SLCS分解炉是丹麦史密斯公司自20世纪80年代开始应用于水泥工业的一种分解炉型式，其基本流程如图1所示。它实际上是把三次风单独入炉的SLC分解炉应用于单系列预热器的一种组合形式。我国上海水泥厂及华新水泥厂4号预分解窑系统等均采用SLCS分解炉。据史密斯公司介绍，SLCS分解炉由于采用三次风直接入炉的方式，煤粉燃烧着火环境良好，因而是一种能够适应中等或偏差煤质的分解炉形式。
分解炉温度可以通过调节四级筒入分解炉的物料比例来调整，以达到适应不同煤质的要求。从华新水泥股份有限公司4号窑及上海水泥厂的生产实际来看， SLCS分解炉总体应用效果较好，熟料产量可以超过设计产量。南京工业大学硅酸盐工程研究所和华新水泥股份有限公司共同对华新4号窑系统进行了全面的运行诊断研究。本文以其SLCS分解炉为对象，结合原燃料情况、冷态模型试验和热工检测及反求计算结果对其进行系统地综合分析与评述。
1主要冷态模型试验结果及分析1. 1 SLCS分解炉的气体三维流场在气体流动的第二自模化区（湍流平方区）利用气体三维流场智能化测量系统对该分解炉进行气体三维流场测定，测定条件为分解炉进口平均风速u = 36 m/ s，测量得到的分解炉本体的气体三维流场分布如图2所示。 u为轴向速度， u为径向速度， p为总为静压。
将轴向风速分布与受限喷射流的轴向风速分布比较后，可以看出， SLCS分解炉内的气体流动，尤其是中下部，基本上仍属受限喷射流，与Krupp立筒预热器内的气体流场相似。其下部区域也可以分为几个区，见图3.
由图可知， 1为喷射区，位于三次风入口上方的一个圆锥形区域，其轴向风速基本保持进口风速。由于风速很高，此区是煤粉及物料分散、混合的主要区域 2为喷柱区，其流动方向与入口喷射方向一致，但轴向速度在沿流动方向不断降低。此区域内部物料与气流之间的相对速度较低，对物料分散及物料停留时间的贡献小一些。喷柱区过大，容易导致料气停留时间比值偏低，从而影响分解炉的容积有效利用效率 3为回流区，在分解炉中下部壁面附近的一个环形区域。该区域内气体流向与主体流向相反，其作用是造成物料在分解炉内的逆向返混，从而延长物料在分解炉中的停留时间，提高分解炉的容积利用效率 4为涡流区，它是喷柱区与回流区之间的区域。该区域中气体流动方向紊乱且多变，速度较低，主要作用是使部分物料由主流区向壁面附近迁移，且这部分物料能在回流区沉落下行，从而造成一定程度的物料返混。
与轴向风速相比，径向风速及切线风速数值很小，尤其是中部以上区域，基本上属于柱塞流。从功能上来说，切向及径向风速是分解炉内影响物料逆向返混和横向扰动的基本原因，因而可以认为，SLCS分解炉内的气体流场属于轴向喷射流流场，较利于物料在纵向的混合。但喷射引起的径向风速很低，物料不易产生较强烈的横向混合和必要的逆向物料返混，因而分解炉中粉状物料与气体的平均停留时间的比值将比较小一些，也就是说分解炉的容积利用率不够理想。在这种气体流场结构条件下，如果要达到较理想的煤粉燃烧及碳酸盐分解效果，必须加大分解炉的有效容积或提高分解炉炉温。
鹅颈管（指分解炉顶部的弯管）内的气体流动基本上是沿轴向的平推流运动，其它方向的速度分量非常小，并且速度分布也较均匀。因而物料及煤粉在鹅颈管内部除进口加速和拐弯处因惯性造成物料与气流之燃烧科学与技术间有一定速度差以外，物料将基本上接近柱塞流动，对燃烧和分解反应只能起很有限的补偿作用，故将影响分解炉整体的性能指标。
分解炉阻力特性的研究冷态模型试验条件下测得的SLCS分解炉至鹅颈管出口的阻力特性如图4所示（经过进出口风速校正） .图5为欧拉数与雷诺数之间的关系曲线。 u分别为分解炉进口及截面平均风速， m/ s p为分解炉入口至鹅颈管结束位置处的压降， Pa Re为对应分解炉直径和截面平均风速的雷诺数， Re = Du气体密度， kg/ m Eu为以SLCS分解炉截面平均风速为基准的欧拉数， Eu = p/ Qu与Eu对应，阻力测试结果表明，鹅颈管部分的阻力损失较小，仅数十个帕斯卡，对预分解系统阻降影响很小，可以忽略不计。
SLCS分解炉的阻力系数与部分炉型的比较见表1.与NSF和RSP分解炉比较， SLCS分解炉的阻力系数虽较低，但与DD炉等低阻降的分解炉相比又高一些。
国内部分分解炉阻力系数比较炉型1. 3 SLCS分解炉的物料停留时间分布物料停留时间分布是反映像分解炉这类反应器内部物料运动基本规律的基本分布参数。在分散良好的前提下，只有满足反应器内各种化学反应所需的基本时间，反应器才能充分发挥其功能。 SLCS分解炉本体物料停留时间分布测定结果见图6. t为物料平均停留时间， s t为气体平均停留时间， s R为停留时间分布的方差，表征炉内物料的返混程度。
果。从分解炉本体停留时间的测定结果看，分解炉本体的料气停留时间比值随风速变化的幅度很小，在一定范围内基本保持在2. 5 2. 6之间。工况条件下该SLCS分解炉本体的料气停留时间比值与柳州水泥厂的SLC分解炉及ILC分解炉接近而略低，因而可以认为此类喷腾型分解炉内气固两相运动的规律基本上是一致的。由于本SLCS分解炉的高径比较高，且采用轴向出风结构，因而料气停留时间比值略有降低。
由于气体是单纯喷腾流动，物料缺少断面方向上的混合，表征物料返混程度的方差就比较低， R低于0. 3.这是由于回流区和涡流区所占比例较小，使物料流动总体上接近平推流所致。
包括鹅颈管在内的分解炉整体的料气停留时间比值降低幅度比较大，只有降低到2. 0 2. 35，才说明鹅颈管内基本上是柱塞流，几乎不存在返混，与气体流场的分析结果相一致。因而这种鹅颈管作为分解炉的一部分从空间利用率来看是不够经济的，对物料及煤李昌勇等： SLCS分解炉气固两相运动规律研究粉停留时间的贡献很小，并且使得分解炉的整体性能指标降低幅度较大。
若分解炉内的的气体平均温度为900 e ，分解炉燃料用量近似为60，熟料热耗为3 345 kJ/ kg，炉内物料实际分解量70，则计算得到通过分解炉的气体量大约为76. 2 m / s.算得的分解炉各部分气体及物料的停留时间，如表2所示。
各部位物料停留时间分解炉部位SLCS炉本体鹅颈弯管分解炉整体可以看出，鹅颈管的存在使分解炉区容积增加了近50 ，但有效停留时间仅提高了22.这虽然对改善煤粉燃烧效果和提高出炉生料的分解率有一定作用，同时作为一种弥补措施对于性能欠佳的分解炉型也还是可取的，但增加的时间仅为分解炉区总停留时间的1/ 5左右，效果很不理想，对于改善燃烧效果所起的作用也相对偏低，因而对于新建分解炉的设计而言并不是好的方案。有必要通过对分解炉整体结构的优化来提高分解炉的性能指标。
从表3可以看出，与其它炉型比较， SLCS炉的t数值是*低的。也就是说，分解炉的空间有效利用率不高。华新水泥厂SLCS分解炉的气体平均停留时间长达4. 3 s左右，高于绝大多数分解炉的气体停留时间，以此计算，物料在分解炉内也只有不到10 s的平均停留时间。考虑到实际分解炉内的回流区绝对值较大、入炉的料团尺寸较大以及颗粒之间的相互作用等等，可能颗粒停留时间会略高于10 s.从燃料的研究结果看，厂方所提供烟煤试样的燃烧特性相对较好，因而这种分解炉内煤粉的停留时间应该说还是可以满足燃烧的基本要求的。悬浮态煤粉易燃性试验表明当炉内平均温度达到900 e左右时， 10 s内煤粉燃尽度可以达到接近80 .实际分解炉内由于风速高、湍流度大以及物料分散状况良好，煤粉实际燃尽度可以达到80 85 ，基本能保持窑系统正常运行，即使适当增加产量，在有限范围内也有一定的适应性。但当煤质较差时，煤粉燃烧速率会有较明显的降低，出炉的燃尽度下降，分解炉燃烧能力不够的问题必将突出出来，从预分解系统出来的废气温度也会有一定上升，熟料热耗增加，这反过来又会进一步影响煤粉的停留时间和燃尽度。此时，惟有提高分解炉温度才能提高燃尽度和维持生产稳定。
几种分解炉的料气停留时间比值的比较厂家炉型炉容积比容积产量试验时，对分解炉模型中的物料分散及运动状况进行了观察，发现该分解炉内物料分散状况良好。物料在分解炉下部呈类似于喷腾床的运动，该区域料粉浓度相对较高，物料返混也明显剧烈一些。但在分解炉的中部和上部，料粉浓度则显著降低，只有下部区域的几分之一，物料运动基本呈柱塞流动，观察不到明显的物料返混作用，因而也从另一方面证明了该分解炉中、上部区域空间利用率低，这是该分解炉料气停留时间比值比较低的基本原因，与流场分析结果一致。
观察表明，鹅颈管内物料基本上是柱塞流动，物料在此部分基本上是一闪而过，对煤粉及物料停留时间的贡献很小，加上此部分气体中的氧含量比较低，因而对改善燃烧和分解反应的作用也是十分有限的。
总体而言，由于SLCS分解炉内缺乏有效的横向混合，料气停留时间比值较小，以其目前的状况还只宜烧中、高质量的煤，对劣质煤的适应性较差。这种分解炉实际上是与五级旋风筒一起构成了/分解带0，但旋风筒内旋流强度大，物料基本上是贴壁运动，燃烧环境很差，因而对煤粉燃烧难以起到有效的补充作用。同时燃烧科学与技术也很可能把分解炉出来的部分机械不完全燃烧的煤粉收集入窑，使之在窑内燃烧，造成窑尾废气温度偏高和氧含量偏低，对实际生产造成不良影响。对于采用低挥发分煤或低质煤作燃料时，这类问题会更加突出，不仅容易导致从预热器出来的废气温度提高，造成热耗的增加和产量的降低，而且有可能影响窑系统的稳定运行。所以有必要从改善炉内物料及气体的运动入手，通过必要的结构改进达到改善物料的分散与均布性，延长煤粉及物料的有效停留时间的效果，提高分解炉的利用效率，从而改善其总体性能指标，增加对低质燃料的适应性。在目前情况下，当煤质较差时，只能通过部分分料进入上升烟道的方法提高分解炉燃烧温度来提高煤粉燃尽度。
2结论1）炉型简单、布置方便、阻力损失适中、采用三次风单独入炉并且炉内三次风不与窑气相混是SLCS分解炉的基本特点。
2）煤粉喷嘴装在炉柱体与下锥联接处，此部位是气体流场湍动比较剧烈、气固两相混合较充分的区域，有利于煤粉在纯热空气中迅速燃烧。由于该区域煤粉浓度*高，氧含量也接近*高，可能是炉内燃烧反应相对比较剧烈的区域，所以温度也会远高于分解炉内的平均温度及分解炉出口温度。
3）华新水泥厂4号窑系统所用的SLCS分解炉（含鹅颈管）平均料气停留时间比值为2. 22，在熟料产量2 000 t / h时，煤粉在实际分解炉内的停留时间约为10 s左右，从效果上看基本能够满足所用煤粉燃烧所必需的停留时间。提高分解炉温度对增加产量也有一定的适应性。
4） SLCS分解炉内部气体三维流场比较利于物料的良好分散，因而，分解炉内固体颗粒的停留时间，可认为是真正有效的燃烧及化学反应时间。物料分散效果良好，是保证分散、换热、燃烧和分解反应正常进行的基本前提。
5）煤粉及物料在SLC本体内的固气停留时间比值为2. 56，在鹅颈管内比值仅为1. 525.鹅颈管的体积占整个分解炉区体积的1/ 3，而物料停留时间只占总停留时间的22.因此，该分解炉是基本能够满足设计产量要求而容积利用效率却比较低的炉型，对实际产量的适应性是靠大幅度增加分解炉容积得到的，不够经济，因而该分解炉并不是一种理想的分解炉。
陈全德，曹辰。新型干法水泥生产技术[ M] .北京：建工出版社，简淼夫，李昌勇。新型气体三维流场智能化测量系统的开发研究胡道和，顾大公，李昌勇。立筒预热器工作原理的研究[ J] .硅酸胡道和，李昌勇，蔡玉良，等。反求工程方法在水泥工业中的应用李昌勇等： SLCS分解炉气固两相运动规律研究
