回转窑生产线窑尾系统技术改造的设计要点
2007-06-07 00:00
预热器系统的形式有多种，但构成预热器系统的单元只有旋风预热器和立筒预热器两种，即所有的预热器系统都是由这两种设备中的一种单独组成或两种混合组成。由于立筒预热器内部生料分散效果不好，分离效率低，换热效率明显低于旋风预热器。因此对于立筒预热器窑的生产线，可以采取淘汰立筒、更换旋风预热器的改造方案；对于旋风预热器窑生产线，主要是通过技术改造，进一步提高预热器系统的换热效率和分离效率，降低系统阻力。因此本文只介绍各种预热器系统改造为旋风预热器系统时的设计要点。
旋风预热器系统带各种类型的分解炉后，就是通常所说的窑尾预分解系统。分解炉承担了烧成系统中大多数的燃烧、换热、碳酸盐分解任务。分解炉的形式有很多种，但工作原理大同小异，并无本质上的区别，目的都是加强生料与燃料的分散、混合、均布，燃料燃烧速度快、燃烧完全，生料中的碳酸盐能迅速吸热、分解，产生的废气能迅速排出系统。但需要研发设计人员注意的是，技术改造时应根据不同企业的具体条件，对分解炉的结构形式和各种参数进行因地制宜的选择和设计。
由于不同地区的气象、地理等自然条件不同，原燃材料的理化特性不同，因此不能简单地照搬照抄图纸，而是应该针对各种条件进行认真研究，进行个性化的技术改造设计。我公司在从事技术改造工程设计中都是按照上述原则进行的。
1 旋风预热器系统技术改造设计要点
1.1 旋风预热器的假想截面风速
预热器的假想截面风速，表征了预热器柱体单位有效截面积处理工况气体量的能力。假想截面风速的提高，意味着旋风预热器直径的减小，从提高预热器的分离效率来讲是有利的，为利用原有的设施（设备、土建框架等）进行技术改造创造条件。不利的方面则是，随着截面风速的提高，系统阻力有增大的趋势。
早期的预热器设计，其假想截面风速较低，大都在3~5m/s之间。从近期的技术改造实践来看，有些工厂的截面风速已显著提高，远远高出了上述数值。理论和实践均证明，通过预热器的高效低阻技术的运用，尤其是通过对涡壳和内筒的优化设计，可以保证高截面风速的预热器系统在低阻力下运行，并保证系统具有高的分离效率。
经过我公司进行技术改造后的部分工厂，随着产量大幅度提高，系统处理的烟气量显著增大，但预热器系统的有效直径并未放大，或放大得很少，节省了总投资（设备、耐火材料、土建等）。
上述事实并非说明假想截面风速越高越好，只是说明技术改造过程中会遇到各种各样的情况，不要墨守陈规使改造方案受到很大的局限，造成投资浪费。
1.2 进口型式和进口风速
早期预热器的进口型式为矩形，技术改造中可改进为五边形或菱形进口，此外下级预热器上升管道至进风口段可由原来的水平布置改进为倾斜布置，且将倾斜角加大，均可以防止积灰，减少阻力，防止塌料。
进口与预热器柱体可采用等高度变角度或等角度变高度过渡连接，而后种过渡连接方式更能适应进入预热器后的旋转气流向下运动的需要，同时使在涡壳区域分离的生料在气流带动下沿涡壳壁滑落至筒体和锥体，因而降低阻力损失，提高分离效率。
在合理的速度区间内提高进口风速会提高分离效率，但过高时会引起二次飞扬的加剧，分离效率反而降低。通过对部分工厂改造
前的旋风预热器进口风速的反求，我们发现进口风速值就已超过合理范围，说明早期的设计参数存在不合理之处。理论和实践均证明，进口风速对操作阻力的影响远大于对分离效率的影响，因此在不明显影响分离效率，以及优化进口涡壳形式减少生料沉积现象的前提下，适当降低进口风速，可作为有效的降阻措施之一。
1.3 旋风预热器的涡壳
对旋风预热器涡壳的改造，是保证预热器系统具有低阻力和高分离效率的重要技术保证。预热器的操作阻力和分离效率是一对矛盾体，通过涡壳的优化是保证预热器系统低阻和高效得以兼顾的因素之一。主要改造原理是：为保证旋风预热器有较高的分离效率，其进口的气体旋转动量矩必须达到一定的要求。如前所述，为了降低旋风预热器阻力，需要降低预热器的进口风速，而为了保证预热器的分离效率，在可能的空间内增大旋风预热器的涡壳回转半径，使旋转动量矩不变或提高，从而保证低阻高效技术在预热器改造中得以成功运用。
技术改造中，普遍采用的是多心偏置、大包角、特殊曲线型式的涡壳。这种涡壳的优势还有利于减小颗粒向筒壁移动的距离，增加了气流通向排气中心的距离，减少短路现象，提高分离效率。
1.4 内筒
旋风预热器的内筒对分离效率和系统阻力的影响程度也很大。
改造时加大内筒直径是降低阻力的重要措施。传统的预热器内筒直径大约是预热器有效直径的0.45~0.5倍左右。大涡壳形式的旋风预热器为增大内筒提供了可能。模型试验和生产实践均表明，内筒直径由小变大时，当不超过某一临界点时，阻力损失一直迅速减小，而分离效率的降低相对比较缓慢。因此，在保证一定分离效率的前提下，尤其是对于中间级的旋风预热器，选用较大直径的内筒有利于系统阻力的降低，而对整个预热系统的分离效率影响很小。需注意的是，内筒直径不能无限制的增大，当内筒与进风口内侧的延长线相切甚至相交后，即内筒直径超过某一临界点后，分离效率将迅速降低，且气体对内筒的冲刷加剧，磨损加快。
延长内筒的插入深度是提高分离效率的重要措施，但随着内筒的加长，系统的阻力也随之提高。对于整个预热器系统，我们追求的是全系统的低阻高效，因此对于每一个单体预热器，在改造时可以采用不同的技术手段来强化或淡化某些参数的设计，降低改造的投资和难度。模型试验和生产实践表明，在特定条件下，内筒直径不变，内筒插入深度延长一倍后，分离效率基本不变，有载阻力却增加了30%以上。因此在改造中，对于中间级的预热器，重点从降低系统的阻力损失角度出发，可尽量选择插入浅的内筒。此外，由于一级预热器的分离效率对提高整个预热分解系统的分离效率和热效率，减轻废气处理系统的负担至关重要，对第一级预热器的改造，可重点从提高分离效率的角度来考虑，对内筒直径和插入深度，可进行超常规设计。
技术改造中，目前广泛采用的内筒结构形式是悬挂分片式圆内筒，内筒中心线与预热器柱体中心线重合。而早期采用的偏心设置的内筒、异型内筒（扁圆或靴型）和整流降阻器等结构形式和部件，虽然在理论研究中有较好的低阻效果，但设备制作和维护复杂，在长期恶劣的工况下易变形损坏、寿命短，有时难以发挥应有的作用，且部件的掉落还会造成机械性的堵塞，一般情况下可不采用。
1.5 导流板
早期的老式旋风预热器阻力较大，主要原因在于旋风预热器进口切向气流与内部旋转气流的碰撞干扰，使气、固两相流的流场不断变化。在改造中通过增设导流板，可以减少上述碰撞干扰效应，稳定流场，缩短气流在旋风预热器内的行程，降低气流循环量，以降低旋风预热器阻力。
导流板太短，降阻作用不明显，太长反倒明显影响分离效率，甚至还会增加阻力。由于导流板的降阻作用在特定条件下才比较明显，因此在技术改造中，当可以方便地对涡壳、内筒进行改造时，通过采取合理的涡壳、内筒结构形式和合理的工艺参数，可以显著地降低系统的阻力，其产生的效果变化同样明显，而不一定必须采用导流板，毕竟增加部件后使预热器结构变得复杂，增加维护环节，在长期恶劣工况下可能会变形损坏，反倒会给系统运转率带来不良影响。反之，如果对传统形式的预热器系统不能进行大的技术改造时，采用导流板也不失为一种有效的技改措施。
1.6 旋风预热器的高度
气体由旋风预热器入口至排风管出口的运动过程类似于“龙卷风”，其风尾有机会进入旋风预热器的锥部卸料管口处，将分离下来的生料再次卷起，随中央风带出旋风预热器，降低系统的分离效率。传统的旋风预热器，其旋风预热器高度H（圆柱体高度h1+圆锥体高度h2）与有效直径Di的比值偏小。在改造中，结合原有的设备、框架结构尺寸，应尽可能地使改造后各级旋风预热器进口中心线到排料口的长度大于“龙卷风”长度（即旋风自然长），使风尾远离卸料管口。
1.7 预热器出口上升管道
每一级预热器出口的上升管道又称之为换热管道，是旋风预热器系统中的重要装备，承担着上、下级旋风预热器间的连接和气固两项流的输送任务，同时承担着生料分散、均布和气、固两相间的换热任务，同旋风预热器一起组合成一个换热单元。换热管道中，尤其是生料尘粒与热气流刚接触时，温度差和速度差都较大，热交换最为剧烈，换热效率最高，因此对换热管道的改造十分重要。系统中管道的设计应以保证换热时间和空间，并使生料良好均匀地分散为重点，同时还应该能够对生料放粗具有良好的适应性，以提高粉磨系统的产量，降低粉磨电耗。换热管道内的风速应在合理范围内，风速过低时，虽然热交换时间延长，但影响传热效率，甚至会使生料难以悬浮而沉降积聚，并且使管道面积过大；风速过高，则增大系统阻力，增加系统的电耗。此外，换热管道内的风速还应根据生料放粗后的细度来确定，使生料粉在运动过程中能够分级，减缓粗的生料粉的运动速度，适当延长其在管道内的停留时间，提高换热效率。
当换热管道穿越楼板时，必要时可以采用方圆变换的方式，一方面可以充分利用原有的框架，减少土建结构处理费用，另一方面还提高了气流的“脉动效应”，利于热交换。
1.8 撒料装置
撒料装置的好坏直接影响系统的换热。传统的撒料器大都为板式，需伸入换热管道中，并根据上级下料管在换热管道上安装的角度和位置调节伸入长度。其撒料分散效果一般，对系统阻力有一定影响。目前在改造中已广泛采用撒料箱技术，不同的设计单位采用的结构形式有所区别，但整体目的都是为了强化生料在气流中的分散性，提高气固换热效率，降低生料堵塞可能性，降低系统的阻力。撒料箱分布板材质根据使用温度选取，均由耐热钢制作。
1.9 锁风卸料阀
预热器系统卸料管道的内漏风和阀体、人孔门、捅料孔、法兰等部位的外漏风，对系统的分离效率和热效率均有不同程度的影响。锁风卸料阀的效果不好，会产生内漏风现象，导致预热器分离效率下降，系统内生料循环量的增加，内部生料不均匀分布，影响系统换热效率。此外，当漏风量达到一定比例时，预热器的分离效率显著下降，甚至会接近于零效率。
传统的预热器卸料管采用的是结构简单的重锤式翻板阀，使用效果较差，目前改造中广泛使用的是：①、无缺口料管单板阀，采用箱外无滚珠滑动轴承，具有密封性能好、使用寿命长、自动卸料灵活等特点；②、具有热胀补偿结构的双翻板闪动阀，防止由于受热变形及膨胀导致锁风阀的工作失灵的特点。
1.10 歪斜锥体
传统的预热器结构型式，其柱体和锥体为同一中心线的对称型式。以五级预热器系统为例，由于第n级预热器的卸料是喂入n+2级预热器至n+1级预热器的上升管道（当n≤3时。若n=4时预热器卸料入分解炉，n=5时预热器卸料入回转窑），所以预热器的锥部应避免与上升管道或炉体等发生碰撞，因此在新建工程中曾采取增大层高等方式来解决。对于拟改造的预热器系统，随着生产能力的提高，当筒体直径和高度增加，上升管道直径加粗时，锥部与上升管道或炉体互为影响的可能性增大，设备之间的定位距离也要加大。为便于充分利用原有框架，在锥部直径3m以下的部位，可以采用不对称的歪锥设计，使改造后的预热器系统具有良好的空间重叠布置功能，降低改造的难度。
歪斜锥体还有两个重要作用：一是具有防结拱堵塞功能，提高系统运转率。这是因为具有对称性结构的锥体内部，在排料过程中往往会出现结拱现象，导致生料堵塞，而通过将锥部改造为歪斜型式，形成锥部不对称的流场设计，克服了锥部粉体结拱所需的力学对称条件；二是可减少因预热器内部旋转气流折向而造成锥体底部生料的二次飞扬，提高分离效率。
1.11 膨胀仓
研究表明，在严格的密封条件下，预热器底部有无膨胀仓对分离效率和阻力没有显著的影响。但在实际生产条件下，完全杜绝内漏风是很困难的，对于要求分离效率高的一些级数的预热器，改造时增加膨胀仓还是起作用的，可以使预热器排料顺畅，减小气流变向时引起的生料二次飞扬。
但该项技术不是影响预热器工作性能优劣的决定性因素，在工艺布置，不必刻意增加膨胀仓。
1.12 卸料管
卸料管是预热器系统气固两相流通道中截面最小的通道，是系统因料量问题出现排料不畅，或管内结皮进而引发预热器发生堵塞的重要原因和产生部位。
下料管管径的设计，需按照改造后单位截面的料流量确定，最下面二级旋风预热器可平均按100kg/ s.m 2取值，上面各级平均按140kg/s.m2取值。
当出现结皮等不正常工况下，在同等结皮厚度下，由于小直径卸料管结皮后通道面积减小的幅度大，因此比大直径料管更易堵塞。根据上述数据计算后得到的料管直径，当Di≤400mm时，根据工厂具体的原燃料特点和工艺技术水平，可再扩大50~100mm，提高卸料管抗结皮堵塞的能力，提高系统运转率。
1.13 系统分离效率
提高旋风预热器的分离效率是减少系统外部和内部生料循环，提高热利用率的重要手段。但分离效率的提高，往往伴随着系统阻力损失的增加，从而导致系统电耗的增加。在技术改造中，受一些条件的限制，对效率和阻力这对矛盾体更要综合考虑。构成预热器系统各级旋风预热器的结构设计必须以整个系统的优化为目标，不必过分追求每个单体或单一指标最优。理论和实践证明，系统设计的关键在于合理细分各级旋风预热器的功能，对于一级预热器（由顶部向下数），是控制整个系统生料外循环的关键，对料耗和热耗影响极大，应以追求更高的分离效率为重点，可进行超常规的设计，对其它级数的预热器则更侧重于降低阻力（最低级数预热器还可兼顾效率）。此外，通过对系统分离效率的优化设计，还可降低废气处理系统的收尘负荷，降低废气处理系统的改造投资。
在对一级预热器进行超常规的设计时，有导致该级高压损的趋势，由于该级预热器位于预热器塔的顶端，其规格对框架影响较小，通常将其规格尺寸和高径比加大，并增设尾涡隔离装置，使其在具有更高分离效率的同时，降低阻力。
2 分解炉系统技术改造方案
2.1 分解炉的结构型式
分解炉是预分解窑的核心设备。由于不同的设计研究单位面对的工厂条件不同，开发的侧重点不同，以及知识产权保护的需要，因此从微观方面分析各种分解炉是各具特色、各不相同，主要区别是在于分解炉结构型式上的差异。使得炉内气流运动方式、燃料燃烧气氛和温度、生料在炉内分散、混合、均布等方面的均有所区别，技术经济指标各有优劣；但从宏观方面分析，分解炉的工作原理没有本质上的区别，也没有绝对的炉型好坏之分，即使同样的炉型在不同的地区，不同的自然条件和原燃料条件，不同的系统配套设备情况下，其使用效果会有差异。因此，对于技术改造而言，应结合不同水泥生产企业的各方面条件，因地制宜，根据各种炉型的不同技术优势，在不断把握预热分解技术发展趋势下，进行切合企业现状的针对性设计。
当前各种适应环保要求的低有害成份气体排放和降解各种废弃物的分解炉也已不断开发成功，并应用于技改工程。
2.2 分解炉的布置方式
采用何种布置方式，应结合原有总图布置、生产工艺和建构筑物、原燃料特点、工厂管理和技术水平等进行综合确定。根据炉与窑、预热器及主风机的匹配方式，分解炉可分为在线型、离线型、半离线型三种。
第一种：在线型分解炉。应用于新建工程中布置简单、紧凑，但应用于技改工程中，布置有时较为复杂，往往要将预热器框架层数加多或增设高大的辅助框架。炉内烟气流量大，O2含量低，要求有较大的炉容和较大的固气滞流比。中小生产规模适宜选用；
第二种：离线型分解炉。窑尾设有两列或更多列预热器，一列通过窑气，其它列通过炉气。生产中各列预热器工况可以单独调节，利于生产控制，在生产规模较大时适宜选用。在目前的分解炉改造中应用得很少；
第三种：半离线型分解炉。无论应用于新建工程还是技改工程，一般情况下比在线型分解炉布置简单、紧凑。该种方式其炉内燃料仍在净三次风中燃烧，炉气出炉后可以在窑尾上升烟道下部或上部与窑气汇合。燃料燃烧气氛好，氧气含量高，在采用“两步到位”的模式时，有利于利用窑气热焓促进煤粉完全燃烧和防止粘结堵塞。中小生产规模适宜选用。目前中小型水泥厂的技术改造，当分解炉布置在窑尾上升烟室侧面时，基本上采用的都是半离线型分解炉。
在目前的烧成窑尾系统改造中，以在线型和半离线型分解炉的改造方案为主。
2.2.1 利用在线炉进行改造的优缺点
（1）优点
a、过渡至预分解窑正常操作工况方便快捷；
b、在线炉抗工况波动能力强。因窑内烟气和三次风全部入炉混合，对三次风和窑内风量、风压平衡匹配的精度要求低于其它炉型，系统较易实现稳定操作；
c、在线炉系统出现结皮堵塞和塌料时更易处理。由于清理的结皮、堵塞料和生产中出现的塌料均落入窑内，便于在窑头采取措施进行处理，煅烧出合格熟料并保持现场清洁；
d、在线炉内的氧气含量低，但由于高温窑气入炉，使得煤的燃烧环境温度高，同样可以适应劣质煤的燃烧，且煤粉仍可以很方便地在富氧条件下（三次风中）起火预燃。
（2）缺点
a、在线炉承担三次风和窑内烟气通过的任务，比离线炉的单位熟料产量处理烟气量大。为保证燃料的完全燃烧，在保证炉内气体具有相同的停留时间时，在线炉的体积大，随之而来的是设备投资和耐火材料投资的加大；
b、在线炉由于体形较大，在原有框架内布置时可能会出现一定的难度，往往为了保证分解炉和预热器能够合理布置，而将层数加多或增设辅助框架，使系统土建投资加大；
c、采用在线炉改造方式对原有生产线的生产影响大，改造的周期长，造成的停产损失也较大。
2.2.2 利用半离线炉进行改造的优缺点
（1）优点
a、布置方便、灵活，可望最大限度地利用原有的预热器框架布置改造后的预热器，在框架外架设半离线型分解炉，通过鹅颈管与窑尾上升烟道或原分解炉相连；
b、炉内只有从窑头抽取的净三次风通过，氧含量高，更有利于提高煤粉的燃尽度，减少不完全燃烧；同时由于只承担炉气通过分解炉的任务，分解炉的体积小，布置时占地小，更易适应技术改造的具体特点，系统投资也能降低；
c、可望在原有生产线不停产的情况下进行分解炉系统的土建施工和设备的制作、安装、耐火材料砌筑，预热器系统改造的工作量可望更小，降低系统的整个投资；
d、分解炉内的低温热烟气可采取“二步到位”的方式入窑尾上升管道底部，用以降低窑尾上升烟道温度，减少粘结堵塞的概率。
(2) 缺点
a、至预分解窑正常工况，点火和操作过程略复杂，时间略长；
b、要求对三次风管和窑内风量、风压平衡匹配精度高，在操作不当时很容易对系统工况产生影响；
c、当操作未达到理想工况，分解炉发生塌料现象时，炉内生料由于落到三次风管外部，需人工清理，增加劳动强度，同时对现场环境造成污染，也带来了更多的不安全因素；
d、分解炉的运行受三次风温的影响较大。
2.3 分解炉技术改造重要参数的考虑
2.3.1 气体停留时间（τg）
是指气体经过分解炉时的停留时间。对于具有一定体积的分解炉，无论其结构形式如何，经过炉内的气体停留时间是一定的，因此气体停留时间的长短实际上反映了分解炉区的容积大小。对不同的企业进行改造，一定要结合具体的燃料特点，通过燃料特性实验或掌握的类似煤种的燃烧经验，设计具有适宜容积的分解炉，提高气体停留时间，进而提高燃料的燃尽率。
2.3.2 固气滞留比（Kτ）
固体停留时间（τs）与气体停留时间（τg）的比值就是固气滞留比（Kτ）。对于具有相同容积但结构形式不同的分解炉，其气体停留时间是相同的，但固体流经分解炉时所需的平均停留时间是不相同的，因此其固气滞留比也是不同的，很显然，我们希望固气滞留比较长的炉型能够应用于技术改造工程，这样可以花费同样的投资而获得更高的分解炉生产能力，或是达到相同的分解炉生产能力，而降低投资。
生料的停留时间主要取决于设备的结构和操作状态。操作状态不是设计所决定的，取决于生产过程中的各种因素，而设备结构则取决于设计单位对分解炉改造方案的合理考虑。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，以及喷腾、悬浮、旋流、折流、流态化等各种流场效应进行综合运用。通过对关键参数等方面的合理设计，可以提高固气滞留比，延长生料停留时间。
高固气滞留比的炉型，说明炉内相应生料运动与气流运动之间的滑差速度也大，有利于固体物料的扩散和热交换，以及分解反应的进行。
2.3.3 流场
分解炉的改造设计，无论是新增，还是在原有分解炉基础上改造，都应不局限于一种流场设计，可利用复合效应，使气流场、压力场、浓度场、温度场分布趋于均匀，不在炉内形成过浓、过稀相区，不产生局部生料过度循环聚集甚至出现死区，不产生局部高温过热问题。同时，炉内也能具有强度适宜的湍流场，利于煤粉燃烧过程中的与气流的混合、分散和生料的分解反应。
各种流场的组合要考虑适宜的强度和引入炉内的方式。例如以适宜强度的喷腾流为基础，再配合三次风以切线或割线方式在炉内产生一定量的旋流，可以调节和改善分解炉的性能，使炉内浓度场分布均匀，提高分解炉的适应性。但流场的强度和引入炉内的方式不适宜时，会增加系统的阻力，使浓度场不均匀，内循环量加大，气固分离和边壁积料问题严重，反而对分解炉起不到应有的调节作用。浓度场的变化，自然会影响到压力场和温度场的均匀程度，使分解炉操作状况恶化，影响系统产质量和热耗。
2.3.4 返混度（σ）
反映了生料在流经分解炉时停留时间的离散程度。即使对于具有相同气体停留时间和相同固气滞留比的不同形式的分解炉，由于设计原理、结构型式、生产工况等方面存在差异，因此生料在其内部停留时间的分布也会存在较大的差异。改造设计中，在保证较大固气滞留比（Kτ）的条件下，应尽可能的降低生料在炉内的返混度（σ），因为低返混度能保证生料在炉内有较为近似的停留时间，使已分解的生料及时排出，未分解的生料能充分分解再排出，保证分解炉能够充分发挥其分解的功效。
2.4 工艺布置中应重视的问题
2.4.1 灵活地运用分解炉至末级预热器进口的热风管道
该管道直径较分解炉小，但兼具分解炉的功能，俗称“鹅颈管”，与分解炉主体统称为“分解炉区”。由于技术改造经常受到原有设备和土建结构的影响，分解炉体积越大往往布置越不方便。而“鹅颈管”的布置非常灵活，可以灵活地穿越框架内部、伸展至框架外部，可以方便地连接到预热器进口或窑尾混合室。通过这部分管道的扩展，可以减小分解炉主体的规格尺寸，利于改造时的布置，并通过管道的扩展为提高改造效果创造条件。
2.4.2 窑尾喷煤管的位置和个数
影响煤粉燃烧的因素很多，如细度、碳粒子结构、助燃空气温度、氧含量、二氧化碳分压等。即使在上述条件相同的情况下，为保证煤粉燃烧，还应注意如下几点：
a、喷煤点的位置与生料落料点位置的配合。距离过近时生料分解吸收大量热量，影响煤粉燃烧（即预燃空间不够），当距离过远时，会产生局部过热，造成结皮堵塞；
b、根据炉径和喷煤总量，宜采用多根喷煤管，并注意在多个区域合理布置，分散煤粉散发的热量，降低局部热力强度，防止结皮及对炉衬造成损坏。
对于半离线布置的分解炉，大都是将煤粉喷入富氧的三次风中；对于在线式的分解炉，可根据煤质的情况，将煤粉喷入三次风中或窑尾混合气体中，或两种方式同时采用。对一些技改工程，合理地布置喷煤点，还能方便地应用分段多级燃烧技术，在保证分解炉区达到几乎相同的平均温度前提下，降低局部的高温，同时充分利用还原气氛的脱氮作用，降低NOX排放量。
无论是采用在线式还是半离线式的分解炉，当气体由炉底部喷腾入炉时，喷煤管的角度可适当向下倾斜，使喷入的煤粉与高速气流形成更大的速度差，加强煤粉与气流的混合、均布，快速燃烧，同时还可增大预燃空间，延长煤粉的滞留时间。
2.4.3 炉内撒料台的设置
当生料由分解炉底部加入炉中时，在落料点下部适当位置设置撒料台，可以避免生料入炉后不能及时分散，冲入窑内或压炉现象的发生，影响热工制度稳定。
2.4.4 预热器入炉卸料管锁风阀的位置
当该位置至入炉点距离过长时，冲击力过大，会使生料在缩口附近反复聚集而塌落。距离过短时，生料分散效果不明显，也易出现上述现象，且设计参数不合理时，还易堵入炉卸料管。
2.4.5 生料的进料点
根据不同的炉型，生料进料点可以采用一个或多个。进料点为一个时，更多地是全部喂入炉内，有些炉型也有全部喂入三次风管后吹扫入炉的情况。无论是在线炉还是半离线炉，当进料点为多个时，大都是以喂入分解炉底部为主，并将部分生料喂入窑尾竖烟道或分解炉的中部，以达到下述目的：
a、部分生料可以在入炉前提前吸收出窑高温烟气的热量，提高热效率，提高分解率；
b、调节窑尾竖烟道的温度，减少温度过高而造成的结皮堵塞概率；
c、调整窑尾竖烟道的阻力，调整窑尾烟气量与分解炉烟气量的比例平衡；
d、防止由于生料在炉内分解时大量吸热，降低无焰燃烧温度，影响煤粉的完全燃烧；
e、大幅度提高生料在炉体中部和下部的分解率，进而提高系统的平均入窑分解率。
3 结语
在目前，还没有其它的窑尾分解方式大规模地应用于工业化生产，因此采用旋风预热器带各种类型的分解炉改造回转窑窑尾系统，仍然是目前水泥工厂节能、降耗、提产的最佳选择。但窑尾系统只是烧成系统的一个组成部分，水泥工厂的改造并不是增加一套预热器和分解炉就可以大功告成的，它需要从事水泥技术研发和设计人员，拥有对全系统进行科学诊断的能力，能够消除系统存在的技术瓶颈，确定全系统的最优改造方案，才能保证技术改造取得满意的效果。
旋风预热器系统带各种类型的分解炉后，就是通常所说的窑尾预分解系统。分解炉承担了烧成系统中大多数的燃烧、换热、碳酸盐分解任务。分解炉的形式有很多种，但工作原理大同小异，并无本质上的区别，目的都是加强生料与燃料的分散、混合、均布，燃料燃烧速度快、燃烧完全，生料中的碳酸盐能迅速吸热、分解，产生的废气能迅速排出系统。但需要研发设计人员注意的是，技术改造时应根据不同企业的具体条件，对分解炉的结构形式和各种参数进行因地制宜的选择和设计。
由于不同地区的气象、地理等自然条件不同，原燃材料的理化特性不同，因此不能简单地照搬照抄图纸，而是应该针对各种条件进行认真研究，进行个性化的技术改造设计。我公司在从事技术改造工程设计中都是按照上述原则进行的。
1 旋风预热器系统技术改造设计要点
1.1 旋风预热器的假想截面风速
预热器的假想截面风速，表征了预热器柱体单位有效截面积处理工况气体量的能力。假想截面风速的提高，意味着旋风预热器直径的减小，从提高预热器的分离效率来讲是有利的，为利用原有的设施（设备、土建框架等）进行技术改造创造条件。不利的方面则是，随着截面风速的提高，系统阻力有增大的趋势。
早期的预热器设计，其假想截面风速较低，大都在3~5m/s之间。从近期的技术改造实践来看，有些工厂的截面风速已显著提高，远远高出了上述数值。理论和实践均证明，通过预热器的高效低阻技术的运用，尤其是通过对涡壳和内筒的优化设计，可以保证高截面风速的预热器系统在低阻力下运行，并保证系统具有高的分离效率。
经过我公司进行技术改造后的部分工厂，随着产量大幅度提高，系统处理的烟气量显著增大，但预热器系统的有效直径并未放大，或放大得很少，节省了总投资（设备、耐火材料、土建等）。
上述事实并非说明假想截面风速越高越好，只是说明技术改造过程中会遇到各种各样的情况，不要墨守陈规使改造方案受到很大的局限，造成投资浪费。
1.2 进口型式和进口风速
早期预热器的进口型式为矩形，技术改造中可改进为五边形或菱形进口，此外下级预热器上升管道至进风口段可由原来的水平布置改进为倾斜布置，且将倾斜角加大，均可以防止积灰，减少阻力，防止塌料。
进口与预热器柱体可采用等高度变角度或等角度变高度过渡连接，而后种过渡连接方式更能适应进入预热器后的旋转气流向下运动的需要，同时使在涡壳区域分离的生料在气流带动下沿涡壳壁滑落至筒体和锥体，因而降低阻力损失，提高分离效率。
在合理的速度区间内提高进口风速会提高分离效率，但过高时会引起二次飞扬的加剧，分离效率反而降低。通过对部分工厂改造
前的旋风预热器进口风速的反求，我们发现进口风速值就已超过合理范围，说明早期的设计参数存在不合理之处。理论和实践均证明，进口风速对操作阻力的影响远大于对分离效率的影响，因此在不明显影响分离效率，以及优化进口涡壳形式减少生料沉积现象的前提下，适当降低进口风速，可作为有效的降阻措施之一。
1.3 旋风预热器的涡壳
对旋风预热器涡壳的改造，是保证预热器系统具有低阻力和高分离效率的重要技术保证。预热器的操作阻力和分离效率是一对矛盾体，通过涡壳的优化是保证预热器系统低阻和高效得以兼顾的因素之一。主要改造原理是：为保证旋风预热器有较高的分离效率，其进口的气体旋转动量矩必须达到一定的要求。如前所述，为了降低旋风预热器阻力，需要降低预热器的进口风速，而为了保证预热器的分离效率，在可能的空间内增大旋风预热器的涡壳回转半径，使旋转动量矩不变或提高，从而保证低阻高效技术在预热器改造中得以成功运用。
技术改造中，普遍采用的是多心偏置、大包角、特殊曲线型式的涡壳。这种涡壳的优势还有利于减小颗粒向筒壁移动的距离，增加了气流通向排气中心的距离，减少短路现象，提高分离效率。
1.4 内筒
旋风预热器的内筒对分离效率和系统阻力的影响程度也很大。
改造时加大内筒直径是降低阻力的重要措施。传统的预热器内筒直径大约是预热器有效直径的0.45~0.5倍左右。大涡壳形式的旋风预热器为增大内筒提供了可能。模型试验和生产实践均表明，内筒直径由小变大时，当不超过某一临界点时，阻力损失一直迅速减小，而分离效率的降低相对比较缓慢。因此，在保证一定分离效率的前提下，尤其是对于中间级的旋风预热器，选用较大直径的内筒有利于系统阻力的降低，而对整个预热系统的分离效率影响很小。需注意的是，内筒直径不能无限制的增大，当内筒与进风口内侧的延长线相切甚至相交后，即内筒直径超过某一临界点后，分离效率将迅速降低，且气体对内筒的冲刷加剧，磨损加快。
延长内筒的插入深度是提高分离效率的重要措施，但随着内筒的加长，系统的阻力也随之提高。对于整个预热器系统，我们追求的是全系统的低阻高效，因此对于每一个单体预热器，在改造时可以采用不同的技术手段来强化或淡化某些参数的设计，降低改造的投资和难度。模型试验和生产实践表明，在特定条件下，内筒直径不变，内筒插入深度延长一倍后，分离效率基本不变，有载阻力却增加了30%以上。因此在改造中，对于中间级的预热器，重点从降低系统的阻力损失角度出发，可尽量选择插入浅的内筒。此外，由于一级预热器的分离效率对提高整个预热分解系统的分离效率和热效率，减轻废气处理系统的负担至关重要，对第一级预热器的改造，可重点从提高分离效率的角度来考虑，对内筒直径和插入深度，可进行超常规设计。
技术改造中，目前广泛采用的内筒结构形式是悬挂分片式圆内筒，内筒中心线与预热器柱体中心线重合。而早期采用的偏心设置的内筒、异型内筒（扁圆或靴型）和整流降阻器等结构形式和部件，虽然在理论研究中有较好的低阻效果，但设备制作和维护复杂，在长期恶劣的工况下易变形损坏、寿命短，有时难以发挥应有的作用，且部件的掉落还会造成机械性的堵塞，一般情况下可不采用。
1.5 导流板
早期的老式旋风预热器阻力较大，主要原因在于旋风预热器进口切向气流与内部旋转气流的碰撞干扰，使气、固两相流的流场不断变化。在改造中通过增设导流板，可以减少上述碰撞干扰效应，稳定流场，缩短气流在旋风预热器内的行程，降低气流循环量，以降低旋风预热器阻力。
导流板太短，降阻作用不明显，太长反倒明显影响分离效率，甚至还会增加阻力。由于导流板的降阻作用在特定条件下才比较明显，因此在技术改造中，当可以方便地对涡壳、内筒进行改造时，通过采取合理的涡壳、内筒结构形式和合理的工艺参数，可以显著地降低系统的阻力，其产生的效果变化同样明显，而不一定必须采用导流板，毕竟增加部件后使预热器结构变得复杂，增加维护环节，在长期恶劣工况下可能会变形损坏，反倒会给系统运转率带来不良影响。反之，如果对传统形式的预热器系统不能进行大的技术改造时，采用导流板也不失为一种有效的技改措施。
1.6 旋风预热器的高度
气体由旋风预热器入口至排风管出口的运动过程类似于“龙卷风”，其风尾有机会进入旋风预热器的锥部卸料管口处，将分离下来的生料再次卷起，随中央风带出旋风预热器，降低系统的分离效率。传统的旋风预热器，其旋风预热器高度H（圆柱体高度h1+圆锥体高度h2）与有效直径Di的比值偏小。在改造中，结合原有的设备、框架结构尺寸，应尽可能地使改造后各级旋风预热器进口中心线到排料口的长度大于“龙卷风”长度（即旋风自然长），使风尾远离卸料管口。
1.7 预热器出口上升管道
每一级预热器出口的上升管道又称之为换热管道，是旋风预热器系统中的重要装备，承担着上、下级旋风预热器间的连接和气固两项流的输送任务，同时承担着生料分散、均布和气、固两相间的换热任务，同旋风预热器一起组合成一个换热单元。换热管道中，尤其是生料尘粒与热气流刚接触时，温度差和速度差都较大，热交换最为剧烈，换热效率最高，因此对换热管道的改造十分重要。系统中管道的设计应以保证换热时间和空间，并使生料良好均匀地分散为重点，同时还应该能够对生料放粗具有良好的适应性，以提高粉磨系统的产量，降低粉磨电耗。换热管道内的风速应在合理范围内，风速过低时，虽然热交换时间延长，但影响传热效率，甚至会使生料难以悬浮而沉降积聚，并且使管道面积过大；风速过高，则增大系统阻力，增加系统的电耗。此外，换热管道内的风速还应根据生料放粗后的细度来确定，使生料粉在运动过程中能够分级，减缓粗的生料粉的运动速度，适当延长其在管道内的停留时间，提高换热效率。
当换热管道穿越楼板时，必要时可以采用方圆变换的方式，一方面可以充分利用原有的框架，减少土建结构处理费用，另一方面还提高了气流的“脉动效应”，利于热交换。
1.8 撒料装置
撒料装置的好坏直接影响系统的换热。传统的撒料器大都为板式，需伸入换热管道中，并根据上级下料管在换热管道上安装的角度和位置调节伸入长度。其撒料分散效果一般，对系统阻力有一定影响。目前在改造中已广泛采用撒料箱技术，不同的设计单位采用的结构形式有所区别，但整体目的都是为了强化生料在气流中的分散性，提高气固换热效率，降低生料堵塞可能性，降低系统的阻力。撒料箱分布板材质根据使用温度选取，均由耐热钢制作。
1.9 锁风卸料阀
预热器系统卸料管道的内漏风和阀体、人孔门、捅料孔、法兰等部位的外漏风，对系统的分离效率和热效率均有不同程度的影响。锁风卸料阀的效果不好，会产生内漏风现象，导致预热器分离效率下降，系统内生料循环量的增加，内部生料不均匀分布，影响系统换热效率。此外，当漏风量达到一定比例时，预热器的分离效率显著下降，甚至会接近于零效率。
传统的预热器卸料管采用的是结构简单的重锤式翻板阀，使用效果较差，目前改造中广泛使用的是：①、无缺口料管单板阀，采用箱外无滚珠滑动轴承，具有密封性能好、使用寿命长、自动卸料灵活等特点；②、具有热胀补偿结构的双翻板闪动阀，防止由于受热变形及膨胀导致锁风阀的工作失灵的特点。
1.10 歪斜锥体
传统的预热器结构型式，其柱体和锥体为同一中心线的对称型式。以五级预热器系统为例，由于第n级预热器的卸料是喂入n+2级预热器至n+1级预热器的上升管道（当n≤3时。若n=4时预热器卸料入分解炉，n=5时预热器卸料入回转窑），所以预热器的锥部应避免与上升管道或炉体等发生碰撞，因此在新建工程中曾采取增大层高等方式来解决。对于拟改造的预热器系统，随着生产能力的提高，当筒体直径和高度增加，上升管道直径加粗时，锥部与上升管道或炉体互为影响的可能性增大，设备之间的定位距离也要加大。为便于充分利用原有框架，在锥部直径3m以下的部位，可以采用不对称的歪锥设计，使改造后的预热器系统具有良好的空间重叠布置功能，降低改造的难度。
歪斜锥体还有两个重要作用：一是具有防结拱堵塞功能，提高系统运转率。这是因为具有对称性结构的锥体内部，在排料过程中往往会出现结拱现象，导致生料堵塞，而通过将锥部改造为歪斜型式，形成锥部不对称的流场设计，克服了锥部粉体结拱所需的力学对称条件；二是可减少因预热器内部旋转气流折向而造成锥体底部生料的二次飞扬，提高分离效率。
1.11 膨胀仓
研究表明，在严格的密封条件下，预热器底部有无膨胀仓对分离效率和阻力没有显著的影响。但在实际生产条件下，完全杜绝内漏风是很困难的，对于要求分离效率高的一些级数的预热器，改造时增加膨胀仓还是起作用的，可以使预热器排料顺畅，减小气流变向时引起的生料二次飞扬。
但该项技术不是影响预热器工作性能优劣的决定性因素，在工艺布置，不必刻意增加膨胀仓。
1.12 卸料管
卸料管是预热器系统气固两相流通道中截面最小的通道，是系统因料量问题出现排料不畅，或管内结皮进而引发预热器发生堵塞的重要原因和产生部位。
下料管管径的设计，需按照改造后单位截面的料流量确定，最下面二级旋风预热器可平均按100kg/ s.m 2取值，上面各级平均按140kg/s.m2取值。
当出现结皮等不正常工况下，在同等结皮厚度下，由于小直径卸料管结皮后通道面积减小的幅度大，因此比大直径料管更易堵塞。根据上述数据计算后得到的料管直径，当Di≤400mm时，根据工厂具体的原燃料特点和工艺技术水平，可再扩大50~100mm，提高卸料管抗结皮堵塞的能力，提高系统运转率。
1.13 系统分离效率
提高旋风预热器的分离效率是减少系统外部和内部生料循环，提高热利用率的重要手段。但分离效率的提高，往往伴随着系统阻力损失的增加，从而导致系统电耗的增加。在技术改造中，受一些条件的限制，对效率和阻力这对矛盾体更要综合考虑。构成预热器系统各级旋风预热器的结构设计必须以整个系统的优化为目标，不必过分追求每个单体或单一指标最优。理论和实践证明，系统设计的关键在于合理细分各级旋风预热器的功能，对于一级预热器（由顶部向下数），是控制整个系统生料外循环的关键，对料耗和热耗影响极大，应以追求更高的分离效率为重点，可进行超常规的设计，对其它级数的预热器则更侧重于降低阻力（最低级数预热器还可兼顾效率）。此外，通过对系统分离效率的优化设计，还可降低废气处理系统的收尘负荷，降低废气处理系统的改造投资。
在对一级预热器进行超常规的设计时，有导致该级高压损的趋势，由于该级预热器位于预热器塔的顶端，其规格对框架影响较小，通常将其规格尺寸和高径比加大，并增设尾涡隔离装置，使其在具有更高分离效率的同时，降低阻力。
2 分解炉系统技术改造方案
2.1 分解炉的结构型式
分解炉是预分解窑的核心设备。由于不同的设计研究单位面对的工厂条件不同，开发的侧重点不同，以及知识产权保护的需要，因此从微观方面分析各种分解炉是各具特色、各不相同，主要区别是在于分解炉结构型式上的差异。使得炉内气流运动方式、燃料燃烧气氛和温度、生料在炉内分散、混合、均布等方面的均有所区别，技术经济指标各有优劣；但从宏观方面分析，分解炉的工作原理没有本质上的区别，也没有绝对的炉型好坏之分，即使同样的炉型在不同的地区，不同的自然条件和原燃料条件，不同的系统配套设备情况下，其使用效果会有差异。因此，对于技术改造而言，应结合不同水泥生产企业的各方面条件，因地制宜，根据各种炉型的不同技术优势，在不断把握预热分解技术发展趋势下，进行切合企业现状的针对性设计。
当前各种适应环保要求的低有害成份气体排放和降解各种废弃物的分解炉也已不断开发成功，并应用于技改工程。
2.2 分解炉的布置方式
采用何种布置方式，应结合原有总图布置、生产工艺和建构筑物、原燃料特点、工厂管理和技术水平等进行综合确定。根据炉与窑、预热器及主风机的匹配方式，分解炉可分为在线型、离线型、半离线型三种。
第一种：在线型分解炉。应用于新建工程中布置简单、紧凑，但应用于技改工程中，布置有时较为复杂，往往要将预热器框架层数加多或增设高大的辅助框架。炉内烟气流量大，O2含量低，要求有较大的炉容和较大的固气滞流比。中小生产规模适宜选用；
第二种：离线型分解炉。窑尾设有两列或更多列预热器，一列通过窑气，其它列通过炉气。生产中各列预热器工况可以单独调节，利于生产控制，在生产规模较大时适宜选用。在目前的分解炉改造中应用得很少；
第三种：半离线型分解炉。无论应用于新建工程还是技改工程，一般情况下比在线型分解炉布置简单、紧凑。该种方式其炉内燃料仍在净三次风中燃烧，炉气出炉后可以在窑尾上升烟道下部或上部与窑气汇合。燃料燃烧气氛好，氧气含量高，在采用“两步到位”的模式时，有利于利用窑气热焓促进煤粉完全燃烧和防止粘结堵塞。中小生产规模适宜选用。目前中小型水泥厂的技术改造，当分解炉布置在窑尾上升烟室侧面时，基本上采用的都是半离线型分解炉。
在目前的烧成窑尾系统改造中，以在线型和半离线型分解炉的改造方案为主。
2.2.1 利用在线炉进行改造的优缺点
（1）优点
a、过渡至预分解窑正常操作工况方便快捷；
b、在线炉抗工况波动能力强。因窑内烟气和三次风全部入炉混合，对三次风和窑内风量、风压平衡匹配的精度要求低于其它炉型，系统较易实现稳定操作；
c、在线炉系统出现结皮堵塞和塌料时更易处理。由于清理的结皮、堵塞料和生产中出现的塌料均落入窑内，便于在窑头采取措施进行处理，煅烧出合格熟料并保持现场清洁；
d、在线炉内的氧气含量低，但由于高温窑气入炉，使得煤的燃烧环境温度高，同样可以适应劣质煤的燃烧，且煤粉仍可以很方便地在富氧条件下（三次风中）起火预燃。
（2）缺点
a、在线炉承担三次风和窑内烟气通过的任务，比离线炉的单位熟料产量处理烟气量大。为保证燃料的完全燃烧，在保证炉内气体具有相同的停留时间时，在线炉的体积大，随之而来的是设备投资和耐火材料投资的加大；
b、在线炉由于体形较大，在原有框架内布置时可能会出现一定的难度，往往为了保证分解炉和预热器能够合理布置，而将层数加多或增设辅助框架，使系统土建投资加大；
c、采用在线炉改造方式对原有生产线的生产影响大，改造的周期长，造成的停产损失也较大。
2.2.2 利用半离线炉进行改造的优缺点
（1）优点
a、布置方便、灵活，可望最大限度地利用原有的预热器框架布置改造后的预热器，在框架外架设半离线型分解炉，通过鹅颈管与窑尾上升烟道或原分解炉相连；
b、炉内只有从窑头抽取的净三次风通过，氧含量高，更有利于提高煤粉的燃尽度，减少不完全燃烧；同时由于只承担炉气通过分解炉的任务，分解炉的体积小，布置时占地小，更易适应技术改造的具体特点，系统投资也能降低；
c、可望在原有生产线不停产的情况下进行分解炉系统的土建施工和设备的制作、安装、耐火材料砌筑，预热器系统改造的工作量可望更小，降低系统的整个投资；
d、分解炉内的低温热烟气可采取“二步到位”的方式入窑尾上升管道底部，用以降低窑尾上升烟道温度，减少粘结堵塞的概率。
(2) 缺点
a、至预分解窑正常工况，点火和操作过程略复杂，时间略长；
b、要求对三次风管和窑内风量、风压平衡匹配精度高，在操作不当时很容易对系统工况产生影响；
c、当操作未达到理想工况，分解炉发生塌料现象时，炉内生料由于落到三次风管外部，需人工清理，增加劳动强度，同时对现场环境造成污染，也带来了更多的不安全因素；
d、分解炉的运行受三次风温的影响较大。
2.3 分解炉技术改造重要参数的考虑
2.3.1 气体停留时间（τg）
是指气体经过分解炉时的停留时间。对于具有一定体积的分解炉，无论其结构形式如何，经过炉内的气体停留时间是一定的，因此气体停留时间的长短实际上反映了分解炉区的容积大小。对不同的企业进行改造，一定要结合具体的燃料特点，通过燃料特性实验或掌握的类似煤种的燃烧经验，设计具有适宜容积的分解炉，提高气体停留时间，进而提高燃料的燃尽率。
2.3.2 固气滞留比（Kτ）
固体停留时间（τs）与气体停留时间（τg）的比值就是固气滞留比（Kτ）。对于具有相同容积但结构形式不同的分解炉，其气体停留时间是相同的，但固体流经分解炉时所需的平均停留时间是不相同的，因此其固气滞留比也是不同的，很显然，我们希望固气滞留比较长的炉型能够应用于技术改造工程，这样可以花费同样的投资而获得更高的分解炉生产能力，或是达到相同的分解炉生产能力，而降低投资。
生料的停留时间主要取决于设备的结构和操作状态。操作状态不是设计所决定的，取决于生产过程中的各种因素，而设备结构则取决于设计单位对分解炉改造方案的合理考虑。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，以及喷腾、悬浮、旋流、折流、流态化等各种流场效应进行综合运用。通过对关键参数等方面的合理设计，可以提高固气滞留比，延长生料停留时间。
高固气滞留比的炉型，说明炉内相应生料运动与气流运动之间的滑差速度也大，有利于固体物料的扩散和热交换，以及分解反应的进行。
2.3.3 流场
分解炉的改造设计，无论是新增，还是在原有分解炉基础上改造，都应不局限于一种流场设计，可利用复合效应，使气流场、压力场、浓度场、温度场分布趋于均匀，不在炉内形成过浓、过稀相区，不产生局部生料过度循环聚集甚至出现死区，不产生局部高温过热问题。同时，炉内也能具有强度适宜的湍流场，利于煤粉燃烧过程中的与气流的混合、分散和生料的分解反应。
各种流场的组合要考虑适宜的强度和引入炉内的方式。例如以适宜强度的喷腾流为基础，再配合三次风以切线或割线方式在炉内产生一定量的旋流，可以调节和改善分解炉的性能，使炉内浓度场分布均匀，提高分解炉的适应性。但流场的强度和引入炉内的方式不适宜时，会增加系统的阻力，使浓度场不均匀，内循环量加大，气固分离和边壁积料问题严重，反而对分解炉起不到应有的调节作用。浓度场的变化，自然会影响到压力场和温度场的均匀程度，使分解炉操作状况恶化，影响系统产质量和热耗。
2.3.4 返混度（σ）
反映了生料在流经分解炉时停留时间的离散程度。即使对于具有相同气体停留时间和相同固气滞留比的不同形式的分解炉，由于设计原理、结构型式、生产工况等方面存在差异，因此生料在其内部停留时间的分布也会存在较大的差异。改造设计中，在保证较大固气滞留比（Kτ）的条件下，应尽可能的降低生料在炉内的返混度（σ），因为低返混度能保证生料在炉内有较为近似的停留时间，使已分解的生料及时排出，未分解的生料能充分分解再排出，保证分解炉能够充分发挥其分解的功效。
2.4 工艺布置中应重视的问题
2.4.1 灵活地运用分解炉至末级预热器进口的热风管道
该管道直径较分解炉小，但兼具分解炉的功能，俗称“鹅颈管”，与分解炉主体统称为“分解炉区”。由于技术改造经常受到原有设备和土建结构的影响，分解炉体积越大往往布置越不方便。而“鹅颈管”的布置非常灵活，可以灵活地穿越框架内部、伸展至框架外部，可以方便地连接到预热器进口或窑尾混合室。通过这部分管道的扩展，可以减小分解炉主体的规格尺寸，利于改造时的布置，并通过管道的扩展为提高改造效果创造条件。
2.4.2 窑尾喷煤管的位置和个数
影响煤粉燃烧的因素很多，如细度、碳粒子结构、助燃空气温度、氧含量、二氧化碳分压等。即使在上述条件相同的情况下，为保证煤粉燃烧，还应注意如下几点：
a、喷煤点的位置与生料落料点位置的配合。距离过近时生料分解吸收大量热量，影响煤粉燃烧（即预燃空间不够），当距离过远时，会产生局部过热，造成结皮堵塞；
b、根据炉径和喷煤总量，宜采用多根喷煤管，并注意在多个区域合理布置，分散煤粉散发的热量，降低局部热力强度，防止结皮及对炉衬造成损坏。
对于半离线布置的分解炉，大都是将煤粉喷入富氧的三次风中；对于在线式的分解炉，可根据煤质的情况，将煤粉喷入三次风中或窑尾混合气体中，或两种方式同时采用。对一些技改工程，合理地布置喷煤点，还能方便地应用分段多级燃烧技术，在保证分解炉区达到几乎相同的平均温度前提下，降低局部的高温，同时充分利用还原气氛的脱氮作用，降低NOX排放量。
无论是采用在线式还是半离线式的分解炉，当气体由炉底部喷腾入炉时，喷煤管的角度可适当向下倾斜，使喷入的煤粉与高速气流形成更大的速度差，加强煤粉与气流的混合、均布，快速燃烧，同时还可增大预燃空间，延长煤粉的滞留时间。
2.4.3 炉内撒料台的设置
当生料由分解炉底部加入炉中时，在落料点下部适当位置设置撒料台，可以避免生料入炉后不能及时分散，冲入窑内或压炉现象的发生，影响热工制度稳定。
2.4.4 预热器入炉卸料管锁风阀的位置
当该位置至入炉点距离过长时，冲击力过大，会使生料在缩口附近反复聚集而塌落。距离过短时，生料分散效果不明显，也易出现上述现象，且设计参数不合理时，还易堵入炉卸料管。
2.4.5 生料的进料点
根据不同的炉型，生料进料点可以采用一个或多个。进料点为一个时，更多地是全部喂入炉内，有些炉型也有全部喂入三次风管后吹扫入炉的情况。无论是在线炉还是半离线炉，当进料点为多个时，大都是以喂入分解炉底部为主，并将部分生料喂入窑尾竖烟道或分解炉的中部，以达到下述目的：
a、部分生料可以在入炉前提前吸收出窑高温烟气的热量，提高热效率，提高分解率；
b、调节窑尾竖烟道的温度，减少温度过高而造成的结皮堵塞概率；
c、调整窑尾竖烟道的阻力，调整窑尾烟气量与分解炉烟气量的比例平衡；
d、防止由于生料在炉内分解时大量吸热，降低无焰燃烧温度，影响煤粉的完全燃烧；
e、大幅度提高生料在炉体中部和下部的分解率，进而提高系统的平均入窑分解率。
3 结语
在目前，还没有其它的窑尾分解方式大规模地应用于工业化生产，因此采用旋风预热器带各种类型的分解炉改造回转窑窑尾系统，仍然是目前水泥工厂节能、降耗、提产的最佳选择。但窑尾系统只是烧成系统的一个组成部分，水泥工厂的改造并不是增加一套预热器和分解炉就可以大功告成的，它需要从事水泥技术研发和设计人员，拥有对全系统进行科学诊断的能力，能够消除系统存在的技术瓶颈，确定全系统的最优改造方案，才能保证技术改造取得满意的效果。
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