水泥分解炉内替代燃料燃烧特性的数值模拟

发布时间：2020-10-25 07:11

　　 现今水泥行业普遍采用新型干法生产工艺,分解炉作为工艺中重要的设备之一,成为节能减排的主要对象。在能源紧缺及环境污染的背景下,为水泥分解炉寻找清洁可替代燃料以降低企业成本及污染排放具有重要意义。本研究采用数值模拟的方法研究替代燃料生物质和RDF在水泥分解炉内燃烧特性及污染物排放,为水泥行业在分解炉中使用替代燃料技术提出参考。本文以某市运行的TTF型分解炉为对象,先采用Gambit软件对分解炉进行三维物理建模,并构建网格;接着在模拟软件中选取:模拟分解炉内流体的湍流运动的标准K-?双方程模型,模拟燃料及生料的输运及化学反应过程的通用有限速率模型,模拟单个颗粒轨迹的DPM模型,模拟燃料燃烧所使用的单步竞争模型和动力学/扩散模型,模拟辐射传热的DO模型,进行数值求解计算;最后通过各个工况中流场分布、温度场分布、浓度场分布、CaCO_3和CaO分布以及污染物NO_x排放的差异来分析分解炉使用替代燃料对炉内燃料燃烧和生料分解的影响,主要结论如下:(1)流场上煤粉和替代燃料生物质、RDF三种工况均分布稳定并相似,炉内主流大小有区别,煤粉、生物质及RDF工况下出口流速依次为:16.73 m/s、16.83 m/s、17.68m/s。(2)温度场布局相似,三种工况在炉底锥体部分和第一缩口处差别较大;分解炉往上温度整体处于下降,从1600K下降至1200K的温度区间;煤粉、生物质及RDF工况下分解炉平均温度依次:1476K、1442K、1433K,燃料是煤粉时分解炉内平均温度最高,RDF燃料最低;出口温度依次为1272K、1295K、1277K,生物质作燃料时,烟气出口温度最高。(3)炉内O_2分布由于三次风量的不同,在第一炉段处三种工况区别较大,平均含量高低依次为RDF、煤粉、生物质,在分解炉上面两个炉体O_2含量基本不变,且由于燃烧程度的不同出口O_2含量煤粉、生物质、RDF工况下依次为:2.2%、1.0%、2.8%;CO_2含量往上呈现富集趋势,在燃烧剧烈及生料分解的地方产生大量CO_2,出口烟气中CO_2含量依次为:29.31%、31.20%、28.05%。CO气体则主要存在于第一炉段处,在底部锥体区域不完全燃烧产生以及第二层燃烧器附近燃烧产生。(4)煤粉、生物质及RDF工况下燃料燃烬率依次为:96.7%、98.3%、95.4%,说明分解炉内生物质燃烧最为完全,煤粉对比可知当过量空气系数从1.05调整到1.12时,燃烬率升高;三种工况下生料分解率依次为:97.05%、97.72%、96.60%,说明当使用生物质作为燃料时能分解更多的生料,并且分解率和燃料燃烬率有正比关系。(5)在不通入窑气NO_x情况下,煤粉、生物质及RDF产生的NO_x排放依次为:303ppm、263ppm、109ppm,煤粉在分解炉内产生最多含量的NO_x;在通入窑气NO_x情况下,出口NO_x含量依次为:443ppm、412ppm、223ppm,考虑分解炉使用燃料自身产生的NO_x时,则三种工况下的NO_x还原率依次为:72.36%、73.64%、84.17%,说明TTF型水泥分解炉的燃料分级结构有明显降NO_x效果,分解炉内使用RDF替代燃料则有最大还原促进作用。
【学位单位】：安徽工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：X781.5;TQ172.625
【部分图文】：

第一章 绪论1.1 引言一九零六年建立在唐山细棉土场基础上的启新洋灰公司正式创设，成为中国第一家立窑水泥厂，标志中国水泥产业的开始[1]。改革开放以来，水泥行业不论从产能、产品质量，还是生产技术和装备方面都有了很大进步。2000 年之后，随着现代化快速推进，对水泥的需求急速增加刺激了行业产能的快速增加。截止到 2011 年，我国水泥年产量达到 20 亿吨，占据世界水泥产量 50%以上[2]。2014年我国水泥产量达到新高为 24.92 亿吨，较 2009 年增长约 52%。 从中国统计年鉴来看，在 2014 年后水泥需求量减少，水泥行业年产量也略微降低，但均保持年产 20 亿吨以上的高产出[3]。下图 1-1 为自 2000 年来中国水泥生产总量。

3(b)图 1-2 新型干法水泥生产工艺图由图 1-2(a)(b)可知新型干法水泥生产主要设备有预热器、预分解炉和回转窑。水泥原料（经过球磨机之后的原料）在高温风机的作用下升温并被输入的预热器当中，经过图 1-2(a)中 C1、C2、C3、C4、C5 多级预热后，大部分原料进入分解炉当中，回转窑窑尾连接分解炉底部窑气进口，分解炉本身通有横向三次风管以及燃料管，因此由回转窑产生的高温窑气充当主气流在分解炉内吹拂燃料与

(a) (b)图 1-3 DD 型水泥分解炉结构图 1-4 TTF 型水泥分解炉结构-3 即为 DD 型水泥分解炉结构图，其结构简单、外形规整分为两个部分可使物料燃烧完全、提高生料吸热分解效率
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本文编号：2855636