水泥分解爐結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化與煤粉燃燒的數(shù)值模擬.pdf

1、分解爐是新型干法水泥生產(chǎn)技術(shù)中的核心設(shè)備，對(duì)其結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化一直是水泥工作者關(guān)注的重點(diǎn)。分解爐同時(shí)又是一個(gè)耗能設(shè)備，大量消耗煤炭資源。長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)干法水泥工業(yè)分解爐中使用的主要燃料是煙煤，低揮發(fā)分煤因具有著火點(diǎn)高、不易燃燼的特點(diǎn)，而在使用中會(huì)導(dǎo)致各種問(wèn)題。現(xiàn)今，隨著我國(guó)煤炭資源的同益緊張，煙煤的日益減少，使用低揮發(fā)分無(wú)煙煤甚至低揮發(fā)分高灰分劣質(zhì)煤，已成為分解爐設(shè)計(jì)中必須解決的關(guān)鍵問(wèn)題。本研究采用數(shù)值模擬的方法，結(jié)合定性與定量分析來(lái)研

2、究分解爐內(nèi)的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)并對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過(guò)研究氣相停留時(shí)間、固相停留時(shí)間、固/氣停留時(shí)間比、煤粉的燃燼時(shí)間等表征分解爐特性的參數(shù)來(lái)優(yōu)化爐內(nèi)的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)，并為分解爐內(nèi)低揮發(fā)分無(wú)煙煤甚至低揮發(fā)分高灰分劣質(zhì)煤的使用提供理論指導(dǎo)。 本研究選用了噴騰式、旋流式和旋-噴結(jié)合式三種典型結(jié)構(gòu)的水泥分解爐進(jìn)行數(shù)值模擬。對(duì)于每一種爐型，分別從氣相流、氣固二相流、煤粉燃燒的角度展開(kāi)研究，采用的數(shù)學(xué)模型分別是標(biāo)準(zhǔn)k-ε雙方程模型、離散相模型和混合分?jǐn)?shù)方

3、法結(jié)合簡(jiǎn)化的β-PDF模型。針對(duì)每一個(gè)方面分別進(jìn)行最優(yōu)化的設(shè)計(jì)，亦分別從不同的方面對(duì)三種不同的爐型進(jìn)行對(duì)比分析，主要結(jié)論如下： (1)在SLC-S型噴騰式分解爐內(nèi)，氣流場(chǎng)呈簡(jiǎn)單的噴騰狀，只是在分解爐下部空間貼近壁面處有回流出現(xiàn)。爐內(nèi)阻力損失很小，但生料在爐內(nèi)分散不均勻，若增加一個(gè)與原生料進(jìn)口的水平投影夾角大于或等于135°的新生料進(jìn)口可以改善這種狀況，且尤以157.5°為最佳。對(duì)煤粉燃燒的研究結(jié)果表明：該爐型對(duì)煤質(zhì)的適應(yīng)性很強(qiáng)，

4、適合燒劣質(zhì)煤，煤粉在該分解爐內(nèi)的燃燼率很高。對(duì)低揮發(fā)分高灰分劣質(zhì)煤燃燒進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究結(jié)論為：當(dāng)三次風(fēng)速率為30m/s、煤粉噴射角度向下，且當(dāng)兩煤粉進(jìn)口的水平夾角為180°時(shí)最佳。 (2)在NST-I型旋流式分解爐內(nèi)，氣流在整個(gè)空間內(nèi)呈螺旋式上升狀，且在整個(gè)流場(chǎng)中形成了一系列圍繞著分解爐中心軸旋轉(zhuǎn)上升的渦。生料在整個(gè)爐膛內(nèi)的分散狀況極好，有效容積高。順著三次風(fēng)的旋轉(zhuǎn)方向，當(dāng)生料進(jìn)口與三次風(fēng)進(jìn)口之間的水平夾角在450°～135°

5、的范圍內(nèi)時(shí)較為適宜，且尤以135°為最佳。對(duì)煤粉燃燒的研究結(jié)果表明：進(jìn)煤管方位對(duì)煤粉燃燼率的影響極大，其中在三次風(fēng)進(jìn)口附近且在三次風(fēng)的初始運(yùn)動(dòng)方向上的煤粉流燃燼率很高，而遠(yuǎn)離三次風(fēng)進(jìn)口的煤粉流燃燼率則很低，因此煤粉的整體燃燼率不高。優(yōu)化研究結(jié)果表明：當(dāng)其中一個(gè)煤粉進(jìn)口位于三次風(fēng)進(jìn)口附近時(shí)，建議將另外一個(gè)煤粉進(jìn)口安置在避開(kāi)三次風(fēng)的初始運(yùn)動(dòng)方向的位置上。 (3)在TDF型旋-噴結(jié)合式分解爐中，下半柱體部分的流場(chǎng)以“旋流”效應(yīng)為主，上

6、半柱體部分的流場(chǎng)以“噴騰”效應(yīng)為主。生料主要聚集在分解爐下半柱體部分生料進(jìn)口這一側(cè)，而在氣流速率很高的中心區(qū)生料濃度較稀。對(duì)氣固二相流場(chǎng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)得到的優(yōu)化方案為：保持煙氣速度不變，當(dāng)三次風(fēng)速率在14m/s～20 m/s的范圍內(nèi)時(shí)，或者保持三次風(fēng)速度不變，當(dāng)煙氣速率在20m/s～30m/s的范圍內(nèi)時(shí)較為合適；當(dāng)生料入射角度在24°～34°的范圍時(shí)較佳；同一高度的兩個(gè)生料進(jìn)口所形成的平面夾角越小越有利，當(dāng)它們重合在一起時(shí)最佳。對(duì)煤粉燃燒

7、的研究結(jié)果表明：該分解爐對(duì)煤質(zhì)的適應(yīng)性很好，有利于低揮發(fā)分高灰分劣質(zhì)煤的燃燒。對(duì)劣質(zhì)煤燃燒進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)所得到的優(yōu)化方案為：當(dāng)同側(cè)的兩進(jìn)煤管之間的夾角為90°時(shí)最佳，在此角度下三次風(fēng)速率越大則煤粉燃燒越充分，尤以24m/s最為理想。 (4)對(duì)比研究結(jié)果表明：噴騰式分解爐和旋—噴結(jié)合式分解爐對(duì)煤質(zhì)的適應(yīng)性很強(qiáng)，皆有利于低揮發(fā)分高灰分劣質(zhì)煤的燃燒，且通過(guò)調(diào)整參數(shù)能進(jìn)一步地提高劣質(zhì)煤在爐內(nèi)的燃燼率；旋流式分解爐對(duì)煤質(zhì)的適應(yīng)潛力很大，但需