水泥生产预分解及旁路放风系统数值模拟研究

摘要

水泥生产既是国民经济发展的基础产业，也是传统的高污染、高能耗的行业。针对目前水泥行业可持续性发展的问题凸显，“低碳节能、智能生产、转型升级”成为我国水泥行业发展趋势。利用先进的科学技术手段促进传统行业的研发和提升，有利于我国水泥行业实现现代化，进一步提高国际竞争力。 随着 CFD（计算流体力学）技术的飞速发展，该技术在工程领域中涉及到流动、传热、传质、燃烧、化学反应等过程得到广泛的应用。水泥生产预分解系统中的旋风筒是典型的气固两相流场，分解炉则是典型的涉及到流动、燃烧和化学反应的反应器，应用CFD技术，探索适用于预分解系统内部气固两相流场的数值模拟方法，掌握其内部流复杂的流场和物理化学过程，从而更有效地指导水泥生产装备的设计和水泥生产过程的实践。 本文以中材建材有限公司6000TPD单系列窑尾预热器与分解炉及其旁路放风系统为研究对象，针对水泥生产预分解系统中旋风筒和分解炉的撒料箱以及收尘口的物料体积分数大于10%的实际情况，采用欧拉双流体模型，将气固两相都当作连续介质，通过气固两相之间的相互作用耦合求解各相的质量、动量和能量方程。模拟结果与实际工程测试结果较吻合，表明欧拉双流体模型适用于水泥生产预分解系统中气固两相流场的模拟计算，由于该模型比较全面完整的求解了流场中的各类信息，因此计算结果更全面、精确的反应了实际流场的特性。采用组分运输模型对分解炉内的甲烷燃烧进行建模，针对其湍流燃烧特性，采用涡耗散模型计算燃烧反应速率，得出了分解炉内温度场分布，并在此基础上，依据生料分解反应的机理，建立的生料分解反应模型，计算出分解炉生料分解率。通过对比温度场和分解率的实际工程测试值与计算值，表明所选模型适用于分解炉内反应过程的模拟。针对旁路放风系统，通过对窑尾烟室内部气固流场的模拟计算，根据颗粒浓度值设定了旁路放风点，并对比分析了烟室倾角对烟室内部流场、颗粒浓度以及压降的影响。对比研究了旁路放风系统中，冷热气体的比例、换热管长度和蜗壳长度对冷热空气的换热效果的影响，为该装置的设计提供了理论依据。

目录

声明

第1章 绪论

1.1水泥行业发展现状

1.2新型干法水泥生产技术简介

1.3国内外研究现状

1.4本文的研究目的和意义

1.5本文的研究内容

1.6本章小结

第2章 预分解系统气固两相流模拟

2.1欧拉双流体模型

2.2旋风筒的流场分析

2.3分解炉的流场分析

2.4本章小结

第3章 分解炉内燃烧和分解过程的数值模拟

3.1燃烧过程模拟

3.2生料分解过程模拟

3.3本章小结

第4章 窑尾烟室和旁路放风系统流场分析

4.1窑尾烟室流场计算及对比分析

4.2旁路放风系统计算及分析

4.3本章小结

第5章结论和展望

5.1 结论

5.2 展望

致谢

参考文献

附录 作者攻读硕士学位期间发表的论文