煤粉细度对回转窑内NOx影响的数值模拟研究
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风 温 ｒ１ ３ １ Ｋ ６
二 次 风 出 口
总过 量空
气系数
２ ２
３５ ８
ｌＯ ６
３４ ３
１Ｏ ７
３１ ２
４
பைடு நூலகம்
０Ｐ ） （ａ
１１ ．
１２ ０ １２ ｏ ｏ ０
比例 （ ％）
１． ４７
８－ ５３
旋 流 叶 片偏 转 角４ 。燃 烧 器 位 置０ ５． ｍ
气 固两相湍流流动。由于燃烧器 的强旋流 、 大速差 的作
用 ． 得 回转 窑 内 出现 回 流 以及 气 固返 混 的现 象 ， 虑 使 考
｝国 家 自然 科 学 基 金 项 目（０ ７ １３ 和 国家 十 一 五 科 技 支撑 计 划 项 目 ５６６０ ）
（０ ６ Ａ ０ Ａ ４ ２０ Ｂ Ｆ ２ ２ ）
ＲＥＳ ＡＲＣ ＆ ＡＰ Ｌ ＣＡＴ ＯＮ应 用研 究 Ｅ Ｈ Ｐ Ｉ Ｉ
煤粉细度对回转窑 内Ｎ ｘ 影响的 Ｏ 数值 模 拟研究米
施 海艳 ，李 迎 ，张 洪 一，苏灿 洪 ，陈玉玲
（． １ 中国矿业大学化工学院， 江苏 徐州 ２ １１ ；． ２ １６２ 福建省水泥产品质量监督检验中心 ， 福建 龙岩 ３４０ ） ６０６
ＮＯ 燃 料 型 Ｎ ｘ Ｏｘ形 成 量 较小 ． 热 力 型 Ｎ 而 Ｏｘ的 形 成量 与 温度 直 接 相 关 。 由于 水 泥 分 解 炉 中煤 粉燃 烧 温 度低 ， 其 中生 成 的 热 力 型 ＮＯ ｘ可 以 忽 略 不 计 ．而 窑 头 燃 烧 温
参 数
一
次 风
扣心 风 煤 风 旋 流 风 轴 流风 孔速 （／１ ６ ｍｓ
３ 结 果 及 分 析
３１ 煤 粉 细 度 对 火 焰 温 度分 布 的影 响 ．
２ 数 学 模 型
２ 气 固流 动模 型 ． １ 回 转 窑 内 的气 固 流 动 是 一 种 典 型 的 带 化 学 反 应 的
不 同细度 煤粉在窑 头燃 烧时火焰 温度分 布情 况见
图 １ 。
从 图 １ 以看 出 ． 粉 细 度 发 生 变 化 时 火 焰 的形 状 可 煤
１ 研 究对 象及 边 界 条 件
模 拟 对 象 为 山东 枣 庄 某 ３Ｏ ０ ｄ新 型干 法 水 泥 厂 ． ０ ｔ ／
窑 规 格 为 ．ｍｘ ２ 斜 度 为 ３５ 考 虑 内衬 和 窑皮 的 ３ ６ ｍ， ．％，
２４ ＮＯ生成 模 型 ．
由于煤粉燃烧过程 中窑内的温度较 高 ． 高能达到 最 ２００ ０ Ｋ以上 ． 因此 ， 主要 考虑 回转 窑 内热 力型 Ｎ Ｏ和燃
过 程 中 的输 运 现 象 。 ２３ 传 热 模 型 ．
本文采用数值模拟方法 ． 研究 了煤粉 细度对水 泥窑 头温度和 Ｎ ｘ Ｏ 生成特性 的影响 ．对工业生产合理调整
工 艺参 数 提 供 理 论 指 导 。
在 水 泥 回转 窑 内 ． 了满 足 熟 料 烧 成 的 需 要 ， 烧 为 燃 温 度 比较 高 因此 ， 于 窑 内 的换 热 还 要 考 虑 辐射 换 热 对 过程 。 用 Ｐ 模型进行模拟计算。 采 １
控 制 燃 烧 模 型 （ ｉｅｉｓ ｉｕ ｉｎ ｌ ｔｄ ｃ ａ ｏ ｕ ｔ ｎ ｋｎ ｔ ／ ｆ ｓ —ｉ ｅ ｈ ｒｃ ｍｂ ｓｉ ｃ ｄ ｆ ｏ ｍｉ ｏ
度 高 ． 水 泥 工 业 中 Ｎ ｘ主要 来 源 烧 。 是 Ｏ
ｍｏｅ） 非 预 混燃 烧 混合 分 数 方 程 描 述 窑 内煤粉 燃 烧 ｄ１ 用
和温度分布都发生 了变化 。０ ８ ｍ ． ０ ｍ筛余 １％的煤粉 ， ０ ５
其 燃 烧 火 焰 黑 火 头 约长 １ ｍ， 高 温 度 为 ２２５ 高 温 ． 最 ２ １Ｋ， 带 长 ８ ｍ．尾 部 粗 大 ：煤 粉 细 度 降 低 到 ０ ８ ｍ 筛 余 ． ５ ．ｍ ０ １％时 ． 火 头 长 度 缩 短 到 约 １ ｍ， 烧 最 高 温 度 升 高 ０ 黑 ． 燃 Ｏ
到 Ｒ Ｇ ｋ ８ 型 在 工 程 中对 处 理 带 回 流 流动 规 律 的 实 Ｎ 一 模
用 性 ． 用 Ｒ 一 采 ＮＧ ｋ ￡模 型 来 模 拟 回转 窑 内 的 湍 流 流 动 。
对 于煤 粉 颗 粒 的运 动 采 用 随机 轨道 模 型 。
２２ 煤 粉 燃烧 模 型 ．
通 常 把 煤 的燃 烧 过 程 分 为煤 的 热 解 和 煤 焦 燃 烧 两 个 阶 段 对 于 热 解 过 程 双 方 程 平 行 竞 争 反 应 模 型 （ｗ Ｔｏ Ｃ ｍ ｅ ｎ ａ ｓ ｄ１ ，煤 焦 燃 烧 过 程 采 用 动 力 ／ 散 ｏ ｐｔ ｇＲ ｔ ｅ） ｉ ｅ Ｍｏ 扩
料型 Ｎ Ｏ的 生成
厚度 ． 计算 区域直径取 ３ ｍ： ． 使用一种 旋转射流 和直线 ３
射 流 相 组 合 的 ４风 道 燃 烧 器 ，各 通 道 配 风 情 况 见 表 ｌ 。 所 用 燃 料 为烟 煤 ， 质 分 析 见 表 ２ 煤 。三 种 不 同 细 度 煤 粉 的粒 径 分 布情 况 见 表 ３
氮 氧 化 物 Ｎ ｘ 破 坏 臭 氧 层 、 生 酸 雨 、 害 人 体 Ｏ 能 产 危 健 康 ． 污 染 引 起 越 来 越 高 的 重视 。水 泥 工 业 是 氮 氧 化 其 物 的重 要 来 源 之 一 ． 其排 放 量 紧 随火 力 发 电 和汽 车尾 气 排 放 之 后 。 第 三 位 。欧美 等 发达 国 家 已 经制 订 了水 泥 居 工 业 Ｎ ｘ 放 标 准 ．要 求 排 放 浓 度 在 ２ ０ ５ ０ ｇ ｍ 。 Ｏ 排 ０～０ｍ ／ Ｎ 瑞 典 提 出了 ２０ ／ｍ 的独 立 标 准 。目前 我 国对水 泥 回 ０ ｍｇ ３ Ｎ 转 窑 的 Ｎ ｘ 放 标 准 为 ８０ ｇ ｍ ． Ｏ 排 ０ ｍ ／ ，随着 我 国环 保 要 求 Ｎ 的不 断 提 高 ． 泥工 业 Ｎ ｘ 放 问题 必将 引起 重 视 。 水 Ｏ 排 煤 粉 燃 烧 过 程 中形 成 的 Ｎ ｘ主 要 分 为 燃 料 型 和热 Ｏ 力 型 ，前 者 指 燃 料 中 Ｎ在 燃 烧 过 程 中和 ０ 反 应 生成 的 Ｎ ｘ Ｏ 。后 者 指 空 气 中 的 Ｎ 在 煤 粉 燃 烧 过 程 中 形 成 的
二 次 风 出 口
总过 量空
气系数
２ ２
３５ ８
ｌＯ ６
３４ ３
１Ｏ ７
３１ ２
４
பைடு நூலகம்
０Ｐ ） （ａ
１１ ．
１２ ０ １２ ｏ ｏ ０
比例 （ ％）
１． ４７
８－ ５３
旋 流 叶 片偏 转 角４ 。燃 烧 器 位 置０ ５． ｍ
气 固两相湍流流动。由于燃烧器 的强旋流 、 大速差 的作
用 ． 得 回转 窑 内 出现 回 流 以及 气 固返 混 的现 象 ， 虑 使 考
｝国 家 自然 科 学 基 金 项 目（０ ７ １３ 和 国家 十 一 五 科 技 支撑 计 划 项 目 ５６６０ ）
（０ ６ Ａ ０ Ａ ４ ２０ Ｂ Ｆ ２ ２ ）
ＲＥＳ ＡＲＣ ＆ ＡＰ Ｌ ＣＡＴ ＯＮ应 用研 究 Ｅ Ｈ Ｐ Ｉ Ｉ
煤粉细度对回转窑 内Ｎ ｘ 影响的 Ｏ 数值 模 拟研究米
施 海艳 ，李 迎 ，张 洪 一，苏灿 洪 ，陈玉玲
（． １ 中国矿业大学化工学院， 江苏 徐州 ２ １１ ；． ２ １６２ 福建省水泥产品质量监督检验中心 ， 福建 龙岩 ３４０ ） ６０６
ＮＯ 燃 料 型 Ｎ ｘ Ｏｘ形 成 量 较小 ． 热 力 型 Ｎ 而 Ｏｘ的 形 成量 与 温度 直 接 相 关 。 由于 水 泥 分 解 炉 中煤 粉燃 烧 温 度低 ， 其 中生 成 的 热 力 型 ＮＯ ｘ可 以 忽 略 不 计 ．而 窑 头 燃 烧 温
参 数
一
次 风
扣心 风 煤 风 旋 流 风 轴 流风 孔速 （／１ ６ ｍｓ
３ 结 果 及 分 析
３１ 煤 粉 细 度 对 火 焰 温 度分 布 的影 响 ．
２ 数 学 模 型
２ 气 固流 动模 型 ． １ 回 转 窑 内 的气 固 流 动 是 一 种 典 型 的 带 化 学 反 应 的
不 同细度 煤粉在窑 头燃 烧时火焰 温度分 布情 况见
图 １ 。
从 图 １ 以看 出 ． 粉 细 度 发 生 变 化 时 火 焰 的形 状 可 煤
１ 研 究对 象及 边 界 条 件
模 拟 对 象 为 山东 枣 庄 某 ３Ｏ ０ ｄ新 型干 法 水 泥 厂 ． ０ ｔ ／
窑 规 格 为 ．ｍｘ ２ 斜 度 为 ３５ 考 虑 内衬 和 窑皮 的 ３ ６ ｍ， ．％，
２４ ＮＯ生成 模 型 ．
由于煤粉燃烧过程 中窑内的温度较 高 ． 高能达到 最 ２００ ０ Ｋ以上 ． 因此 ， 主要 考虑 回转 窑 内热 力型 Ｎ Ｏ和燃
过 程 中 的输 运 现 象 。 ２３ 传 热 模 型 ．
本文采用数值模拟方法 ． 研究 了煤粉 细度对水 泥窑 头温度和 Ｎ ｘ Ｏ 生成特性 的影响 ．对工业生产合理调整
工 艺参 数 提 供 理 论 指 导 。
在 水 泥 回转 窑 内 ． 了满 足 熟 料 烧 成 的 需 要 ， 烧 为 燃 温 度 比较 高 因此 ， 于 窑 内 的换 热 还 要 考 虑 辐射 换 热 对 过程 。 用 Ｐ 模型进行模拟计算。 采 １
控 制 燃 烧 模 型 （ ｉｅｉｓ ｉｕ ｉｎ ｌ ｔｄ ｃ ａ ｏ ｕ ｔ ｎ ｋｎ ｔ ／ ｆ ｓ —ｉ ｅ ｈ ｒｃ ｍｂ ｓｉ ｃ ｄ ｆ ｏ ｍｉ ｏ
度 高 ． 水 泥 工 业 中 Ｎ ｘ主要 来 源 烧 。 是 Ｏ
ｍｏｅ） 非 预 混燃 烧 混合 分 数 方 程 描 述 窑 内煤粉 燃 烧 ｄ１ 用
和温度分布都发生 了变化 。０ ８ ｍ ． ０ ｍ筛余 １％的煤粉 ， ０ ５
其 燃 烧 火 焰 黑 火 头 约长 １ ｍ， 高 温 度 为 ２２５ 高 温 ． 最 ２ １Ｋ， 带 长 ８ ｍ．尾 部 粗 大 ：煤 粉 细 度 降 低 到 ０ ８ ｍ 筛 余 ． ５ ．ｍ ０ １％时 ． 火 头 长 度 缩 短 到 约 １ ｍ， 烧 最 高 温 度 升 高 ０ 黑 ． 燃 Ｏ
到 Ｒ Ｇ ｋ ８ 型 在 工 程 中对 处 理 带 回 流 流动 规 律 的 实 Ｎ 一 模
用 性 ． 用 Ｒ 一 采 ＮＧ ｋ ￡模 型 来 模 拟 回转 窑 内 的 湍 流 流 动 。
对 于煤 粉 颗 粒 的运 动 采 用 随机 轨道 模 型 。
２２ 煤 粉 燃烧 模 型 ．
通 常 把 煤 的燃 烧 过 程 分 为煤 的 热 解 和 煤 焦 燃 烧 两 个 阶 段 对 于 热 解 过 程 双 方 程 平 行 竞 争 反 应 模 型 （ｗ Ｔｏ Ｃ ｍ ｅ ｎ ａ ｓ ｄ１ ，煤 焦 燃 烧 过 程 采 用 动 力 ／ 散 ｏ ｐｔ ｇＲ ｔ ｅ） ｉ ｅ Ｍｏ 扩
料型 Ｎ Ｏ的 生成
厚度 ． 计算 区域直径取 ３ ｍ： ． 使用一种 旋转射流 和直线 ３
射 流 相 组 合 的 ４风 道 燃 烧 器 ，各 通 道 配 风 情 况 见 表 ｌ 。 所 用 燃 料 为烟 煤 ， 质 分 析 见 表 ２ 煤 。三 种 不 同 细 度 煤 粉 的粒 径 分 布情 况 见 表 ３
氮 氧 化 物 Ｎ ｘ 破 坏 臭 氧 层 、 生 酸 雨 、 害 人 体 Ｏ 能 产 危 健 康 ． 污 染 引 起 越 来 越 高 的 重视 。水 泥 工 业 是 氮 氧 化 其 物 的重 要 来 源 之 一 ． 其排 放 量 紧 随火 力 发 电 和汽 车尾 气 排 放 之 后 。 第 三 位 。欧美 等 发达 国 家 已 经制 订 了水 泥 居 工 业 Ｎ ｘ 放 标 准 ．要 求 排 放 浓 度 在 ２ ０ ５ ０ ｇ ｍ 。 Ｏ 排 ０～０ｍ ／ Ｎ 瑞 典 提 出了 ２０ ／ｍ 的独 立 标 准 。目前 我 国对水 泥 回 ０ ｍｇ ３ Ｎ 转 窑 的 Ｎ ｘ 放 标 准 为 ８０ ｇ ｍ ． Ｏ 排 ０ ｍ ／ ，随着 我 国环 保 要 求 Ｎ 的不 断 提 高 ． 泥工 业 Ｎ ｘ 放 问题 必将 引起 重 视 。 水 Ｏ 排 煤 粉 燃 烧 过 程 中形 成 的 Ｎ ｘ主 要 分 为 燃 料 型 和热 Ｏ 力 型 ，前 者 指 燃 料 中 Ｎ在 燃 烧 过 程 中和 ０ 反 应 生成 的 Ｎ ｘ Ｏ 。后 者 指 空 气 中 的 Ｎ 在 煤 粉 燃 烧 过 程 中 形 成 的