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毕业设计开题报告初稿

发布时间：2011-12-11 15:12:21 来源：文档文库

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学号： 200*0801010

河北理工大学材料学院

毕业设计（论文）开题报告

设计（论文）题目：日产2500吨熟料悬浮预热回转窑

水泥厂窑尾车间设计

专业（年级、班）： 0 级材料班

学生姓名：张

指导教师：王

20** 年 3 月 17 日

一、文献综述

1.1 国内外研究现状及分析

1.1.1 水泥的发展及现状

水泥是建筑工业最主要的基础材料之一，在公路、桥梁、大坝、隧道、机场码头、工业与民用建筑等多方面得到了大量地使用，己成为人类社会现代化物质和文化生活不可替代的基础，对人类文明发展直到重要的促进作用。经过近2个世纪的发展，世界水泥工业取得了举世瞩目的成绩，生产技术不断进步，单位产品的能源消耗不断下降，自动化、现代化程度不断提高，环保设施日益完善。我国水泥工业在进人20世纪80年代后，也得到很大发展，自1985年以来，产量稳居世界第一，但存在总量过剩、结构性矛盾突出、工艺装备落后、环境污染严重、工厂效益低下等问题。目前国家正通过“上大改小”等一系列措施对水泥工业进行宏观调控，以期使我国水泥工业的产业及产品结构向合理的方向发展，同时进一步节约能源，改善环境，提高整个行业的经济和社会效益。因此，在未来的若干年内，我国水泥工业将由数量型增长转向质量效益型增长。[1]

1.1.2 SP和NSP技术的发展

悬浮预热器(Suspension Preheater，简称SP)和窑外分解炉(New Suspension Preheater，简称NSP)的出现是水泥工业上一次突破性的技术革命。从发展历程上来看SP窑是NSP窑的基础，NSP窑则是SP窑的进一步发展和完善。悬浮预热器从根本上改变了气流和生料之间的传热方式。试验、计算都表明它的传热面积和传热系数分别较传统的回转窑提高了2400倍和13-23倍。这样使窑的传热能力大大提高，初步改变了预热能力和烧结能力不相适应的状况。这时入窑CaCO3表观分解率可达40%-50%，但SP窑存在着电耗高、结皮堵塞、窑内热负荷大、运转率低等缺点。只有NSP技术的出现才使预分解技术趋于成熟。该技术的主要特点是，全部热量中只有40%供给回转窑，其余的热量供给快速分解炉.随后发明的多种分解炉是使生料在悬浮或沸腾状况下高度分散于特殊的分解炉中，以最小温度差在燃料无焰燃烧的同时，进行高速传热，使入窑CaCO3的表观分解率达到80%-95%本上解决了预烧能力和烧结能力的不足的矛盾，从而使窑的生产能力成倍增加，窑热负荷大大降低，使得NSP窑在热耗、生产称定性、投资、NOx排放量等各项指标均较SP窑先进121-131.同时NSP技术的开发还为低质燃料及可燃废弃物的使用开辟了广阔的前景。现在NSP技术己成为水泥工业锻烧技术发展的主导方向。正向建设“生态环境材料型”产业的可持续发展方向迈进。

自1824年英国人阿斯普丁(J-ASPdin )首先获得波特兰水泥专利权以来，水泥锻烧技术不断改进，经历了普通回转窑、机械立窑、立波尔窑等的发展，直至20世纪50年代初悬浮预热器窑出现，为熟料锻烧开辟了一条新的技术思路。而上世纪70年代初出现至今仍在快速发展的以悬浮预热和窑外分解相结合的新型干法水泥生产技术，为大幅度降低热耗及水泥生产的大型化、高效化发展开辟了成功的道路[Dl悬浮预热窑(SP)的特点是:在缩短回转窑筒体的条件下，用多级悬浮预热器代替部分回转筒体，使窑内以堆积态进行的气固换热过程一部分转移到预热器内在悬浮状态下进行。生料粉能够与从窑内排出的炽热气流充分混合，气固两相接触面积大，传热速率快、效率高，因此有利于窑系统生产效率的提高和熟料烧成热耗降低。预分解窑(NSP)是在SP窑技术基础上的一次飞跃，其特点是在悬浮预热器和回转窑之间增加了一个分解炉作为窑系统的第二热源，使燃料燃烧的放热过程与生料的碳酸盐分解的吸热过程，在悬浮态或流态化条件下极其迅速地进行，不仅避免了窑内传热差的弊病.减轻了回转窑的热力强度负担，还使入窑生料的碳酸盐分解率从SP窑的40%左右提高到85%到95%，大幅改善回转窑的热工性能，使窑的生产能力成倍增长，因此，在生产效率、产品质量、能源消耗、衬料寿命和环境保护诸方面，都表现出更加优越的性能。预分解窑己成为国际公认的代表当代最高技术水平的水泥缎烧方法。它是以悬浮预热和窑外分解技术为核心，把现代科学技术和工业生产最新成就，广泛地应用于水泥生产全过程，彻底改变了湿法、老式干法、半干法回转窑以及立窑生产等传统生产方法的弊端，且有利于资源和能源及其它工业废渣的再利用及消解工业与生活垃圾，实现可持续发展。

1.1.3 悬浮预热和预分解技术从开发至今的三十多年间，在国际、国内主要经历了

以下五个发展阶段:

第一阶段:50年代初期至70年代初期，为悬浮预热技术诞生与发展阶段。1932年丹麦史密斯(F. L. Smidth)公司获得了利用悬浮预热原理的多级旋风预热器的专利权。1953年第一台工业应用的旋风预热窑由德国汉堡(Humboldt)公司研制成功，并正式投入生产。随后，各种类型的悬浮预热窑相继出现，特别是在60年代发展迅速并日趋大型化，最大的悬浮预热器窑于1972年由日本川崎公司为宇部水泥公司建成，窑径达6m左右，单机日产达5000t以上，据不完全统计，至70年代初期，世界上的各种悬浮预热窑共有近600台之多。本阶段是悬浮预热窑的诞生、成熟和发展时期。至70年代初期预分解窑诞生以来，随着预分解窑的发展，悬浮预热窑逐渐被预分解窑所代替.我国对悬浮预热技术的研究起步亦早，于1958年在上海天祥水泥厂进行第

一台四级旋风预热器的工业实验，并于60年代在太原水泥厂建成第一台旋风预热窑。

第二阶段:70年代初期至中期，为预分解技术诞生和发展阶段[21

1964年德国多德豪森(Dottenhausen)水泥厂在悬浮预热器的中间级喂入含油页岩的生料，提高了入窑分解率，开始了预分解技术的先例。1971年日本IH工公司与秩父水泥公司共同开发了第一台使用高级燃料的SF窑(Suspension Preheater-Flash Furnace)。第一台SF窑诞生之后，日本各种类型的预分解窑相继出现(如MFC炉一1971年; RSP炉-1972年; KSV炉-1974年;以后陆续出现的SLC炉、Prepol炉、Pyroclon炉等等)在此期间，分解炉都是以重油为燃料，炉子的热力强度高，炉容偏小，并且炉子结构大多仅依靠“旋流气“喷腾”、“流态化”、“悬浮”等单独效应来完成气固分散、混合、换热等过程。因此，分解炉的功能及对中、低质燃料的适应性较差。尽管如此，预分解窑与其它各种干法窑型相比所展现的良好性能，深受用户青昧，发展十分迅速.我国预分解窑的研制开发工作也是从70年代开始的，先是以油为料，1976年在四平石岭水泥厂建成第一台SF窑，随后转入以煤为燃料的各种类型预分解窑的研制、开发和建设，迈出了我国当代水泥工业科技进步的步伐。

第三阶段:70年代中、后期，为预分解技术完善、提高阶段。1973年国际爆发石油危机之后，原来以石油为燃料研制开发的分解炉难以适应，从而通过总结、改进，各种第二代、第三代的改进型分解炉应运而生。例如:N-SF炉、CFF炉、高径比(H/D)增大的MFC炉及N-MFC炉等的出现即为典型代表。分解炉是预分解技术的核心。现己开发出几十种各具特色的分解炉。这些改进型或新型分解炉，为适应嫌煤的播要，不仅增大了炉容，在结构上也有很大的改进。为了提高燃料燃尽率，延长物料在炉内的浦留时间，许多分解炉结构采用了“旋流-喷腾”、“流态化-悬浮”或双喷腾等迭加效应，以改善和提高分解炉的功效。预热器是预分解技术斧屏的基础及关键技术环节，因此，为了握高其单位热效率、降低阻力、节约能耗，人们在预热器上做了很多工作。如采用各具特色的折流板、导向板、撒料器、轴流器等结构形式，以使旋风筒的技术性能不断完善。日本(工HI)公司研制的轴流式旋风筒。丹麦Smidth公司开发的旋风筒，进口形式及锥体形状均有改变，并且旋风筒直径减小，内筒缩短并加粗，阻力仅相当于原来的三分之二以下。宇部式低压损旋风筒， M-SP悬浮预热器系统都达到了高效低阻的目的.在回转窑方面，某些公司的发展趋势是向长径比缩小方向发展。如洪堡公司开发的长径比等于10左右的两支点短窑Pyrorapid(R)窑，早已投入运行.这种窑在烧成工艺和机械上都有许多特点。熟料冷却机仍以蓖冷机为主，但同时单筒冷却机和新型多筒冷却机因兼有多种优点，近年来又有了新的设计和发展。以上各单体结构的优化，为整个系统优化组合打下了坚实的基础。我国自70年代末期以来，组织了日产4000吨熟料大型预分解窑生产线成套装备的引进工作;并研制成功以煤为燃料的各种类型预分解窑，并加大了它们的生产规模。例如:邢县、新班水泥厂日产700吨熟料、本溪水泥厂日产1200吨熟料的KSV窑即是代表。

第四阶段:80年代，为悬浮预热和预分解窑技术日趋成熟，全面提高阶段。

随着生产经验的积累和预分解技术的提高，更为重要的是为了降低综合能耗

和生产成本，由第三阶段的单纯炉型和结构的改进，发展成为对预分解窑全系统

的旋风筒一换热管道-分解炉-回转窑-冷却机(简称筒、管、炉、窑、机)等五位一体化的优化组合，以体现NSP技术的综合效益。以及与之配套的耐火、耐热、隔热、耐磨材料的制造技术，自控技术，环保设施等的整体改进开发阶段。高新技术的应用和水泥锻烧理论的进一步发展，对成套装备开发进行科技攻关、设计、设备制造和建设。 [2]

第五阶段:20世纪90年代至今，为水泥工业向“生态环境材料型”迈进。目前，国际上配有新型分解炉、高效低损旋风筒、新型高效冷却机和缩小长径比(L/D)的两支点短窑等一系列先进技术装备的带有五级或六级预热器的预分解窑系统。日产能力达5000t/d, 7000t/d, 9000t/d, 10000t/d等规模的生产线超过80条，正在兴建的最大生产线为12000t/d。国际水泥技术不断发展，体现的综合指标以及与我国新型干法水平的比较见表1-1。同时，随着人类对保护地球环境，实现可持续发展迫切性认识的迅速的增强，国外许多水泥公司大力推进废弃物替代自然资源的工作，并实现“清洁生产”。纷纷向“生态环境材料型”转型，发挥水泥特有环保功能。国际水泥工业在环保、废渣、工业及生活垃圾综合利用等方面，均以达到相当高的水平。目前世界上至少有100多家水泥厂用了可燃废弃物，如日本36家水泥厂中有一半处理各种废弃物;瑞士Holcin公司和法国Lafarge公司可燃废弃物替代率分别达80%和50%以上;美国大部分水泥厂利用可燃废弃物锻烧水泥。国外一般替代率达到10%^-20%。采用“替代资源、能源、降解利用工业、生活废弃物为人类社会造福成为国际水泥发展的时尚。[3]

1.2 课题的研究意义

我国自1976年第一台预分解窑投产以来，迅速制定了发展以新型干法水泥生产为主导的水泥工业发展战略和一系列方针政策。我国新型干法水泥生产进入大型化和国产化的成熟阶段;我国技术人员己经比较熟练地掌握了新型干法水泥生产技术;新型干法生产工艺和装备研制开发工作也取得了长足进步，为我国干法水泥生产技术的发展莫定了良好的基础;我国新型干法水泥技术虽然开发较早，总的来说我国大多数水泥企业技术落后，装备陈旧，从70年代至今我国水泥工业布局和比重上仍以低产、较多消耗、污染较严重的小规模水泥企业为主。要改变这种状况，建设大型新型千法生产线，充分消纳废弃物实现水泥工业可持续发展是一条有效途径。

目前，我国水泥产量位居世界第一，年产量已达7亿吨以上，但是新型干法水泥产量不足总量的14%0到目前为止，在线生产的日产700t以上的预分解窑仅有223条。这些生产线的技术装备、管理水平及许多技术经济指标同国际先进水平相比也有相当的差距。新型干法企业之伺生产状况好坏，技术、装备、管理水平高低以及各种技术经济指标也存在着参差不齐状况，差距较大。日产700t-2000t级预分解窑生产线己基本实现了国产化，主要技术经济指标达到的水平如表1-1[4]

在新世纪中，一方面加大产业结构调整力度，加速发展新型干法生产;另一方

面新型干法企业也必须加速科技进步，进一步进行技术改进与改造，重视环境保

护，国家制定的《中国建筑材料工业跨世纪发展战略》明确提出了大力发展预分

解及当代先进工艺技术，力争在21世纪30年代实现水泥工业现代化的宏伟目标。

据测算，2005年全国回转窑水泥需要量约为2.4-2.5亿吨，而目前产量只有1.3

亿吨左右(91-1101。十五期间国家着力推进一批新型干法水泥项目，使十五期间新型

千法水泥产量年均增长1000万吨，力争到2005年新型干法水泥产量达到2亿吨，2010年新型干法水泥产量达到3亿吨，2020年使新型干法水泥产量占水泥总产量的比重达80%左右。新型干法窑的发展空间很大，近期怎么发展也不会过分。以日产2000t规模预分解生产线为代表的干法生产工艺技术在国内得到迅速发展，在充分吸取国外先进预分解窑的技术思路及国内己投产的2000t/d的设计和生产实践经验的基础上，通过整体优化和创新使2000t/d级水泥生产线的各项技术经济指标进一步提高，达到2500t/d的规模。预分解窑是新型干法水泥生产的核心装备，具有广泛的高新技术内涵。本课题重点放在预分解窑系统中的旋风筒、换热管道、分解炉、回转窑、冷却机〔简称:筒、管、炉、窑、机〕等全系统热工系统工程的研究上。通过对冀东水泥厂4000t/d生产线的分析研究，找出其筒、管、炉、窑、机的最佳(性能、使用寿命、相互配合等)和最经济的匹配。使人们对此生产线有更全新的认6识;为生产厂家提供有益的参考数据。本课题是结合冀东水泥厂第二期工程进行现场调研。从系统工程的角度冀东水泥厂各个单元系统及其相互间的影响进行了详细的研究和论述。与同类厂家的相关情况进行对比，分析研究现有方案的合理性及选用数据，指出进一步设计改造的方向。此外对预热器结构参数对工作性能的影响也给予了定量分析。这些工作为同类型厂家的生产提供了可信的理论依据、基本参数和经验。

当今国外水泥工业的发展动态如下:

(1)最大限度减少粉尘、NOx、SOX.重金属等对环境的污染;

(2)实现高效余热回收，最大程度减少水泥电耗;

(3)不断提高燃料的替代率，最大程度减少水泥热耗;

(4)开发生态水泥，减少自然资源的使用量;

(5)运用信息技术，创新各种工艺过程的专家系统和数字神经网络系统，实现远程诊断和操作，保证水泥生产稳定和良好的质量。进行科学管理和商务活动是近年来国外水泥工业在信息化、自动化、网络化、智能化领域中所进行的主要工作。

目前我国水泥工业存在的主要问题是:淘汰小水泥的任务相当艰巨;我国水泥工业总体经济指标与世界平均水平有很大差距(见表1-1)。特别是在环保与可持续发展方面，存在的问题较为严重.应该指出:发展大型化新型干法水泥和充分消纳废弃物是实现绿色水泥工业和可持续发展的必由之路。新世纪水泥工业，必将发展成为绿色的、同地球环境相容的“生态环境材料型”产业群。

二、工艺设计方案

2.1设计内容与方法

本课题是结合冀东水泥厂第二期工程进行现场调研。从系统工程的角度对冀东水泥厂各个单元系统及其相互间的影响进行了详细的研究和论述。与同类厂家的相关情况进行对比，分析研究现有方案的合理性及选用数据，确定了设计的方法。此外对预热器结构参数对工作性能的影响也给予了定量分析。这些工作为同类型厂家的生产提供了可信的理论依据、基本参数和经验。

新型于法生产线烧成系统是由预分解系统、回转窑、冷却机、燃烧器并配以合理可靠的动力装置构成一个配置好的烧成系统，必须具备较低的动力消耗、较低的系统能耗及对原燃料和生产操作控制过程有较宽的适应性烧成系统作为整条生产线的核心，工艺系统的配置同时兼顾理论研究成果和生产实践经验，尽量选用目前最先进又可靠的装备，保证了系统技术指标的先进性;在工艺流程的设计上，巧妙利用两条生产线的装备互为备用，如人窑喂料提升机、生料均化库、生料磨、煤磨等都实现了互相备用，大大提高了系统运转的可靠性，提高生产线的运转率。

综合考虑各单机设备与整个系统的匹配问题，以达到控制整体技术性能的目的。其中，各单体设备技术性能的把握和控制，不能只是停留在压力降、分离效率、停留时间等方面，还应深入考虑和控制相关的宏观技术指标和微观现象在系统的设计过程中，要注意单体设计的最优化必须服从总体最优原则，以实现总体最优的目的。

(郑启权，等:铜陵海螺10 000 t/d熟料生产线烧成系统的工艺配置水泥工程 2005年第1期)

(1)为了保证预热器系统局部结构不发生积料和堵料，需要特殊的结构约束。如为了保证物料的顺畅流动，带料管道的倾斜角要大于物料的休止角等

(2)对于旋风筒筒体，为了延长内筒的使用寿命，减少含尘气体对内筒的直接冲刷磨损，其进口内侧要避开内筒。

(3)为了保证预热器和换热管道结构合理，符合一定的经验要求，尚有一系列经验的结构控制参数要求。

(4)系统内热交换过程要符合能量传递准则、动最传递准则、质量传递准则、化学反应准则等一系列准则。

(5)参数群的意义准则门如:在计算过程中，所有的结构参数、操作状态参数等应该有意义。[7]

2.2 技术路线

本课题结合当地市场需求、生产条件、经济效益的综合因素确定生产规模为日产2500吨熟料。在现有的技术条件下考虑人才的层次采用旋风筒预分解炉加回转窑干法生产。在设计中要考虑下面一些因素

2.2.1 压力损失

压力损失是气体介质在流经旋风预热器过程中形成的，是动量传递的结果。旋风预热器压力损失的大小直接影响到生产成本的大小和经济效益的好坏。开发设计时，在保证其它性能指标和技术参数的条件下，压力损失应尽可能地设计得低。

2.2.2 分离效率

预分解系统内各级旋风筒的分离效率直接影响到系统内的物料分布和换热效率，因此在设计过程中，必须进行严格的把握和控制。根据研究，各级旋风筒的分离效率对预热器系统的热效率的贡献是不同的。在综合考虑预热器系统压力损耗最低，热效率最高，用材最省，框架布置最合理和工艺过程顺畅的基础上，利用非线性规划的方法，得出各级旋风筒分离效率大小顺序。

2.2.3 气体停留时间与固体停留时间之比k

气体(固体)的停留时间Tg( Ts)是指气体(固体)流经反应器时所需的平均停留时间。由于气相中的固体受到重力场、惯性力场、流体湍动等影响，在反应器内，固体粉料的停留时间往往较气体的停留时间长(kT =Ts/Tg>1)气固停留时间的长短及其分布特性主要取决于设备结构和操作状态。预热器系统旋风筒的主要作用是完成气固分离，故对其气固停留时间不作特殊要求。对于分解炉，主要承担燃料的燃烧、物料的均匀分散和碳酸盐的分解等综合任务因此，在分解炉的设计过程中，要针对燃料的燃烧特性和碳酸钙的分解特性，对分解炉的进风、进煤、进料方式和结构形式及操作参数等方面采取合理的措施，以保证有足够的物料停留时间，满足燃料的燃烧和碳酸钙的分解要求。

2.2.4 漏风对预分解窑系统性能的影响

预分解系统中各级旋风筒锥部料管的内串漏风和外漏风，均会对系统造成不利影响，因此，必须进行严格控制。料管内串风或外漏风会导致系统内物料循环量的增加，导致系统内部不均匀的物料分布，严重时会造成系统内部流体的湍动和塌料问题，直接影响系统的换热效率。随着漏风量的不断增大，旋风筒的阻力降开始较为缓慢，当达到一定数值，将会大幅降低。随着进口风速的降低，漏风量的影响程度相对于高进C1风速有所降低。为了能够控制预热器系统内部物料的分布，确保系统换热效率，加强预热器系统各料管的锁风是相当重要的。

2.2.5 流场对预分解窑系统的性能影响

对分解炉来说，流场的不均匀将会导致炉内其它物理场(如压力场、浓度场、温度场)的不均匀，甚至造成分解炉内部存在强烈的回流区，导致局部积料和温度场不均匀，给操作和控制带来许多难以逾越的技术问题因此，一个结构合理的分解炉必须具备的条件有:气流场及压力场分布应均匀合理，不应产生增加炉内物料返混的强旋和大区域回流区;浓度场分布应趋于均匀.不应在炉内形成过浓和过稀相区，更不应该产生局部堆料或死区;反映化学反应过程和传热能势的温度场应均匀，不应产生局部高温和过热问题。另外，除分解炉结构设计外，分解炉用燃烧器的结构形式，烧嘴数量及其布局也对分解炉性能有相当重要的影响。如使燃料在炉内合理分布、混合，完全扩散、燃烧是保证炉膛内温度分布均匀的关键。

2.2.6 旋风筒长问题

在旋风筒的设计过程中，为了克服“龙卷风”的风尾进人旋风筒的锥部集料管日处，将收集下来的物料再次卷起，随着中心汇核风带出旋风筒，造成旋风尾进人旋风筒的锥部集料管口处，将收集下来的物料再次卷起，随着中心汇核风带出旋风筒，造成旋风筒分离效率降低一般情况下，在旋风筒的设计过程中常采用如下的技术施加以解决:

(1)使得旋风筒的长度大于旋风自然长，避免一次卷吸问题;

(2)在旋风筒锥部采用隔离膨胀仓技术:

(3)在锥部合适的位置采用隔离板技术。采用何种技术克服旋风筒内部“龙卷风”造成的二次卷吸问题，主要取决于各旋风筒的工作条件。

2.2.7 炉内的湍流度场

湍流度表征了流体的湍动程度湍流度值越大，流体脉动程度越高，越有利于燃烧过程中的混合、扩散和分解反应的进行。而一般的工业管道其湍流度值仅为5%-7%。

2.2.8 海拔的考虑

大气环境压力直接影响到烧成系统内的燃烧、换热和气相扩散过程。为了确保成系统的可靠性，对于海拔高度超过600 m以上的烧成系统，必须进行海拔高度校正，以适应大气压力变化的要求。

2.2.9 适应性考虑

为了使设计的预分解系统能够更好地适应原燃料的要求，在系统的开发过程中还必须结合具体的工程设计条件，对原燃料进行全面的设计工作。首先在预分解系统内燃料必须完全燃烧。要考虑以下因素：

2.2.9.1 煤粉的燃烧

煤粉的燃烧过程较复杂，基本经历由预热-干燥-挥发分析出、挥发份着火-碳粒预热与着火点燃料的燃烧。煤粉的挥发分均为长碳链碳氢化合物，其燃烧的速度非常快。在燃烧的过程中常伴有链式反应。挥发分的燃烧放出的热量用于提升温度，为碳粒着火提供条件。

2.2.9.2 碳粒的着火温度与着火

对于分解炉来说，要想使得挥发分燃烧后留下的碳粒连续稳定地着火，只有当炉温达到碳粒的着火温度后才能着火燃烧，且其放热速度应该大于吸热源造成的散热速度。碳粒的着火温度，不是燃烧物的固有特性，而是随着分解炉(反应器)的壁温的变化而变化对于挥发分低、燃烧活化能大的无烟煤，在强烈吸热源的存在下，不利于碳粒的着火和燃烧。因此，在分解炉的设计过程中，要针对煤种的不同，采用合理的结构设计来加以控制。如对于燃烧活性较好、极易燃烧的煤种，为了防止燃烧嘴附近出现局部过热问题，在分料的过程中，要及早地在燃烧区引人吸热源— 生料，以控制燃烧速度对于煤质较差和燃烧活性较低的煤种，为了能够让其连续稳定地燃烧，必须控制生料不能过早地进入燃烧区，以确保燃烧过程稳定。

2.2.9.3 碳粒的燃烧与强化过程

2.2.9.4 碳酸盐的分解

其分解反应的速度主要受碳酸盐矿物形成的地质年代和形态，以及碳酸盐物料的加工过程与程度(如细度、形状、级配等)和分解炉内的气氛有关。根据碳酸盐分解反应的缩核模型和热力学条件，可推导出碳酸盐分解反应所需的时间。强化碳酸盐分解的措施有:提高炉内反应温度;降低二氧化碳的分压或浓度;提高生料粉磨细度。

综上分析，要提高分解炉对原燃料理化性能和其加工性能的适应性，拓宽系统操作范围，首先应结合企业周围可能存在的资源变化情况，给予充分的

考虑，以满足未来生产控制的要求。

2.2.10 预热器整体框架的布置与优化设计

根据预热器系统设计的控制指导思想，不难获得理想的预分解系统设计然而，理想的预分解系是全方位的，除技术性能外，还涉及到预热器板架的优化设计。在布置的过程中，如何为预热器框架的结构设计创造条件，也是装备技术开发工作的重要方面为此在框架的设计控制卜，采用多立柱(12根立柱)、精简梁(梁的最大跨距<7.8 m)的设计方案，在增加框架稳定性的同时，达到节约框架用材的目的。

2.2.11 分解炉性能分析及生产能力

分解炉内的气流运动，有四种基本形式:即涡旋式、喷腾式、悬浮式及流化床式。在这四种型式的分解炉内，生料及燃料分别依靠“涡旋效应”、“喷腾效应”、“悬浮效应” 和“流态化效应”分散于气流中。由于物料之间在炉内流场中产生相对运动，从而达到高度分散、均匀混合和分布、迅速换热、延长物料在炉内的滞留时间，达到提高燃烧效率、换热效率和入窑碳酸盐分解率的目的。

预分解窑是当代水泥工业用于锻烧熟料的最为先进的工艺装备，具有高效、优质、低耗等一系列优良性能。它的诞生和发展把现代水泥工业生产推进到一个崭新阶段，代表着国际水泥工业的先进水平。其特点主要有三个方面:已使在结构方面，它是在悬浮预热窑的悬浮预热器与回转窑之间，增设了一个分解炉，承担了原来在回转窑内进行的碳酸盐分解任务;二是热工方面，分解炉是预分解窑系统的“第二热源”，将传统上全部由窑头加入燃料的做法，改变为少部从窑头加入，大部分从分解炉内加入，从而改善了窑系统内的热力分布格局;三是工艺方面，熟料锻烧工艺过程中耗热最多的碳酸盐分解过程，移至分解炉内进行之后，由于燃料与生料粉混合均匀，燃料燃烧热及时传递给物料，使燃烧、换热及碳酸盐分解过程都得到优化，使熟料锻烧工艺更完善。分解炉是预分解系统中的十分重要的设备，是一个伴有热量、质量、动量传递和化学反应的多相反应器。它承担预分解系统中繁重的燃烧、换热和碳酸盐分解任务。这些任务能否在高效状态下顺利完成，主要取决于生料与燃料能否在炉内很好的分散、混合和均布;燃料能否在炉内迅速地完全燃烧，并把燃烧热及时地传递给物料;生料中的碳酸盐能否迅速地吸热、分解，逸出的二氧化碳能否及时排出。以上这些要求能否达到，在很大程度上又取决于炉内气、固流动方式，即炉内三维流场的合理组织[6]

在熟料锻烧过程中，生料组分中碳酸盐含量(约占量74%-79%)最多、分解耗热量最大(约占总耗热量50%-60%).碳酸盐分解过程(理论上纯碳酸盐在8900oC，分压达101.3kPa即1 atm时，吸热反应耗热为1660kJ/kgCaCO3 )对湿法窑及传统千法窑来说，全部是在窑内堆积状态进行;而立波尔窑及旋风预热器窑则相当一部分移到窑外，入窑碳酸盐分解率可达到30%-50%预分解窑的碳酸盐分解率可达90%左右。同时，由于分解炉内生料颖粒处于悬浮状态，颗粒之间难以紧密接触，因而新生态的CaO难以同其他矿物组分进行固相反应，入窑后己经高度分解的高温生料快速升温又紧密接触，固相反应多点发生、迅速进行，形成一个比较集中的固相反应带，使固相反应放热更有利于物料的进一步升温烧结。如图1-1所示。[8]