HFC分解炉全无烟煤高效燃烧数值仿真研究

摘要

本文结合郴州市重大科技计划项目：分解窑无烟煤高效低NOX煅烧水泥技术研究，对全无烟煤在分解炉上的应用燃烧开展研究。研究的目的在于新型干法水泥生产技术更加完善，向“生态环境型”迈进。
　　利用工业分析仪和热重分析仪对湖南郴州南方水泥厂燃用的烟煤和无烟煤的燃烧特性进行研究分析。测得煤粉的水分、灰分、挥发分、固定碳及着火温度等这些基本数据。利用煤的着火特性指标、燃烧烈度、燃烧特性指数对几种烟煤和无烟煤进行评价比较，获知无烟煤的燃烧特性。有利于无烟煤在分解炉内燃烧时，对分解炉的结构和运行参数的优化进行理论性指导，作出相应的结构优化和运行参数的优化，以期获得无烟煤在分解炉内的高效燃烧。
　　利用GAMBIT、FLUENT、ICEM等流体仿真模拟软件，对日产2500t/d的分解炉建立几何模型、进行网格划分优化和模拟研究。采用雷诺平均数值模拟中的标准k-ε双方程模型模和离散相(DPM)模型对分解炉内的气-固两相流进行模拟。对原型分解炉和分解炉分风分级燃烧无烟煤粉和碳酸盐分解的耦合采用组分输运模型结合涡耗散概念的（EDC）模型进行模拟。模拟得到原型分解炉和分解炉分风分级燃烧的气-固两相流的速度分布、速度分布矢量、颗粒轨迹和燃烧无烟煤粉和碳酸盐分解的耦合的温度分布、挥发分分布及相关物质的组分浓度分布。对这些模拟结果进行了分析研究，与实际测试值比较，模拟结果与实际工程吻合较好。在此模拟的基础上，对分解炉燃烧全无烟煤的高效燃烧进行模拟优化。通过抬高生料管的位置，延后生料的喷入让无烟煤的预热着火有个相对燃烧稳定区；调整三次风的温度，加快焦炭的化学动力反应速率；喷煤管改为四喷，使煤粉颗粒能更好地在分解炉内中下部均匀分布，能使其更好换热和燃烧。通过模拟优化得到当生料喷煤管的高度为8.5m，三次风温为1223K，喷煤管为四喷时，原型分解炉和分风分级燃烧分解炉为最优模拟结果，无烟煤煤粉的燃烬率为97.21％和97.35％，碳酸盐的分解率为92.5％和93.6％。且在原型分解炉上建立的分风分级燃烧更有利于无烟煤的燃烧、碳酸盐的分解和降低污染物的排放，对水泥生产作出理论性指导。

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第1章 绪论

1.1研究背景

1.2 无烟煤在分解炉上的利用

1.3 目前分解炉研究状况

1.4 本文主要研究工作

第2章 无烟煤动力参数研究

2.1 引言

2.2 煤粉的制备

2.3 燃煤的热重分析研究

2.4 煤粉燃烧动力参数

2.5 水泥厂燃煤的燃烧特性评价

2.6 本章小结

第3章 模拟软件及分解炉几何建模

3.1 数值模拟软件

3.2 分解炉几何模型的建立

3.3 边界条件的定义

3.4 本章小节

第4章 分解炉内气固两相流模拟

4.1 引言

4.2 模拟模型

4.3 模拟结果分析与讨论

4.4 本章小结

第5章 分解炉内煤粉燃烧与生料分解耦合仿真

5.1 引言

5.2 数学模型

5.3 模拟结果与分析

5.4 燃烧与分解的耦合分析

5.5 本章小结

第6章 分解炉全无烟煤高效燃烧数值模拟

6.1 引言

6.2 喂料点位置对无烟煤燃烧的影响

6.3 三次风温对无烟煤燃烧的影响

6.4 喷煤管布置对无烟煤燃烧的影响

6.5 本章小结

结论与展望

结论

展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的学术论文