环保型水泥预分解系统优化及工程应用

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预分解技术是目前国际上最先进的水泥制造技术。尽管近年来我国水泥预分解技术取得了较快的发展,但在热耗、电耗及污染物如氮氧化物排放等方面同国际最先进水平仍存在一定的差距。对水泥预分解系统进行优化是实现水泥生产线节能、降耗、减少污染物排放的重要途径之一。因此开展水泥窑预分解系统节能减排技术的优化研究并将之应用于实际工程项目中,对实现水泥工业的低碳经济以及与资源环境的协调发展具有重大的现实意义。本文采用实验室实验、理论分析、计算机模拟研究及工程实际检测等方法对环保型水泥预分解系统进行了优化研究。主要内容如下:(1)采用撒料装置实验平台研究了不同结构的撒料装置及不同撒料板角度、插入深度等情况下的物料分散状况。通过数学分析的方法得知,撒料板角度为5°、插入深度为200 mm时,物料的分散性最佳。通过工程实践应用证明改进型的撒料装置能使预热器出口温度降低15~20℃。(2)通过旋风筒冷模实验的数据修正了计算流体动力学(CFD)计算模型中的湍流模型参数,采用雷诺应力模型(RSM)和离散相模型(DPM)对天津水泥工业设计研究院有限公司开发的六级预热器优化前后的流场、热交换效率和分离效率进行了研究。改进后的六级预热器系统总体压损降低了13.8%,系统换热效果降低1.7%,说明优化后的六级预热器系统节能减排效果更好。(3)通过理论分析推导得到了旋风筒阻力特性的计算公式,提出了旋风筒能量利用效率的有效能及无效能的概念,指出旋风筒开发既要考虑降低其阻力同时又要尽可能提高旋风筒的有效能量利用率。(4)通过实验和CFD模拟研究了燃料燃烧特性与分解炉开发设计的相关性。合理有效的分解炉既要能满足各种燃料的充分安全着火燃烧并燃尽的要求,同时又需阻力低、结构简单且运行可靠。(5)研究了不同煤焦还原NO的动力学,将得到的动力学参数用于分解炉模拟计算。在分解炉计算机辅助试验平台上了模拟了TTF三喷腾型分解炉采用三次风分风措施降低氮氧化物排放浓度的研究。水泥厂实际检测数据显示,三次风分风方式可降低氮氧化物排放10~36%。
摘要第3-4页
ABSTRACT第4-5页
目录第6-9页
第一章 文献综述第9-28页
    1.1 水泥工业节能减排技术的研究进展第9-10页
    1.2 预热器系统节能减排技术研究现状第10-19页
        1.2.1 国内外主要的预热器系统第11-16页
        1.2.2 预热器系统节能减排技术研究现状第16-19页
    1.3 分解炉的研究现状第19-22页
        1.3.1 分解炉的型式第19-21页
        1.3.2 分解炉的国内外研究现状第21-22页
    1.4 分解炉NO_x排放的研究现状第22-26页
        1.4.1 水泥工业中氮氧化物的生成机理第22-24页
        1.4.2 生成NO_x的影响因素第24-25页
        1.4.3 减少氮氧化物排放的措施第25-26页
    1.5 本论文的研究内容及意义第26-28页
第二章 预热器撒料效果的优化研究第28-41页
    2.1 引言第28页
    2.2 实验方法、内容及数据处理方法第28-30页
        2.2.1 实验方法第28-29页
        2.2.2 实验内容第29-30页
        2.2.3 数据处理方法第30页
    2.3 结果与讨论第30-40页
        2.3.1 实验结果第30-39页
        2.3.2 结果讨论第39-40页
    2.4 本章小结第40-41页
第三章 六级预热器优化的数值模拟研究第41-59页
    3.1 引言第41-42页
    3.2 模拟计算的物理及数学模型第42-48页
        3.2.1 模拟计算的物理模型第42页
        3.2.2 模拟计算的数学模型第42-48页
    3.3 结果与讨论第48-57页
        3.3.1 压力损失第48-49页
        3.3.2 换热效果第49-50页
        3.3.3 分离效率第50-51页
        3.3.4 流场结果第51-57页
    3.4 本章小结第57-59页
第四章 旋风筒阻力特性机理的研究第59-68页
    4.1 引言第59页
    4.2 旋风筒的阻力特性第59-65页
        4.2.1 旋风筒中气固运动状态及阻力特性分析第59-61页
        4.2.2 旋风筒阻力特性的理论计算第61-65页
    4.3 结果与讨论第65-67页
    4.4 本章小结第67-68页
第五章 燃料燃烧特性与分解炉开发的相关性第68-79页
    5.1 引言第68页
    5.2 研究内容及方法第68-71页
        5.2.1 煤粉燃烧特性第68-69页
        5.2.2 分解炉冷模实验第69-70页
        5.2.3 计算机CFD模拟第70-71页
    5.3 结果与讨论第71-78页
        5.3.1 煤粉燃烧特性第71-73页
        5.3.2 分解炉的冷模实验第73-75页
        5.3.3 分解炉的CFD 模拟第75-76页
        5.3.4 燃料燃烧特性与分解炉的相关性第76-78页
    5.4 本章小结第78-79页
第六章 分解炉中焦炭还原 NO 的动力学及数值模拟研究第79-100页
    6.1 引言第79页
    6.2 研究内容及方法第79-83页
        6.2.1 分解炉中煤焦还原NO的实验平台第79-81页
        6.2.2 原、燃料特性测试第81-82页
        6.2.3 分解炉内NO还原的机理模型第82-83页
    6.3 结果与讨论第83-98页
        6.3.1 煤焦还原NO动力学第83-93页
        6.3.2 TTF分解炉脱硝的数值模拟第93-98页
    6.4 本章小结第98-100页
第七章 预分解系统节能减排技术的工程应用第100-105页
    7.1 引言第100页
    7.2 研究方法第100页
    7.3 结果与讨论第100-104页
        7.3.1 撒料装置的改进效果第100-102页
        7.3.2 旋风筒结构的改进效果第102-104页
        7.3.3 分解炉的脱硝效果第104页
    7.4 本章小结第104-105页
第八章 结论、创新点与建议第105-108页
    8.1 结论第105-106页
    8.2 创新点第106-107页
    8.3 建议第107-108页
参考文献第108-117页
发表论文和参加科研情况说明第117-118页
致谢第118页
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