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高硫燃料对新型干法水泥预分解系统影响及处理技术研究

叶放  
【摘要】:随着优质资源的日益稀少,水泥工业逐渐向利用低质燃料的方向发展,但局限于当前的水泥生产工艺水平,能够适应水泥生产的煤种范围比较窄,我国新型干法水泥厂均使用低硫含量烟煤,而我国高硫煤储量丰富。如果能将高硫煤用于新型干法水泥生产,不仅能将缓解与其它行业共争资源的局面,降低水泥生产成本,增强我国水泥技术的国际竞争力,而且对实现我国水泥工业节能、降耗、清洁生产发展目标也具有重要的现实意义。 高硫煤在新型干法水泥生产中应用的主要问题在于燃料中的硫、氯、碱等挥发性组分在预分解系统内的富集循环极易导致窑尾、分解炉以及预热器内的结皮堵塞,对生产造成严重影响。目前国内外主要使用旁路放风技术解决这个问题,但是都没有对其进行深入的研究。 本文采用CFD技术对分解炉和旁路放风设备进行了数值模拟仿真并根据结果对其结构进行了优化。主要研究内容如下: (1)深入研究了预分解系统的结皮过程、结皮机理和结皮类型,为之后分解炉结构的改进以及如何避免和处理结皮提供了理论依据。 (2)考虑到生料的分解,采用k-ε双方程湍流模型对分解炉内气相流场进行模拟。对炉内生料及煤粉颗粒的运动采用随机颗粒轨道模型进行模拟。煤粉燃烧过程则是采用组分传输法对其进行数值模拟,并根据煤的工业分析和元素分析构建了煤粉挥发份化学式及煤粉燃烧化学反应方程式。模拟结果表明分解炉结构合理,炉内气流场和温度场分布均匀,煤粉挥发和燃尽状况也较为理想,适宜应用高硫煤作为燃料进行生产。 (3)通过分析现有两种旁路放风骤冷混合器存在的优点和不足,设计出一种冷却效果更加理想,适用范围更加广泛新型的旋风骤冷混合器。 (4)对分解炉一旁路整体进行了数值模拟,分析了旁路设备的加入对分解炉内流场和温度场造成的影响。 (5)对煤粉和重油两种燃料在炉内的燃烧状况进行了对比,发现两者的燃烧性质有较大差别,还需要适当的调整结构和相应的参数来适应重油的燃烧。


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