水泥回转窑富氧煤粉燃烧数值模拟的优化

黄冠硕; 周月桂

doi:10.13225/j.cnki.jccs.2023.1592

摘要：水泥生产是一种高二氧化碳排放的过程,其中煤粉燃烧产生的碳排放是水泥回转窑碳排放的重要组成部分,富氧燃烧技术在电站锅炉碳捕集利用方面的优势使得其在工业炉窑中的应用受到了广泛关注.前人对水泥回转窑富氧燃烧改造后炉内组分体积分数和燃烧特性进行了研究,但针对水泥回转窑富氧燃烧改造后与原有空气气氛下传热特性的匹配方法并不完善.为了获得在保证水泥生产质量条件下对水泥回转窑进行富氧燃烧改造的最佳策略,采用计算流体动力学(CFD)软件对 500 kW水泥回转窑燃烧试验炉富氧煤粉燃烧进行了三维建模,研究了总体氧气体积分数(25%～35%),恒定总体氧气体积分数条件下一、二次风的氧气分配方法和二次风预热温度(650～950℃)对炉内传热特性和火焰长度的影响.模拟结果表明,在富氧燃烧气氛下,不同总体氧气体积分数下的火焰长度相对于空气气氛增加了 5%～8%.炉内峰值温度和热通量随着总体氧气体积分数增加显著提高,当总体氧气体积分数分别为 29%和 35%时,总体热通量和炉内峰值温度与空气气氛相同.保持总体氧气体积分数为 29%,改变一、二次风氧气分配方法时,当一次风氧气体积分数从 0增加至 80%,总体热通量与空气气氛下热通量的差异的变化范围在 3%以内.并且当一次风氧气体积分数为 60%时,在保证总体热通量与空气气氛下的总体热通量基本一致的同时,可以进一步降低与空气气氛下的沿程热通量差异.在总体氧气体积分数 29%,一次风氧气体积分数 60%时,当二次风温度从 650℃升高至 950℃时,总体热通量和火焰长度分别增加16%和4%,二次风温度为720～760℃时可以实现与空气气氛相同的炉内总体热通量匹配.