一種大溫差交叉料流預熱預分解系統及其方法與流程
本發明屬于水泥工業熱工設備技術領域，具體涉及一種大溫差交叉料流預熱預分解系統及其方法。
背景技術：
目前新型干法水泥發展迅速，能源短缺，采用價格低廉的低質煙煤或無煙煤作為水泥熟料煅燒用燃料勢在必行。新型干法水泥生產中原燃料的有害成分會造成分解爐內結皮等危害，造成熟料產質量和系統運轉率的降低。作為核心設備的分解爐，如何在其中合理布局和匹配風、煤、料，使燃料在生料濃度很高的分解爐內穩定、完全燃燒，使爐內溫度場均勻，不產生局部高溫，并在很短時間內完成生料碳酸鈣分解，并且操作彈性大，對不同煤質的適應性強等，仍然是困擾行業的問題。另外，在高海拔地區，大氣壓力低對水泥生產系統尤其是熱工系統的影響較大，例如，燃料燃燒特性變化很大，對料懸浮、熱交換、氣力輸送、物料烘干等的影響很大，對預熱器系統的隔熱保溫以及回轉窯表面的散熱也有很大的影響。
現有的高固氣體預熱分解技術存在一些固有的問題，例如，采用雙系列預熱器系統會使得結構復雜，旋風筒多，熱損失大，風機電耗高，不適合在規模較小的水泥生產線上使用；對煤質比較敏感導致在使用低質煤或無煙煤作為燃料時難以適應；并且無法適應高海拔地區的自然環境，在單系列預熱器上難以實現其相應的技術指標。
因此，有必要開發出適應不同規模或單雙系列、不同高海拔自然環境以及原燃料特性的新型高效預熱預分解系統和方法。
技術實現要素：
為了解決上述技術問題，本發明提出了一種大溫差交叉料流預熱預分解系統，本發明能夠使用低質煤或無煙煤作為燃料，在分解爐內的完全燃燒，不產生局部高溫，保證分解爐安全運行；進一步地，本發明強化生料在預熱預分解系統的有效換熱，降低系統出口廢氣溫度，提高入窯生料分解率；更進一步地，本發明消除了由于原料揮發性組分偏高造成的系統結皮的問題；此外，本發明解決了系統在不同海拔高條件下對自然環境的適應性問題；另外，本 發明降低了出爐NOx的起始濃度。
本發明提出的一種大溫差交叉料流預熱預分解系統，該預熱預分解系統包括旋風預熱器系統、分解爐系統和窯尾煙室，旋風預熱器系統包括N級旋風筒，來自回轉窯的煙氣經窯尾煙室后從分解爐系統排出，然后借助風管從第N級旋風筒依序流向第1級旋風筒，并最終由第1級旋風筒的出風口排出；除第N級旋風筒之外的其他旋風筒均包括分料閥，第1級至第N-2級旋風筒各自通過分料閥將下料口中的部分物料送入比其低級的旋風筒，將另一部分物料送入較該低級的旋風筒的煙氣溫度更高的旋風筒或分解爐系統；第N-1級旋風筒通過分料閥將其下料口中的物料送入分解爐系統中的不同位置的進料口；從而增大各旋風筒和分解爐系統中的氣固溫差；其中，各個分料閥的調節比例范圍為0～50％；
這里的N表示旋風預熱器系統中旋風筒的級數，第1級旋風筒表示旋風預熱器系統自上而下排列的最高一級旋風筒，簡稱C1旋風筒；第N-2級旋風筒表示旋風預熱器系統自上而下排列的倒數第三級旋風筒，簡稱CN-2旋風筒；第N-1級旋風筒表示旋風預熱器系統自上而下排列的倒數第二級旋風筒，簡稱CN-1旋風筒；第N級旋風筒表示旋風預熱器系統自上而下排列的最低一級旋風筒，簡稱CN旋風筒。
進一步地，該分解爐系統為噴旋疊加多點來料再循環型分解爐，該分解爐包括分解爐主體、鵝頸管和物料分離及循環裝置；其中，CN-2旋風筒下料口中的部分物料送入CN旋風筒，另一部分物料送入分解爐主體；
CN-1旋風筒下料口中的全部物料、CN-2旋風筒下料口中的該另一部分物料以及物料分離及循環裝置中的物料作為分解爐的物料來源進入分解爐主體內，該分解爐主體在這些物料進入到爐內的位置處的上下方分別設置縮口，并在物料進入到爐內的位置處沿煙氣行進方向的前端設置以切線方向進入分解爐的三次風入口和煤粉入口，當煙氣從窯尾煙室自下而上以噴騰方式進入分解爐內時，即可達到三次風和煤粉的旋風效應與煙氣的噴騰效應相互疊加的效果；其中，物料分離及循環裝置的物料進入處下方設置的縮口為窯尾縮口，該窯尾縮口向下與該窯尾煙室連接；
分解爐主體內的物料隨煙氣進入鵝頸管，鵝頸管中的部分物料借助在煙氣中運動的慣性和離心力進入物料分離及循環裝置，其余物料隨煙氣進入CN旋風筒，該進入物料分離及循環裝置的部分物料即為所述的物料分離及循環裝置中的物料。
更進一步地，該分解爐主體包括三次風入口、該窯尾縮口、煤粉錐體入口、分解爐下錐體、CN-1下部進料口、煤粉柱體入口、爐中部下縮口、CN-1中部進料口、CN-2中部進料口和爐中部上縮口；
爐中部下縮口和爐中部上縮口分別設置在分解爐主體中部的下端和上端；
分解爐下錐體位于分解爐主體下部，物料分離及循環裝置中的物料進入分解爐下錐體的上部；
三次風沿向下傾斜設置的三次風入口從分解爐下錐體的上端以切線方式進入分解爐主體內部，在爐內旋回前進，呈旋風效應；
該窯尾縮口位于分解爐下錐體的下端；
煤粉錐體入口位于分解爐下錐體上，煤粉柱體入口位于分解爐下錐體和爐中部下縮口之間的分解爐柱體上；煤粉分別從煤粉錐體入口和煤粉柱體入口噴入，每個入口的兩個噴煤管以非對稱方式沿著某一直徑的圓周方向切向噴入，形成旋風效應；
CN-1下部進料口位于分解爐下錐體上方并靠近分解爐下錐體，CN-1中部進料口位于爐中部下縮口上方并靠近爐中部下縮口；CN-1旋風筒下料口中的物料全部從CN-1下部進料口進入分解爐下錐體上方，或者一部分從CN-1中部進料口進入分解爐中部下縮口上方，另一部分從CN-1下部進料口進入分解爐下錐體105上方；
CN-2中部進料口位于爐中部下縮口上方并靠近爐中部下縮口，CN-2旋風筒下料口中的該另一部分物料從CN-2中部進料口進入分解爐中部下縮口上方。
此外，該鵝頸管包括鵝頸管氨水噴口、防堵式180°彎頭、風管和變徑彎頭；其中，
鵝頸管氨水噴口位于鵝頸管上行管上；
該鵝頸管借助防堵式180°彎頭與分解爐主體上部連接，借助風管與CN旋風筒連接；
變徑彎頭水平與旋風筒CN連接。
再者，所述防堵式180°彎頭用蝸旋式管道轉彎裝置代替。
再進一步的，物料分離及循環裝置包括集料錐體、鎖風閥和管道；其中，
鵝頸管中的物料進入CN旋風筒與集料錐體，集料錐體收集到的物料通過鎖風閥、管道送入分解爐下錐體的上部。
另外，在分解爐中部上縮口的上部設置爐主體氨水噴口，和/或在鵝頸管上行管部位設置鵝頸管氨水噴口，使氨水與NOx反應，從而降低NOx排放濃度。
優選地，所述N級旋風筒的級數為5級時，即C1旋風筒、C2旋風筒、C3旋風筒、C4旋風筒和C5旋風筒；其中，
鵝頸管與C5旋風筒的進風口連接，鵝頸管的變徑彎頭下部經物料分離及循環裝置與分解爐主體的下部進料口連接；
C5旋風筒的下料口經C5鎖風閥及下料管與窯尾煙室的進料口連接，C5旋風筒的出風 口經C5-C4風管與C4旋風筒的進風口連接；
C4旋風筒的下料口經下料管與分料閥連接，分料閥出口的兩個C4鎖風閥及其下料管分別與分解爐主體的下部進料口和中部進料口連接，C4旋風筒的出風口經C4-C3風管與C3旋風筒的進風口連接；
C3旋風筒的下料口經下料管與分料閥連接，分料閥出口的兩個C3鎖風閥及其下料管分別與C5-C4風管和分解爐主體中部的進料口連接，C3旋風筒的出風口經C3-C2風管與C2旋風筒的進風口連接；
C2旋風筒的下料口經下料管與分料閥連接，分料閥出口的兩個C2鎖風閥及其下料管分別與C4-C3風管和C5-C4風管連接，C2旋風筒的出風口經C2-C1風管與C1旋風筒的進風口連接；
C1旋風筒為兩個，這兩個C1旋風筒的下料口各自經不同的下料管分別與一個分料閥連接，每個分料閥的出口均分為兩路，每個分料閥出口中有一路出口各自經不同的C1鎖風閥及下料管A與C3-C2風管連接，兩個分料閥出口中另外兩路出口的下料管合二為一，經C1鎖風閥及下料管B與C4-C3風管連接。
本發明還提出一種使用如前所述的預熱預分解系統進行預熱預分解的方法，該方法包括：
來自回轉窯的煙氣經窯尾煙室后從分解爐系統排出，然后借助風管從第N級旋風筒依序流向第1級旋風筒，并最終由第1級旋風筒的出風口排出；
第1級至第N-2級旋風筒各自通過分料閥將下料口中的部分物料送入比其低級的旋風筒，將另一部分物料送入較該低級的旋風筒的煙氣溫度更高的旋風筒或分解爐系統；
第N-1級旋風筒通過分料閥將下料口中的物料送入分解爐系統中的不同位置的進料口；
第N級旋風筒下料口中的物料送入窯尾煙室，隨后進入回轉窯內進行煅燒。
本發明的有益效果：
1.本發明將旋風筒下料口的生料通過分料閥分出一部分(0～50％可調)，喂入煙氣溫度更高的下一級換熱單元，形成比原喂料部位更大的氣固溫差，以提高氣固換熱速率，強化換熱功能。傳統5級預熱預分解系統中，生料同熱氣流只經過5次熱交換，而本發明技術通過對旋風筒出口生料的分料，一部分生料在原換熱單元中進行5次常規溫差的熱交換的同時，另一部分生料則交叉進入溫度更高的下一級換熱單元中，實現了4次大溫差熱交換，充分吸收了煙氣中的熱焓，提高了該部分換熱后的生料溫度，降低了煙氣溫度，因而，大幅度降低了系統的出口廢氣溫度。
2.本發明采用噴旋疊加多點來料再循環型分解爐，使分解爐在容積相同的情況下，提高 了爐內固氣比，強化了物料的換熱，大大延長了物料在爐內停留時間，保證了低質煙煤和無煙煤在爐內的充分燃燒，對高海拔和原燃材料的適應性增強，熱工制度穩定，操作彈性增大。
(1)本發明的分解爐主體從結構設置上具有獨特優勢。通過窯尾煙氣、三次風和煤粉進爐方式，以及爐內縮口的合理設置，形成三次噴騰效應和三個旋風效應，以及噴騰和旋風的疊加效應，提高爐內固氣比，大大延長了料粉和煤粉在爐內的停留時間，提高了生料換熱效率和煤粉的燃燒效率。
(2)本發明中物料分離及循環裝置的設置，直接提高了分解爐內的固氣比，最大限度地提高了生料分解率和煤粉的燃燼率，穩定了燒成系統的熱工制度，降低了回轉窯的熱負荷，提高了熟料產質量。同時，消除了高溫物料在變徑彎頭底部的堆積、堵塞、結皮造成的通風不暢和系統不穩定等問題，提高了系統的運轉率，降低了生產成本。既是對分解爐容積的有效補充，也為有效發揮分解爐的功能起到了重要的把關作用。
(3)本發明的分解爐采用不同于以往的來料路徑，將倒數第三級旋風筒出口的一部分生料和倒數第二級旋風筒出口的全部生料引入分解爐中下部，既利用大溫差增加了生料的換熱量，有效提高了換熱效率，也防止了使用低質煤或無煙煤時燃燒區后移造成的分解爐局部高溫和結皮等問題的出現，確保了分解爐的安全，為分解爐適應低質煙煤或無煙煤的燃燒提供了必要的技術保障。另外，也降低了分解爐出口溫度，有效防止了分解爐和最低一級旋風筒出口溫度的倒掛現象，降低了最低一級旋風筒高溫堵塞的幾率。
(4)本發明在分解爐采用階段燃燒和優化燃燒制度的低氮燃燒技術，還原了出窯煙氣中的部分NOx，抑制了分解爐內NOx的產生，有效降低了廢氣中NOx的濃度。
3.本發明充分發揮了懸浮預熱和預分解技術的應有優勢，使得入窯生料分解率提高3～5個百分點，提高熟料產量10％～15％；降低熟料分步電耗3.5～5.0kW.h/t；降低預熱器出口溫度35℃～55℃，降低熟料燒成煤耗2.9～4.5kgce/t；降低廢氣中NOx含量100～150ppm。
以1700m高海拔高度的2500t/d熟料生產線為例，按照年運行310天計算，年增產熟料7.750～11.625萬噸，年節電267～384萬kW·h，年節約標準煤2248～3488噸，年減少CO2排放量6698～10296噸，年減少SO2排放量62～95噸，年減少NOx排放量183～358噸，年增加利潤總額762～1139萬元以上，提高了熟料產質量，降低了能耗，實現了環保減排，經濟效益和環境效益顯著。
附圖說明
圖1是本發明的預熱預分解系統的結構示意圖。
圖2是本發明的分解爐的結構示意圖。
附圖標記說明：1—C1旋風筒；2—C2-C1風管；3—C2旋風筒；4、8、13、18—分料閥；5—C1鎖風閥及下料管A；6—C3-C2風管；7—C1鎖風閥及下料管B；9—C2鎖風閥及下料管A；10—C2鎖風閥及下料管B；11—C3旋風筒；12—C4-C3風管；14—C3鎖風閥及下料管A；15—C3鎖風閥及下料管B；16—C4旋風筒；17—C5-C4風管；19—C4鎖風閥及下料管A；20—C4鎖風閥及下料管B；21—分解爐主體；22—鵝頸管；23—物料分離及循環裝置；24—C5旋風筒；25—C5鎖風閥及下料管；26—窯尾煙室；
101—三次風入口；102—窯尾縮口；103—方圓變換管；104—煤粉錐體入口；105—分解爐下錐體；106—C4下部進料口；107—煤粉柱體入口；108—爐中部下縮口；109—C4中部進料口；110—C3中部進料口；111—爐中部上縮口；112—分解爐主體氨水噴口；201—膨脹節；202—鵝頸管氨水噴口；203—防堵式180°彎頭；204—風管；205—變徑彎頭；301—集料錐體；302—鎖風閥；303—下料管；304—膨脹節。
具體實施方式
為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發明進一步詳細說明。但本領域技術人員知曉，本發明并不局限于附圖和以下實施例。
一、本發明的理論依據和原理
1.根據熱力學定律“熱量總是由高溫物體自發的傳向低溫物體，兩種流體存在溫度差，就必然有熱量進行傳遞”。對于水泥懸浮預熱系統，其生料與氣體之間的熱量傳遞為對流換熱。根據對流換熱基本定律——牛頓冷卻定律，對流換熱的熱流與流體和固體壁面的溫度差成正比，即：
Q＝α·(tm-tg)·F＝α·Δt·F
或，q＝α·(tm-tg)＝α·Δt
式中：Q——熱流量(傳熱量)，W；
q——熱流通量(熱流密度)，W/m2；
α——氣固換熱系數，W/(m2·℃)；
tm——粉體溫度，℃；
tg——氣體溫度，℃；
F——氣固接觸面積，m2。
從上式可以看出：對于一定的水泥預熱預分解系統，其撒料裝置、管道風速、生料細度(比表面積)等已經大體固定，α和F基本不變，氣固換熱量僅與溫差有關，且成正比，所以氣固溫差越大，換熱速率越高，換熱量越大。
同時，從熱量公式：
Q＝G·C·Δt
式中：Q——熱量，kJ/h；
G——介質流量，kg/h，或Nm3/h；
C——比熱，kJ/(kg·℃)，或kJ/(Nm3·℃)；
△t——溫差，℃。
也可以看出，當介質流量不變，在一定的溫度范圍內，比熱變化很小或幾乎不變，則，熱量的變化與溫差直接相關，且成正比。
因此，對水泥預熱預分解系統而言，將低溫換熱單元的生料引入比原換熱部位更高的高溫氣流的換熱單元中，就能形成更大的氣固換熱溫差，實現換熱量的最大化。
2.對于粉體工程，有關文獻對旋風預熱器系統的固氣比與熱效率的理論研究表明：當固氣比Z<2時，固氣比對熱效率的影響非常敏感，隨著Z值增加而增加；當2≤Z≤3.6時，固氣比對熱效率影響變得緩慢；當Z>3.6時，隨著Z值增加熱效率減小。
因此，提高預熱預分解系統的固氣比是提高氣固換熱的有效途徑之一。
二、本發明的系統布局
本發明提出的一種大溫差交叉料流預熱預分解系統，包括N級旋風預熱器系統、分解爐系統和窯尾煙室。本發明以圖1所示的單系列5級旋風預熱器預分解系統為例，說明該系統的結構。該預熱預分解系統包括5級旋風預熱器、噴旋疊加多點來料再循環型分解爐和窯尾煙室。每級旋風筒、進口風管及其下料管組成一個換熱單元，其中，旋風筒由蝸殼、圓柱體、錐體和內筒等組成，進風管由管道、進料箱以及撒料裝置組成，下料管由分料閥、鎖風閥和管道等組成。噴旋疊加多點來料再循環型分解爐由分解爐主體、鵝頸管和物料分離及循環裝置等三部分組成。窯尾煙室通過密封裝置與運轉的回轉窯連接，通過縮口與分解爐下部連接，起到承上啟下的作用，防止冷空氣進入系統，并且將生料及時入窯。各部件由鋼板制作，內壁敷設耐火材料和隔熱材料。
(一)噴旋疊加多點來料再循環型分解爐的結構
該分解爐的構思是：物料在從CN-1旋風筒進入CN旋風筒之前，先經過分解爐進行處理。該分解爐將來自CN-1旋風筒的全部物料和CN-2旋風筒的部分物料以及經過該分解爐處理后的 部分物料作為來料源，該分解爐在這些物料進入到爐內的位置處的上下方分別設置縮口，并在物料在分解爐內運行軌跡的前端設置三次風入口和煤粉入口，當出窯高溫煙氣自下而上以噴騰方式進入分解爐內時，即可達到旋風效應與出窯高溫煙氣的噴騰效應相互疊加的效果，從而使爐內氣流中的料粉濃度大大高于進口或出口濃度，提高爐內料氣比，大大延長了料粉和煤粉在爐內的停留時間，進而提高了換熱效率，提高了煤粉的燃燼率。進入分解爐主體內的物料沿煙氣行進方向進入鵝頸管，鵝頸管中的部分物料借助在煙氣中運動的慣性和離心力進入物料分離及循環裝置，其余物料進入CN旋風筒，物料分離及循環裝置中的物料作為來料源之一進入分解爐主體內。由此本發明能夠實現噴旋疊加、多點來料和再循環。
這里的N表示旋風預熱器系統的級數，CN旋風筒表示N級旋風預熱器系統各級旋風筒自上而下排列的最低一級旋風筒，對4級預熱器來說是C4，對5級預熱器來說是C5，對6級預熱器來說是C6；CN-1旋風筒表示N級旋風預熱器系統各級旋風筒自上而下排列的倒數第二級旋風筒，CN-2旋風筒表示N級旋風預熱器系統各級旋風筒自上而下排列的倒數第三級旋風筒。
下面以圖2所示的單系列5級旋風預熱器所用的分解爐為例，說明噴旋疊加多點來料再循環型分解爐的結構。
分解爐主體21包括三次風入口101、窯尾縮口102、方圓變換管103、煤粉錐體入口104、分解爐下錐體105、C4下部進料口106、煤粉柱體入口107、爐中部下縮口108、C4中部進料口109、C3中部進料口110、爐中部上縮口111和爐主體氨水噴口112。
鵝頸管22包括膨脹節201、鵝頸管氨水噴口202、防堵式180°彎頭(或蝸旋式管道轉彎裝置)203、風管204和變徑彎頭205。其中，膨脹節201可根據需要設置。
物料分離及循環裝置23包括集料錐體301、鎖風閥302、管道303以及膨脹節304。其中，所述物料分離及循環裝置23的物料分離原理主要包括：煙氣中的粉塵受重力沉降、離心力等固有特征力及慣性的作用而將粉塵收集下來。所述物料分離及循環裝置23的集料錐體301包括：上口形狀各異、角度不同的圓錐體、多邊形錐體等。其中，膨脹節304可根據需要設置。
分解爐主體21、鵝頸管22和物料分離及循環裝置23之間依次連接組成分解爐系統。分解爐的窯尾縮口102向下與窯尾煙室連接，變徑彎頭205水平與C5旋風筒連接。各部件由鋼板制造，內部敷設耐火材料。
下面結合圖1從分解爐結構、風、煤、料的進爐方式以及脫硝方式對本發明進行詳細介紹。
1.分解爐結構
分解爐主體21的下部與窯尾煙室連接部位設置第一個縮口，即窯尾縮口102，使出窯煙氣呈初次噴騰效應入爐，形成第一個燃燒區，使燃料分解和燃燒。在窯尾縮口102上方設置方圓變換管103。分解爐主體內部設置兩個縮口，即爐中部下縮口108和爐中部上縮口111，使分解爐中的煙氣呈第二次和第三次噴騰效應，加速氣流與生料的混合、攪拌過程，并形成兩個后續燃燒區，在較低的過剩空氣下使煤粉完全燃燒，加速與生料的熱交換過程。
分解爐主體21的上部與鵝頸管22連接，鵝頸管的作用是在不增加框架高度的情況下，例如借助防堵式180°彎頭(或蝸旋式管道轉彎裝置)203和風管204，與預熱器系統最低一級旋風筒進行連接，有效利用預熱器框架的空間，增加分解爐容積，延長物料在分解爐內的停留時間，提高入窯生料的分解率。
在鵝頸管22向下與旋風預熱器系統最低一級旋風筒與集料錐體301連接，集料錐體301利用物料在煙氣中運動的慣性和離心力收集出爐煙氣中的部分高溫物料(約占總量的25％～30％)，并將物料通過鎖風閥302、管道303等送入分解爐下錐體105的上部，在分解爐內部進行再循環，達到提高生料換熱效率，提高生料分解率，穩定分解爐操作，以及達到消除變徑彎頭205底部的高溫物料堆積、堵塞和結皮的目的。
2.風、煤、料的進爐方式
(1)窯氣和三次風進爐方式
出窯高溫煙氣自下而上通過窯尾縮口102以噴騰方式進入分解爐下錐體105，將分解爐下錐體四周的氣體及料粉和煤粉不斷卷吸進來，向上噴射，造成許多由中心向邊緣的旋渦，形成噴騰效應，大大延長料粉和煤粉在爐內的停留時間，加速各種化學反應。
三次風入口101以向下傾斜一定角度(10°～15°)的方式設置，三次風沿三次風入口101從分解爐下錐體105的上端以切線方式進入分解爐主體21內部，在爐內旋回前進，呈旋風效應。
三次風的旋風效應與出窯煙氣的噴騰效應相互疊加，大幅度延長料粉在爐內的停留時間，使爐內氣流中的料粉濃度大大高于進口或出口濃度，提高了料氣比，進而提高換熱效率，加速了各種化學反應。這種進風方式，一方面使出窯煙氣量與三次風量之間獲得平衡，另一方面使得分解爐結構簡單，方便了工藝布置，減少了爐內結皮。
(2)煤粉進爐方式
煤粉分別從煤粉錐體入口104和煤粉柱體入口107噴入，每個入口的兩個噴煤管以非對稱方式沿著某一直徑的圓周方向切向噴入，形成旋風效應。優選地，煤粉錐體入口104噴入 的煤粉占分解爐用煤量的15％～30％，煤粉柱體入口107噴入的煤粉占分解爐用煤量的70％～85％。
噴入分解爐下錐體的煤粉與缺氧的窯氣接觸后形成還原氣氛，還原了出窯煙氣中的部分NOx，抑制了分解爐內NOx的產生，降低系統的NOx排放濃度。
大部分煤粉在三次風上方的分解爐柱體以切向噴入，形成旋風效應，延長煤粉進入分解爐起始段的停留時間，使之迅速加熱、起火、預燃，在富氧條件下立即分解、氧化和燃燒，其熱量迅速傳遞給呈懸浮狀態的生料，滿足生料分解的要求。
對低揮發分的燃煤，采用分解爐專用燃燒器，進一步強化風、煤混合；根據生產規模、分解爐用煤量、煤種和煤質的不同，對噴煤點位置和數量進行調整。
各進煤位置與三次風的位置密切配合，合理布置。
(3)生料進爐方式
本發明采用的來料路徑與進爐方式與傳統的來料路徑與進爐方式不同，本發明的分解爐生料分別來自C3、C4和物料分離及循環裝置23，C3來料從C3中部進料口110進入分解爐中部下縮口108上方；C4來料既可全部從C4下部進料口106進入分解爐下錐體105上方，也可一部分從C4中部進料口109進入分解爐中部下縮口108上方，另一部分從C4下部進料口106進入分解爐下錐體105上方；物料分離及循環裝置23的來料從分解爐下錐體105上方進入。各點來料入爐后立即懸浮于噴騰和渦旋層之中，加速與生料的熱交換過程。
根據爐用煤質、海拔自然環境的不同，C3和C4各進料口的來料量通過旋風筒之下的分料閥進行比例調整，C3來料量的比例優選為0～50％可調。當爐用煤質較好時，從分解爐下錐體105上方送入C4和物料分離及循環裝置23來料的同時，從分解爐中部下縮口108上方送入分料比例較小的C3來料，利用C3低溫料與爐內高溫氣體形成的大溫差換熱，吸收爐內氣體的熱焓，降低分解爐出口溫度；當使用低質煙煤或無煙煤時，將C4和物料分離及循環裝置23來料送入分解爐下錐體105上方的同時，從分解爐中部下縮口108上方送入C3和C4來料，以更多的吸收爐內高溫區氣體的熱焓，消除由于使用低質煙煤或無煙煤時主燃燒區后移造成的局部高溫和結皮等問題，同時，也降低分解爐出口溫度，有效防止了分解爐與C5旋風筒溫度倒掛，以及C5旋風筒的高溫堵塞。
各進料點與三次風、進煤的位置進行密切配合，合理布置。
根據前述對風、煤、料進入分解爐的方式以及在分解爐內的運行狀態可知，本發明使用的關鍵技術為三個旋風(1個三次風、2個煤粉)、三次噴騰(窯尾縮口、分解爐中部下縮口和爐中部上縮口)和三來料源(C3、C4、物料分離及循環裝置)。
3.脫硝方式
出窯煙氣的過剩空氣系數較小(一般在1.05～1.10)，在分解爐下錐體噴入爐用煤量的15％～30％，煤粉在缺氧的情況下裂解、燃燒，生成H2、CO和CmHn等還原性氣體，生料中Al2O3和Fe2O3作為催化劑，將出窯煙氣中的NOx置換成N2和H2O等無害氣體，使預熱器系統排出的廢氣中的NOx含量降低100～150ppm。在環保標準要求嚴格的情況下，根據分解爐溫度的高低，在分解爐中部上縮口的上部，例如爐主體氨水噴口112，或者鵝頸管上行管部位設置氨水噴入點，例如鵝頸管氨水噴口202，使氨水與NOx反應，從而降低NOx排放濃度。
(二)系統的整體結構
如圖1所示，回轉窯與窯尾煙室26連接；三次風管與分解爐21錐體上端的三次風進口連接；煤粉管道分別與分解爐21錐體中下部和三次風入口的上部進煤口連接(如圖2所示)；C1旋風筒出風口與系統排風機連接。
分解爐21的窯尾縮口向下與窯尾煙室26連接，分解爐鵝頸管22與C5旋風筒24的進風口連接，鵝頸管22的變徑彎頭下部經分解爐物料分離及循環裝置23與分解爐21的下部進料口連接。
C5旋風筒24的下料口經C5鎖風閥及下料管25與窯尾煙室26的進料口連接，C5旋風筒24的出風口經C5-C4風管17與C4旋風筒16的進風口連接。
C4旋風筒16的下料口經下料管與分料閥18連接，分料閥18出口的兩個C4鎖風閥及其下料管19、20分別與分解爐21的下部進料口和中部進料口連接，C4旋風筒16的出風口經C4-C3風管12與C3旋風筒11的進風口連接。
C3旋風筒11的下料口經下料管與分料閥13連接，分料閥13出口的兩個C3鎖風閥及其下料管14、15分別與C5-C4風管17和分解爐21中部的進料口連接，C3旋風筒11的出風口經C3-C2風管6與C2旋風筒3的進風口連接。
C2旋風筒3的下料口經下料管與分料閥8連接，分料閥8出口的兩個C2鎖風閥及其下料管9、10分別與C4-C3風管12和C5-C4風管17連接，C2旋風筒3的出風口經C2-C1風管2與C1旋風筒1的進風口連接。
兩個C1旋風筒1的下料口各自經不同的下料管分別與兩個分料閥4連接，每個分料閥4的出口均分為兩路，每個分料閥出口中有一路出口各自經不同的C1鎖風閥及下料管道A 5與C3-C2風管6連接，另外兩路出口的下料管合二為一，經C1鎖風閥及下料管B 7與C4-C3風管12連接。
(三)本發明的方法流程
如圖1所示，本發明預熱預分解系統進行預熱預分解方法包括以下步驟：
來自生料均化庫的生料經稱重計量后進入C2-C1風管2中，與來自C2旋風筒3出風口的上升熱氣流相遇并進行熱交換，當熱氣流攜帶生料進入C1旋風筒1后，被迫在旋風筒的蝸殼與內筒之間作旋轉流動，并且一邊旋轉一邊向下運動，由筒體到錐體，一直延伸到錐體的端部，然后轉而旋轉上升，氣流由內筒排出。
生料被氣流攜帶作旋轉流動時，由于生料密度大于氣體密度，受離心力作用，生料向邊部移動的速度遠大于氣體，致使靠近邊壁處濃度增大，同時由于粘滯阻力作用，邊壁處流體速度降低，使得懸浮阻力大大減小，生料沉降而與氣體分離。
完成氣料分離收集的生料通過分料閥分為兩路(0～50％可調)，一路通過C1鎖風閥及下料管A 5進入C3-C2風管5中，與C3旋風筒11出風口的熱氣流相遇，瞬間進行大部分的熱交換，隨氣流進入C2旋風筒3內，另一路則通過C1鎖風閥及下料管B 7，交叉進入C4-C3風管12中進行大溫差熱交換。
同理，在C2旋風筒3內完成氣料分離后，氣流從出風口排出，收集的生料通過分料閥8分為兩路(0～50％可調)，一路通過C2鎖風閥及下料管A 9進入C4-C3風管12中，并和C1鎖風閥及下料管B 7的來料一起，與C4旋風筒16出風口來的熱氣流進行熱交換后，被氣流帶入C3旋風筒11內，另一路則通過C2鎖風閥及下料管B 10，交叉進入C5-C4風管17中進行大溫差熱交換。
在C3旋風筒11內的完成氣料分離后，氣流從出風口排出，與上一級旋風筒下料口的來料進行熱交換，生料則通過分料閥13也分為兩路(0～50％可調)，其中一路經C3鎖風閥及下料管B 15交叉進入分解爐21中部，在分解爐主體內進行大溫差熱交換，另一路生料經C3鎖風閥及下料管A 14進入C5-C4風管17中，并和C2鎖風閥及下料管B 10的來料一起，與C5旋風筒24出風口的熱氣流進行熱交換。
熱交換后生料在熱氣流的攜帶下進入C4旋風筒16內，完成氣料分離，氣流從其出風口排出，生料則收集下來通過分料閥18分為兩路(在0～50％可調)，一路通過C4鎖風閥及下料管A 19進入分解爐21下部，另一路通過C4鎖風閥及下料管B 20進入分解爐21中部。
在分解爐21內進行氣料換熱及碳酸鹽的分解后，生料隨氣流通過分解爐鵝頸管大部份進入C5旋風筒24內，同時，由于離心力的作用，小部分生料(約占25％～30％)通過物料分離及循環裝置23進入分解爐，實現部分出爐高溫生料的再循環，使未分解的生料和未燃凈的煤粉在分解爐內進一步換熱和燃燒，在直接增加爐內固氣比的同時，最大限度地提高了生料 分解率和煤粉的燃燼率，穩定了分解爐的熱工制度，降低了回轉窯的熱負荷，提高了熟料產質量。
C5旋風筒24內完成氣料分離收集后，生料經其鎖風閥及下料管25進入窯尾煙室26，隨后進入回轉窯內進行煅燒。
整個旋風預熱器系統中，每級旋風筒、進風管及其下料管組成一個換熱單元，生料自上而下，熱煙氣自下而上進行逆流熱交換。下料管與連接風管的連接部位設有撒料裝置，目的在于使上級旋風筒下來的生料進入風管時，受重力作用沖在撒料器上飛濺起來，使生料能夠迅速而充分地分散，均布分布在下級旋風筒出來的熱氣流之中，增大換熱面積，實現生料的高效換熱。鎖風閥的作用在于既保持上級旋風筒分離出的生料暢通地通過下料管進入風管，又能最大限度地防止下級旋風筒出來的熱氣流經由下料管短路竄入上級旋風筒，避免造成已分離生料的二次飛揚、降低旋風筒的分離效率。
本發明的改進點之一是通過對旋風預熱器系統4個旋風筒下料口的生料再分配，使一部分生料改變原有的換熱位置，交叉進入氣流溫度更高的下一級的換熱單元中進行大溫差熱交換，提高換熱效率，降低系統的廢氣出口溫度。
分解爐作為燃料燃燒和生料碳酸鹽分解的熱工裝置，其主要作用是確保燃料在爐內充分燃燒，并且使燃料的放熱過程與生料碳酸鹽分解的吸熱過程在其中以懸浮態下迅速地進行，確保較高的入窯生料分解率，因此，分解爐在系統中承擔著重要的功能。
本發明的改進點之二是分解爐采用了噴旋疊加多點來料再循環型分解爐。它由分解爐爐主體、鵝頸管和物料分離及循環裝置等三部分組成。進入分解爐的三次風及煤風形成的渦旋氣流、窯尾縮口和分解爐內部縮口形成的噴騰熱氣流，使各路來料入爐后立即懸浮于噴騰層之中，加速與生料的熱交換過程，并且，三次風的旋風效應與出窯煙氣的噴騰效應相互疊加，大幅度延長料粉在爐內的停留時間，使爐內氣流中的料粉濃度大大高于進口或出口濃度，提高了固氣比，進而提高換熱效率，加速了各種化學反應；通過旋風筒出口生料的再分配，使C3和C4旋風筒下料口的一部分生料從分解爐中部喂入，實現大溫差熱交換，在提高換熱效率，降低分解爐出口溫度的同時，防止了由于使用低質煙煤或無煙煤時燃燒區后移造成的分解爐中部局部高溫和結皮等問題的出現，確保分解爐的運行安全，為分解爐適應低質煙煤或無煙煤的使用提供了必要的技術保障；物料分離及循環裝置則將出爐煙氣中的一部分高溫物料分離，并喂入分解爐內進行再循環，在直接提高爐內固氣比的同時，最大限度地提高了生料分解率和煤粉的燃燼率，穩定了燒成系統的熱工制度，降低了回轉窯的熱負荷，提高了熟料產質量，同時，消除了高溫物料在變徑彎頭底部的堆積、堵塞和結皮、通風不暢以及系統 不穩定等問題，提高了系統運轉率，降低了生產成本。
本發明所述“分料”既可將各級旋風筒同時分料使用，也可以單個旋風筒單獨分料使用。
本發明所述預熱預分解系統，包括單系列預熱器和雙系列預熱器。
本發明適用于新建和現有水泥預熱預分解系統的改造，也可用于冶金、化工等行業中的粉料換熱系統。
本發明通過上述手段，旨在提高生料換熱效率，降低系統廢氣溫度，提高生料分解率，穩定窯系統熱工制度，提高系統運轉率，提高熟料產質量。
下面以海拔1700m，熟料產量2500t/d，熟料熱耗760kcal/kg-cl，熟料分步電耗38kW·h/t-cl的條件為例，對采用原有分解爐的系統和采用本發明分解爐的系統的主要技術指標進行了比對，比對結果如下表所示：
備注：原有系統按照2500t/d計算，本申請系統按照分料20％、循環25％計算。
按照年運行310天計算，年增產熟料7.750～11.625萬噸，年節電267～384萬kW·h，年節約標準煤2248～3488噸，年減少CO2排放量：6698～10296噸，年減少SO2排放量62～95噸，年減少NOx排放量183～358噸，年增加利潤總額762～1139萬元以上，提高了熟料產質量，降低了能耗，實現了環保減排，經濟效益和環境效益顯著。
以上，對本發明的實施方式進行了說明。但是，本發明不限定于上述實施方式。凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
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