水泥生產(chǎn)用分解爐傳熱和流動特性的數(shù)值模擬及實驗研究.pdf

1、新型干法水泥生產(chǎn)技術(shù)是目前世界上最先進的水泥生產(chǎn)技術(shù)，近年來，新型干法水泥生產(chǎn)技術(shù)日益成熟，并向著系列化、大型化、生態(tài)化方向發(fā)展。窯尾預分解系統(tǒng)是新型干法水泥生產(chǎn)過程中的核心部分，而分解爐是窯尾預分解系統(tǒng)的核心設備。本文采用實驗測定和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，對山水集團山東水泥廠2000t/d3＃生產(chǎn)線的分解爐進行了傳熱和流動特性的研究。主要工作如下:
　　1、結(jié)合現(xiàn)場情況，合理布置監(jiān)測點和采樣點，對實際工況中的相關(guān)物理量進行了實驗測

2、定，并得到所需數(shù)據(jù)。
　　2、利用Pro/ENGINEER軟件對分解爐建立幾何模型，并對分解爐的幾何模型進行網(wǎng)格劃分。選取幾組不同數(shù)量的網(wǎng)格，進行網(wǎng)格獨立性驗證，確定數(shù)值模擬的最佳網(wǎng)格數(shù)目。
　　3、使用FLUENT軟件，選用標準k-ε模型對分解爐氣相流場進行數(shù)值模擬，得到了氣相流場的速度分布云圖、速度矢量圖和系統(tǒng)流線圖。結(jié)果表明，氣體整體上呈螺旋上升，爐內(nèi)多處存在環(huán)狀渦流和明顯的渦旋現(xiàn)象，但是爐內(nèi)速度分布并不對稱。

3、　　4、在氣相流場模擬的基礎(chǔ)上，選擇離散相模型，對分解爐氣固兩相流場進行數(shù)值模擬，得到了速度分布云圖、生料顆粒軌跡圖和煤粉顆粒軌跡圖。結(jié)果表明，速度分布的整體趨勢和氣相流場類似，生料顆粒和煤粉顆粒在分解爐內(nèi)擴散狀況良好，幾乎充滿整個爐體空間，生料顆粒在爐內(nèi)的最長停留時間達到了11.9s。
　　5、選用借助概率密度函數(shù)(PDF)的非預混燃燒模型，對分解爐煤粉燃燒過程進行數(shù)值模擬，得到了煤粉燃燒流場的速度分布、溫度分布、各組分濃度分布

4、情況和煤粉顆粒軌跡圖。結(jié)果表明，熱態(tài)流場的的速度分布情況和冷態(tài)流場趨勢大致相同，但整體速度要高于冷態(tài)氣相流場，同樣存在速度分布不對稱的現(xiàn)象;溫度場的分布存在出口溫度太高、下部混合室近壁區(qū)溫度過高等不合理之處;爐內(nèi)O2、CO2、CO濃度分布合理。煤粉顆粒分散狀況良好。
　　6、針對數(shù)值模擬的結(jié)果，對該生產(chǎn)線的分解爐結(jié)構(gòu)提出相應的改進方案，并對改進后的分解爐模型分別進行了氣相流場、氣固兩相流場和煤粉燃燒的數(shù)值模擬。與改進前對比，速度場