煤燃烧通用模型在分解炉数值模拟中的应用

【摘要】：分解炉是新型干法预分解水泥工艺生产过程中的主要热工设备之一，具有煤粉燃烧、气固换热和硅酸盐分解等多种功能。分解炉承担的气固两相输送、混合、分散、换热和化学反应任务十分艰巨，并且伴随颗粒粒径、气固流量及温度、压力等复杂变化，而上述功能和变化又是彼此关联、相互作用和相互制约的。传统的工程研究方法大多采用模型实验的研究方法，而随着计算机技术、计算方法，特别是计算流体力学及其相关算法的不断发展，目前国内外有关分解炉热工状态的CFD数值模拟研究已经获得了长足的进步。 煤粉燃烧是分解炉中的重要过程，认识煤粉燃烧特性的关键是对煤焦燃烧过程的充分把握。现有的分解炉数值计算软件无法根据煤粉的工业分析值来准确预报燃烧动力学参数。本文在现有的CFD通用软件基础上，在用户接口文件中加入了煤燃烧通用计算模型，采用实验和理论相结合的方法，对煤燃烧通用计算模型进行了可靠性研究，表明通用计算模型在工程设计、理论分析中，其计算精度是可以接受的。同时开发出以煤燃烧通用计算模型为基础的分解炉数值计算软件，该软件适用于分解炉内煤粉燃烧和碳酸盐分解反应，初步解决了分解炉模拟计算中煤粉燃烧动力学参数难以确定的问题。 本文运用新开发的数值计算软件对南京水泥工业设计研究院的喷旋管道炉对煤燃烧适应性进行了数值模拟研究。分析了数值实验所得结果。全面、细致、直观地反映出不同煤种对喷旋管道炉内生料分解、煤粉燃烧、分解炉中心线上温度、速度、CO浓度的分布规律、速度矢量、温度场、速度场、组分浓度场和压力场等的影响规律性。 在模拟结果的基础上，运用可视化编程工具Visual Basic以及数据库Access，开发了分解炉可视化演示平台。该平台可以形象化的展示例如碳酸钙分解率、分解炉出口风温、煤粉燃烬率以及气体组分等生产厂家比较关心的参数，对于生产操作的信息化管理提供基础。