宁国厂2 000 t/d DD分解炉内气固两相运动规律的研究

通过系统的冷态模型试验以及对实际分解炉的热工检测结果的分析，对宁国水泥厂2000t/d DD分解炉的气固两相运动规律及各项性能指标进行了综合研究和评述，研究表明，宁国厂DD炉是一种具有明显低阻特性的分解炉型式。炉内气固混合状况良好，能够保证良好的燃烧与碳酸盐分解反应环境。也保证了物料停留时间的有效性。料气停留时间比值为4.6左右，高径比的改变对物料运动模式无明显影响。但当前熟料产量下分解炉容积明显偏小，炉内煤粉实际停留时间仅8.5s，煤粉燃尽度偏低。若要进一步提高产量，有必要对分解炉进行结构优化和改造。     

分解炉内流动特性数值模型的探讨

分解炉是预分解窑技术的关键设备，具有燃料燃烧、气固传热、碳酸盐分解等功能。为充分了解分解炉的性能，应用适宜的模型来模拟分解炉内部三维流场是很有意义的。在借鉴分解炉物理模型和流体力学的湍流模型的基础上，对华新水泥厂采用的喷腾式和旋喷式分解炉进行了分析，提出两种数学模型，为优化分解炉结构设计提供了理论依据。     

磷石膏流化床分解技术的研究

针对磷石膏分解反应特点，本文开发了一种带循环分料装置的复合流化床式磷石膏分解炉－ＣＦＧ分解炉。用于磷石膏窑外分解制硫酸联产水泥新工艺。并在一套直径为φ４００ｍｍ，高为９０６０ｍｍ的ＣＦＧ分解炉冷模试验台上，研究了操作参数对分解炉气固流动参数，如负荷料率，压降，物料浓度及物料平均停留时间等影响规律。     

NKSV分解炉气固两相运动模式的研究

系统探讨和分析了洛阳水泥厂1000t/d NKSV分解炉的气固两相运动规律及其性能特点。研究结果表明：该炉型虽然压降较低，但是一种不够完善的气固反应器，其气体流场是一种旋流与喷腾流的简单迭加，不利于物料和煤粉在炉内的均布，粉料在壁面附近的富集比较严重，料气停留时间比值也比较低，这必将影响煤粉燃烧和碳酸盐分解反应的完成程度，加上洛阳水泥厂NKSV分解炉容积过小，较严重的煤粉不完全燃烧会导致较频繁的预热器系统结皮堵塞，影响生产的正常运行。     

双喷腾分解炉内气固两相流场的数值模拟

对水泥工业中广泛应用的双喷腾分解炉内的气固两相流场进行了数值模拟，气相在Euler坐标系下采用κ-ε双方程模型表示，固相颗粒在Lagrange坐标系下采用随机轨道模型表示。模拟的结果预测了分解炉内气固两相流场的运动规律，为分析双喷腾分解炉内的气固运动规律和预测固体颗粒在炉内的停留时间提供了有利信息。     

RFC分解炉的性能研究

分析了RFC分解炉内的气固流动、阻力特性以及炉内物料停留时间分布等 ,研究表明炉内大部分区域气体流动表现出明显的旋流流动特点 ,炉内湍流强度分布比较均匀 ,并沿轴向流动方向逐步增强。RFC分解炉的料气停留时间比值约为 3.7,如果考虑炉出口与C5进口之间的垂直连接管道 ,则物料依次通过分解炉系统的平均停留总时间约为 13.3s。RFC分解炉的 3次风旋流流动的阻力系数为 74,窑气喷腾流动的阻力系数为 13。研究结果与工厂实际生产情况完全符合 ,为改进分解炉的设计和优化工厂的操作提供参考。     

强化悬浮式分解炉内气固两相流场的数值模拟

以强化悬浮式分解炉(reinforced suspension precalciner,RSP)为研究对象,对气相采用重整化群(renormalization group,RNG)k-ε双方程模型,对颗粒相采用随机颗粒轨道模型.考虑气固两相之间的耦合作用,采用二阶迎风差分和SIMPLE算法,对分解炉内的气固两相三维流场进行数值模拟,得到分解炉内的流场分布和颗粒运动轨迹,为分析分解炉内气固两相的运动规律提供有利信息.     

1 000t/d CDC分解炉的综合研究与评述

对文山水泥厂1000t／d CDC分解炉进行了冷态模型试验以及综合分析与评价。结果表明CDC分解炉的气体三维流场分布基本合理，对延长停留时间和气固混合采取的措施发挥了一定效果。但涡壳部分旋流强度偏大，使分解炉阻力损失偏大，而中钵的流场结构对气固分散与均布也有一定的负面效应。CDC分解炉的料气停留时间比值为5．2～5．3，在国内现有各种分解炉中相对较高，该厂的CDC分解炉结构及容积与所用的煤粉能相互适应。     

3200t/d改进型SLC分解炉内气固运动规律的研究

通过系统测定鱼峰水泥股份公司改进型3200t/dSLC分解炉内气体三维流场、阻力特性、物料停留时间分布等,分析了其内部气固两相运动的基本规律。研究表明,改进型SLC分解炉的气体流场与原分解炉总体相似,但缩口的增加产生了一定的二次喷腾作用,对物料均布有一定改善,料气停留时间比值明显提高,加上容积的增大,使固体粉料的平均停留时间在气体量相同时延长了近80%,这是熟料产量能够超过设计值,系统能稳定运行的基本原因。但与性能优良的分解炉比较,该分解炉料气停留时间比值仍然较低,阻力损失较大,三次风管风速过高。进一步提高系统产量时有必要对分解炉和三次风管进行优化和改造。     

NKSV分解炉运行机理及其改进

在系统分析NKSV分解炉气固两相运动规律及其性能特点的基础上,指出了NKSV分解炉的不足之处,提出了改进方案。结果表明:改进后的分解炉在物料分散、煤粉的燃烧环境、物料停留时间等方面均有较大改善,克服了NKSV分解炉存在的旋流强度过大的缺陷,缩口的二次喷腾作用得到了明显的体现,为分解炉的优化设计提供了指导。     

滇西厂RSP分解炉气固两相运动规律

通过冷模条件下的气体三维流场、阻力损失与炉内物料停留时间分布的试验研究,对滇西水泥厂ＲＳＰ 分解炉内气固两相运动规律进行了研究,并结合江西水泥厂ＲＳＰ的情况,对比分析了滇西厂ＲＳＰ各室设计的结构和操作参数的合理性,为指导生产操作提供了依据。     

分解炉内气固两相流动特性的数值模拟

采用Eulerian—Eulerian气固两相双流体模型、大涡模拟方法模拟气相湍流流动、颗粒动力学理论模拟颗粒相流动,数值模拟分解炉内气固两相流体的动力特性。用小波分析方法研究分解炉内气固两相湍流特性。在分解炉中心区域形成高浓度-高速度的上升颗粒流、在壁面区域形成高浓度、低速度的下降颗粒流,构成颗粒的内循环流动。     

TSD型分解炉的研究开发及工程应用(上)

通过理论及试验研究,,开发了适用于无烟煤煅烧的TSD型分解炉,并结合工程实践应用,将TSD型分解炉成功应用于2500～5000t/d水泥熟料生产线,取得了成功。     

TSD型分解炉的研究开发及工程应用(下)

通过理论及试验研究,,开发了适用于无烟煤煅烧的TSD型分解炉,并结合工程实践应用,将TSD型分解炉成功应用于2500～5000t/d水泥熟料生产线,取得了成功。     

Numerical modelling of flow and transport processes in a calciner for cement production

Controlling the calcination process in industrial cement kilns is of particular importance because it affects fuel consumption, pollutant emission and the final cement quality. Therefore, understanding the mechanisms of flow and transport phenomena in the calciner is important for efficient cement production. The main physico-chemical processes taking place in the calciner are coal combustion and the strongly endothermic calcination reaction of the raw materials. In this paper a numerical model and a parametric study are presented of the flow and transport processes taking place in an industrial calciner. The numerical model is based on the solution of the Navier-Stokes equations for the gas flow, and on Lagrangean dynamics for the discrete particles. All necessary mathematical models were developed and incorporated into a computational fluid dynamics model with the influence of turbulence simulated by a two-equation (k-ε) model. Distributions of fluid velocities, temperatures and concentrations of the reactants and products as well as the trajectories of particles and their interaction with the gas phase are calculated. The results of the present parametric study allow estimations to be made and conclusions to be drawn that help in the optimization of a given calciner.     

用RNGk-ε模型数值模拟喷旋分解炉内的湍流流动

(武汉理工大学硅酸盐材料工程教育部重点实验室,湖北武汉430070)摘要:采用重整化群双方程模型对喷旋结合型分解炉内湍流流动进行了数值模拟,与现场结果相比较分析了炉内气体的运动和湍流特性的规律和特点。研究表明:由于分解炉的下部缩口区域的存在,气流经过此区域时流动面积突增,成喷射状。在带有旋流三次风与窑尾烟气共同作用下,在三次风进口相对的一侧出现高速区(其最高速度达到35.34m/s),同时在分解炉三次风进口一侧的下锥体上部和柱体附近沿壁面处出现负的速度分布,形成环状涡流区。     

Simulation of coke calciners

A mathematical rotary calciner simulator is developed based on theoretical considerations and experimental data. It simulates the available petroleum coke calciner test run data satisfactorily. The most important datum, calcined coke yield, is simulated with maximum ± 0·7% error. The simulator is the package of acceptable process mechanisms which apply to rotary calciners. It is useful for calciner design and optimization of operations.     

分解炉内煤矸石悬浮煅烧的数值模拟

煤矸石制备水泥辅助胶凝材料的应用研究对水泥行业的节能减排与大宗固废的高值利用均具有重要意义。本文以河北某地不同矿区的6种煤矸石为原料，采用XRD，热重等方法分析判断其化学成分和矿物组成，通过静态煅烧实验研究了其煅烧活化条件，并通过胶砂实验测定其胶凝活性。结果表明，煅烧温度和时间会影响产品的胶凝活性，煤矸石经过适当的热处理后，可用作辅助胶凝材料替代部分水泥熟料，在实现煤矸石资源化利用的同时，也为水泥工业碳减排提供了新路径。但煤矸石成分复杂，活化煅烧需要注意煅烧制度。采用CPFD（Computational Particle Fluid Dynamics）数值模拟方法模拟了分解炉内煤矸石传热、传质及化学反应，分析了不同工况下分解炉内气固两相流场。结果表明：入炉空气的温度较低时无法点燃煤矸石中的可燃组分，通过高温烟气点火和分级司料可有效解决这一问题。     

分解炉空气分级燃烧及NOx排放特性研究

随着我国经济的飞速发展,作为重要基础材料的水泥产品需求量极大且趋于稳定。水泥生产过程中的NOx排放与燃煤火电厂和汽车尾气产生的NOx排放已成为空气污染的主要来源,而分解炉是降低水泥生产工艺中NOx排放的有效设备。笔者在引入高温烟气的模拟分解炉内进行空气分级燃烧试验,研究配风位置、配风比例以及石灰石/煤比例对分解炉内燃烧和NOx排放特性的影响规律。试验稳定过程中,高温烟气发生装置的给煤量和配风量保持不变。此时,高温烟气发生装置的时间平均温度为911℃,其产生的高温烟气温度稳定在750℃左右,高温烟气中NOx主要以NO和N2O的形式存在,其浓度分别为261.49×10^-6和12.96×10^-6。该股高温烟气将模拟实际回转窑产生的烟气进入分解炉内。在分解炉的上部区域(距离顶部0~2 000 mm区域)的温度为800~1 000℃,与实际分解炉运行温度一致,排放烟气中NOx主要以NO和N2O形式存在。随着中间配风位置的下移,煤粉燃烧放热区域下移,而顶部区域的石灰石吸热量变化较小,则原有热量平衡被打破且原有吸热量高于现有放热量,导致顶部区域内燃烧温度降低。此时,还原气氛中煤粉燃烧和石灰石分解反应时间均变长,导致NOx的还原反应更加充分。但石灰石分解产生的氧化钙(CaO)作为中间产物会促进NO的生成反应,其反应时间增加也促进了NO的生成;另一方面,石灰石作为催化剂参与焦炭和挥发分还原NO的反应过程,分解炉顶部区域的温度下降使得该还原反应变弱。综上,NO的最终排放浓度是以上反应的综合结果。随着配风位置的下移,该变化对NO的生成作用更加明显,故NO的排放浓度逐渐升高。当一级风量与二级风量的配风比例降低时,分解炉上部区域的煤粉燃烧份额减少和石灰石分解量降低,而分解炉下部区域的煤粉燃烧份额增加和未分解的石灰石份额增加,但石灰石的吸热增加量高于燃烧增加份额的放热量,因此分解炉内整体温度均降低。分解炉内NO浓度是由石灰石催化的氧化过程和还原过程综合决定的。一级风量变小时,尾部CO浓度随之增加,烟气中NO浓度呈现降低的趋势。当石灰石/煤比例增加时,分解炉内沿程温度逐渐下降。随着石灰石给粉量增加,分解炉内石灰石受热分解产生的CaO浓度增加,CaO催化NO还原反应更剧烈,从而NO浓度逐渐降低。而石灰石给粉量增加和分解炉温度降低的过程导致尾部的CO浓度升高。