預(yù)分解系統(tǒng)內(nèi)流動(dòng)、燃燒與分解的研究及數(shù)值模擬.pdf

1、隨著我國(guó)基礎(chǔ)建設(shè)的高速發(fā)展，水泥產(chǎn)量和消耗量連續(xù)幾年來以驚人的速度增長(zhǎng)。到2005年，水泥產(chǎn)量達(dá)到10.64億噸，約占世界總產(chǎn)量的1/2。在新型干法水泥生產(chǎn)工藝中，預(yù)分解窯已成為水泥燒成的主要設(shè)備，其中預(yù)分解系統(tǒng)占有很重要的地位，其占水泥熟料生產(chǎn)總能耗的60％-80％。預(yù)分解系統(tǒng)性能的優(yōu)劣、燃料的燃燒和水泥生料的分解關(guān)系到水泥熟料生產(chǎn)過程中資源消耗、熱耗、環(huán)境污染等重要問題，是涉及我國(guó)水泥及相關(guān)行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重大問題。因此，對(duì)新型干法

2、水泥核心設(shè)備一預(yù)分解系統(tǒng)內(nèi)流場(chǎng)、燃燒及分解等相關(guān)問題進(jìn)行系統(tǒng)研究與分析已成為水泥工業(yè)領(lǐng)域中的重要研究課題之一。 本論文依托國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)項(xiàng)目——低環(huán)境負(fù)荷型水泥及膠凝材料關(guān)鍵制備技術(shù)(項(xiàng)目編號(hào)：2002AA335050)。圍繞預(yù)分解系統(tǒng)內(nèi)流動(dòng)、煤粉(替代燃料)的燃燒和水泥生料的分解及其耦合關(guān)系，進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)分析、數(shù)值模擬和理論研究，提出了高效低環(huán)境負(fù)荷預(yù)分解系統(tǒng)設(shè)計(jì)和改造的優(yōu)化方法、劣質(zhì)燃料催化燃燒理論

3、及技術(shù)和水泥生料分解節(jié)能關(guān)鍵技術(shù)。主要成果與創(chuàng)新之處如下： 1.提出了基于計(jì)算流體力學(xué)技術(shù)的預(yù)分解系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，利用Fluent軟件分析預(yù)分解系統(tǒng)內(nèi)冷態(tài)流場(chǎng)的分布情況，研究結(jié)構(gòu)參數(shù)(柱體高度、中部縮口)和工況條件(旋流風(fēng)、噴騰風(fēng))對(duì)預(yù)分解系統(tǒng)內(nèi)冷態(tài)流場(chǎng)的影響規(guī)律，將得到的結(jié)果與水泥生產(chǎn)線實(shí)際結(jié)果進(jìn)行比較，進(jìn)一步驗(yàn)證了基于計(jì)算流體力學(xué)技術(shù)的預(yù)分解系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的有效性。同時(shí)，根據(jù)大量的數(shù)值結(jié)果分析建立預(yù)分解系統(tǒng)內(nèi)流動(dòng)模型。

4、 2.以著火溫度、著火和燃盡指數(shù)為評(píng)價(jià)指標(biāo)分析了高灰分煤粉燃燒特性，針對(duì)高灰分煤的燃燒特點(diǎn)，建立基于新型干法水泥生產(chǎn)工藝的高灰分煤催化燃燒理論和技術(shù)體系，采用熱重分析法研究分析了堿金屬鹽、金屬氧化物和碳酸鹽對(duì)高灰分煤燃燒特性的影響規(guī)律；探討了催化燃燒對(duì)煤粉燃燒動(dòng)力學(xué)的影響，分析了煤粉著火和活化能間的關(guān)系；結(jié)合燃燒動(dòng)力學(xué)和煤粉燃燒過程殘余物的微細(xì)觀結(jié)構(gòu)、物相組成等方面研究其催化燃燒機(jī)理。并采用氧傳遞、電子轉(zhuǎn)移學(xué)說對(duì)其進(jìn)行了解釋。

5、 3.利用熱重分析法研究了廢輪胎膠粉的燃燒特性，探討了膠粉的基本特性與燃燒過程。分析了升溫速率和煤粉、膠粉混合比例對(duì)燃料燃燒特性的影響規(guī)律，探討了煤粉與膠粉混合燃燒的作用機(jī)理。通過分析認(rèn)為，在廢舊輪胎膠粉和煤粉的混合物燃燒過程中，從總體上表現(xiàn)為膠粉與煤相互作用的結(jié)果，不能由各組分燃燒特性簡(jiǎn)單疊加而成。在此基礎(chǔ)上，初步探討了膠粉等替代燃料在水泥工業(yè)高效利用的關(guān)鍵技術(shù)。 4.研究了利用熱重分析法與標(biāo)準(zhǔn)曲線法求解水泥生料顆粒熱分解

6、的反應(yīng)機(jī)理與動(dòng)力學(xué)參數(shù)。在此基礎(chǔ)上，探討了有機(jī)酸(檸檬酸、草酸和酒石酸)、金屬氧化物等外加劑對(duì)水泥生料中碳酸鈣熱分解特性、動(dòng)力學(xué)特性等影響規(guī)律，提出了水泥生料熱分解節(jié)能降耗關(guān)鍵技術(shù)。分析了煤粉燃燒、催化燃燒與水泥生料分解間的耦合作用，同時(shí)進(jìn)一步從理論的角度解釋了二者之間的耦合作用機(jī)理。 5.結(jié)合3750t/d水泥熟料生產(chǎn)線中分解爐內(nèi)煤粉燃燒過程進(jìn)行了數(shù)值模擬；在此基礎(chǔ)上，采用有限速率/渦耗散模型模擬研究了噴旋分解爐的三維流動(dòng)、煤