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新型干法水泥回转窑中低品位燃料燃烧特性和窑内燃烧过程研究

作　者: 张保生
导　师: 刘建忠；周俊虎；岑可法
学　校: 浙江大学
专　业: 工程热物理
关键词: 低品位燃料水泥回转窑热重沉降炉冷态模化计算机辅助试验
分类号: TQ172.622.2
类　型: 博士论文
年　份: 2007年
下　载: 651次
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内容摘要

水泥回转窑中燃用低品位燃料存在以下问题：低品位燃料的燃烧特性有待进一步研究；回转窑内温度场分布情况(尤其是高温烧成带)还不清楚；现有多通道喷燃器存在风道过多、风速过高的问题。针对上述问题，主要从以下四方面进行了研究：首先，以热重法对不同品位燃料的静态燃烧特性进行了机理研究，并提出一种新的基于多重扫描速率的动力学求解方法。结果表明：在热重试验条件下，烟煤的燃烧性能最好，贫煤和无烟煤次之，石煤最差。褐煤虽然着火和稳燃性能最好，但是后期燃尽性能较差。褐煤和烟煤遵循圆柱形对称的三维扩散机理，贫煤、无烟煤和石煤则倾向于随机成核和随后生长机理。从燃烧特性参数和反应动力学参数判断，石煤属于高变质的无烟煤。其次，通过沉降炉模拟燃料在回转窑内的燃烧环境，重点对低品位燃料的动态燃烧特性进行考察，并提出微分差热法对着火点进行判断。结果表明：在沉降炉试验条件下，过量空气系数的适当降低、着火段壁温的提高、二次风温度的增加，以及煤样挥发分、发热量的提高、粒度的减小，均有利于提高燃料的着火和燃尽性能。接着，构建了物理模拟试验台，分析燃烧器喷口结构对流场和混合强度场的影响，并提出一种新型的齿结构喷燃器。结果表明：叶片角度的增加可以促进一、二次风的混合，有利于内回流区的形成，但是对于外回流区的形成并不总是有利的。扩口有利于内回流区的形成和外回流区的扩展，但会造成速度衰减的加快和混合强度的降低。提出的齿结构喷燃器，对于增大内、外回流区和提高整体的混合强度的作用是十分明显的。然后，采用计算机辅助试验，从操作参数的角度对低品位燃料在整个回转窑内的燃烧过程进行了系统研究。结果表明：45°的旋流叶片角、3：1的外内风量比、1.2的过量空气系数是一个较好的操作状态，利于产生较大的内、外回流区，保证较长的高温带分布，同时避免局部高温的出现和实现燃料的完全燃烧。因此，在良好的操作状态下采用三通道喷燃器实现低品位燃料比如无烟煤的燃烧是可行的。最后，对新型干法水泥回转窑中应用不同品位燃料的情况进行考察，重点对燃用低品位燃料时烧成系统的性能指标进行分析。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-14
第1章绪论  14-64
  1.1 研究背景  14-23
    1.1.1 我国水泥工业发展迅猛且耗能巨大  14-17
      1. 发展情况  14-16
      2. 耗能情况  16-17
    1.1.2 我国能源形势严峻且煤炭资源分布不均衡  17-20
      1. 能源消耗结构  17-19
      2. 煤炭分布情况  19-20
    1.1.3 水泥工业应用低品位燃料的重要意义  20-23
  1.2 国内外研究动态及发展趋势  23-61
    1.2.1 新型干法水泥技术的发展  23-36
      1. 水泥的诞生  23-24
      2. 水泥煅烧技术的发展  24-32
      3. 新型干法水泥技术  32-36
    1.2.2 水泥窑中燃料利用技术的研究  36-44
      1. 水泥熟料烧成的物理化学反应进程  36-37
      2. 水泥窑中燃料利用技术的研究  37-44
    1.2.3 回转窑中喷燃技术的研究  44-61
      1. 喷燃器的定义及其组成  44-45
      2. 喷燃器的功能  45
      3. 喷燃器的分类  45-46
      4. 喷燃技术的发展历程  46-59
      5. 喷燃技术的发展方向  59-61
  1.3 存在的主要问题  61-62
  1.4 本文主要研究内容  62-64
第2章低品位燃料燃烧特性的热重研究  64-88
  2.1 试验方案的构建  64-70
    2.1.1 低品位燃料的定义探析  64-66
    2.1.2 试验样品分析  66-68
    2.1.3 试验装置和方法  68-70
  2.2 非等温热重试验中燃料燃烧特性指数  70-78
    2.2.1 TG-DTG曲线的转换  70-71
    2.2.2 TG-DTG曲线特征点  71-72
    2.2.3 综合燃烧特性指数  72-73
    2.2.4 傅氏通用着火指数  73-74
    2.2.5 热重试验中燃料燃烧指数的确定  74-78
  2.3 低品位燃料燃烧特性研究  78-86
    2.3.1 升温速率对燃烧特性的影响  78-81
    2.3.2 烟煤燃烧特性研究  81
    2.3.3 褐煤燃烧特性研究  81-82
    2.3.4 贫煤燃烧特性研究  82
    2.3.5 无烟煤燃烧特性研究  82-83
    2.3.6 石煤燃烧特性研究  83-84
    2.3.7 不同品位煤燃烧特性综合比较  84-86
  2.4 本章小结  86-88
第3章基于多重扫描速率的动力学求解新方法研究  88-106
  3.1 热分析动力学方法概述  88-92
    3.1.1 动力学方程的衍化  88-90
    3.1.2 传统求解方法存在的问题  90-92
  3.2 基于多重扫描速率的动力学求解新方法  92-98
    3.2.1 理论基础  92
    3.2.2 求解过程  92-97
    3.2.3 几点讨论  97-98
  3.3 不同品位煤燃烧反应动力学三因子的求解  98-100
  3.4 基于燃烧特性和动力学分析对石煤的类属研究  100-104
    3.4.1 石煤概述  100
    3.4.2 石煤理化特性  100-101
    3.4.3 基于燃烧特性和动力学的类属研究方法  101
    3.4.4 石煤类属的判定  101-104
  3.5 本章小结  104-106
第4章低品位燃料窑内燃烧特性的沉降炉模拟  106-126
  4.1 回转窑内燃料燃烧特点  106-108
  4.2 试验方案的构建  108-112
    4.2.1 试验样品  108
    4.2.2 试验台架  108-110
    4.2.3 试验方案的确定  110-112
  4.3 沉降炉中低品位燃料动态燃烧特性指数的确定  112-117
    4.3.1 沉降炉试验中低品位燃料着火点确定新方法—微分差热法  112-114
    4.3.2 沉降炉中低品位燃料燃烧特性指数的确定  114-117
  4.4 燃料品位对沉降炉模拟结果的影响  117-120
    4.4.1 挥发分的影响  117
    4.4.2 发热量的影响  117-118
    4.4.3 粒度的影响  118-120
  4.5 沉降炉操作参数对燃料燃烧特性的影响  120-125
    4.5.1 过量空气系数的影响  120-121
    4.5.2 着火段壁温的影响  121
    4.5.3 二次风温度的影响  121-125
      1. 二次风温度对低品位混煤燃烧特性的影响  122-123
      2. 二次风温度对无烟煤燃烧特性的影响  123
      3. 高温二次风条件下烟煤燃烧特性  123-124
      4. 高温二次风条件下不同品位煤燃烧特性比较  124-125
  4.6 本章小结  125-126
第5章新型三通道喷燃器空气动力过程物理模拟  126-154
  5.1 喷燃器物理模拟方法  126-127
  5.2 物理模拟原理  127-129
    5.2.1 冷态模化原理  127-128
    5.2.2 研究射流混合过程热平衡法原理  128-129
  5.3 试验方案的构建  129-135
    5.3.1 试验系统及测试技术  129-130
    5.3.2 三通道喷燃器的设计  130-133
    5.3.3 模拟方案的制定  133-135
  5.4 喷燃器动力场总体分布特征  135-147
    5.4.1 混合强度与混合率的辨析  135-136
    5.4.2 射流速度场总体分布特征  136-142
    5.4.3 射流横向混合强度分布特征  142-147
  5.5 喷燃器结构参数对空气动力过程的影响  147-152
    5.5.1 旋流叶片角度的影响  147-148
    5.5.2 风道扩口的影响  148-149
    5.5.3 外风道牙齿的影响  149-152
      1. 齿结构喷燃器的提出  149
      2. 齿结构喷燃器的空气动力场特性  149-150
      3. 外内风量比对齿结构喷燃器空气动力过程的影响  150-152
  5.6 本章小结  152-154
第6章回转窑中低品位燃料喷燃过程数值模拟研究  154-182
  6.1 CAT技术在回转窑中应用的可行性  154-155
  6.2 模拟方案的构建  155-159
    6.2.1 研究对象  155
    6.2.2 物理模型  155-157
    6.2.3 模拟工况的确定  157-159
  6.3 喷燃器操作特征对低品位燃料燃烧过程的影响  159-176
    6.3.1 旋流叶片角度的影响  159-164
      1. 空气动力场和内回流区分布  159-160
      2. 碳燃尽速率和煤粉颗粒浓度分布  160
      3. 温度场分布  160-164
    6.3.2 外内风量比的影响  164-170
      1. 外回流区和内回流区分布  165-166
      2. 碳燃尽速率和煤粉颗粒浓度分布  166-170
      3. 温度场分布  170
    6.3.3 过量空气系数的影响  170-176
      1. 气氛分布  170-173
      2. 外回流区分布  173
      3. 烧成高温带分布和有效火焰长度  173-176
  6.4 燃料品位对燃料喷燃过程的影响  176-179
    1. 挥发分析出速率和碳燃尽速率分布  176
    2. 烧成高温带分布和有效火焰长度  176-179
  6.5 本章小结  179-182
第7章低品位燃料在新型干法回转窑中的应用研究  182-202
  7.1 不同品位燃料在4000/5000 t/d回转窑中应用研究  182-192
    7.1.1 低品位燃料在5000 t/d回转窑中应用研究  182-186
      1. 回转窑系统规格和参数  182-183
      2. 热工标定系统图  183
      3. 生料量、熟料量和燃料量  183
      4. 煤粉工业分析  183-184
      5. 气体量和气体成分分析  184
      6. 物料平衡和热量平衡表  184-185
      7. 系统性能指标计算  185-186
    7.1.2 高品位燃料在4000 t/d回转窑中应用研究  186-190
      1. 回转窑系统规格和参数  186-187
      2. 热工标定系统图  187
      3. 生料量、熟料量和燃料量  187-188
      4. 煤粉工业分析  188
      5. 气体量和气体成分分析  188
      6. 物料平衡和热量平衡表  188-189
      7. 系统性能指标计算  189-190
    7.1.3 不同品位燃料在4000/5000 t/d回转窑中应用分析  190-192
      1. 回转窑系统规格比较  190
      2. 燃料品质比较  190
      3. 系统性能指标比较  190-191
      4. 烧成系统工作状况分析  191-192
  7.2 不同品位燃料在2000/2500 t/d回转窑中应用研究  192-200
    7.2.1 高品位燃料在2500 t/d回转窑中应用研究  192-196
      1. 回转窑系统规格和参数  192-193
      2. 热工标定系统图  193
      3. 生料量、熟料量和燃料量  193
      4. 煤粉工业分析  193-194
      5. 气体量和气体成分分析  194
      6. 物料平衡和热量平衡表  194-195
      7. 系统性能指标计算  195-196
    7.2.2 不同品位燃料在2000/2500 t/d回转窑中应用分析  196-197
      1. 回转窑系统规格比较  196
      2. 燃料品质比较  196
      3. 系统性能指标比较  196-197
      4. 烧成系统工作状况分析  197
    7.2.3 2000/2500 t/d级回转窑数值模拟结果的热工标定检验  197-200
  7.3 本章小结  200-202
第8章全文总结及主要创新点  202-212
  8.1 全文总结  202-207
  8.2 主要创新点  207-210
  8.3 下步工作展望  210-212
参考文献  212-222
附录: 攻读博士学位期间主要成果  222-224
致谢  224-226
后记  226

新型干法水泥回转窑中低品位燃料燃烧特性和窑内燃烧过程研究

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