隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)日益發(fā)展,環(huán)境污染程度也在增加,水泥行業(yè)緊隨火力發(fā)電和汽車尾氣,成為我國(guó)污染物排放的第三大戶。分解爐在水泥生產(chǎn)工藝中占有重要地位,是水泥行業(yè)降低NOx的主要環(huán)節(jié),因此,優(yōu)化分解爐結(jié)構(gòu)和工藝參數(shù),實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排,已經(jīng)成為分解爐設(shè)計(jì)及運(yùn)行中必然的趨勢(shì)。論文以分解爐作為研究對(duì)象,建立三維幾何模型,利用CFD軟件對(duì)分解爐基礎(chǔ)工況煤粉燃燒和生料分解進(jìn)行了數(shù)值模擬研究,同時(shí)將模擬數(shù)據(jù)與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比,驗(yàn)證了數(shù)值模擬方法及選取的數(shù)學(xué)模型的可靠性和正確性,并且對(duì)分解爐進(jìn)行了不同工況的數(shù)值模擬優(yōu)化研究。分解爐基礎(chǔ)工況數(shù)值模擬研究主要研究了該工況下?tīng)t內(nèi)的空氣動(dòng)力場(chǎng)、溫度場(chǎng)、組分場(chǎng)、Ca CO3和Ca O分布、NOx濃度場(chǎng),同時(shí)與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比,驗(yàn)證結(jié)果的可靠性和準(zhǔn)確性。研究結(jié)果表明:分解爐空氣動(dòng)力特性分布良好,速度分布有規(guī)則性,在分解爐底部形成兩個(gè)對(duì)稱的回流區(qū)域,有利于物料往返和增加煤粉顆粒停留時(shí)間。爐膛溫度分布均勻,主燃區(qū)溫度可達(dá)1500~2200 K之間,滿足生料分解的溫度要求。分解爐內(nèi)溫度較高的區(qū)域,O2質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對(duì)較低,CO和CO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高。Ca CO3濃度隨著爐膛高度的增加一直減少,Ca O濃度隨爐膛高度呈增加趨勢(shì)。沿著爐膛高度方向上,NOx的高濃度區(qū)域主要分布在分解爐下部圓柱體燃燒區(qū)域和分解爐中部圓柱體上三次風(fēng)管附近,在分解爐上部圓柱體NOx的濃度逐漸趨于穩(wěn)定,濃度值達(dá)到617.7 mg/m3。其數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比,誤差在可接受范圍內(nèi),其數(shù)值計(jì)算方法和模擬結(jié)果正確。不同工況下分解爐數(shù)值模擬優(yōu)化研究,分別研究了不同煙氣速度、不同三次風(fēng)速度、不同縮口和不同生料配比對(duì)煤粉燃燒特性和NOx釋放規(guī)律的影響。研究結(jié)果表明,煙氣速度越大,爐內(nèi)整體溫度越高,但煙氣速度增加到30 m/s時(shí),溫度是下降的,同時(shí)煙氣速度越大,爐膛出口平均NOx濃度從371.2 mg/m3上升到846.8 mg/m3。不同三次風(fēng)速度工況下的溫度都能滿足生料分解,在下部三次風(fēng)風(fēng)速為v=36 m/s時(shí),NOx濃度最低為413.8 mg/m3,但綜合考慮溫度分布均勻,爐膛出口存在局部高濃度NOx,生料分解效率等因素,選擇下部三次風(fēng)風(fēng)速v=20.1 m/s合適,此時(shí)分解爐出口NOx平均濃度為499.9 mg/m3,比基礎(chǔ)工況低117.8 mg/m3。縮口半徑為2.4 m時(shí),溫度滿足生料分解,各組分分布合理,爐膛出口平均NOx濃度最低,達(dá)到346.6 mg/m3。A和B入口生料配比為20%,C和D入口生料配比為30%工況下,溫度分布均勻,出口截面NOx平均濃度最小,達(dá)到329.9 mg/m3。論文關(guān)于分解爐的數(shù)值模擬結(jié)果為分解爐實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)提供理論依據(jù),為分解爐組織燃燒和降低NOx排放提供參考。
【學(xué)位單位】：華北水利水電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：X781.5;TQ172.622.26
【部分圖文】：

1.1 研究背景及意義1.1.1 背景概述能源是人類活動(dòng)過(guò)程中不可缺少的物質(zhì)基礎(chǔ)，是促進(jìn)生產(chǎn)力發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步的源泉，是整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)快速穩(wěn)定發(fā)展的關(guān)鍵。當(dāng)今世界，人口數(shù)量的不斷增長(zhǎng)和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展刺激著能源的消耗，據(jù)《BP 世界能源展望（2017 年版）》（稱《展望》）預(yù)測(cè)，2015 年至 2035 年期間，全球能源需求將預(yù)期增長(zhǎng) 30%左右，年均增長(zhǎng) 1.3%，預(yù)測(cè)推動(dòng)世界經(jīng)濟(jì)主要能源來(lái)源仍將是石油、煤炭、天然氣，其占 2035 年能源供應(yīng)總量的 75%以上[1]。由于我國(guó)“富煤、少油、貧氣”特殊的能源結(jié)構(gòu)和 13 億人口能源需求，現(xiàn)階段其工農(nóng)業(yè)發(fā)展主要依靠煤并且在未來(lái)的幾十年內(nèi)，煤炭將長(zhǎng)期作為我國(guó)一次能源消費(fèi)的主導(dǎo)能源。據(jù)《能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃》預(yù)測(cè)，從 2015 年到 2020 年我國(guó)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中，煤炭消費(fèi)占比將由 64%下降到 58%以下，其 2015 年我國(guó)一次能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)圖和 2020 年我國(guó)一次能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)展望分別如圖 1-1 和圖 1-2 所示[2]。

1.1 研究背景及意義1.1.1 背景概述能源是人類活動(dòng)過(guò)程中不可缺少的物質(zhì)基礎(chǔ)，是促進(jìn)生產(chǎn)力發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步的源泉，是整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)快速穩(wěn)定發(fā)展的關(guān)鍵。當(dāng)今世界，人口數(shù)量的不斷增長(zhǎng)和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展刺激著能源的消耗，據(jù)《BP 世界能源展望（2017 年版）》（稱《展望》）預(yù)測(cè)，2015 年至 2035 年期間，全球能源需求將預(yù)期增長(zhǎng) 30%左右，年均增長(zhǎng) 1.3%，預(yù)測(cè)推動(dòng)世界經(jīng)濟(jì)主要能源來(lái)源仍將是石油、煤炭、天然氣，其占 2035 年能源供應(yīng)總量的 75%以上[1]。由于我國(guó)“富煤、少油、貧氣”特殊的能源結(jié)構(gòu)和 13 億人口能源需求，現(xiàn)階段其工農(nóng)業(yè)發(fā)展主要依靠煤并且在未來(lái)的幾十年內(nèi)，煤炭將長(zhǎng)期作為我國(guó)一次能源消費(fèi)的主導(dǎo)能源。據(jù)《能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃》預(yù)測(cè)，從 2015 年到 2020 年我國(guó)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中，煤炭消費(fèi)占比將由 64%下降到 58%以下，其 2015 年我國(guó)一次能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)圖和 2020 年我國(guó)一次能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)展望分別如圖 1-1 和圖 1-2 所示[2]。

圖 1-3 分級(jí)燃燒機(jī)理圖Fig.1-3 Staged combustion mechanism diagram研究現(xiàn)狀的研究現(xiàn)狀及進(jìn)展流場(chǎng)的研究方法很多，通�？偨Y(jié)為實(shí)驗(yàn)研究和理論研冷模試驗(yàn)與熱模試驗(yàn)和熱工標(biāo)定等。通過(guò)冷模試驗(yàn)與分解爐具體的空氣動(dòng)力特性、物料停留時(shí)間和運(yùn)動(dòng)軌律[10-12]；熱工標(biāo)定則通過(guò)在運(yùn)行分解爐的合適位置布爐內(nèi)氣一固兩相運(yùn)動(dòng)規(guī)律；關(guān)于理論研究，可以研究生料分解特性，及這些主要特性的影響因素[13-16]。者對(duì)于分解爐的優(yōu)化設(shè)計(jì)和低 NOx燃燒特性進(jìn)行了泥生料及其分解產(chǎn)物存在的分解爐內(nèi)的煤粉燃燒過(guò)技大學(xué)與天津水泥設(shè)計(jì)研究院有限公司進(jìn)行了一系
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本文編號(hào)：2892214