NC型低压损预热器分解炉内气固两相流场数值模拟及优化设计研究

摘要

分解炉在新型干法水泥生产线预热器系统中处于核心地位，通过炉内气固两相的充分换热与输送、燃料燃烧与碳酸钙分解等主要过程，其兼有化学反应装置与燃烧炉的特点。分解炉内燃烧效率和生料分解率受到炉内气-固两相物质间的耦合程度影响，主要体现在流场状态（速度、温度、压力）、物料颗粒状态（浓度分布、停留间）两个方面。研究分解炉内部的流场状态及其优化设计，在理论和工程应用方面均具有重要的意义。
　　论文的研究工作如下:
　　1、以万吨水泥生产线预热器分解炉为研究对象，建立了简化的分解炉三维分析模型。通过对分解炉结构和功能区域的分析，提出了分解炉的分块混合网格划分的策略。
　　2、对分解炉的区域类型进行了划分，烟气、三次风、生料和煤粉进口均设为速度进口;分解炉出口设为压力出口;分解炉内壁面设为内壁面，计算区域为连续介质类型。
　　3、借助计算流体动力学(CFD)技术，对分解炉内的流场进行了数值模拟。主要从分解炉内部的湍流流动、气-固两相流、煤粉燃烧几个方面进行了数值模拟研究，根据煤粉燃烧与碳酸钙分解的耦合流场的数值模拟，对分解炉燃烧的关键问题进行了研究。
　　4、通过数值模拟结果以及分析，对分解炉三次风管布置、炉容、喷煤管角度等结构进行了研究和探讨。通过比较，提出了分解炉结构的优化设计方案。
　　研究表明，CFD技术应用与优化设计方法结合在大型水泥生产线的研发中具有非常重要的作用，可以在设计阶段掌握炉内的设计流场变化趋势，有效缩短开发周期，降低研发的风险和成本。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．1．1 水泥工业发展的国内外现状

1．1．2 预热预分解系统的研发现状

1．1．3 分解炉的研究进展

1．1．4 分解炉数值模拟的研究现状

1．2 课题研究的目的及意义

1．3 课题所需做的工作

第二章 万吨级NC型分解炉设计研究

2．1 万吨级水泥生产线现状

2．2 万吨级NC型分解炉研发设计概述

2．2．1 NC型分解炉的结构及原理

2．2．2 NC型分解炉炉内分解过程

2．2．3 NC型分解炉研发及技术现状

2．3 热工计算及分解炉结构参数计算

2．3．1 物料化学分析

2．3．2 燃料燃烧计算

2．3．3 物料平衡、热平衡计算

2．3．4 分解炉的设计计算

2．4 本章小结

第三章 分解炉建模及CFD分析前处理

3．1 分解炉模型简化处理

3．2 网格划分

3．2．1 GAMBIT网格功能特点

3．2．2 分解炉网格划分

3．3 区域类型及相关参数计算

3．4 本章小结

第四章 数值模拟方法

4．1 计算流体动力学

4．1．1 CFD概述

4．1．2 CFD的求解过程

4．1．3 FLUENT的特点及求解流程

4．2 数学模型

4．2．1 基本假设

4．2．2 炉内气相流场湍流模型分析

4．2．3 炉内气固两相流模型分析

4．2．4 炉内煤粉燃烧模型

4．3 数值求解

4．3．1 控制方程离散

4．3．2 差分格式

4．3．3 数值求解算法

4．3．4 求解的过程

4．4 本章小结

第五章 分解炉内流场数值模拟

5．1 分解炉内三维湍流流场数值模拟

5．1．1 计算区域及网格质量

5．1．2 数值模拟过程处理

5．1．3 模拟结果分析

5．2 分解炉内的气-固两相流动模拟

5．2．1 计算区域及网格质量

5．2．2 数值模拟过程处理

5．2．3 模拟结果分析

5．3 分解炉内煤粉燃烧过程数值模拟

5．3．1 计算区域及网格质量

5．3．2 数值模拟过程处理

5．3．3 数值模拟结果及分析

5．4 分解炉内煤粉燃烧与碳酸钙分解的流场模拟研究展望

5．5 本章小结

第六章 分解炉结构优化研究

6．1 分解炉结构优化需考虑的因素

6．2 分解炉三次风入射角对炉内流场的影响

6．2．1 分解炉的建模

6．2．2 边界条件和数值方法

6．2．3 模拟结果及分析

6．3 不同炉容对炉内流场的影响

6．4 喷煤管喷射角度的优化

6．5 本章小结

第七章 结论与展望

7．1 结论

7．1．1 分解炉设计计算结论

7．1．2 数值模拟结论

7．1．3 结构优化结论

7．2 展望

致谢

参考文献