RSP系統(tǒng)是由日本小野田水泥公司于1972年在240t/d試驗(yàn)窯上研究開發(fā)成功的，并在此基礎(chǔ)上，于1974年在大船渡水泥廠建立了3000t/dRSP生產(chǎn)線。經(jīng)放大進(jìn)一步驗(yàn)證，證明該燒成系統(tǒng)的單位容積產(chǎn)量可達(dá)160kg熟料/(m3·h)，熱耗可降至3093kJ/kg熟料。不僅如此，窯外分解窯的結(jié)皮堵塞頑癥在RSP系統(tǒng)中也得到了有效根治，充分展現(xiàn)了它獨(dú)特的優(yōu)越性。 

　　自1976年至今全世界已有90余條RSP生產(chǎn)線投入運(yùn)行(尚不包括我國(guó)開發(fā)的RSP)，遍及日本、美國(guó)、法國(guó)、印度、朝鮮、俄羅斯、泰國(guó)及非洲等國(guó)。中國(guó)建材院于1985年引進(jìn)了1000t/d、2000t/dRSP專有技術(shù)，先后用于泰國(guó)、越南、津巴布韋以及我國(guó)滇西水泥廠的工程設(shè)計(jì)中，取得了十分滿意的效果。就我們親自參與操作過(guò)的泰國(guó)薩拉布里和滇西水泥廠而言，前者自1992年10月投產(chǎn)運(yùn)行至今從未發(fā)生結(jié)皮堵塞事故，后者僅用三個(gè)月調(diào)試即可達(dá)標(biāo)，是國(guó)內(nèi)十幾條1000t/d生產(chǎn)線中建廠最晚達(dá)標(biāo)最快的工廠。實(shí)踐證明RSP預(yù)熱分解系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，易操作，對(duì)原、燃料適應(yīng)性強(qiáng)，且熱交換好、不易粘堵、易達(dá)標(biāo)達(dá)產(chǎn)。 

　　1、RSP的發(fā)展過(guò)程 

　　就RSP結(jié)構(gòu)及特性進(jìn)行分析，在20多年的時(shí)間里，大致經(jīng)歷了如下三個(gè)發(fā)展階段。 

　　(1)初期(燒油)階段 

　　初期燒油階段，其混合室(MC)廢氣經(jīng)管道直接進(jìn)入入窯旋風(fēng)筒(C4或C5)如圖1所示。此結(jié)構(gòu)適用于燃燒速度快的燃料，煙氣在RSP中的停留時(shí)間僅為1.8s，物料的停留時(shí)間約為4s左右。 

　　(2)燒油改燒煤階段 

　　此階段的設(shè)備改造，是在混合室(MC)的頂部加了一個(gè)擴(kuò)大帶，混合室的廢氣經(jīng)擴(kuò)大帶后再經(jīng)廢氣管道進(jìn)入入窯旋風(fēng)筒，如圖2所示。加擴(kuò)大帶的目的是為了延長(zhǎng)燃料的燃燒時(shí)間和進(jìn)一步提高生料分解率。此結(jié)構(gòu)可使煙氣的停留時(shí)間延長(zhǎng)到2.5s，物料延長(zhǎng)到8s左右。 

圖1　初期RSP 

圖2　燒煤RSP 

　　(3)更加完善階段 

　　RSP由燒油改為燒煤后，仍存在入分解爐的燃料不能充分燃燼問(wèn)題(煤粉燃燼率僅為90%左右)，特別是使用低品位燃料時(shí)造成入窯旋風(fēng)筒內(nèi)部溫度偏高。為進(jìn)一步延長(zhǎng)燃料與物料在RSP系統(tǒng)中的停留時(shí)間，在原有基礎(chǔ)上從工藝參數(shù)到內(nèi)部結(jié)構(gòu)重新進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，并確定了不同規(guī)模的水泥廠采用不同結(jié)構(gòu)型式的RSP。對(duì)于1000t/d的水泥廠在混合室頂部增設(shè)了一鵝頸管道(如圖3所示)。加接鵝頸管道后煙氣在RSP中的停留時(shí)間延長(zhǎng)到了3.5s，物料延長(zhǎng)到15s左右。 

　　優(yōu)化設(shè)計(jì)后的RSP不僅適用于高品位燃料，而且更適用于各種低品位燃料。我院采用優(yōu)化設(shè)計(jì)后的RSP在泰國(guó)成功地使用了褐煤，在高海拔(2145m)云南滇西成功地使用了RSP預(yù)分解系統(tǒng)，在越南我們又設(shè)計(jì)了燃燒無(wú)煙煤的RSP預(yù)分解系統(tǒng)。從燒煤角度來(lái)說(shuō)，目前的RSP可以說(shuō)優(yōu)于其它預(yù)分解系統(tǒng)。 

圖3　優(yōu)化設(shè)計(jì)的RSP 

　　對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)后的RSP，通過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐對(duì)其結(jié)構(gòu)及特性進(jìn)行如下分析。 

　　2、RSP分解爐的結(jié)構(gòu)特性及調(diào)節(jié)控制 

　　RSP分解爐由燃燒器、預(yù)燃室(BP)、分解室(SC)及SB調(diào)節(jié)閥門、SC調(diào)節(jié)閥門組成，如圖4所示。實(shí)際上最終完成預(yù)分解任務(wù)的技術(shù)裝備還包括混合室和鵝頸管道。 

圖4　RSP分解爐 

　　分解爐燃料燃燒所需的空氣由三部分組成，即①經(jīng)冷卻機(jī)預(yù)熱的三次風(fēng)，經(jīng)管道以雙切線方式，同時(shí)作為生料的載體進(jìn)入分解室(SC)；②由三次風(fēng)管支管經(jīng)SB調(diào)節(jié)閥門引入預(yù)燃室(SB)；③分解爐送煤用風(fēng)。 

　　眾所周知，分解爐是一個(gè)二次燃燒爐，其燃料用量一般等于或大于窯頭用量，因此燃料燃燒所需的空氣量，特別是氧的總含量，是一個(gè)非常重要的參數(shù)，必須得到有效控制。為此可通過(guò)上述調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，根據(jù)燃料的性質(zhì)及用量，調(diào)節(jié)SB、SC閥門開度使SC室過(guò)?？諝庀禂?shù)控制在1.05～1.10之間，從而保證燃料的穩(wěn)定完全燃燒。 

　　SB調(diào)節(jié)閥門的主要作用在于控制分解爐燃燒器的火焰長(zhǎng)短及燃料燃燒速度和燃燒溫度。根據(jù)燃料的特性(著火溫度、細(xì)度、揮發(fā)分等)調(diào)節(jié)SB閥門開度即可有效地進(jìn)行控制。當(dāng)燃料著火溫度高、粒度粗、揮發(fā)分低時(shí)，SB閥門開度要大，反之則小。如若不然，就會(huì)使火焰拉長(zhǎng)，使燃料產(chǎn)生后移燃燒現(xiàn)象，并使未燃燼的燃料顆粒在CO2分壓較高的區(qū)域繼續(xù)燃燒，在還原氣氛下出現(xiàn)低熔點(diǎn)液相，造成結(jié)皮堵塞的隱患。根據(jù)有關(guān)試驗(yàn)，當(dāng)窯尾溫度穩(wěn)定在某一溫度范圍時(shí)，采用同一種燃料，當(dāng)SB閥門全閉時(shí)，分解爐的火焰溫度僅為800℃，而在入窯旋風(fēng)筒的進(jìn)口處則為970℃(已是結(jié)皮、堵塞的危險(xiǎn)溫度)，這是后燃現(xiàn)象所造成的結(jié)果。當(dāng)SB閥門開度為70%時(shí)，火焰溫度為1600℃，入窯旋風(fēng)筒進(jìn)口處的溫度則為870℃。由此可見，SB閥門對(duì)火焰溫度、燃燒速度、預(yù)分解系統(tǒng)的溫度分布起著何等重要的作用。 

　　SC調(diào)節(jié)閥門的作用，主要是用于控制分解爐內(nèi)燃料燃燒所需的空氣量，確保燃料燃燒是在O2壓較高的條件下進(jìn)行，從而使燃料易于著火和穩(wěn)定燃燒。 

　　RSP的設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想，據(jù)我們分析是在獲取較高分解率的前提下，必須防止在系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生局部高溫，確保分解爐燃燒空氣中具有較高的氧含量，防止不完全燃燒所造成的還原帶，從而解決由于局部高溫或還原帶所引起的結(jié)皮堵塞問(wèn)題。為實(shí)現(xiàn)這一指導(dǎo)思想，就必須使分解爐的燃料燃燒過(guò)程是在未與窯尾廢氣相遇之前在純的空氣狀態(tài)下進(jìn)行，這是RSP的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)獨(dú)到之處。 

　　在RSP系統(tǒng)中無(wú)論是燃燒器、預(yù)燃室或是分解室，其氣團(tuán)運(yùn)動(dòng)方式均為渦旋式。尤其是在分解室內(nèi)，生料經(jīng)預(yù)熱后分兩路由三次風(fēng)以雙切線方式載入分解室，在其內(nèi)產(chǎn)生激烈的渦旋運(yùn)動(dòng)，由于離心力的作用，使SC室內(nèi)中心部位成為物料濃度的稀相區(qū)，周邊部位成為物料的濃相區(qū)。由于濃稀相區(qū)的存在，在SC室的中心部位就為燃料的燃燒創(chuàng)造了一個(gè)非常有利的燃燒空間，為燃料的穩(wěn)定燃燒、提高燃燼率創(chuàng)造了條件。另外在分解爐頂部設(shè)有看火孔，可觀察火焰形狀與長(zhǎng)短。 

　　由于渦旋運(yùn)動(dòng)，生料通過(guò)載體在SC室內(nèi)所形成的物料濃度梯度，實(shí)質(zhì)是一個(gè)多層次運(yùn)動(dòng)著的粉狀物料吸熱反應(yīng)保護(hù)屏障，由此也就形成了一個(gè)較大的溫度梯度，其值約為700℃左右，即當(dāng)火焰溫度為1600℃時(shí)，爐壁溫度為900℃左右，這是由于碳酸鹽吸熱分解反應(yīng)迅速達(dá)到該反應(yīng)的平衡溫度之故。加之生料率先于煤灰達(dá)到分解爐襯料內(nèi)壁，免除了煤灰及未燃燼的燃料顆粒與襯料接觸，防止了對(duì)襯料的熔蝕和粘附，這就有效地保護(hù)了爐襯。盡管分解爐的熱負(fù)荷相當(dāng)高，其值達(dá)4×106kJ/(m3·h)，但由于有渦旋運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的吸熱反應(yīng)保護(hù)屏障，因此對(duì)爐襯的使用壽命并無(wú)明顯危害。據(jù)我們所知，第一代RSP分解爐的爐襯已使用20多年，至今仍正常工作。 

　　3、混合室與鵝頸管道的作用 

　　RSP混合室(MC)坐落在窯尾煙室之上，上有鵝頸管道，下有可調(diào)縮口，中下有與分解爐相聯(lián)接的斜煙道(如圖5所示)?；旌鲜遗c鵝頸管道實(shí)質(zhì)上是與分解爐串聯(lián)的一個(gè)整體，窯的廢氣經(jīng)可調(diào)縮口以噴騰方式混入。由于混合室斷面風(fēng)速與鵝頸管道斷面風(fēng)速差異的存在，以及混合室內(nèi)部幾何結(jié)構(gòu)的特殊設(shè)計(jì)，創(chuàng)造了一個(gè)氣因循環(huán)往復(fù)回流區(qū)，并以新舊交替方式不斷進(jìn)入與排出。在混合室內(nèi)，氣固以激烈的噴騰循環(huán)往復(fù)方式進(jìn)行混合與強(qiáng)化熱交換。SC室可以說(shuō)是燃燒與分解反應(yīng)的初始區(qū)，其燃燼率為80%，分解率僅為50%左右，氣固在SC室的停留時(shí)間分別為0.7s和3.5s左右。混合室則是燃燒與分解的終始區(qū)，由于激烈的紊流運(yùn)動(dòng)，氣固進(jìn)行強(qiáng)化熱交換，在混合室內(nèi)燃料的燃燼率與碳酸鹽分解率已分別達(dá)96%和85%以上。氣固在混合室出口時(shí)的停留時(shí)間已分別延長(zhǎng)到2.2s和12s左右，不言而喻，這就為提高燃燼率及分解率創(chuàng)造了有利條件。 

圖5　混合室與分解爐 

　　通過(guò)調(diào)節(jié)混合室下設(shè)的可調(diào)縮口，可使窯尾廢氣的噴騰速度控制在20～30m/s，在此種風(fēng)速下，物料一般不會(huì)產(chǎn)生短路現(xiàn)象。但是該縮口同時(shí)也起著氣固兩相阻力自動(dòng)平衡的作用，即當(dāng)混合室內(nèi)噴騰床的物料重力大于窯尾廢氣向上的噴騰阻力時(shí)，會(huì)使部分物料短路直接入窯。這種現(xiàn)象只有在喂料量出現(xiàn)較大波動(dòng)時(shí)或各級(jí)預(yù)熱器物料突發(fā)性積富到某一數(shù)值時(shí)才會(huì)出現(xiàn)。大量的短路會(huì)造成窯熱工制度的紊亂，這就要求喂料量要穩(wěn)定，縮口調(diào)整要適當(dāng)。但是我們也應(yīng)該承認(rèn)，可調(diào)縮口的存在對(duì)自動(dòng)平衡氣固阻力、防止堵塞所發(fā)揮的作用。 

　　優(yōu)化設(shè)計(jì)后的RSP其鵝頸管道的設(shè)計(jì)與否取決于生產(chǎn)規(guī)模的大小和氣固所必須的停留時(shí)間。一般在2000t/d以下設(shè)鵝頸管道，就此而言，根據(jù)熱交換與分解反應(yīng)主要是在管道內(nèi)進(jìn)行的原理和國(guó)內(nèi)有關(guān)試驗(yàn)，在混合室出口生料表觀分解率為85%，而在鵝頸管道出口表觀分解率已達(dá)94%左右。氣固在鵝頸管道內(nèi)的停留時(shí)間分別為1.2s和3.5s。由此可見，加接鵝頸管道的目的是為了進(jìn)一步提高燃燼率及分解率、延長(zhǎng)氣固反應(yīng)所必須的停留時(shí)間而進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的必然產(chǎn)物。 

　　4、結(jié)論 

　優(yōu)化設(shè)計(jì)后的RSP從結(jié)　構(gòu)及其特性分析，具有如下幾大特色： 

　　(1)分解爐的燃料燃燒過(guò)程是在純空氣狀態(tài)下進(jìn)行。調(diào)節(jié)SB閥門可控制燃燒溫度與火焰長(zhǎng)度，調(diào)節(jié)SC閥門可控制燃燒空氣中的氧含量，為燃料的完全燃燒創(chuàng)造了有利條件。 

　　(2)SC室內(nèi)的渦旋運(yùn)動(dòng)不僅延長(zhǎng)了氣固停留時(shí)間，更主要的是使物料形成具有濃度梯度的吸熱保護(hù)屏障，不僅保護(hù)了爐襯，同時(shí)也為燃料的燃燒創(chuàng)造了一個(gè)燃燒空間，使燃料易于穩(wěn)定燃燒。 

　　(3)氣固兩相在RSP系統(tǒng)中最終的停留時(shí)間分別為3.5s和15s左右，由此可使入窯生料表觀分解率達(dá)94%以上，燃料燃燼率達(dá)98%以上。 

　　(4)預(yù)分解系統(tǒng)的粘掛、結(jié)皮、堵塞主要原因，除原燃材料有害成分和操作技術(shù)外，關(guān)鍵在于燃料的不完全燃燒和在還原氣氛下所引起硫堿揮發(fā)和低熔物出現(xiàn)所造成的，而RSP解決了不完全燃燒問(wèn)題，從而也就控制了結(jié)皮、堵塞問(wèn)題。