预分解窑高掺无烟煤稳定及高效燃烧仿真研究

发布时间：2020-05-21 23:05

【摘要】：我国的能源形势极其严峻,且能源结构又决定了我国能源消耗以煤炭为主,而水泥工业又是我国煤炭资源的消耗大户,所以水泥回转窑燃用无烟煤等低品位燃料担任着我国的节能降耗的重要角色。然而,使用低品位无烟煤作为水泥生产燃料存在着火困难,燃烧稳定性差,燃烧效率低下等诸多问题。因此,通过研究实现回转窑内无烟煤的高效稳定燃烧具有重要意义。针对水泥回转窑燃用无烟煤存在的问题,本文以湖南金磊南方水泥有限公司(以下简称金磊公司)水泥窑为研究对象,通过热工测试计算、热重分析试验及数值模拟等方法相结合,进行了较深入的研究,主要研究工作如下:首先,调研和热工测试。在金磊公司进行了为期一个月的的学习实践,实习过程中分别在中控室、生产线和化验室等工作岗位上学习交流,进行了回转窑系统的热工测试及相关参数收集,按照相关国标的规定进行了水泥回转窑系统的热工计算,确定窑系统的能量平衡,为后续工作的开展打下了良好的基础。接着,以金磊公司一规格为?4.0×60 m的水泥回转窑为对象,利用Gambit建立计算几何模型,利用Fluent建立湍流气相流动、煤粉颗粒运动、煤粉燃烧、辐射换热等数学模型,根据在厂区查阅的资料及热工测试结果确定计算边界条件,对回转窑进行实际工况数值模拟,并与现场试验测试结果进行对比分析,验证了模型的正确性。然后,对混煤燃烧过程进行数值模拟,以金磊公司水泥窑燃用的混煤(无烟煤与烟煤比4:6)为初始值,逐步提高无烟煤掺混比,研究了一次冷风量、煤粉细度、一次风氧浓度等参数对水泥回转窑内无烟煤稳定高效燃烧的影响。模拟研究结果表明:现有技术条件下,减少一次风量,提高煤粉细度,有益于改善高掺无烟煤混煤燃烧的稳定性和燃烧效率,但无法实现全无烟煤高效稳定燃烧。最后,通过引入富氧燃烧技术,开展高掺无烟煤混煤的稳燃和燃烧效率研究。仿真模拟结果表明:当一次冷风量为6%,煤粉细度为80μm筛余5%,富氧浓度27%时,仿真结果表明回转窑上100%无烟煤燃烧具有较好的燃烧稳定性和较高的燃烧效率。
【图文】：

分布情况,资源种类,中国煤炭

我国的能源结构决定了我国能源消耗以煤炭为主，每年煤炭消费量约占能源耗总量的 67%（世界的平均水平为 25%），这种以煤炭为主的能源结构也是国环境污染严重的主要原因。据报道，，2009 年，我国 GDP 仅占世界的 8.6%，而能源消费总量却占到世界 19.5%，其中煤炭消耗量占世界总消耗量的 46.9%，石油占 10.4%；而同年美 GDP 占世界的 24.3%，煤炭和石油消费量分别占 15.2%和 21.7%；日本 GDP 8.7%，煤炭和石油消费量分别只 3.3%和 5.1%。由此也可看出，我国的能耗水要远高于世界平均水平，而与技术先进的发达国家比更是相差甚远，能源形势常之严峻[7]。. 煤炭资源分布情况我国存在煤炭储存量分布不均和煤炭空间地域分布不平衡等问题，大量的煤资源蕴藏在西北、华北及中南这些经济技术和工业相对落后的地区，而经济技和工业较为发达的南方煤储存量相对有限，且以无烟煤和含高灰分、低热值、硫分、高水分的劣质煤为主要煤资源，而挥发分高、易燃的优质烟煤含量相对少。

示意图,水泥回转窑,系统模型,示意图

第 3 章分解窑典型工况下数值模拟与结果验证工业窑炉燃用无烟煤已成必然趋势，水泥窑炉在燃用无烟煤煅烧水泥的研究中也已取得了长足进展，通过大量文献查阅与学习发现，水泥窑无烟煤燃烧研究主要采取生产线试验研究[24-28]。本文采用数值模拟的方法，来对水泥回转窑内无烟煤燃烧过程进行仿真研究，为现燃用混煤的水泥生产线实现全无烟煤全无烟煤燃烧提供可行方案。本章首先通过现场测量和档案查阅的参数建立水泥回转窑的数值计算模型，然后进行模型的模拟验证。3.1 物理模型及网格划分3.1.1 水泥回转窑物理模型本文以湖南金磊南方水泥有限公司当前运行的2500 t/d水泥回转窑及其专用的燃烧器为研究对象，回转窑尺寸为 4×60m。物理模型计算域采取平均有效直径 3.6m，窑的计算长度为 60m。图 3-1 为水泥回转窑系统模型示意图。
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ534

【参考文献】