)速 
    
早期預(yù)熱器的進(jìn)口型式為矩形，技術(shù)改造中可改進(jìn)為五邊形或菱形進(jìn)口，此外下級(jí)預(yù)熱器上升管道至進(jìn)風(fēng)口段可由原來(lái)的水平布置改進(jìn)為傾斜布置，且將傾斜角加大，均可以防止積灰，減少阻力，防止塌料。 
   
 進(jìn)口與預(yù)熱器柱體可采用等高度變角度或等角度變高度過(guò)渡連接，而后種過(guò)渡連接方式更能適應(yīng)進(jìn)入預(yù)熱器后的旋轉(zhuǎn)氣流向下運(yùn)動(dòng)的需要，同時(shí)使在渦殼區(qū)域分離的生料在氣流帶動(dòng)下沿渦殼壁滑落至筒體和錐體，因而降低阻力損失，提高分離效率。 

在合理的速度區(qū)間內(nèi)提高進(jìn)口風(fēng)速會(huì)提高分離效率，但過(guò)高時(shí)會(huì)引起二次飛揚(yáng)的加劇，分離效率反而降低。通過(guò)對(duì)部分工廠(chǎng)改造
前的旋風(fēng)預(yù)熱器進(jìn)口風(fēng)速的反求，我們發(fā)現(xiàn)進(jìn)口風(fēng)速值就已超過(guò)合理范圍，說(shuō)明早期的設(shè)計(jì)參數(shù)存在不合理之處。理論和實(shí)踐均證明，進(jìn)口風(fēng)速對(duì)操作阻力的影響遠(yuǎn)大于對(duì)分離效率的影響，因此在不明顯影響分離效率，以及優(yōu)化進(jìn)口渦殼形式減少生料沉積現(xiàn)象的前提下，適當(dāng)降低進(jìn)口風(fēng)速，可作為有效的降阻措施之一。 

1.3 旋風(fēng)預(yù)熱器的渦殼 
    
對(duì)旋風(fēng)預(yù)熱器渦殼的改造，是保證預(yù)熱器系統(tǒng)具有低阻力和高分離效率的重要技術(shù)保證。預(yù)熱器的操作阻力和分離效率是一對(duì)矛盾體，通過(guò)渦殼的優(yōu)化是保證預(yù)熱器系統(tǒng)低阻和高效得以兼顧的因素之一。主要改造原理是：為保證旋風(fēng)預(yù)熱器有較高的分離效率，其進(jìn)口的氣體旋轉(zhuǎn)動(dòng)量矩必須達(dá)到一定的要求。如前所述，為了降低旋風(fēng)預(yù)熱器阻力，需要降低預(yù)熱器的進(jìn)口風(fēng)速，而為了保證預(yù)熱器的分離效率，在可能的空間內(nèi)增大旋風(fēng)預(yù)熱器的渦殼回轉(zhuǎn)半徑，使旋轉(zhuǎn)動(dòng)量矩不變或提高，從而保證低阻高效技術(shù)在預(yù)熱器改造中得以成功運(yùn)用。 
   
 技術(shù)改造中，普遍采用的是多心偏置、大包角、特殊曲線(xiàn)型式的渦殼。這種渦殼的優(yōu)勢(shì)還有利于減小顆粒向筒壁移動(dòng)的距離，增加了氣流通向排氣中心的距離，減少短路現(xiàn)象，提高分離效率。 

1.4 內(nèi)筒 

旋風(fēng)預(yù)熱器的內(nèi)筒對(duì)分離效率和系統(tǒng)阻力的影響程度也很大。 
改造時(shí)加大內(nèi)筒直徑是降低阻力的重要措施。傳統(tǒng)的預(yù)熱器內(nèi)筒直徑大約是預(yù)熱器有效直徑的0.45~0.5倍左右。大渦殼形式的旋風(fēng)預(yù)熱器為增大內(nèi)筒提供了可能。模型試驗(yàn)和生產(chǎn)實(shí)踐均表明，內(nèi)筒直徑由小變大時(shí)，當(dāng)不超過(guò)某一臨界點(diǎn)時(shí)，阻力損失一直迅速減小，而分離效率的降低相對(duì)比較緩慢。因此，在保證一定分離效率的前提下，尤其是對(duì)于中間級(jí)的旋風(fēng)預(yù)熱器，選用較大直徑的內(nèi)筒有利于系統(tǒng)阻力的降低，而對(duì)整個(gè)預(yù)熱系統(tǒng)的分離效率影響很小。需注意的是，內(nèi)筒直徑不能無(wú)限制的增大，當(dāng)內(nèi)筒與進(jìn)風(fēng)口內(nèi)側(cè)的延長(zhǎng)線(xiàn)相切甚至相交后，即內(nèi)筒直徑超過(guò)某一臨界點(diǎn)后，分離效率將迅速降低，且氣體對(duì)內(nèi)筒的沖刷加劇，磨損加快。 

延長(zhǎng)內(nèi)筒的插入深度是提高分離效率的重要措施，但隨著內(nèi)筒的加長(zhǎng)，系統(tǒng)的阻力也隨之提高。對(duì)于整個(gè)預(yù)熱器系統(tǒng)，我們追求的是全系統(tǒng)的低阻高效，因此對(duì)于每一個(gè)單體預(yù)熱器，在改造時(shí)可以采用不同的技術(shù)手段來(lái)強(qiáng)化或淡化某些參數(shù)的設(shè)計(jì)，降低改造的投資和難度。模型試驗(yàn)和生產(chǎn)實(shí)踐表明，在特定條件下，內(nèi)筒直徑不變，內(nèi)筒插入深度延長(zhǎng)一倍后，分離效率基本不變，有載阻力卻增加了30%以上。因此在改造中，對(duì)于中間級(jí)的預(yù)熱器，重點(diǎn)從降低系統(tǒng)的阻力損失角度出發(fā)，可盡量選擇插入淺的內(nèi)筒。此外，由于一級(jí)預(yù)熱器的分離效率對(duì)提高整個(gè)預(yù)熱分解系統(tǒng)的分離效率和熱效率，減輕廢氣處理系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)至關(guān)重要，對(duì)第一級(jí)預(yù)熱器的改造，可重點(diǎn)從提高分離效率的角度來(lái)考慮，對(duì)內(nèi)筒直徑和插入深度，可進(jìn)行超常規(guī)設(shè)計(jì)。 

技術(shù)改造中，目前廣泛采用的內(nèi)筒結(jié)構(gòu)形式是懸掛分片式圓內(nèi)筒，內(nèi)筒中心線(xiàn)與預(yù)熱器柱體中心線(xiàn)重合。而早期采用的偏心設(shè)置的內(nèi)筒、異型內(nèi)筒（扁圓或靴型）和整流降阻器等結(jié)構(gòu)形式和部件，雖然在理論研究中有較好的低阻效果，但設(shè)備制作和維護(hù)復(fù)雜，在長(zhǎng)期惡劣的工況下易變形損壞、壽命短，有時(shí)難以發(fā)揮應(yīng)有的作用，且部件的掉落還會(huì)造成機(jī)械性的堵塞，一般情況下可不采用。 

1.5 導(dǎo)流板 
    
早期的老式旋風(fēng)預(yù)熱器阻力較大，主要原因在于旋風(fēng)預(yù)熱器進(jìn)口切向氣流與內(nèi)部旋轉(zhuǎn)氣流的碰撞干擾，使氣、固兩相流的流場(chǎng)不斷變化。在改造中通過(guò)增設(shè)導(dǎo)流板，可以減少上述碰撞干擾效應(yīng)，穩(wěn)定流場(chǎng)，縮短氣流在旋風(fēng)預(yù)熱器內(nèi)的行程，降低氣流循環(huán)量，以降低旋風(fēng)預(yù)熱器阻力。 
    
導(dǎo)流板太短，降阻作用不明顯，太長(zhǎng)反倒明顯影響分離效率，甚至還會(huì)增加阻力。由于導(dǎo)流板的降阻作用在特定條件下才比較明顯，因此在技術(shù)改造中，當(dāng)可以方便地對(duì)渦殼、內(nèi)筒進(jìn)行改造時(shí)，通過(guò)采取合理的渦殼、內(nèi)筒結(jié)構(gòu)形式和合理的工藝參數(shù)，可以顯著地降低系統(tǒng)的阻力，其產(chǎn)生的效果變化同樣明顯，而不一定必須采用導(dǎo)流板，畢竟增加部件后使預(yù)熱器結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，增加維護(hù)環(huán)節(jié)，在長(zhǎng)期惡劣工況下可能會(huì)變形損壞，反倒會(huì)給系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)率帶來(lái)不良影響。反之，如果對(duì)傳統(tǒng)形式的預(yù)熱器系統(tǒng)不能進(jìn)行大的技術(shù)改造時(shí)，采用導(dǎo)流板也不失為一種有效的技改措施。 

1.6 旋風(fēng)預(yù)熱器的高度 
    
氣體由旋風(fēng)預(yù)熱器入口至排風(fēng)管出口的運(yùn)動(dòng)過(guò)程類(lèi)似于“龍卷風(fēng)”，其風(fēng)尾有機(jī)會(huì)進(jìn)入旋風(fēng)預(yù)熱器的錐部卸料管口處，將分離下來(lái)的生料再次卷起，隨中央風(fēng)帶出旋風(fēng)預(yù)熱器，降低系統(tǒng)的分離效率。傳統(tǒng)的旋風(fēng)預(yù)熱器，其旋風(fēng)預(yù)熱器高度H（圓柱體高度h1+圓錐體高度h2）與有效直徑Di的比值偏小。在改造中，結(jié)合原有的設(shè)備、框架結(jié)構(gòu)尺寸，應(yīng)盡可能地使改造后各級(jí)旋風(fēng)預(yù)熱器進(jìn)口中心線(xiàn)到排料口的長(zhǎng)度大于“龍卷風(fēng)”長(zhǎng)度（即旋風(fēng)自然長(zhǎng)），使風(fēng)尾遠(yuǎn)離卸料管口。 

1.7 預(yù)熱器出口上升管道 

每一級(jí)預(yù)熱器出口的上升管道又稱(chēng)之為換熱管道，是旋風(fēng)預(yù)熱器系統(tǒng)中的重要裝備，承擔(dān)著上、下級(jí)旋風(fēng)預(yù)熱器間的連接和氣固兩項(xiàng)流的輸送任務(wù)，同時(shí)承擔(dān)著生料分散、均布和氣、固兩相間的換熱任務(wù)，同旋風(fēng)預(yù)熱器一起組合成一個(gè)換熱單元。換熱管道中，尤其是生料塵粒與熱氣流剛接觸時(shí)，溫度差和速度差都較大，熱交換最為劇烈，換熱效率最高，因此對(duì)換熱管道的改造十分重要。系統(tǒng)中管道的設(shè)計(jì)應(yīng)以保證換熱時(shí)間和空間，并使生料良好均勻地分散為重點(diǎn)，同時(shí)還應(yīng)該能夠?qū)ι戏糯志哂辛己玫倪m應(yīng)性，以提高粉磨系統(tǒng)的產(chǎn)量，降低粉磨電耗。換熱管道內(nèi)的風(fēng)速應(yīng)在合理范圍內(nèi)，風(fēng)速過(guò)低時(shí)，雖然熱交換時(shí)間延長(zhǎng)，但影響傳熱效率，甚至?xí)股想y以懸浮而沉降積聚，并且使管道面積過(guò)大；風(fēng)速過(guò)高，則增大系統(tǒng)阻力，增加系統(tǒng)的電耗。此外，換熱管道內(nèi)的風(fēng)速還應(yīng)根據(jù)生料放粗后的細(xì)度來(lái)確定，使生料粉在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中能夠分級(jí)，減緩粗的生料粉的運(yùn)動(dòng)速度，適當(dāng)延長(zhǎng)其在管道內(nèi)的停留時(shí)間，提高換熱效率。 

當(dāng)換熱管道穿越樓板時(shí)，必要時(shí)可以采用方圓變換的方式，一方面可以充分利用原有的框架，減少土建結(jié)構(gòu)處理費(fèi)用，另一方面還提高了氣流的“脈動(dòng)效應(yīng)”，利于熱交換。 

1.8 撒料裝置 
   
 撒料裝置的好壞直接影響系統(tǒng)的換熱。傳統(tǒng)的撒料器大都為板式，需伸入換熱管道中，并根據(jù)上級(jí)下料管在換熱管道上安裝的角度和位置調(diào)節(jié)伸入長(zhǎng)度。其撒料分散效果一般，對(duì)系統(tǒng)阻力有一定影響。目前在改造中已廣泛采用撒料箱技術(shù)，不同的設(shè)計(jì)單位采用的結(jié)構(gòu)形式有所區(qū)別，但整體目的都是為了強(qiáng)化生料在氣流中的分散性，提高氣固換熱效率，降低生料堵塞可能性，降低系統(tǒng)的阻力。撒料箱分布板材質(zhì)根據(jù)使用溫度選取，均由耐熱鋼制作。 

1.9 鎖風(fēng)卸料閥 
    
預(yù)熱器系統(tǒng)卸料管道的內(nèi)漏風(fēng)和閥體、人孔門(mén)、捅料孔、法蘭等部位的外漏風(fēng)，對(duì)系統(tǒng)的分離效率和熱效率均有不同程度的影響。鎖風(fēng)卸料閥的效果不好，會(huì)產(chǎn)生內(nèi)漏風(fēng)現(xiàn)象，導(dǎo)致預(yù)熱器分離效率下降，系統(tǒng)內(nèi)生料循環(huán)量的增加，內(nèi)部生料不均勻分布，影響系統(tǒng)換熱效率。此外，當(dāng)漏風(fēng)量達(dá)到一定比例時(shí)，預(yù)熱器的分離效率顯著下降，甚至?xí)咏诹阈省?nbsp;
    
傳統(tǒng)的預(yù)熱器卸料管采用的是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的重錘式翻板閥，使用效果較差，目前改造中廣泛使用的是：①、無(wú)缺口料管單板閥，采用箱外無(wú)滾珠滑動(dòng)軸承，具有密封性能好、使用壽命長(zhǎng)、自動(dòng)卸料靈活等特點(diǎn)；②、具有熱脹補(bǔ)償結(jié)構(gòu)的雙翻板閃動(dòng)閥，防止由于受熱變形及膨脹導(dǎo)致鎖風(fēng)閥的工作失靈的特點(diǎn)。 

1.10 歪斜錐體 
   
 傳統(tǒng)的預(yù)熱器結(jié)構(gòu)型式，其柱體和錐體為同一中心線(xiàn)的對(duì)稱(chēng)型式。以五級(jí)預(yù)熱器系統(tǒng)為例，由于第n級(jí)預(yù)熱器的卸料是喂入n+2級(jí)預(yù)熱器至n+1級(jí)預(yù)熱器的上升管道（當(dāng)n≤3時(shí)。若n=4時(shí)預(yù)熱器卸料入分解爐，n=5時(shí)預(yù)熱器卸料入回轉(zhuǎn)窯），所以預(yù)熱器的錐部應(yīng)避免與上升管道或爐體等發(fā)生碰撞，因此在新建工程中曾采取增大層高等方式來(lái)解決。對(duì)于擬改造的預(yù)熱器系統(tǒng)，隨著生產(chǎn)能力的提高，當(dāng)筒體直徑和高度增加，上升管道直徑加粗時(shí)，錐部與上升管道或爐體互為影響的可能性增大，設(shè)備之間的定位距離也要加大。為便于充分利用原有框架，在錐部直徑3m以下的部位，可以采用不對(duì)稱(chēng)的歪錐設(shè)計(jì)，使改造后的預(yù)熱器系統(tǒng)具有良好的空間重疊布置功能，降低改造的難度。 

歪斜錐體還有兩個(gè)重要作用：一是具有防結(jié)拱堵塞功能，提高系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)率。這是因?yàn)榫哂袑?duì)稱(chēng)性結(jié)構(gòu)的錐體內(nèi)部，在排料過(guò)程中往往會(huì)出現(xiàn)結(jié)拱現(xiàn)象，導(dǎo)致生料堵塞，而通過(guò)將錐部改造為歪斜型式，形成錐部不對(duì)稱(chēng)的流場(chǎng)設(shè)計(jì)，克服了錐部粉體結(jié)拱所需的力學(xué)對(duì)稱(chēng)條件；二是可減少因預(yù)熱器內(nèi)部旋轉(zhuǎn)氣流折向而造成錐體底部生料的二次飛揚(yáng)，提高分離效率。 

1.11 膨脹倉(cāng) 

研究表明，在嚴(yán)格的密封條件下，預(yù)熱器底部有無(wú)膨脹倉(cāng)對(duì)分離效率和阻力沒(méi)有顯著的影響。但在實(shí)際生產(chǎn)條件下，完全杜絕內(nèi)漏風(fēng)是很困難的，對(duì)于要求分離效率高的一些級(jí)數(shù)的預(yù)熱器，改造時(shí)增加膨脹倉(cāng)還是起作用的，可以使預(yù)熱器排料順暢，減小氣流變向時(shí)引起的生料二次飛揚(yáng)。 
但該項(xiàng)技術(shù)不是影響預(yù)熱器工作性能優(yōu)劣的決定性因素，在工藝布置，不必刻意增加膨脹倉(cāng)。 

1.12 卸料管 
    
卸料管是預(yù)熱器系統(tǒng)氣固兩相流通道中截面最小的通道，是系統(tǒng)因料量問(wèn)題出現(xiàn)排料不暢，或管內(nèi)結(jié)皮進(jìn)而引發(fā)預(yù)熱器發(fā)生堵塞的重要原因和產(chǎn)生部位。 
    
下料管管徑的設(shè)計(jì)，需按照改造后單位截面的料流量確定，最下面二級(jí)旋風(fēng)預(yù)熱器可平均按100kg/ s.m 2取值，上面各級(jí)平均按140kg/s.m2取值。 

當(dāng)出現(xiàn)結(jié)皮等不正常工況下，在同等結(jié)皮厚度下，由于小直徑卸料管結(jié)皮后通道面積減小的幅度大，因此比大直徑料管更易堵塞。根據(jù)上述數(shù)據(jù)計(jì)算后得到的料管直徑，當(dāng)Di≤400mm時(shí)，根據(jù)工廠(chǎng)具體的原燃料特點(diǎn)和工藝技術(shù)水平，可再擴(kuò)大50~100mm，提高卸料管抗結(jié)皮堵塞的能力，提高系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)率。 

1.13 系統(tǒng)分離效率 

提高旋風(fēng)預(yù)熱器的分離效率是減少系統(tǒng)外部和內(nèi)部生料循環(huán)，提高熱利用率的重要手段。但分離效率的提高，往往伴隨著系統(tǒng)阻力損失的增加，從而導(dǎo)致系統(tǒng)電耗的增加。在技術(shù)改造中，受一些條件的限制，對(duì)效率和阻力這對(duì)矛盾體更要綜合考慮。構(gòu)成預(yù)熱器系統(tǒng)各級(jí)旋風(fēng)預(yù)熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須以整個(gè)系統(tǒng)的優(yōu)化為目標(biāo)，不必過(guò)分追求每個(gè)單體或單一指標(biāo)最優(yōu)。理論和實(shí)踐證明，系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于合理細(xì)分各級(jí)旋風(fēng)預(yù)熱器的功能，對(duì)于一級(jí)預(yù)熱器（由頂部向下數(shù)），是控制整個(gè)系統(tǒng)生料外循環(huán)的關(guān)鍵，對(duì)料耗和熱耗影響極大，應(yīng)以追求更高的分離效率為重點(diǎn)，可進(jìn)行超常規(guī)的設(shè)計(jì)，對(duì)其它級(jí)數(shù)的預(yù)熱器則更側(cè)重于降低阻力（最低級(jí)數(shù)預(yù)熱器還可兼顧效率）。此外，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)分離效率的優(yōu)化設(shè)計(jì)，還可降低廢氣處理系統(tǒng)的收塵負(fù)荷，降低廢氣處理系統(tǒng)的改造投資。 

在對(duì)一級(jí)預(yù)熱器進(jìn)行超常規(guī)的設(shè)計(jì)時(shí)，有導(dǎo)致該級(jí)高壓損的趨勢(shì)，由于該級(jí)預(yù)熱器位于預(yù)熱器塔的頂端，其規(guī)格對(duì)框架影響較小，通常將其規(guī)格尺寸和高徑比加大，并增設(shè)尾渦隔離裝置，使其在具有更高分離效率的同時(shí)，降低阻力。 

2 分解爐系統(tǒng)技術(shù)改造方案 

2.1 分解爐的結(jié)構(gòu)型式 

分解爐是預(yù)分解窯的核心設(shè)備。由于不同的設(shè)計(jì)研究單位面對(duì)的工廠(chǎng)條件不同，開(kāi)發(fā)的側(cè)重點(diǎn)不同，以及知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)的需要，因此從微觀方面分析各種分解爐是各具特色、各不相同，主要區(qū)別是在于分解爐結(jié)構(gòu)型式上的差異。使得爐內(nèi)氣流運(yùn)動(dòng)方式、燃料燃燒氣氛和溫度、生料在爐內(nèi)分散、混合、均布等方面的均有所區(qū)別，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)各有優(yōu)劣；但從宏觀方面分析，分解爐的工作原理沒(méi)有本質(zhì)上的區(qū)別，也沒(méi)有絕對(duì)的爐型好壞之分，即使同樣的爐型在不同的地區(qū)，不同的自然條件和原燃料條件，不同的系統(tǒng)配套設(shè)備情況下，其使用效果會(huì)有差異。因此，對(duì)于技術(shù)改造而言，應(yīng)結(jié)合不同水泥生產(chǎn)企業(yè)的各方面條件，因地制宜，根據(jù)各種爐型的不同技術(shù)優(yōu)勢(shì)，在不斷把握預(yù)熱分解技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)下，進(jìn)行切合企業(yè)現(xiàn)狀的針對(duì)性設(shè)計(jì)。 
當(dāng)前各種適應(yīng)環(huán)保要求的低有害成份氣體排放和降解各種廢棄物的分解爐也已不斷開(kāi)發(fā)成功，并應(yīng)用于技改工程。 

2.2 分解爐的布置方式 

采用何種布置方式，應(yīng)結(jié)合原有總圖布置、生產(chǎn)工藝和建構(gòu)筑物、原燃料特點(diǎn)、工廠(chǎng)管理和技術(shù)水平等進(jìn)行綜合確定。根據(jù)爐與窯、預(yù)熱器及主風(fēng)機(jī)的匹配方式，分解爐可分為在線(xiàn)型、離線(xiàn)型、半離線(xiàn)型三種。 

第一種：在線(xiàn)型分解爐。應(yīng)用于新建工程中布置簡(jiǎn)單、緊湊，但應(yīng)用于技改工程中，布置有時(shí)較為復(fù)雜，往往要將預(yù)熱器框架層數(shù)加多或增設(shè)高大的輔助框架。爐內(nèi)煙氣流量大，O2含量低，要求有較大的爐容和較大的固氣滯流比。中小生產(chǎn)規(guī)模適宜選用； 

第二種：離線(xiàn)型分解爐。窯尾設(shè)有兩列或更多列預(yù)熱器，一列通過(guò)窯氣，其它列通過(guò)爐氣。生產(chǎn)中各列預(yù)熱器工況可以單獨(dú)調(diào)節(jié)，利于生產(chǎn)控制，在生產(chǎn)規(guī)模較大時(shí)適宜選用。在目前的分解爐改造中應(yīng)用得很少； 

第三種：半離線(xiàn)型分解爐。無(wú)論應(yīng)用于新建工程還是技改工程，一般情況下比在線(xiàn)型分解爐布置簡(jiǎn)單、緊湊。該種方式其爐內(nèi)燃料仍在凈三次風(fēng)中燃燒，爐氣出爐后可以在窯尾上升煙道下部或上部與窯氣匯合。燃料燃燒氣氛好，氧氣含量高，在采用“兩步到位”的模式時(shí)，有利于利用窯氣熱焓促進(jìn)煤粉完全燃燒和防止粘結(jié)堵塞。中小生產(chǎn)規(guī)模適宜選用。目前中小型水泥廠(chǎng)的技術(shù)改造，當(dāng)分解爐布置在窯尾上升煙室側(cè)面時(shí)，基本上采用的都是半離線(xiàn)型分解爐。 
在目前的燒成窯尾系統(tǒng)改造中，以在線(xiàn)型和半離線(xiàn)型分解爐的改造方案為主。 

2.2.1 利用在線(xiàn)爐進(jìn)行改造的優(yōu)缺點(diǎn) 

（1）優(yōu)點(diǎn) 
a、過(guò)渡至預(yù)分解窯正常操作工況方便快捷； 
    b、在線(xiàn)爐抗工況波動(dòng)能力強(qiáng)。因窯內(nèi)煙氣和三次風(fēng)全部入爐混合，對(duì)三次風(fēng)和窯內(nèi)風(fēng)量、風(fēng)壓平衡匹配的精度要求低于其它爐型，系統(tǒng)較易實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定操作； 
    c、在線(xiàn)爐系統(tǒng)出現(xiàn)結(jié)皮堵塞和塌料時(shí)更易處理。由于清理的結(jié)皮、堵塞料和生產(chǎn)中出現(xiàn)的塌料均落入窯內(nèi)，便于在窯頭采取措施進(jìn)行處理，煅燒出合格熟料并保持現(xiàn)場(chǎng)清潔； 
d、在線(xiàn)爐內(nèi)的氧氣含量低，但由于高溫窯氣入爐，使得煤的燃燒環(huán)境溫度高，同樣可以適應(yīng)劣質(zhì)煤的燃燒，且煤粉仍可以很方便地在富氧條件下（三次風(fēng)中）起火預(yù)燃。 

（2）缺點(diǎn) 
    a、在線(xiàn)爐承擔(dān)三次風(fēng)和窯內(nèi)煙氣通過(guò)的任務(wù)，比離線(xiàn)爐的單位熟料產(chǎn)量處理煙氣量大。為保證燃料的完全燃燒，在保證爐內(nèi)氣體具有相同的停留時(shí)間時(shí)，在線(xiàn)爐的體積大，隨之而來(lái)的是設(shè)備投資和耐火材料投資的加大； 
    b、在線(xiàn)爐由于體形較大，在原有框架內(nèi)布置時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)一定的難度，往往為了保證分解爐和預(yù)熱器能夠合理布置，而將層數(shù)加多或增設(shè)輔助框架，使系統(tǒng)土建投資加大； 
c、采用在線(xiàn)爐改造方式對(duì)原有生產(chǎn)線(xiàn)的生產(chǎn)影響大，改造的周期長(zhǎng)，造成的停產(chǎn)損失也較大。 
2.2.2 利用半離線(xiàn)爐進(jìn)行改造的優(yōu)缺點(diǎn) 

（1）優(yōu)點(diǎn) 
a、布置方便、靈活，可望最大限度地利用原有的預(yù)熱器框架布置改造后的預(yù)熱器，在框架外架設(shè)半離線(xiàn)型分解爐，通過(guò)鵝頸管與窯尾上升煙道或原分解爐相連； 
   
 b、爐內(nèi)只有從窯頭抽取的凈三次風(fēng)通過(guò)，氧含量高，更有利于提高煤粉的燃盡度，減少不完全燃燒；同時(shí)由于只承擔(dān)爐氣通過(guò)分解爐的任務(wù)，分解爐的體積小，布置時(shí)占地小，更易適應(yīng)技術(shù)改造的具體特點(diǎn)，系統(tǒng)投資也能降低； 
   
 c、可望在原有生產(chǎn)線(xiàn)不停產(chǎn)的情況下進(jìn)行分解爐系統(tǒng)的土建施工和設(shè)備的制作、安裝、耐火材料砌筑，預(yù)熱器系統(tǒng)改造的工作量可望更小，降低系統(tǒng)的整個(gè)投資；  
d、分解爐內(nèi)的低溫?zé)釤煔饪刹扇　岸降轿弧钡姆绞饺敫G尾上升管道底部，用以降低窯尾上升煙道溫度，減少粘結(jié)堵塞的概率。 

(2) 缺點(diǎn) 
a、至預(yù)分解窯正常工況，點(diǎn)火和操作過(guò)程略復(fù)雜，時(shí)間略長(zhǎng)； 

b、要求對(duì)三次風(fēng)管和窯內(nèi)風(fēng)量、風(fēng)壓平衡匹配精度高，在操作不當(dāng)時(shí)很容易對(duì)系統(tǒng)工況產(chǎn)生影響； 
   
 c、當(dāng)操作未達(dá)到理想工況，分解爐發(fā)生塌料現(xiàn)象時(shí)，爐內(nèi)生料由于落到三次風(fēng)管外部，需人工清理，增加勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境造成污染，也帶來(lái)了更多的不安全因素； 
d、分解爐的運(yùn)行受三次風(fēng)溫的影響較大。 

2.3 分解爐技術(shù)改造重要參數(shù)的考慮 

2.3.1 氣體停留時(shí)間（τg） 
是指氣體經(jīng)過(guò)分解爐時(shí)的停留時(shí)間。對(duì)于具有一定體積的分解爐，無(wú)論其結(jié)構(gòu)形式如何，經(jīng)過(guò)爐內(nèi)的氣體停留時(shí)間是一定的，因此氣體停留時(shí)間的長(zhǎng)短實(shí)際上反映了分解爐區(qū)的容積大小。對(duì)不同的企業(yè)進(jìn)行改造，一定要結(jié)合具體的燃料特點(diǎn)，通過(guò)燃料特性實(shí)驗(yàn)或掌握的類(lèi)似煤種的燃燒經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)具有適宜容積的分解爐，提高氣體停留時(shí)間，進(jìn)而提高燃料的燃盡率。 

2.3.2 固氣滯留比（Kτ） 
固體停留時(shí)間（τs）與氣體停留時(shí)間（τg）的比值就是固氣滯留比（Kτ）。對(duì)于具有相同容積但結(jié)構(gòu)形式不同的分解爐，其氣體停留時(shí)間是相同的，但固體流經(jīng)分解爐時(shí)所需的平均停留時(shí)間是不相同的，因此其固氣滯留比也是不同的，很顯然，我們希望固氣滯留比較長(zhǎng)的爐型能夠應(yīng)用于技術(shù)改造工程，這樣可以花費(fèi)同樣的投資而獲得更高的分解爐生產(chǎn)能力，或是達(dá)到相同的分解爐生產(chǎn)能力，而降低投資。 

生料的停留時(shí)間主要取決于設(shè)備的結(jié)構(gòu)和操作狀態(tài)。操作狀態(tài)不是設(shè)計(jì)所決定的，取決于生產(chǎn)過(guò)程中的各種因素，而設(shè)備結(jié)構(gòu)則取決于設(shè)計(jì)單位對(duì)分解爐改造方案的合理考慮。在分解爐的設(shè)計(jì)過(guò)程中，要針對(duì)燃料的燃燒特性和碳酸鈣的分解特性，對(duì)分解爐的進(jìn)風(fēng)、進(jìn)煤、進(jìn)料方式，以及噴騰、懸浮、旋流、折流、流態(tài)化等各種流場(chǎng)效應(yīng)進(jìn)行綜合運(yùn)用。通過(guò)對(duì)關(guān)鍵參數(shù)等方面的合理設(shè)計(jì)，可以提高固氣滯留比，延長(zhǎng)生料停留時(shí)間。 

高固氣滯留比的爐型，說(shuō)明爐內(nèi)相應(yīng)生料運(yùn)動(dòng)與氣流運(yùn)動(dòng)之間的滑差速度也大，有利于固體物料的擴(kuò)散和熱交換，以及分解反應(yīng)的進(jìn)行。 

2.3.3 流場(chǎng) 
    
分解爐的改造設(shè)計(jì)，無(wú)論是新增，還是在原有分解爐基礎(chǔ)上改造，都應(yīng)不局限于一種流場(chǎng)設(shè)計(jì)，可利用復(fù)合效應(yīng)，使氣流場(chǎng)、壓力場(chǎng)、濃度場(chǎng)、溫度場(chǎng)分布趨于均勻，不在爐內(nèi)形成過(guò)濃、過(guò)稀相區(qū)，不產(chǎn)生局部生料過(guò)度循環(huán)聚集甚至出現(xiàn)死區(qū)，不產(chǎn)生局部高溫過(guò)熱問(wèn)題。同時(shí)，爐內(nèi)也能具有強(qiáng)度適宜的湍流場(chǎng)，利于煤粉燃燒過(guò)程中的與氣流的混合、分散和生料的分解反應(yīng)。 
   
 各種流場(chǎng)的組合要考慮適宜的強(qiáng)度和引入爐內(nèi)的方式。例如以適宜強(qiáng)度的噴騰流為基礎(chǔ)，再配合三次風(fēng)以切線(xiàn)或割線(xiàn)方式在爐內(nèi)產(chǎn)生一定量的旋流，可以調(diào)節(jié)和改善分解爐的性能，使?fàn)t內(nèi)濃度場(chǎng)分布均勻，提高分解爐的適應(yīng)性。但流場(chǎng)的強(qiáng)度和引入爐內(nèi)的方式不適宜時(shí)，會(huì)增加系統(tǒng)的阻力，使?jié)舛葓?chǎng)不均勻，內(nèi)循環(huán)量加大，氣固分離和邊壁積料問(wèn)題嚴(yán)重，反而對(duì)分解爐起不到應(yīng)有的調(diào)節(jié)作用。濃度場(chǎng)的變化，自然會(huì)影響到壓力場(chǎng)和溫度場(chǎng)的均勻程度，使分解爐操作狀況惡化，影響系統(tǒng)產(chǎn)質(zhì)量和熱耗。 

2.3.4 返混度（σ） 
反映了生料在流經(jīng)分解爐時(shí)停留時(shí)間的離散程度。即使對(duì)于具有相同氣體停留時(shí)間和相同固氣滯留比的不同形式的分解爐，由于設(shè)計(jì)原理、結(jié)構(gòu)型式、生產(chǎn)工況等方面存在差異，因此生料在其內(nèi)部停留時(shí)間的分布也會(huì)存在較大的差異。改造設(shè)計(jì)中，在保證較大固氣滯留比（Kτ）的條件下，應(yīng)盡可能的降低生料在爐內(nèi)的返混度（σ），因?yàn)榈头祷於饶鼙ＷC生料在爐內(nèi)有較為近似的停留時(shí)間，使已分解的生料及時(shí)排出，未分解的生料能充分分解再排出，保證分解爐能夠充分發(fā)揮其分解的功效。 

2.4 工藝布置中應(yīng)重視的問(wèn)題 

2.4.1 靈活地運(yùn)用分解爐至末級(jí)預(yù)熱器進(jìn)口的熱風(fēng)管道 
該管道直徑較分解爐小，但兼具分解爐的功能，俗稱(chēng)“鵝頸管”，與分解爐主體統(tǒng)稱(chēng)為“分解爐區(qū)”。由于技術(shù)改造經(jīng)常受到原有設(shè)備和土建結(jié)構(gòu)的影響，分解爐體積越大往往布置越不方便。而“鵝頸管”的布置非常靈活，可以靈活地穿越框架內(nèi)部、伸展至框架外部，可以方便地連接到預(yù)熱器進(jìn)口或窯尾混合室。通過(guò)這部分管道的擴(kuò)展，可以減小分解爐主體的規(guī)格尺寸，利于改造時(shí)的布置，并通過(guò)管道的擴(kuò)展為提高改造效果創(chuàng)造條件。 

2.4.2 窯尾噴煤管的位置和個(gè)數(shù) 
影響煤粉燃燒的因素很多，如細(xì)度、碳粒子結(jié)構(gòu)、助燃空氣溫度、氧含量、二氧化碳分壓等。即使在上述條件相同的情況下，為保證煤粉燃燒，還應(yīng)注意如下幾點(diǎn)： 

a、噴煤點(diǎn)的位置與生料落料點(diǎn)位置的配合。距離過(guò)近時(shí)生料分解吸收大量熱量，影響煤粉燃燒（即預(yù)燃空間不夠），當(dāng)距離過(guò)遠(yuǎn)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生局部過(guò)熱，造成結(jié)皮堵塞； 

b、根據(jù)爐徑和噴煤總量，宜采用多根噴煤管，并注意在多個(gè)區(qū)域合理布置，分散煤粉散發(fā)的熱量，降低局部熱力強(qiáng)度，防止結(jié)皮及對(duì)爐襯造成損壞。 

對(duì)于半離線(xiàn)布置的分解爐，大都是將煤粉噴入富氧的三次風(fēng)中；對(duì)于在線(xiàn)式的分解爐，可根據(jù)煤質(zhì)的情況，將煤粉噴入三次風(fēng)中或窯尾混合氣體中，或兩種方式同時(shí)采用。對(duì)一些技改工程，合理地布置噴煤點(diǎn)，還能方便地應(yīng)用分段多級(jí)燃燒技術(shù)，在保證分解爐區(qū)達(dá)到幾乎相同的平均溫度前提下，降低局部的高溫，同時(shí)充分利用還原氣氛的脫氮作用，降低NOX排放量。 
無(wú)論是采用在線(xiàn)式還是半離線(xiàn)式的分解爐，當(dāng)氣體由爐底部噴騰入爐時(shí)，噴煤管的角度可適當(dāng)向下傾斜，使噴入的煤粉與高速氣流形成更大的速度差，加強(qiáng)煤粉與氣流的混合、均布，快速燃燒，同時(shí)還可增大預(yù)燃空間，延長(zhǎng)煤粉的滯留時(shí)間。 

2.4.3 爐內(nèi)撒料臺(tái)的設(shè)置 

當(dāng)生料由分解爐底部加入爐中時(shí)，在落料點(diǎn)下部適當(dāng)位置設(shè)置撒料臺(tái)，可以避免生料入爐后不能及時(shí)分散，沖入窯內(nèi)或壓爐現(xiàn)象的發(fā)生，影響熱工制度穩(wěn)定。 

2.4.4 預(yù)熱器入爐卸料管鎖風(fēng)閥的位置 
當(dāng)該位置至入爐點(diǎn)距離過(guò)長(zhǎng)時(shí)，沖擊力過(guò)大，會(huì)使生料在縮口附近反復(fù)聚集而塌落。距離過(guò)短時(shí)，生料分散效果不明顯，也易出現(xiàn)上述現(xiàn)象，且設(shè)計(jì)參數(shù)不合理時(shí)，還易堵入爐卸料管。 

2.4.5 生料的進(jìn)料點(diǎn) 

根據(jù)不同的爐型，生料進(jìn)料點(diǎn)可以采用一個(gè)或多個(gè)。進(jìn)料點(diǎn)為一個(gè)時(shí)，更多地是全部喂入爐內(nèi)，有些爐型也有全部喂入三次風(fēng)管后吹掃入爐的情況。無(wú)論是在線(xiàn)爐還是半離線(xiàn)爐，當(dāng)進(jìn)料點(diǎn)為多個(gè)時(shí)，大都是以喂入分解爐底部為主，并將部分生料喂入窯尾豎煙道或分解爐的中部，以達(dá)到下述目的： 

a、部分生料可以在入爐前提前吸收出窯高溫?zé)煔獾臒崃?，提高熱效率，提高分解率?nbsp;
b、調(diào)節(jié)窯尾豎煙道的溫度，減少溫度過(guò)高而造成的結(jié)皮堵塞概率； 
c、調(diào)整窯尾豎煙道的阻力，調(diào)整窯尾煙氣量與分解爐煙氣量的比例平衡； 
d、防止由于生料在爐內(nèi)分解時(shí)大量吸熱，降低無(wú)焰燃燒溫度，影響煤粉的完全燃燒； 
e、大幅度提高生料在爐體中部和下部的分解率，進(jìn)而提高系統(tǒng)的平均入窯分解率。 

3 結(jié)語(yǔ) 

在目前，還沒(méi)有其它的窯尾分解方式大規(guī)模地應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)，因此采用旋風(fēng)預(yù)熱器帶各種類(lèi)型的分解爐改造回轉(zhuǎn)窯窯尾系統(tǒng)，仍然是目前水泥工廠(chǎng)節(jié)能、降耗、提產(chǎn)的最佳選擇。但窯尾系統(tǒng)只是燒成系統(tǒng)的一個(gè)組成部分，水泥工廠(chǎng)的改造并不是增加一套預(yù)熱器和分解爐就可以大功告成的，它需要從事水泥技術(shù)研發(fā)和設(shè)計(jì)人員，擁有對(duì)全系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)診斷的能力，能夠消除系統(tǒng)存在的技術(shù)瓶頸，確定全系統(tǒng)的最優(yōu)改造方案，才能保證技術(shù)改造取得滿(mǎn)意的效果。