基于虛擬樣機(jī)技術(shù)的分解爐數(shù)字化模擬關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、針對我國建材工業(yè)雖然規(guī)模大，但存在生產(chǎn)過程能耗高，資源消耗大，環(huán)境污染嚴(yán)重等問題。本博士學(xué)位文以2500t/d強(qiáng)化懸浮式分解爐（RSP）為研究對象，通過基于虛擬樣機(jī)的技術(shù)對該分解爐爐內(nèi)熱工過程進(jìn)行了數(shù)字化模擬。 預(yù)分解新型干法水泥生產(chǎn)技術(shù)是目前水泥生產(chǎn)的最先進(jìn)的技術(shù)，分解爐是新型干法水泥生產(chǎn)線上預(yù)分解技術(shù)的核心設(shè)備和關(guān)鍵技術(shù)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(chǎn)效率。 虛擬樣機(jī)（VP）技術(shù)是一

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

3、領(lǐng)域的應(yīng)用，為描述分解爐燃燒過程以及窯爐結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計和應(yīng)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(nèi)部流場的基本數(shù)據(jù)和特征，采用k-ε雙方程湍流模型對氣相流場進(jìn)行模擬。對爐內(nèi)生料及煤粉顆粒的運動采用隨機(jī)顆粒軌道模型進(jìn)行模擬。對煤粉的燃燒模擬采用非預(yù)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(yīng)動力/有限擴(kuò)散速率模型，煤粉燃燒化學(xué)反應(yīng)模

4、型采用混合分?jǐn)?shù)/PDF（概率密度函數(shù)）模型。本文對分解爐內(nèi)部速度場、溫度場、組分濃度場進(jìn)行了模擬，并在此基礎(chǔ)上采用收縮圓柱體以及收縮球狀模型對生料CaCO3分解率進(jìn)行了計算。 模擬結(jié)果得到了爐內(nèi)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(shù)，全面精細(xì)直觀地反應(yīng)了爐內(nèi)的流動狀態(tài)。模擬結(jié)果符合爐內(nèi)的流動趨勢，為分析強(qiáng)化懸浮式分解爐內(nèi)的流動規(guī)律和化學(xué)反應(yīng)提供了有效信息，亦為分解爐的結(jié)構(gòu)優(yōu)化和實際操作參數(shù)的選取提供了重要的理論依據(jù)。

5、 石油焦作為石化行業(yè)所生產(chǎn)的副產(chǎn)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(chǎn)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(jìn)行了定量分析實驗的基礎(chǔ)上，通過數(shù)值模擬的方法，對石油焦在分解爐內(nèi)燃燒過程進(jìn)行了數(shù)字化模擬，結(jié)果表明，RSP型分解爐結(jié)構(gòu)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(nèi)的停留時間。因此，這種爐型適用于石油焦的完全燃燒。