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，對其結(jié)構(gòu)參數(shù)進行優(yōu)化一直是水泥工作者關(guān)注的重點。分解爐同時又是一個耗能設(shè)備，大量消耗煤炭資源。長期以來，我國干法水泥工業(yè)分解爐中使用的主要燃料是煙煤，低揮發(fā)分煤因具有著火點高、不易燃燼的特點，而在使用中會導(dǎo)致各種問題?，F(xiàn)今，隨著我國煤炭資源的同益緊張，煙煤的日益減少，使用低揮發(fā)分無煙煤甚至低揮發(fā)分高灰分劣質(zhì)煤，已成為分解爐設(shè)計中必須解決的關(guān)鍵問題。本研究采用數(shù)值模擬的方法，結(jié)合定性與定量分析來研

2、究分解爐內(nèi)的流場結(jié)構(gòu)并對其進行優(yōu)化設(shè)計，通過研究氣相停留時間、固相停留時間、固/氣停留時間比、煤粉的燃燼時間等表征分解爐特性的參數(shù)來優(yōu)化爐內(nèi)的流場結(jié)構(gòu)，并為分解爐內(nèi)低揮發(fā)分無煙煤甚至低揮發(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)的水泥分解爐進行數(shù)值模擬。對于每一種爐型，分別從氣相流、氣固二相流、煤粉燃燒的角度展開研究，采用的數(shù)學(xué)模型分別是標準k-ε雙方程模型、離散相模型和混合分數(shù)方

3、法結(jié)合簡化的β-PDF模型。針對每一個方面分別進行最優(yōu)化的設(shè)計，亦分別從不同的方面對三種不同的爐型進行對比分析，主要結(jié)論如下： (1)在SLC-S型噴騰式分解爐內(nèi)，氣流場呈簡單的噴騰狀，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，若增加一個與原生料進口的水平投影夾角大于或等于135°的新生料進口可以改善這種狀況，且尤以157.5°為最佳。對煤粉燃燒的研究結(jié)果表明：該爐型對煤質(zhì)的適應(yīng)性很強，

4、適合燒劣質(zhì)煤，煤粉在該分解爐內(nèi)的燃燼率很高。對低揮發(fā)分高灰分劣質(zhì)煤燃燒進行優(yōu)化設(shè)計的研究結(jié)論為：當三次風(fēng)速率為30m/s、煤粉噴射角度向下，且當兩煤粉進口的水平夾角為180°時最佳。 (2)在NST-I型旋流式分解爐內(nèi)，氣流在整個空間內(nèi)呈螺旋式上升狀，且在整個流場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，當生料進口與三次風(fēng)進口之間的水平夾角在450°～135°

5、的范圍內(nèi)時較為適宜，且尤以135°為最佳。對煤粉燃燒的研究結(jié)果表明：進煤管方位對煤粉燃燼率的影響極大，其中在三次風(fēng)進口附近且在三次風(fēng)的初始運動方向上的煤粉流燃燼率很高，而遠離三次風(fēng)進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：當其中一個煤粉進口位于三次風(fēng)進口附近時，建議將另外一個煤粉進口安置在避開三次風(fēng)的初始運動方向的位置上。 (3)在TDF型旋-噴結(jié)合式分解爐中，下半柱體部分的流場以“旋流”效應(yīng)為主，上

6、半柱體部分的流場以“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。對氣固二相流場進行優(yōu)化設(shè)計得到的優(yōu)化方案為：保持煙氣速度不變，當三次風(fēng)速率在14m/s～20 m/s的范圍內(nèi)時，或者保持三次風(fēng)速度不變，當煙氣速率在20m/s～30m/s的范圍內(nèi)時較為合適；當生料入射角度在24°～34°的范圍時較佳；同一高度的兩個生料進口所形成的平面夾角越小越有利，當它們重合在一起時最佳。對煤粉燃燒

7、的研究結(jié)果表明：該分解爐對煤質(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。對劣質(zhì)煤燃燒進行優(yōu)化設(shè)計所得到的優(yōu)化方案為：當同側(cè)的兩進煤管之間的夾角為90°時最佳，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)合式分解爐對煤質(zhì)的適應(yīng)性很強，皆有利于低揮發(fā)分高灰分劣質(zhì)煤的燃燒，且通過調(diào)整參數(shù)能進一步地提高劣質(zhì)煤在爐內(nèi)的燃燼率；旋流式分解爐對煤質(zhì)的適應(yīng)潛力很大，但需