回转窑中回收炉气与煤粉混合燃烧的数值模拟

针对回转窑-矿热炉工艺中工业炉窑的能耗大、废弃物排放量大且余热余能利用率低等问题,本研究设计了一款回转窑五通道燃烧器并将其用于炉气和煤粉混合燃烧,采用计算流体动力学(CFD)数值模拟的方法对回转窑内的气固两相燃料混合燃烧过程进行数值研究,分析了在气固两相燃料不同配比的工况下回转窑内温度场、流场、燃烧特性以及NO_(x)的变化规律。结果表明:掺入气体燃料有助于提高煤粉燃烧速率,改善窑内温度分布,降低NO_(x)排放量,火焰更加容易控制,呈现“棒槌形”。随着气体燃料的比例不断增加,高温区范围增大,焙烧区长度由9.16 m增加至14.17 m,炉窑出口处NO_(x)的含量由634 mg/m^(3)降低至29.8 mg/m^(3)。

回转窑内不同燃料比例炉气与煤粉共燃模拟

为了解决回转窑-矿热炉工艺中能源浪费问题,基于计算流体力学(CFD),建立了三维气固两相燃料混合燃烧计算模型,采用FLUENT软件对回转窑不同比例的煤粉与矿热炉炉气的混合燃烧进行了模拟分析,建立了气固两相混合燃烧的数学模型,探究了不同燃料比例下回转窑内温度场的分布。结果表明:不同燃料比例下回转窑内部的速度矢量呈轴对称分布,且随着气体燃料的增加,火焰峰值温度逐渐降低,高温区的范围逐渐增大,焙烧区的煅烧带的长度由14.9 m增加到18.2 m。

隧道窑气体燃料燃烧数值模拟的研究

利用计算机数值模拟,研究隧道窑烧成带结构设置、燃料燃烧空气过剩系数等对烧成带温度分布、烟气中NOx污染物浓度的影响,为提高产品质量和窑炉设计提供理论依据。

分解窑混煤富氧燃烧研究

以2 500 t/d带四通道煤粉燃烧器的水泥分解窑为研究对象,通过理论分析和数值仿真方法,对分解窑内混煤富氧燃烧特性和燃烧规律进行研究,并通过实验验证仿真计算结果的可靠性。研究结果表明:随着燃烧器一次风O_2摩尔分数增加,煤粉着火温度逐渐降低,燃烧温度、窑内传热速率逐渐增加;应用富氧燃烧技术能显著改善分解窑混煤燃烧特性,大幅提高无烟煤掺混比;与一般空气助燃相比,当一次风O_2摩尔分数提高到27%时,火焰平均温度提高97 K,焦炭燃尽率提高5.09%,在此O_2摩尔分数下,无烟煤掺比增至60%时,混煤仍能高效稳定燃烧,火焰温度和形状仍能满足熟料煅烧要求。

石油焦煅烧回转窑内多场耦合数值仿真与操作参数的优化

石油焦烧损严重是石油焦煅烧回转窑存在缺陷。为研究降低石油焦烧损的方法,应用计算流体力学软件,对窑内流场、温度场、浓度场、燃烧释热场进行耦合计算,并对二次风与三次风的位置与方向对窑内各种场的影响进行了研究。结果表明,改变二次风的位置与方向对煅烧带氧气浓度分布的影响较大,适当调整其位置,有利于降低该区域氧气浓度,减少石油焦的烧损;改变三次风的位置与方向,对挥发分的燃烧影响较大,其合理布置可加速挥发分的燃烧,降低能耗。

煤种和粒度对回转窑内火焰影响的数值研究

针对四风道煤粉燃烧器的特点,应用数值仿真与现场测试相结合的方法,研究不同粒径的烟煤和无烟煤燃烧对回转窑内温度场的影响,找出适应烟煤和无烟煤的合适的粒径。结果表明,四风道燃烧器对燃料的适应性强,既可以烧烟煤,又可烧无烟煤,且对煤粉的粒径要求也较松。燃料为无烟煤,粒径为30μm时,可获得较好的活泼型火焰,随着粒径的增大,高温区域在径向和轴向逐渐减小,燃烧效率降低;燃料为烟煤,粒径为86.4μm时,可获得较理想的火焰,而粒径过小,则使火焰变长,不利于强化生产。生产中可根据不同煤种选用不同的粒径大小得到窑内理想的温度分布。

加装SCR脱硝装置的锅炉系统数值模拟

采用改进的模拟算法,对装有选择性催化还原法(SCR)脱硝装置的300 MW机组煤粉锅炉的燃烧和烟风系统进行模拟,其包括炉膛、过热器、再热器、省煤器、空气预热器、SCR脱硝装置、除尘器和风机等,烟气温度以及压力的模拟结果与设计值吻合较好。

劣质褐煤富氧燃烧特性的数值模拟研究

采用内蒙古地区霍林河煤矿褐煤。建立四通道燃烧器和水泥回转窑褐煤富氧燃烧模型并进行数值模拟。针对一次风中旋流风和轴向直流风速度的5种配比工况,计算并分析各工况对回流区和温度场分布的影响,得出最佳工况参数。基于最佳工况参数,模拟并分析富氧气氛与空气气氛下得到的燃烧数据,结果表明:富氧气氛下煤粉燃烧稳定高效,温度分布合理,SO2、NO排放量较低。

回转水泥窑燃烧段混煤燃烧数值研究

对有反应湍流气粒两相流动采用双流体模型 ,对煤粉燃烧过程采用通用模型 ,首次针对 70 %无烟煤 + 30 %烟煤的混煤燃料 ,将回转水泥窑筒体配有速差射流煤粉燃烧器的燃烧过程进行了数值研究。结果表明 ,回转水泥窑中采用该型燃烧器能强化燃烧 ,同时使煤粉的扩散受到约束 。

梭式窑燃烧室结构优化研究

针对我国梭式窑普遍存在的低温阶段加热不均匀影响产品质量的问题,对韶关冶炼厂碳化硅分厂梭式窑燃料系统进行分析,提出了在现有梭式窑炉墙外部加上一段掺合冷空气混合火道的方案。利用计算机数值模拟软件分析混合火道的结构形式、长度、冷空气进口位置对火道内温度分布的影响,最终采用双边冷空气进口变截面的火道结构以加快火道内温度的均匀混合。该研究为实现梭式窑在低温区均匀高效加热提供新的解决方案。

梭式窑烟气废热利用的模拟研究

采用商用CFD软件,通过数值模拟和正交实验分析了蜂窝陶瓷的结构参数及各工况条件对换热性能和压力损失的影响,优化了工况参数。数值模拟结果为:进入稳定工作期后,加热期温度效率为94.6%,冷却期温度效率为93.7%,压力损失为457.7Pa。在此基础上,设计了梭式窑高温空气燃烧(HTAC)系统,构建实体模型进行实验,研究余热回收系统的温度效率及烟气在蜂窝陶瓷内压力损失。研究结果表明,加热期与冷却期的温度效率分别为:92.0%,93.2%,测量热烟气和预热空气的压力损失分别为126.3,107.8Pa。

三叶型回转窑温度场及影响因素的数值模拟

采用三维建模软件Pro/E建立三叶型回转窑内部流场三维模型,运用计算流体动力学(CFD)流体仿真分析软件Fluent,设置边界条件,选用非预混燃烧模型、离散相模型求解窑内温度分布情况;通过对一次风速、一次风温、叶片倾斜角、二次风速、油喷射角度各影响参数进行分析对比。结果表明:当处于50~60 m/s的一次风速,200℃的一次风温,150 m/s的二次风速,旋流叶片角度为30°左右,喷油角度15°时窑内能得到理想的温度分布,研究结果为三叶型回转窑设计制造和工程应用提供参考依据。

回转窑内煤粉燃烧的数值模拟

针对一实际回转窑建立模型进行了煤粉燃烧的数值模拟,其中气相采用k-ε双方程湍流模型、离散相采用颗粒轨道模型、燃烧采用非预混燃烧结合简化的PDF模型、辐射采用P1模型。模拟结果表明:在整个窑长方向,流场由"双峰"结构逐渐向"单峰"结构转化;一次风射流对二次风的卷吸作用很明显,形成了内回流区和外回流区。火焰形状呈棒槌形,但燃烧器附近低温区很长,需要改进。

高温空气燃烧技术在新型倒焰窑炉中的数值模拟

高温空气燃烧技术是一种新型节能技术。针对倒焰窑能耗高的问题,提出引入高温空气燃烧技术,并利用FLUENT软件对新型倒焰窑炉的温度场和组分场进行模拟。通过改变燃料喷入速度,分析窑炉内部的温度场和组分场情况,从而为新型倒焰窑炉的节能设计提供一定参考。

倒焰窑燃烧设备改造的研究

对燃煤倒焰窑燃烧室的结构进行了改进,并通过Fluent软件对燃烧室内进行了数值模拟,发现改造后提高了窑炉性能,达到节能及快速烧成的目的。

套筒对烧窑新型燃烧室内电石尾气的燃烧特性

通过建立流动、燃烧和辐射换热三维耦合数学模型,研究电石尾气在套筒对烧窑新型燃烧室内的燃烧特性,并考察过量空气系数对燃烧情况的影响.结果表明,电石尾气燃烧产生的烟气受到挡火墙的阻挡,形成强烈的漩涡,火焰高温区出现在挡火墙的内侧.随着过量空气系数的增加,燃料燃烧率逐渐变大,但即使过量空气系数增大至1.3,燃烧室出口仍有CO剩余,即少量燃料会随烟气流动到窑膛内燃尽.随着过量空气系数的增加,燃烧室出口平均温度先上升后下降.

辊道窑富氧燃烧的数值模拟研究

采用Fluent软件对气烧明焰陶瓷辊道窑预热带和烧成带进行了数值模拟,研究了不同富氧条件下辊道窑内温度场的特性及其规律。同时,对于辊道窑NOx的排放情况进行数值模拟,分析了NOx生成量随O2浓度的变化规律。研究结果表明,在燃料量不变时,富氧燃烧可以提高燃料的燃烧温度,但随着O2浓度的增加,窑内温度的均匀性变差;而且当O2浓度从21%增大到27%时,NOx的排放量缓慢上升;当O2浓度大于27%时,NOx生成量迅速增加。基于此,在实际生产中建议控制富氧浓度在27%以下;此外,以天然气为燃料的富氧燃烧,NOx的主要生成类型是热力型和快速型,其中热力型NOx的生成占主导作用。

生物油燃烧与污染物排放特性的数值模拟

应用CFD(computational fluid dynamics)软件FLUENT对实验室自砌小型窑炉装置内生物油的燃烧进行三维数值模拟.获得了炉膛流场、温度场、组分分布、火焰形状及污染物排放的详细信息,揭示了炉膛内部流动、燃烧及传热传质过程的特点.对不同过量空气系数下生物油的燃烧进行数值模拟,结果表明,随着过量空气系数的增加,炉膛内最高温度减小,燃烧区域增大,尾气中CO的浓度减小,但NO的浓度增加.模拟结果与试验数据吻合良好,验证了模型的可靠性,为燃烧工况的优化设计和污染物的控制提供了一定的依据.

富氧燃烧辊道窑结构优化的数值模拟

采用Fluent软件对陶瓷辊道窑进行了结构优化的数值模拟研究。结果表明,根据富氧浓度优化烧嘴口径后,天然气燃烧的火焰的"刚度"得到了改善。随着富氧浓度的提高,窑内烧成带平均温度先升高后降低,而横断面的温度均匀性则逐渐变差。当挡板与挡墙之间高度下降100mm后,窑内气流之间的扰动增强,且挡板与挡墙的截流作用变得较为明显,这可以很好地防止烧成带高温烟气不受限制地流向预热带,从而降低了热量损失。燃料量减少10%、20%、30%,辊道窑内烧成带的平均温度均有所下降。在满足烧成温度的前提下,当辊道窑采用27%的富氧浓度时,最多可节能20%。此外,对NOx生成量进行计算分析可知,富氧燃烧时的NOx浓度比空气助燃时高。但是,当富氧浓度为27%且节能20%时,烟气中的NOx含量仍能够满足陶瓷行业的NOx排放要求。

梭式窑富氧燃烧的数值模拟研究

采用Fluent软件对日用陶瓷梭式窑的富氧燃烧技术改造进行数值模拟计算。研究不同富氧浓度对于梭式窑温度场及制品温度带来的影响及规律。结果表明,随着氧气浓度的增加,梭式窑内火焰最高温度逐渐增加,窑内温度的均匀性变好,但在不改变喷枪口径的情况下,窑内陶瓷制品的温度变化不显著。为了提高陶瓷制品的烧成温度,应对窑内喷枪进行改造,减小喷枪口径,增大燃气与富氧喷入速度可提高对流换热作用,进而提高陶瓷制品温度。增加棚板层的层间高度可使更多的热气流从陶瓷制品上方进入到制品区域内部进行对流换热,减小陶瓷制品区域温差。