水泥回轉(zhuǎn)窯和篦冷機內(nèi)氣固兩相流及換熱過程的數(shù)值研究.pdf

1、博士學位論文水泥回轉(zhuǎn)窯和篦冷機內(nèi)氣固兩相流及換熱過程的數(shù)值研究NumericalStudyonGasParticleTwoPhaseFlowandHeat_ExchangeProcessinCementRotaryKilnandGrateCooler作者姓名：奎焦位學科、專業(yè)：麴左扭越拯王猩學號：一10410005一————————————————————————————————————一指導教師：鯉藎墮塾握芝送超塾握完成日期：星Q!墨

2、生Q壘旦大連理工大學DalianUniversityofTechnology大連理工大學博士學位論文摘要回轉(zhuǎn)窯是一種具有燃燒、換熱、化學反應以及物料輸送等主要功能的生產(chǎn)設(shè)備。具有容積大、能耗高、物料長滯留、燃料適應性強等特性。但回轉(zhuǎn)窯與其它熱工設(shè)備相比熱效率低。如何促進物料與空氣的混合，強化氣固換熱，減少熱損失是亟待解決的問題。為此，必須對回轉(zhuǎn)窯內(nèi)物料、煤粉和空氣的流動和傳熱特性開展深入研究，用以指導回轉(zhuǎn)窯技術(shù)和結(jié)構(gòu)改進，從而實現(xiàn)提高運

3、轉(zhuǎn)效率和降低能耗的目的。同時，由于問題的復雜性與典型性，該項研究對稠密氣固兩相流學科領(lǐng)域也具有重要理論意義。本文以一臺西4364m水泥回轉(zhuǎn)窯為工程背景，對包括燃燒器和篦冷機在內(nèi)的完整的回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)進行了多維數(shù)值模擬研究。性能優(yōu)良的燃燒器能夠保證為水泥回轉(zhuǎn)窯提供最佳的熱工條件。本文首先對一臺四通道旋流燃燒器內(nèi)的氣固兩相流進行了模擬研究，應用歐拉拉格朗曰計算方法，對窯內(nèi)煤粉空氣兩相湍流流場進行模擬，系統(tǒng)地研究了各風道不同送風量及旋流葉片角度對

4、燃燒器出口流場中的速度分布的影響，詳盡的分析了不同工況下冷態(tài)射流湍流場的流態(tài)變化規(guī)律。計算結(jié)果表明，燃燒器的中心回流區(qū)對實現(xiàn)快速點火和穩(wěn)定燃燒具有重要作用，內(nèi)旋流風和高速外風使得煤粉和空氣充分混合，并卷吸了高溫二次風，促進了煤粉燃燒。提高外風風速會促進煤粉顆粒的運動，但風速需要控制在適宜的范圍內(nèi)。其次，基于歐拉歐拉法，建立了回轉(zhuǎn)窯內(nèi)物料與氣體的兩相流動模型，分別對其二維橫截面與三維窯體內(nèi)的流動和傳熱特性進行數(shù)值研究。把顆粒流體的動理學理

5、論引入該項研究，將物料顆粒的隨機運動比擬為分子熱運動，引入顆粒溫度作為描述顆粒隨機運動動能的變量，建立顆粒的本構(gòu)方程，從而封閉固相動量方程。考慮了物料反應、輻射傳熱及窯壁間接式傳熱等諸多因素。討論橫截面內(nèi)物料、壁面和自由空間氣體之間的換熱機理，應用熱量源項在二維模型中考慮軸向溫度梯度的影響，分析物料、壁面和自由空間氣體三相間的換熱機制。通過計算得到了顆粒物料在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)隨窯壁回轉(zhuǎn)的復雜運動特性及其空間分布規(guī)律，獲得了回轉(zhuǎn)窯內(nèi)溫度分布曲線，

6、及不同區(qū)域氣體、物料和窯壁之間的換熱量。計算結(jié)果與文獻試驗值相吻合，說明該計算模型具有較好的預測能力，可以為改進與優(yōu)化回轉(zhuǎn)窯的工藝操作流程提供指導。最后，針對熟料在篦冷機內(nèi)的輸運與冷卻換熱過程，應用歐拉歐拉兩相流計算方法及多孔介質(zhì)模型，進行了二維數(shù)值模擬，主要分析了熟料的輸運、熟料與氣體的換熱特性。計算結(jié)果表明，顆粒增大會使熟料床的厚度明顯增厚，直徑為20ram的熟料與空氣換熱最好，空氣溫度升高最大。關(guān)鍵詞：回轉(zhuǎn)窯；燃燒器；氣固兩相流；