2500T-D渦流式分解爐分級燃燒的數(shù)值模擬.pdf

1、水泥行業(yè)氮氧化物的排放的增長不僅對環(huán)境產(chǎn)生持續(xù)的污染，而且對水泥行業(yè)自身的可持續(xù)發(fā)展也有抑制作用。分解爐是水泥生產(chǎn)的主要熱工設(shè)備之一，承載著煤粉燃燒與生料分解的任務(wù)，同時(shí)，它也是降低干法水泥生產(chǎn)系統(tǒng)氮氧化物等有害氣體向大氣排放的主要研究對象。水泥窯生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的氮氧化物主要來自2個(gè)方面，一部分來自分解爐中煤粉燃燒產(chǎn)生的燃料型NOX，另一部分來自回轉(zhuǎn)窯內(nèi)氧氣與氮?dú)夥磻?yīng)生成的熱力型NOX。近年來，在保證分解爐煤粉燃燼率和生料分解率的前提下

2、，對分解爐的結(jié)構(gòu)和燃燒工藝進(jìn)行優(yōu)化已成為實(shí)現(xiàn)干法水泥生產(chǎn)系統(tǒng)氮氧化物減排的關(guān)鍵途徑。因此，開展分解爐內(nèi)煤粉燃燒，生料分解以及NOX的還原控制研究是十分必要的。
　　本論文采用數(shù)值模擬的方法，結(jié)合定性與定量分析來研究分解爐內(nèi)的復(fù)雜流場情況，以及煤粉燃燒、生料分解與氮氧化物還原反應(yīng)情況。研究采用分級燃燒的方式來降低系統(tǒng)NOX排放量的較佳方案。
　　本論文選用一實(shí)際運(yùn)行的產(chǎn)量為2500T/D的渦流式分解爐建立三維幾何模型，借助商業(yè)

3、CFD軟件FLUENT對其生產(chǎn)工況進(jìn)行數(shù)值模擬。湍流模型采用標(biāo)準(zhǔn)的雙方程k-模型，輻射模型采用離散坐標(biāo)模型，煤粉顆粒運(yùn)動(dòng)采用離散相隨機(jī)軌道模型，揮發(fā)份的析出采用單步競爭模型，焦炭燃燒采用多組分表面反應(yīng)模型，生料分解采用有限速率模型，控制方程采用有限體積法，求解方式采用SIMPLEC算法進(jìn)行求解，揭示了分解爐內(nèi)氣流流動(dòng)、煤粉燃燒、生料分解及其耦合的過程。并在此基礎(chǔ)上展開了分級燃燒減少氮氧化物排放的數(shù)值模擬。主要結(jié)論如下：
　?。?）

4、建立了分解爐三維體系下的氣相湍流模型、氣固兩相流動(dòng)模型、燃燒與分解耦合模型和氮氧化物還原模型，得到的煤粉燃燼率為99％，碳酸鈣分解率為98.77％。在沒有采用脫硝措施的情況下，窯氣帶入的NO幾乎沒有減少，只有少量與CO發(fā)生還原反應(yīng)，分解爐出口處數(shù)值模擬統(tǒng)計(jì)得到的NO還原率為1.7％。
　?。?）對空氣比例進(jìn)行優(yōu)化表明：單獨(dú)的空氣分級工況下煤粉燃燼率和生料分解率均比較高；NO還原率隨著分風(fēng)比例的增加而增加，但增加幅度不大，特別是當(dāng)分

5、風(fēng)比例低于20％時(shí)，NO還原率很低，總體上說空氣分級的優(yōu)化設(shè)計(jì)對NO的還原影響并不明顯，相對較優(yōu)的分風(fēng)比例為70％。
　　（3）對脫硝噴嘴的優(yōu)化表明：分解爐較優(yōu)的脫硝噴嘴高度為-6.7m，60％為較優(yōu)的分煤比例，噴嘴向下15°為較優(yōu)的角度，伸入0.05m為較優(yōu)的長度，沿負(fù)Y方向噴入為較優(yōu)的噴入方位。得到的煤粉燃燼率為100％，碳酸鈣分解率為96.06％，NO的還原率為37.07％。
　　（4）對同時(shí)分風(fēng)分煤的優(yōu)化表明：同時(shí)分