現(xiàn)今水泥行業(yè)普遍采用新型干法生產(chǎn)工藝,分解爐作為工藝中重要的設(shè)備之一,成為節(jié)能減排的主要對象。在能源緊缺及環(huán)境污染的背景下,為水泥分解爐尋找清潔可替代燃料以降低企業(yè)成本及污染排放具有重要意義。本研究采用數(shù)值模擬的方法研究替代燃料生物質(zhì)和RDF在水泥分解爐內(nèi)燃燒特性及污染物排放,為水泥行業(yè)在分解爐中使用替代燃料技術(shù)提出參考。本文以某市運(yùn)行的TTF型分解爐為對象,先采用Gambit軟件對分解爐進(jìn)行三維物理建模,并構(gòu)建網(wǎng)格;接著在模擬軟件中選取:模擬分解爐內(nèi)流體的湍流運(yùn)動的標(biāo)準(zhǔn)K-?雙方程模型,模擬燃料及生料的輸運(yùn)及化學(xué)反應(yīng)過程的通用有限速率模型,模擬單個(gè)顆粒軌跡的DPM模型,模擬燃料燃燒所使用的單步競爭模型和動力學(xué)/擴(kuò)散模型,模擬輻射傳熱的DO模型,進(jìn)行數(shù)值求解計(jì)算;最后通過各個(gè)工況中流場分布、溫度場分布、濃度場分布、CaCO_3和CaO分布以及污染物NO_x排放的差異來分析分解爐使用替代燃料對爐內(nèi)燃料燃燒和生料分解的影響,主要結(jié)論如下:(1)流場上煤粉和替代燃料生物質(zhì)、RDF三種工況均分布穩(wěn)定并相似,爐內(nèi)主流大小有區(qū)別,煤粉、生物質(zhì)及RDF工況下出口流速依次為:16.73 m/s、16.83 m/s、17.68m/s。(2)溫度場布局相似,三種工況在爐底錐體部分和第一縮口處差別較大;分解爐往上溫度整體處于下降,從1600K下降至1200K的溫度區(qū)間;煤粉、生物質(zhì)及RDF工況下分解爐平均溫度依次:1476K、1442K、1433K,燃料是煤粉時(shí)分解爐內(nèi)平均溫度最高,RDF燃料最低;出口溫度依次為1272K、1295K、1277K,生物質(zhì)作燃料時(shí),煙氣出口溫度最高。(3)爐內(nèi)O_2分布由于三次風(fēng)量的不同,在第一爐段處三種工況區(qū)別較大,平均含量高低依次為RDF、煤粉、生物質(zhì),在分解爐上面兩個(gè)爐體O_2含量基本不變,且由于燃燒程度的不同出口O_2含量煤粉、生物質(zhì)、RDF工況下依次為:2.2%、1.0%、2.8%;CO_2含量往上呈現(xiàn)富集趨勢,在燃燒劇烈及生料分解的地方產(chǎn)生大量CO_2,出口煙氣中CO_2含量依次為:29.31%、31.20%、28.05%。CO氣體則主要存在于第一爐段處,在底部錐體區(qū)域不完全燃燒產(chǎn)生以及第二層燃燒器附近燃燒產(chǎn)生。(4)煤粉、生物質(zhì)及RDF工況下燃料燃燼率依次為:96.7%、98.3%、95.4%,說明分解爐內(nèi)生物質(zhì)燃燒最為完全,煤粉對比可知當(dāng)過量空氣系數(shù)從1.05調(diào)整到1.12時(shí),燃燼率升高;三種工況下生料分解率依次為:97.05%、97.72%、96.60%,說明當(dāng)使用生物質(zhì)作為燃料時(shí)能分解更多的生料,并且分解率和燃料燃燼率有正比關(guān)系。(5)在不通入窯氣NO_x情況下,煤粉、生物質(zhì)及RDF產(chǎn)生的NO_x排放依次為:303ppm、263ppm、109ppm,煤粉在分解爐內(nèi)產(chǎn)生最多含量的NO_x;在通入窯氣NO_x情況下,出口NO_x含量依次為:443ppm、412ppm、223ppm,考慮分解爐使用燃料自身產(chǎn)生的NO_x時(shí),則三種工況下的NO_x還原率依次為:72.36%、73.64%、84.17%,說明TTF型水泥分解爐的燃料分級結(jié)構(gòu)有明顯降NO_x效果,分解爐內(nèi)使用RDF替代燃料則有最大還原促進(jìn)作用。
【學(xué)位單位】：安徽工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：X781.5;TQ172.625
【部分圖文】：

第一章 緒論1.1 引言一九零六年建立在唐山細(xì)棉土場基礎(chǔ)上的啟新洋灰公司正式創(chuàng)設(shè)，成為中國第一家立窯水泥廠，標(biāo)志中國水泥產(chǎn)業(yè)的開始[1]。改革開放以來，水泥行業(yè)不論從產(chǎn)能、產(chǎn)品質(zhì)量，還是生產(chǎn)技術(shù)和裝備方面都有了很大進(jìn)步。2000 年之后，隨著現(xiàn)代化快速推進(jìn)，對水泥的需求急速增加刺激了行業(yè)產(chǎn)能的快速增加。截止到 2011 年，我國水泥年產(chǎn)量達(dá)到 20 億噸，占據(jù)世界水泥產(chǎn)量 50%以上[2]。2014年我國水泥產(chǎn)量達(dá)到新高為 24.92 億噸，較 2009 年增長約 52%。 從中國統(tǒng)計(jì)年鑒來看，在 2014 年后水泥需求量減少，水泥行業(yè)年產(chǎn)量也略微降低，但均保持年產(chǎn) 20 億噸以上的高產(chǎn)出[3]。下圖 1-1 為自 2000 年來中國水泥生產(chǎn)總量。

3(b)圖 1-2 新型干法水泥生產(chǎn)工藝圖由圖 1-2(a)(b)可知新型干法水泥生產(chǎn)主要設(shè)備有預(yù)熱器、預(yù)分解爐和回轉(zhuǎn)窯。水泥原料（經(jīng)過球磨機(jī)之后的原料）在高溫風(fēng)機(jī)的作用下升溫并被輸入的預(yù)熱器當(dāng)中，經(jīng)過圖 1-2(a)中 C1、C2、C3、C4、C5 多級預(yù)熱后，大部分原料進(jìn)入分解爐當(dāng)中，回轉(zhuǎn)窯窯尾連接分解爐底部窯氣進(jìn)口，分解爐本身通有橫向三次風(fēng)管以及燃料管，因此由回轉(zhuǎn)窯產(chǎn)生的高溫窯氣充當(dāng)主氣流在分解爐內(nèi)吹拂燃料與

(a) (b)圖 1-3 DD 型水泥分解爐結(jié)構(gòu)圖 1-4 TTF 型水泥分解爐結(jié)構(gòu)-3 即為 DD 型水泥分解爐結(jié)構(gòu)圖，其結(jié)構(gòu)簡單、外形規(guī)整分為兩個(gè)部分可使物料燃燒完全、提高生料吸熱分解效率
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本文編號：2855636