水泥回转窑富氧燃烧的数值模拟研究

发布时间：2017-10-13 20:38

  本文关键词：水泥回转窑富氧燃烧的数值模拟研究

  更多相关文章： 水泥回转窑 富氧燃烧 四通道燃烧器 NO_x 数值模拟

【摘要】：随着我国水泥工业的迅猛发展,水泥行业的年耗煤量也迅速增加,给我国日益严峻的能源供给形势带来很大的挑战。如何减少水泥行业的能耗和合理有效地利用煤炭能源,对水泥行业来说是一个巨大的挑战。富氧燃烧具有减少空气量,降低烟气排放量,加快燃烧反应速度,促进燃料完全燃烧,增强烟气辐射能力等优点。将富氧燃烧技术用于水泥生产,可以节约燃料,节约水泥生产原料达到节能减排增效的作用。本文对云南某水泥厂4000t/d回转窑生产线进行富氧燃烧的模拟仿真,并进行了富氧燃烧的试验。本文对四通道燃烧器和回转窑按照实际尺寸进行三维模型的建立,并且采用六面体网格对其进行网格划分,最后对其进行模拟计算,其中气相选取RNGk-ε模型作为湍流模型,离散相采用颗粒随机轨道模型,燃烧模型采用Eddy Dissipation燃烧模型,窑内辐射模型采用P-1辐射模型。模拟计算了五种燃烧工况,五种工况中氧气的体积浓度分别为02/N2(%)：21/79,24/76,27/73,30/70,33/67。模拟结果表明：燃烧器区域附近存在强烈的卷吸现象,窑内存在外回流区和内回流区,这两种现象有利于煤粉在窑内的充分燃烧；随着氧气浓度增加,窑内最高温度逐渐增加,然而窑内平均温度保持一致,表明窑内温度均匀性变差；采用富氧燃烧技术,煤粉燃烧所需要的空气量减少了,窑出口烟气带走的热量减少,燃烧效率提高了；窑内高温区域主要分布在煤粉挥发分燃烧区域；随着氧气浓度的升高,窑内NOx含量不断升高,这主要是由于热力型NO、大量产生导致的；当氧气浓度高于27%时,NOx的含量为空气燃烧时的55倍；在实际生产中,建议水泥回转窑的富氧率不要超过27%,这样既能很好的提高回转窑的热效率又能有效的控制污染物的排放量。模拟计算结果较好的反应了窑内的速度场、温度场、燃烧产物组分场以及污染物组分场的分布规律,为水泥行业提供了较好的理论依据。
【关键词】：水泥回转窑 富氧燃烧 四通道燃烧器 NO_x 数值模拟
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ172.622
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-26
• 1.1 研究背景及意义10-19
• 1.1.1 我国水泥工业现状10-13
• 1.1.2 我国煤炭能源现状13-17
• 1.1.3 水泥工业应用富氧燃烧技术的意义17-19
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势19-22
• 1.2.1 富氧燃烧技术发展简介19-20
• 1.2.2 国内研究现状20-21
• 1.2.3 国外研究现状21-22
• 1.3 论文的选题背景及研究内容22-26
• 1.3.1 论文的选题背景22-23
• 1.3.2 论文的主要研究内容23-26
• 第二章 水泥回转窑富氧燃烧数学模型的建立26-34
• 2.1 基本控制微分方程26-27
• 2.2 气相湍流流动模型27-29
• 2.2.1 Stand k-ε模型27-28
• 2.2.2 RNG k-ε模型28
• 2.2.3 Realizable k-ε模型28-29
• 2.2.4 湍流方程的确定29
• 2.3 气固两相流模型29-30
• 2.4 煤粉燃烧数学模型30-32
• 2.4.1 挥发分燃烧模型30-31
• 2.4.2 焦炭燃烧模型31-32
• 2.5 辐射模型32
• 2.6 NO_x生成模型32-33
• 2.7 本章小结33-34
• 第三章 水泥回转窑富氧燃烧方案设计34-40
• 3.1 窑头四通道燃烧器34-36
• 3.2 回转窑燃煤消耗量计算36
• 3.3 燃烧所需空气量计算36-37
• 3.4 燃烧器旋流度计算37-38
• 3.5 富氧燃烧方案设计38-39
• 3.6 本章小结39-40
• 第四章 水泥回转窑富氧燃烧的数值模拟40-70
• 4.1 回转窑内传热方式介绍40
• 4.2 几何模型建立40-42
• 4.3 网格划分42-46
• 4.3.1 ICEM CFD软件介绍42
• 4.3.2 燃烧器和回转窑网格划分42-45
• 4.3.3 网格独立性检验45-46
• 4.4 边界条件46-47
• 4.5 回转窑内富氧燃烧的数值模拟47-49
• 4.6 模拟结果及分析49-64
• 4.6.1 窑内流场分布结果及分析49-51
• 4.6.2 窑内温度场分布结果及分析51-54
• 4.6.3 窑壁面热流负荷分布结果及分析54-56
• 4.6.4 窑内组分场分布结果及分析56-60
• 4.6.5 窑内NO_x分布结果及分析60-64
• 4.7 试验验证及分析64-67
• 4.8 最优工况的确定67
• 4.9 经济和环境效益分析67-68
• 4.9.1 经济效益分析67-68
• 4.9.2 环境效益分析68
• 4.10 本章小结68-70
• 第五章 全文总结及展望70-72
• 5.1 全文总结70-71
• 5.2 展望71-72
• 致谢72-74
• 参考文献74-80
• 附录80
• A 攻读硕士学位期间发表的论文80
• B 读硕士学位期间申请的专利80
• C 攻读硕士学位期间授予的荣誉称号80

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本文编号：1026965