回转窑多通道燃烧器冷态模化试验研究与数值模拟

摘要

随着我国经济的快速发展，我国能源供应日益紧张，水泥工业作为我国工业生产的耗能大户，其技术发展水平的高低对于实现水泥生产节能降耗、减少环境压力，实现循环经济和可持续发展战略有重要意义。水泥工业作为国民经济的重要基础产业，在现代社会国民经济发展中发挥着重要作用。与先进国家相比，目前我国水泥工业整体工艺水平较低，水泥熟料煅烧过程能耗与先进国家差距较大，目前我国水泥产量接近世界总产量的一半，能耗约占全国煤炭产量的15％，因此，为缓解我国能源紧张的局势，针对水泥煅烧特点开展燃烧新技术研究，采用先进燃烧技术和设备，对于节约能源消耗，降低污染物排放，优化水泥工业产业结构，实现我国水泥工业健康发展有重要的意义。 作为回转窑主要燃烧设备，多通道燃烧器的结构及性能好坏对水泥煅烧的经济性和熟料质量有决定性的影响，本文采用冷态模化方法，对不同燃烧器结构对窑内流动规律的影响进行了分析，并应用数值计算工具对结果进行了数值模拟，主要包括以下内容： (1)首先分析了我国水泥生产及工艺现状，水泥新工艺的主要特点，回转窑煅烧系统的主要组成及各部分功能，现代多通道燃烧器的发展及研究现状，并对水泥生产常用燃料进行了简单分析。 (2)应用流体力学冷态模化原理与方法，详细说明了回转窑冷态模化的计算过程，根据计算结果完成了模型试验台的建设，并对试验用加热器的设计及有关测量过程原理作了分析说明。 (3)根据试验结果分析，说明了多通道燃烧器的不同结构参数对窑内流场分布及气流混合情况的影响。 (4)在试验研究的基础上，运用Fluent软件对窑内流场进行数值计算，通过对数值模拟结果分析，对多通道燃烧器结构参数变化与窑内流动规律变化的关系有了更全面、准确的理解。

目录

文摘

英文文摘

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第1章绪论

1.1我国水泥工业发展现状、存在的问题及发展趋势

1.1.1水泥工业在国民经济中的地位及发展现状

1.1.2水泥工业发展中存在的问题

1.1.3我国水泥工业的发展趋势

1.2水泥工艺发展概况

1.3 NSP窑工艺流程及回转窑在水泥生产中的作用

1.3.1预分解窑(NSP窑)的工艺流程

1.3.2回转窑在水泥生产中的作用

1.4回转窑燃烧器概述

1.4.1我国能源状况及回转窑用燃料

1.4.2回转窑燃烧器结构的发展演化

1.4.3典型新型多风道燃烧器

1.5本文研究目的及主要内容

参考文献

第2章新型干法水泥回转窑熟料煅烧系统

2.1新型干法回转窑孰料生产工艺特点

2.1.1悬浮预热器

2.1.2预分解炉

2.1.3回转窑

2.1.4熟料冷却机

2.2回转窑内熟料煅烧过程主要反应

2.2.1干燥带

2.2.2预热带

2.2.3碳酸盐分解带

2.2.4放热反应带

2.2.5烧成带

2.2.6冷却带

2.3回转窑内煤粉燃烧过程

2.4煤粉着火热计算方法

2.5现代水泥熟料煅烧用燃料的比较和选择

2.5.1回转窑熟料煅烧过程燃料分类

2.5.2回转窑燃烧用煤分析

参考文献

第3章回转窑冷态等温模化及温度示踪原理与计算

3.1回转窑冷态模拟的重要意义

3.2冷态模化原理

3.3冷态模化计算过程分析

3.4温度示踪法原理与计算

3.4.1示踪法研究方法概述

3.4.2温度示踪原理与计算方法

3.5本章小结

参考文献

第4章回转窑冷模系统试验方案设计

4.1 2500t/d水泥回转窑及其三通道燃烧器

4.2回转窑冷模系统设计

4.2.1多通道燃烧器设计

4.2.2回转窑窑体系统设计

4.2.3模化试验台原理图

4.2.4电加热器设计

4.3试验测量原理与测量仪器

4.3.1空气速度的测量

4.3.2空气流量的测量：

4.4等温模化试验工况

4.5本章小结

参考文献

第5章回转窑内速度场分布规律研究

5.1试验方法和数据处理

5.2回转窑燃烧器速度场分布规律分析

5.2.1内风道导向叶片角度对速度分布的影响

5.2.2内、外风道扩口对速度分布的影响

5.2.3外风道出口齿形结构对速度场的影响

5.3本章小结

参考文献

第6章回转窑内气流混合扩散特性研究

6.1温度测量及混合特性的分析方法

6.2窑内气流沿轴向和径向混合强度变化规律

6.2.1气流轴向一次风浓度和混合强度的变化规律

6.2.2气流径向一次风浓度和混合强度的变化规律

6.3燃烧器结构参数对气流混合特性的影响

6.3.1内风道导向叶片角度对混合强度的影响

6.3.2内、外风道扩口对混合强度的影响

6.3.3外风道齿形结构对混合强度的影响

6.4本章小结

参考文献

第7章回转窑内冷态流场特性的数值模拟

7.1数值计算的理论基础：

7.2不同燃烧器结构参数流场速度的模拟结果

7.2.1内风道导向叶片角度变化时的速度变化规律

7.2.2内、外风扩口对速度场变化规律的影响

7.2.3外风道出口齿形对速度场的变化规律的影响

7.3速度分布数值计算与试验结果对比

7.4本章总结

参考文献

第8章全文总结与展望

8.1全文总结

8.2对下一步工作的展望

附录

致谢