基于虛擬樣機技術的分解爐數字化模擬關鍵技術研究.pdf

1、針對我國建材工業(yè)雖然規(guī)模大，但存在生產過程能耗高，資源消耗大，環(huán)境污染嚴重等問題。本博士學位文以2500t/d強化懸浮式分解爐（RSP）為研究對象，通過基于虛擬樣機的技術對該分解爐爐內熱工過程進行了數字化模擬。 預分解新型干法水泥生產技術是目前水泥生產的最先進的技術，分解爐是新型干法水泥生產線上預分解技術的核心設備和關鍵技術裝備之一，其性能優(yōu)劣直接影響到系統(tǒng)能耗、環(huán)保排放以及整個系統(tǒng)的生產效率。 虛擬樣機（VP）技術是一

2、種基于虛擬樣機的數字化設計方法，通過搭建分解爐虛擬樣機，可以對分解爐內部的熱工過程進行全方位的模擬，為后繼的分解爐優(yōu)化設計提供一個便捷、直觀的計算機輔助設計平臺。 分解爐系統(tǒng)內部的流場非常復雜，燃料燃燒和生料分解這兩個反應是懸浮于氣流中進行的，各過程相互制約。以計算流體力學（CFD）為理論基礎的數值模擬技術能對流動、傳熱、燃燒、化學反應、多相流等問題進行準確的預測，并在許多工程領域得到驗證和推廣。計算機流體力學的迅速發(fā)展及在工業(yè)

3、領域的應用，為描述分解爐燃燒過程以及窯爐結構優(yōu)化設計和應用提供了良好的手段。 本文以2500t/d RSP型分解爐為例，通過冷模試驗，測試出分解爐內部流場的基本數據和特征，采用k-ε雙方程湍流模型對氣相流場進行模擬。對爐內生料及煤粉顆粒的運動采用隨機顆粒軌道模型進行模擬。對煤粉的燃燒模擬采用非預混燃燒模型，揮發(fā)模型采用Kobayashi模型，燃燒的輻射傳熱采用P-1模型，碳粒燃燒采用反應動力/有限擴散速率模型，煤粉燃燒化學反應模

4、型采用混合分數/PDF（概率密度函數）模型。本文對分解爐內部速度場、溫度場、組分濃度場進行了模擬，并在此基礎上采用收縮圓柱體以及收縮球狀模型對生料CaCO3分解率進行了計算。 模擬結果得到了爐內氣體流動狀態(tài)、顆粒運動規(guī)律、煤粉燃燒狀態(tài)等多項參數，全面精細直觀地反應了爐內的流動狀態(tài)。模擬結果符合爐內的流動趨勢，為分析強化懸浮式分解爐內的流動規(guī)律和化學反應提供了有效信息，亦為分解爐的結構優(yōu)化和實際操作參數的選取提供了重要的理論依據。

5、 石油焦作為石化行業(yè)所生產的副產品，其含碳量高、含灰量少，具有較高的熱值，用其作為一種替代燃料，可以緩解能源短缺的矛盾，在高耗能的水泥生產中采用石油焦為燃料具有很大的市場前景。本文在對石油焦燃燒物化特性進行了定量分析實驗的基礎上，通過數值模擬的方法，對石油焦在分解爐內燃燒過程進行了數字化模擬，結果表明，RSP型分解爐結構既有利于物料的繼續(xù)加熱分解又有利于延長物料及燃料在爐內的停留時間。因此，這種爐型適用于石油焦的完全燃燒。