带燃烧器分解炉中多模型耦合的数值模拟

针对带燃烧器的分解炉建立模型并进行燃烧与分解耦合及NO_(x)转化的数值模拟。其中,采用多表面反应模型来计算焦炭的燃烧过程,深入剖析煤粉燃烧机理,通过自定义反应速率考虑CO_(2)分压对生料分解的影响,通过分析CO与NO的交互关系研究NO_(x)的转化情况,模拟结果与工程数据取得合理一致性。结果表明:燃烧器的存在使得煤粉大量集中在壁面附近,并沿壁面进行燃烧,极易对分解炉壁面造成损伤。煤粉燃烬率很高,其主燃烧区位于2.53—7.73 m内。生料入炉后,在9.04 m高度处迅速分解,最终分解率为91.7%,由于生料的初始分解位置高于煤粉主燃区的位置,煤粉燃烧与生料分解整体耦合性较差,炉内存在2处明显的局部高温。来自分级煤管的煤粉燃烧产生大量CO,有效地还原来自烟室的NO,还原率达到57.5%。

分解炉技改前后性能差异的数值模拟研究

基于某水泥厂实际工况,对技改前后两种不同结构的分解炉进行数值模拟。对气相采用Realizable k-ε模型,对颗粒相采用离散相(Discrete Phase Model)模型,对于煤粉燃烧及生料分解过程,采用组分输运模型(Species Transport Model)并结合有限速率/涡耗散模型(Finite-Rate/Eddy-Dissipation)进行模拟。模拟结果表明:技改前,一支主煤管与三次风管的位置不匹配,煤粉流过于集中,形成了局部高温区,且煤粉与生料耦合情况不佳,分解率不够高,为84.25%;技改后,分解炉各部分结构的改变使气流停留时间延长了,煤粉分散性更好,避免了局部高温,且煤粉与生料耦合程度高,分解率提高至95.4%,技改效果良好。

燃氢水泥分解炉的数值模拟

氢气具有热值高和零碳排放的特点,是受到广泛关注的清洁能源,将其作为替代燃料用于水泥熟料煅烧时,可减少化石燃料的使用量,具有很好的碳减排效益。但受限于经济性和安全问题,氢气在水泥熟料煅烧中的应用尚属起步阶段。本文采用计算颗粒-流体力学数值模拟方法,对水泥分解炉内生料分解和燃料(煤和氢气)燃烧过程进行了数值模拟,首次揭示了掺氢燃烧时(热替代率0~100%),分解炉内碳酸盐分解、温度、CO_(2)和NOx排放的变化规律。以氢气为替代燃料时,三次风管附近容易产生局部高温,尤其是TSR较高的时候,存在损伤相关区域保温材料的风险;当氢气用量过高时,会存在难以燃尽的情况;当TSR=5%、10%、20%、50%和100%时,分解炉出口CO_(2)排放量依次可减少0.74 t/h、1.37 t/h、13.38 t/h、25.58 t/h和50.77 t/h。

大替代比分解炉的设计开发与运用实践

在水泥窑中大比例使用替代燃料是目前水泥行业降低水泥生产过程中碳排放的重要技术手段。本文在对RDF的燃烧特性及燃烧动力学研究分析的基础上,并结合CFD软件进行模拟优化,设计开发出了使用大替代比多元异质替代燃料的低碳低氮环保型分解炉。水泥工厂的运行结果表明,水泥窑系统生产运行稳定,窑尾热量替代率80%,NOx本底值降低至249 mg/Nm3(未使用氨水)。该型分解炉对复杂多元异质替代燃料具有较好的适应性。

分解炉内煤粉不完全燃烧的影响

分析了7000 t/d生产线分解炉内煤粉不完全燃烧所引起的窑尾排空烟气中氮氧化物含量升高、氨水用量升高、回转窑大幅度减产等问题,介绍了优化专家系统操作、提高岗位人员技能等预防措施,以确保生产系统安全稳定运行。

分解炉采用轮胎粉作替代燃料的生产实践

针对水泥生产过程中燃料成本较高的情况,采取在窑尾分解炉增加轮胎粉作为替代燃料,代替部分燃煤。本文针对轮胎粉作为替代燃料进行相应分析和研究,有针对性地采取了一系列设计、设备设施、生产管理控制等措施,使轮胎粉在分解炉中顺利投入使用,解决了轮胎粉在分解炉中燃烧的问题,实现了轮胎粉在分解炉中代替部分燃煤的目标,同时回转窑系统稳定运行,燃料成本下降明显。

分解炉分解率影响因素模拟分析

通过计算流体动力学(CFD)模拟,深入探讨了在某水泥厂烧成系统中,分解炉生料喂料比例变化对分解炉物料分解率的影响,并进一步分析对整个系统运行状况和产品质量的潜在影响。烧成系统一系列异常问题的根本原因是分解率低。通过对分解炉喂料比例的系统研究,提出了烧成系统的优化建议,以推动水泥生产效率和产品质量的不断提升。

水泥分解炉内煤粉掺烧污泥的数值模拟研究

采用CFD理论数值模拟研究TTF型水泥分解炉内煤粉与不同含水率污泥的掺烧特性,模拟得到不同工况下炉膛内的温度分布、CaCO3和NO的浓度分布,并计算得到生料分解率和出口NO的平均浓度。模拟结果表明:煤粉中掺烧污泥对炉内温度场、生料分解和NO的生成排放产生一定程度的影响。污泥含水率一定的工况下,随着污泥掺混比的增加,炉膛整体温度、生料分解率和出口NO排放都有下降趋势;污泥掺混比一定时,随着污泥含水率的增加,也得到同样结论。分解炉内煤粉掺烧污泥可以有效抑制NO生成,降低出口NO的排放,同时会使得温度降低,生料分解率下降。因此,掺烧污泥的掺混比和含水率需限制在一定的合理范围内,才能够保证水泥的实际生产需要。模拟所得结果为该型分解炉的运行和优化提供理论依据。

SLC型分解炉热工特性的研究

通过冷模实验及对实际生产参数的测试,对SLC型分解炉热工特性进行研究。研究结果表明,SLC型分解炉气固两相流可分为五个区域:喷泉区、涡流区、回流区、稳流区和旋流区;三次风温直接影响喷腾床煤粉的燃烧速度;当恰当控制分解炉与空气喂煤量的比值,可降低熟料的烧成热耗。文章还分析和讨论了SLC型分解炉热工特性与结皮的关系,并提出防治措施。

原、燃料特性与分解炉设计(续完)

4 分解炉的基本功能和炉型特征 分解炉是窑外分解系统的核心设备,作为高温气固反应器来说,它必须具备如下若干功能:气固输送;气固混合(分散)与均布;气固换热、传质;燃料燃烧、生料分解。

平衡分解率模拟分解炉工艺特性

应用高温、悬浮态气固反应试验台测得的碳酸钙平衡分解率，建立了分解炉的数学模型，并针对某水泥厂的物料及工艺参数进行了分解炉工艺特性模拟实验，提出了用平衡因子评价实际分解炉状态的概念，其模拟结果与实际情况有很好的可比性。这种模型可用于各种类型分解炉的工艺特性研究、工业设计和生产控制。

DD分解炉燃烧与分解耦合过程的数值模拟

针对一实际尺寸的DD分解炉进行了煤燃烧与碳酸钙分解耦合过程的三维数值模拟研究,其中,对连续相采用Euler坐标系下的k-ε双方程湍流模型,采用离散相模型(discrete phase model)进行颗粒相的运动轨迹计算,采用组分运输模型(species transport model)结合涡耗散概念模型(EDC)模拟煤粉燃烧及生料分解过程,采用P-1辐射模型计算气体和颗粒之间的辐射换热。计算所得煤粉燃烬率为86%,碳酸钙分解率为92.9%,与工程实际数据吻合较好,表明模拟结果的可信性。研究结果表明:来自底部向上运动的高速烟气流与两股横向三次风相遇后,汇合成一股高速向上运动的主气流,携带着煤粉流在分解炉中心处向上运动,并偏向位于分解炉侧面的出口方向;煤粉的燃烧主要发生在分解炉下半柱体部分中心处,并形成了高温区;碳酸钙则围绕着高温区迅速分解,其分解过程主要发生在分解炉下半柱体部分。

双喷腾分解炉内气固两相流场的数值模拟

对水泥工业中广泛应用的双喷腾分解炉内的气固两相流场进行了数值模拟,气相在Euler坐标系下采用k-ε双方程模型表示,固相颗粒在Lagrange坐标系下采用随机轨道模型表示。模拟的结果预测了分解炉内气固两相流场的运动规律,为分析双喷腾分解炉内的气固运动规律和预测固体颗粒在炉内的停留时间提供了有利信息。

水泥生料在模拟分解炉内分解特性的研究

用悬浮态气－固反应动力学试验装置模拟工业分解炉，进行了物料种类、温度、气氛中ＣＯ＿２含量、颗粒粒径和配合料（ＳｉＯ＿２，Ａｌ＿２Ｏ＿３）等因素对石灰石、生料粉的分解特性影响的试验研究。提出了悬浮态下碳酸钙分解反应受晶核形成与生长控制；反应末期存在准终态和终态的分解率；物料分解区应综合指标（即易分解性指数）等新概念。并对动力学参数用于分解炉设计和操作进行了有益的探讨。

分解炉中气体成分分布的数值模拟

对水泥生产中广泛使用双喷腾分解炉系统进行了 3D数值模拟研究 ,深入研究和分析了分解炉中气体成分来源对煤粉燃尽率和碳酸钙分解率之间的影响关系 .在前人研究的基础上运用适用于工业研究的碳酸钙分解模型 ,数值模拟求解了煤粉总体燃尽率和碳酸钙总体分解率 .提出了一种预测分解炉内不同来源气体成分分布的方法 ,为工业研究分解炉中煤粉燃烧和碳酸钙分解问题提供了理论依据 .

旋喷结合分解炉的流场模拟

描述了旋喷结合分解炉内气体流动的基本运动方程,提出了用重整化群(renormalization group)K-ε方法处理旋喷结合分解炉数值模拟的方法,并针对工程应用中的分解炉进行了模拟计算及分析比较。结果表明,数值模拟方法可与试验研究方法并存与互补,共同用于分解炉的优化开发设计。

强化悬浮式分解炉内气固两相流场的数值模拟

以强化悬浮式分解炉(reinforcedsuspensionprecalciner,RSP)为研究对象,对气相采用重整化群(renormalizationgroup,RNG)kε双方程模型,对颗粒相采用随机颗粒轨道模型。考虑气固两相之间的耦合作用,采用二阶迎风差分和SIMPLE算法,对分解炉内的气固两相三维流场进行数值模拟,得到分解炉内的流场分布和颗粒运动轨迹,为分析分解炉内气固两相的运动规律提供有利信息。

分解炉内气固两相流动特性的数值模拟

采用EulerianEulerian气固两相双流体模型、大涡模拟方法模拟气相湍流流动、颗粒动力学理论模拟颗粒相流动,数值模拟分解炉内气固两相流体的动力特性。用小波分析方法研究分解炉内气固两相湍流特性。在分解炉中心区域形成高浓度高速度的上升颗粒流、在壁面区域形成高浓度、低速度的下降颗粒流,构成颗粒的内循环流动。

涡旋式分解炉中煤及垃圾衍生燃料共燃烧耦合CaCO_3分解的数值模拟

针对一实际尺寸的带下置涡流室的分解炉进行了数值模拟,探讨了煤、垃圾衍生燃料(RDF)两种燃料共燃与碳酸钙分解相耦合的化学反应过程。计算所得煤粉及RDF燃烬率分别为99%和100%,碳酸钙分解率为95%,与工程实际数据吻合较好。结果表明:煤粉自涡流室顶部入炉后,先向下俯冲,再在气流的携带下转而向上运动,在分解炉柱体部分螺旋上升,其燃烧时以焦炭燃烧占主导,在涡流室上方的锥体部分及锥体部分上方的下半柱体部分形成主燃区;RDF自分解炉柱体部分下部水平入炉后,先运动至中部,旋即与煤粉流交织在一起螺旋上升,其燃烧时以挥发分燃烧占主导,在分解炉下半柱体部分形成主燃区;CaCO_3自涡流室顶部入炉后,首先在涡流室及其下方的锥体部分做涡旋运动,一部分因吸收高温气流的热量而分解,剩余大部分上旋至燃料主燃烧区,因吸收燃烧所释放的热量而分解;燃料燃烧放热与CaCO_3吸热分解相耦合后,最终在分解炉柱体部分形成了均匀、稳定的温度场。

基于三维模糊PID控制策略的水泥分解炉温度控制系统研究

本文分析了水泥回转窑分解炉生产工艺,阐述了生料流量、煤粉和三次风配比与分解炉温度之间的关系,以下料量、三次风压和主排风机风速与设定值的偏差为输入量,炉温为控制量,设计出基于三维模糊控制和PID控制策略串级应用相结合的水泥分解炉温度控制系统。在该温度控制系统中,依据模糊控制理论,结合人工经验和现场要求得出控制规则,对煤粉阀门进行控制,其中三维模糊控制器设定分解炉温度,PID控制器对温度实施精确控制,使分解炉温度保持在设定温度的2.5%范围内波动。现场实际运行结果表明,该控制系统大大提高了分解炉喂煤的控制精度,运行稳定可靠,具有良好的控制效果,能够满足现代工艺的要求。