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论水泥分解炉中粉料滞留延时的机理及影响滞留比的因素
1  引言
    分解炉中粉料为什么能滞留?影响滞留比的主要因素有那些?这是窑外分解技术中的一个关键问题。当前国内有不少水泥分解炉,因料粉、煤粉在炉内停留时间过短,造成煤粉不完全燃烧,使出口气温过高而物料分解率降低,窑的产量下降而热耗增高,严重时易结皮堵塞,使窑况恶化。
    造成上述状况的原因,主要是没有控制好料粉、煤粉在炉内的滞留。
    不久前,笔者见到《全国第二届悬浮预热和预分解窑技术经验交流会》论文集及第三届会议的有关论文,读到了有关专家、学者对分解炉内三维流场、炉内燃烧、传热、分解作用的论述,其中有关炉内旋流强度、粉料浓度分布、气料停留时间,特别是对炉内粉料滞留的机理及影响滞留比的因素的看法有大的分岐。为弄清问题,有利于生产及科技的发展,愿提出商榷研讨。
    有不同看法的代表性论点主要有以下几点:
    (1)认为以江西水泥厂为代表的RSP分解炉的气体三维流场不合理,SC室、MC室和斜烟道均存在严重的物料分散不好和均布性差的问题,“特稀浓度区”占据了很大体积,分解炉容积利用率较低,并恶化了燃烧和分解反应环境〔1,2,4〕。
    (2)认为RSP分解炉中粉料滞留时间tm随风速的提高而降低,K值亦同,这主要是由于SC室的过强旋流造成物料贴壁运动所致〔2〕。
    (3)认为SLC炉中,由于其湍动的流场结构和立涡的存在,使炉内物料分布不匀,存在“特稀浓度区”及短路流,容易造成燃料不完全燃烧并由此产生粘结堵塞〔2,3〕。
2  分解炉内粉料的滞留机理
    笔者认为首先应正确处理粉料(指煤粉及料粉)在炉内需要停留时间与粉料均匀分布的矛盾。如果强调粉料的均匀分布,可让悬浮气流在炉内作匀速直线运动,但煤粉、料粉在炉内的停留及反应时间将与气体一样,按目前状况计,只2~3s,显然这对煤粉的燃烧及料粉的分解是远远不够的。
  附壁效应
    为了延长粉料在分解炉内的停留、反应时间,除保证一定的炉容积外,最重要的就是让悬浮气流作非匀速直线运动,使气流与煤粉、料粉产生不同的加速度及方向,从而使煤粉、料粉产生附壁效应——即使悬浮气流作非直线匀速运动,由于惯性力及阻力的影响,使粉体贴着炉壁运动,由于炉壁的阻滞作用,使部分粉料作内部循环运动,同时大大降低粉料的前进运动速度,使之滞后于气流,从而延长在炉内或烟道分解系统内的滞留时间。
  旋风效应与喷腾效应
    在附壁效应中,目前最多的是旋风效应及喷腾效应。笔者1982年曾阐明过分解炉内粉料的滞留机理〔7~9〕,主要为:
    (1)旋风效应——是旋风型分解炉及预热器内气流作旋回运动,使粉料滞后于气流的效应。
    图1为旋风型分解炉,气流经下部涡流室造成旋回运动,再以切线方向入炉,在炉内旋回前进。

 
图1  旋风型分解炉
   
    悬浮于气流的粉料,由于旋转运动受离心力的作用,逐步被甩向炉壁。其中颗粒较大的粉料,因其单位质量所具有的表面积较小,在其离心向壁运动中,所受阻力较小,离心向壁的倾向较大,因而比颗粒较小的粉料及气流容易达到炉的边缘。当粉料颗粒达到炉壁的滞流层时,或与炉壁摩擦碰撞后,运动动能大大降低,运动速度锐减;或是失速坠落,降至缩口时再被气流带起。