淺談回轉(zhuǎn)窯用煤粉燃燒器操作參數(shù)選用和優(yōu)化.doc

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1、......淺談回轉(zhuǎn)窯用煤粉燃燒器操作參數(shù)的合理選擇和優(yōu)化1.研究意義回轉(zhuǎn)窯工作原理是利用回轉(zhuǎn)著的窯筒體，不斷旋轉(zhuǎn)帶動固體物料不斷翻滾，以其暴露的新表面與掠過的氣體進(jìn)行傳熱和傳質(zhì)并產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)?由于回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的物料是處于堆積態(tài)，窯內(nèi)氣-固、固-固之間的換熱效率就相對較低，研究高溫?zé)崽幚項l件下回轉(zhuǎn)窯內(nèi)發(fā)生的物質(zhì)與能量的轉(zhuǎn)化與傳遞，研究空氣過剩系數(shù)、二次風(fēng)溫度、內(nèi)外風(fēng)量比等操作參數(shù)對窯內(nèi)傳熱過程的影響，并對操作參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，從而求得煙氣、物料、窯內(nèi)外壁沿窯長方向的溫度變化規(guī)律，借此了解煅燒窯內(nèi)溫度分布及爐窯熱工特性，可為優(yōu)化窯的操

2、作參數(shù)提供理論依據(jù)。并對煤粉燃燒器的操作參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，這對提高回轉(zhuǎn)窯內(nèi)換熱效率、降低回轉(zhuǎn)窯能耗具有重要的意義。水泥熟料燒成反應(yīng)是指硅酸二鈣與氧化鈣生成的液固相反應(yīng)。由于水泥熟料強(qiáng)度的主要組成來源是C3S，因此C2S+CaO→C3S的燒成過程對整個煅燒過程具有至關(guān)重要的作用。對C-S-A-F-MgO系統(tǒng)而言，該反應(yīng)主要發(fā)生在熔融的液相中，液相出現(xiàn)的溫度約為1550K（1277℃）。燒結(jié)反應(yīng)的機(jī)理可以這樣描述：固相反應(yīng)生成的C2S和之前未被反應(yīng)的CaO專業(yè).專注.......在液相中溶解、擴(kuò)散并在液相中發(fā)生反應(yīng)、經(jīng)液相的過飽和及

3、反擴(kuò)散,最后經(jīng)過再結(jié)晶形成新相C3S。從傳熱學(xué)的角度來說，窯內(nèi)物料因入窯生料表觀分解率為90～95％，分解吸熱反應(yīng)所需的熱量很少，公斤熟料約200～100千焦，物料升溫吸熱量約為450～500千焦，而熟料礦物形成是以放熱反應(yīng)為主，設(shè)熟料中C2S占0.20%，C3S占0.60%，C3A占0.08%，C4AF占0.10%，反應(yīng)過程放熱量約為655千焦。基于窯內(nèi)熟料形成熱基本是一個負(fù)值，所以可以認(rèn)為窯內(nèi)傳熱已不是主要矛盾，而熟料礦物生成的晶格形成和晶體生長所需維持的高溫條件及在燒成帶的停留時間成為矛盾的主要方面。2.回轉(zhuǎn)窯用燃燒器

4、對性能的要求根據(jù)物料煅燒難易程度、窯的工況調(diào)節(jié)火焰形狀。因此回轉(zhuǎn)窯對煤粉燃燒器的性能要求是必須易于調(diào)節(jié)。煤粉燃燒形成的火焰形狀應(yīng)是肥瘦適宜的棒槌狀，這樣的火焰形狀可使整個燒成帶具有強(qiáng)而均勻的熱輻射，從而在燒成帶形成致密又穩(wěn)定的窯皮，既可生成質(zhì)量均勻且優(yōu)質(zhì)的水泥熟料，又延長了水泥回轉(zhuǎn)窯耐火磚的使用壽命?3.煤粉燃燒和火焰形成過程煤粒燃燒過程是一個非常復(fù)雜的氣固兩相流動與煤粉燃燒共同存在的過程，具體包括了預(yù)熱、揮發(fā)份析出、揮發(fā)份燃燒及焦炭的燃燒。3.1煤粒反應(yīng)過程：專業(yè).專注.......圖1煤粒反應(yīng)模型3.2火焰的燃燒過程：圖

5、2火焰燃燒各個階段區(qū)域A區(qū)：黑火頭，長0.1-1.0m，在該區(qū)域燃料和助燃空氣充分混合，但燃料尚未點燃，處于加熱階段。溫度逐漸上升到600℃。B區(qū)：火焰的誕生地，揮發(fā)物質(zhì)和助燃輕質(zhì)油析出和燃燒生成CO2和H2O。所達(dá)溫度600-1100℃。A區(qū)和B區(qū)的邊界稱為火焰的起點。C區(qū)：煤燃燒和燃油裂化釋放出碳。溫度上升到1100-1600℃。D區(qū)：H2和CO2還原反應(yīng)生成CO和H。溫度上升到高于1600℃。E區(qū)：H和CO燃燒重新得到CO2和H2O，伴隨有白熾粒子。F區(qū)：燃燒的最后階段，生成CO2和H2O，并伴有過?？諝?。專業(yè).專注.

6、......3.3火焰形狀的調(diào)節(jié)3.3.1火焰粗短的調(diào)節(jié)：增大旋流風(fēng)出風(fēng)面積和角度，火焰變粗，同時增大外軸流風(fēng)的風(fēng)速，保證外軸流風(fēng)包裹火焰形狀，即減小外軸風(fēng)的出風(fēng)面積，提高外軸風(fēng)的風(fēng)速和風(fēng)壓。標(biāo)尺直觀判斷：旋流風(fēng)標(biāo)尺數(shù)字變大，外軸風(fēng)標(biāo)尺數(shù)字變小。3.3.2火焰細(xì)長的調(diào)節(jié)：減小旋流風(fēng)出風(fēng)面積和角度，火焰變細(xì)，同時減小外軸流風(fēng)的風(fēng)速，保證外軸流風(fēng)包裹火焰形狀，即增大外軸風(fēng)的出風(fēng)面積，減小外軸風(fēng)的風(fēng)速和風(fēng)壓。標(biāo)尺直觀判斷：旋流風(fēng)標(biāo)尺數(shù)字變小，外軸風(fēng)標(biāo)尺數(shù)字變大。增加推力意味著供給煤管的軸向風(fēng)更多的能量。增加旋轉(zhuǎn)力意味著增加放射性能

7、量從而增加了氣流量。圖3火焰調(diào)整示意圖4回轉(zhuǎn)窯內(nèi)煤粉燃燒模型的建立4.1假設(shè)條件專業(yè).專注.......回轉(zhuǎn)窯內(nèi)煤粉燃燒數(shù)學(xué)模型包括煙氣的紊流、氣體燃燒和輻射現(xiàn)象。這里用到兩個假設(shè)：一是煙氣流動為穩(wěn)態(tài)條件，且窯內(nèi)壓力恒定；二是煙氣按不可壓縮流對待。4.2物理模型回轉(zhuǎn)窯的原型規(guī)格為ф4×60m?去除燃燒帶內(nèi)襯及窯皮的厚度之后，有效內(nèi)徑為ф3.4m。模擬區(qū)域取為20m，包括了從窯頭開始至燒成帶結(jié)束的連續(xù)區(qū)域。網(wǎng)格化的回轉(zhuǎn)窯模型：圖4回轉(zhuǎn)窯模型基于四通道煤粉燃燒器已在新型干法水泥生產(chǎn)線上得以廣泛應(yīng)用，本文也選取四通道煤粉燃燒器進(jìn)行

8、模擬。四風(fēng)道煤粉燃燒器的結(jié)構(gòu)見圖，選取的計算區(qū)域見圖圖5燃燒器模型1-外凈風(fēng)道；2-煤風(fēng)道；3-內(nèi)凈風(fēng)道；4-中心風(fēng)道；5-點火油槍通道專業(yè).專注.......4.3煤燃燒模型煤粉由四通道煤粉燃燒器送入，煤粉與高溫空氣在進(jìn)入窯內(nèi)后進(jìn)行混合，其燃燒特征符合非預(yù)混燃燒模型，因此煤粉的氣相燃燒模