預分解系統(tǒng)內流動、燃燒與分解的研究及數值模擬.pdf

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

2、水泥核心設備一預分解系統(tǒng)內流場、燃燒及分解等相關問題進行系統(tǒng)研究與分析已成為水泥工業(yè)領域中的重要研究課題之一。 本論文依托國家高技術研究發(fā)展計劃(863計劃)項目——低環(huán)境負荷型水泥及膠凝材料關鍵制備技術(項目編號：2002AA335050)。圍繞預分解系統(tǒng)內流動、煤粉(替代燃料)的燃燒和水泥生料的分解及其耦合關系，進行了大量的實驗分析、數值模擬和理論研究，提出了高效低環(huán)境負荷預分解系統(tǒng)設計和改造的優(yōu)化方法、劣質燃料催化燃燒理論

3、及技術和水泥生料分解節(jié)能關鍵技術。主要成果與創(chuàng)新之處如下： 1.提出了基于計算流體力學技術的預分解系統(tǒng)優(yōu)化設計方法，利用Fluent軟件分析預分解系統(tǒng)內冷態(tài)流場的分布情況，研究結構參數(柱體高度、中部縮口)和工況條件(旋流風、噴騰風)對預分解系統(tǒng)內冷態(tài)流場的影響規(guī)律，將得到的結果與水泥生產線實際結果進行比較，進一步驗證了基于計算流體力學技術的預分解系統(tǒng)優(yōu)化設計方法的有效性。同時，根據大量的數值結果分析建立預分解系統(tǒng)內流動模型。

4、 2.以著火溫度、著火和燃盡指數為評價指標分析了高灰分煤粉燃燒特性，針對高灰分煤的燃燒特點，建立基于新型干法水泥生產工藝的高灰分煤催化燃燒理論和技術體系，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高灰分煤燃燒特性的影響規(guī)律；探討了催化燃燒對煤粉燃燒動力學的影響，分析了煤粉著火和活化能間的關系；結合燃燒動力學和煤粉燃燒過程殘余物的微細觀結構、物相組成等方面研究其催化燃燒機理。并采用氧傳遞、電子轉移學說對其進行了解釋。

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理。通過分析認為，在廢舊輪胎膠粉和煤粉的混合物燃燒過程中，從總體上表現為膠粉與煤相互作用的結果，不能由各組分燃燒特性簡單疊加而成。在此基礎上，初步探討了膠粉等替代燃料在水泥工業(yè)高效利用的關鍵技術。 4.研究了利用熱重分析法與標準曲線法求解水泥生料顆粒熱分解

6、的反應機理與動力學參數。在此基礎上，探討了有機酸(檸檬酸、草酸和酒石酸)、金屬氧化物等外加劑對水泥生料中碳酸鈣熱分解特性、動力學特性等影響規(guī)律，提出了水泥生料熱分解節(jié)能降耗關鍵技術。分析了煤粉燃燒、催化燃燒與水泥生料分解間的耦合作用，同時進一步從理論的角度解釋了二者之間的耦合作用機理。 5.結合3750t/d水泥熟料生產線中分解爐內煤粉燃燒過程進行了數值模擬；在此基礎上，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、煤