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回转窑用燃烧器是水泥工业中保证水泥产品质量的重要煅烧设备。采用常规实验手段测量燃烧器工作情况,不仅测试费用巨大,而且不易实现,其测试结果也存在较大误差,利用CFD技术,可以在不影响生产的情况下,对燃烧过程进行数值仿真研究,从而得出合理的燃烧器器结构,找出合理的燃烧方式。本文总结分析了各类燃烧器结构参数,设计新型双通道燃烧器结构,建立模型,划分网格,运用Fluent软件对其进行数值模拟研究。
本文研究主要内容和结论有:
(1)简化燃烧器流域,只保留了燃烧器喷嘴处流域。采用分块划分网格,interface网格过渡技术进行连接,使整体流域生成的全部是六面体网格,同时得到网格质量良好。
(2)采用基于压力分离求解器,采用SIMPLE算法和一阶迎风格式,采用标准k-ε模型、DPM模型、P1辐射模型、非预混/PDF燃烧模型。分析数值模拟计算结果,发现这样的设置在综合计算时间上考虑比较合理。
(3)冷态数值模拟结果显示:将旋流风与轴流风合在一起,旋流风切向速度使二次风产生强烈旋转;旋风角度增大,回流区范围扩大,向靠近燃烧器方向移动,旋流风速增大,回流区范围增加幅度较小。低旋流角度,依赖轴向速度差卷吸二次风,高旋流角度加快旋流风径向扩散,不利于卷吸二次风。
(4)窑内流场热态数值模拟结果显示:窑内温度场成梯度变化,火焰形状为双峰根部,整体呈现棒槌形,黑火头长度较短;发现随着旋流角度的增加,黑火头长度在缩短,火焰形状从细长型向短粗形转换,当在固定旋流角度,改变旋流风速,得到相似结果;燃烧不同种类煤粉时,由于不同种类煤粉的挥发分含量不同,窑内各组分的分布有差异,挥发分越多,靠近喷嘴处CO的质量分数越大。燃烧褐煤时,由于褐煤的热值比较低,窑内整体温度分布较无烟煤和烟煤的低。