基于一维炉对分解炉内流动、分解与燃烧的数值模拟

基于一维炉对分解炉内流动、分解与燃烧的数值模拟

作者:师大云端图书馆 时间:2024-05-22 分类:硕士论文 喜欢:638
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【摘要】水泥预分解技术代表了目前水泥生产工艺的先进水平,而分解炉作为煤粉燃烧、生料分解和热量传递的场所,是水泥预分解技术的核心设备。本文基于分解炉特征,设计和搭建了适用于研究碳酸钙高温悬浮态分解特性的装置—一维炉,并对其反应动力学展开了实验研究;在此基础上,应用Fluent软件对一维炉内流场和碳酸钙分解进行了数值模拟,并基于模拟结果对碳酸钙分解动力学参数进行了修正;同时,获得了碳酸钙高温悬浮态反应最大可能为反应速率指数;在上述工作的基础上,对某生产用TSD分解炉进行了流动、分解与燃烧的数值模拟,结果具有较好的准确性。论文主要结论如下:(1)结合水泥行业特点,设计了适用于研究高温悬浮态下碳酸钙分解动力学的装置——一维炉,其特征如下:规格(φ90×3600)mm,最高温度1400℃,采用微型振动给料机、数字式质量流量控制器等,保证了喂料的精确性和均匀性,实现了物料在一维炉内停留时间的准确可控。(2)应用一维炉研究了高温悬浮态下碳酸钙的分解动力学,结果表明:高温悬浮态碳酸钙分解反应机理最大可能为单步随机成核与生长,其表观活化能Ea为67.24kJ/mol,指前因子A为65.51s-1。在此基础上,对一维炉内碳酸钙分解反应进行了数值模拟,结果表明模拟分解率远较实验值小。参考模拟所得温度分布云图和颗粒停留时间,对碳酸钙分解动力学参数进行了修正,修正后的指前因子A为61.87s-1,表观活化能Ea为56.18kJ/mol。模拟结果表明,修正后的碳酸钙分解动力学更符合实际情况。(3)基于一维炉内流动与分解的模拟结果,在默认反应速率指数的基础上,参考幂函数的特征,设定了不同反应速率指数,并应用一维炉对其进行快速模拟分析,确定了碳酸钙高温悬浮态下最大可能反应速率指数为:CaCO3为0.9,CO2为0.1,CaO为0。(4)在上述工作基础上,以某生产用TSD分解炉为对象,进行了流动、分解与燃烧的数值模拟,结果如下:该分解炉具有喷腾、旋转等组合流场,预燃室气流旋转运动强烈,主炉内二次喷腾效果显著;生料和煤粉在分解炉内充满度较好,生料颗粒的停留时间为4.6~10.5s,而煤粉颗粒为4.5~6.7s;煤粉燃烧反应主要在预燃室完成;出预燃室碳酸钙分解率为67.2%,出分解炉碳酸钙分解率为86.4%,与实际生产情况较为接近。
【作者】王俊杰;
【导师】颜碧兰;汪澜;
【作者基本信息】中国建筑材料科学研究总院,材料学,2014,硕士
【关键词】一维炉;碳酸钙分解;动力学;分解炉;数值模拟;

【参考文献】
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