基于Fluent軟件模擬水泥分解爐熱工過(guò)程.pdf

1、新型干法水泥生產(chǎn)技術(shù)是當(dāng)今水泥生產(chǎn)的最先進(jìn)技術(shù)，而分解爐是該生產(chǎn)技術(shù)中的最核心設(shè)備之一。本論文采用Fluent軟件對(duì)5000t/d水泥生產(chǎn)線的新型三噴騰分解爐進(jìn)行數(shù)值模擬，直觀地給出分解爐內(nèi)的氣體流動(dòng)場(chǎng)、溫度場(chǎng)、組分濃度分布場(chǎng)以及固體顆粒的運(yùn)動(dòng)軌跡，探討了分解爐內(nèi)物料分散、熱量傳遞、燃料燃燒、碳酸鈣分解的熱工過(guò)程。該研究不僅能對(duì)分解爐熱工制度進(jìn)行合理和科學(xué)的優(yōu)化，而且能為分解爐設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)提供有力的科學(xué)依據(jù)，對(duì)指導(dǎo)水泥生產(chǎn)、節(jié)約能源、提高

2、質(zhì)量及降低生產(chǎn)成本亦有重要的指導(dǎo)意義。研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下：
　　 1.依據(jù)生產(chǎn)實(shí)際分解爐，利用Gambit軟件對(duì)5000t/d水泥生產(chǎn)線的新型三噴騰分解爐建立幾何模型，該分解爐包括燃燒室、中混合室、上混合室三部分。運(yùn)用分塊網(wǎng)格劃分方案對(duì)其進(jìn)行網(wǎng)格劃分，獲得最優(yōu)網(wǎng)格數(shù)為483261個(gè)，為數(shù)值計(jì)算提供了有力的計(jì)算條件。
　　 2.根據(jù)分解爐內(nèi)流體流動(dòng)特性，建立該分解爐氣體流動(dòng)的數(shù)學(xué)模型。運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)k-ε湍流模型，采用SIMPL

3、E算法和亞松弛迭代方法進(jìn)行求解。結(jié)果表明：從整體上看，分解爐流場(chǎng)相對(duì)于軸線對(duì)稱(chēng)性較好，表明爐內(nèi)流場(chǎng)穩(wěn)定。爐內(nèi)冷態(tài)旋流效應(yīng)顯著，以順時(shí)針?lè)较蚵菪仙?，多處存在旋渦。
　　 3.在氣相流場(chǎng)模擬的基礎(chǔ)上，結(jié)合分解爐實(shí)際熱工工況，應(yīng)用多相流理論，選用DPM離散相模型，考慮氣-固兩相的耦合作用，對(duì)加入煤粉與生料顆粒的冷態(tài)流場(chǎng)進(jìn)行模擬。結(jié)果表明：在旋流與噴騰雙重效應(yīng)下，固體顆粒螺旋上升，分散度較高，充盈了整個(gè)爐體，停留時(shí)間為10.8s;旋流

4、效應(yīng)的離心作用使固體顆?？拷诿?，形成中心濃度稀疏區(qū)，不僅有利于煤粉與氣體的充分接觸，而且延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。
　　 4.采用熱分析方法研究該分解爐所用煤粉的燃燒特性及動(dòng)力學(xué)性能，結(jié)合所得動(dòng)力學(xué)參數(shù)及冷態(tài)數(shù)值模擬，運(yùn)用非預(yù)混燃燒模型對(duì)煤粉在分解爐內(nèi)流動(dòng)、傳熱及燃燒情況進(jìn)行模擬，給出分解爐內(nèi)熱態(tài)流場(chǎng)、溫度場(chǎng)、組分濃度場(chǎng)及顆粒運(yùn)動(dòng)軌跡。結(jié)果表明：在熱氣流影響下，分解爐內(nèi)熱態(tài)速度梯度減小，流場(chǎng)分布更均勻；分解爐內(nèi)溫度場(chǎng)的最高溫度區(qū)域在

5、燃燒室，能接近1800K，但隨分解爐體高度增加，至中混合室溫度將逐漸降低最后趨向于均勻分布；分解爐內(nèi)熱氣體的旋流與噴騰效應(yīng)提高了物料分散與湍流程度，在燃燒室壁面附近出現(xiàn)返混，促進(jìn)了煤粉充分燃燒，加快了揮發(fā)份的熱解和析出；分解爐內(nèi)CO2、O2、CO濃度分布合理，煤粉入口處CO2濃度較低、CO濃度較高，但至分解爐出口處，CO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為最高，CO濃度接近為零。
　　 5.利用熱分析方法對(duì)分解爐所用石灰石進(jìn)行研究，確定碳酸鈣分解機(jī)理及