预分解窑高掺无烟煤稳定及高效燃烧仿真研究

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。

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第1章 绪论

1.1研究背景

1.2水泥工业燃用无烟煤的重要意义

1.3水泥回转窑全无烟煤燃烧的条件分析

1.4无烟煤在预分解窑水泥技术上应用的国内外研究现状

1.5本文研究的内容

第2章 预分解窑窑热工测试计算与数学模型建立

2.1水泥回转窑热工测试及计算

2.2数学模型

2.3本章小结

第3章 分解窑典型工况下数值模拟与结果验证

3.1物理模型及网格划分

3.2数值计算方法

3.3边界条件

3.4典型工况条件数值模拟计算

3.5仿真结果实验验证

3.6本章小结

第4章 分解窑高掺无烟煤的高效稳燃仿真研究

4.1研究内容简介

4.2一次风比对高掺无烟煤高效稳燃的影响研究

4.3煤粉细度对高掺无烟煤高效稳燃的影响研究

4.4本章小结

第5章 高掺无烟煤富氧高效稳燃研究

5.1富氧燃烧技术简介

5.2水泥回转窑富氧燃烧方案确定

5.3水泥回转窑内无烟煤富氧燃烧的数值模拟

5.4本章小结

第6章 结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

致谢

附录 攻读硕士期间发表的学术成果