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| 回转窑是一种具有物料输送、换热、燃料燃烧以及化学反应等主要功能的生产设备,由于其可提供良好的混合性能和高效的传热能力,能适应多种工业过程,因而被广泛地应用于水泥、冶金、造纸、化工、建材等工业领域。然而,作为大型热交换装置,窑内炽热气流与物料之间的“堆积态”换热方式,往往造成生产系统耗能高、热利用率低、资源浪费等不良后果。近年来,许多国内外学者应用动量传输、传热、传质和化学反应的理论基础,通过现场热工测试和数值计算对回转窑内流动、传热和燃烧过程进行了较全面的研究,从而实现提高回转窑运行热效率和降低能耗的目的。本文以φ4.5×90m铝土矿烧结熟料窑为研究对象,根据回转窑不同区域的物理化学过程,将窑体沿物料输运方向分为了7个带,并根据各带上热量交换特点,建立了一维传热模型,该模型考虑了物料反应、燃料燃烧辐射放热及窑壁间接式传热等诸多因素。该模型以热工标定数据为初始计算参数,运用MATLAB软件进行编程,通过计算得到了回转窑内温度分布曲线,获得了不同区域气体、物料和窑壁之间的换热量。计算值与文献热工测量值相吻合,说明该计算模型具有较好的预测能力,可以为改进和优化回转窑生产工艺的操作流程提供一定指导作用。计算结果表明,在烧成带和燃烧带,辐射传热方式在加热物料过程中起着主导作用；烟气和窑壁分别对物料的加热作用相当,窑壁起着间接传热的作用。性能优良的燃烧器能够为回转窑生产系统提供最佳的热工条件。对燃烧器的结构和性能的研究和优化,有助于降低系统能耗、提高回转窑的生产能力和满足环境保护的需要。本文根据文献冷态模型实验中提供的模型窑和燃烧器模型,利用FLUENT软件建立了四通道旋流燃烧器三维冷态射流模型,利用κ-ε气相湍流模型及多块化非均匀网格划分技术,对回转窑燃烧器内气相湍流场进行了数值计算,并全面系统地研究了各风道不同送风量及旋流叶片角度对燃烧器出口流场中的轴向、切向和径向速度分布的影响,比较详尽的分析了不同工况下湍流射流场的流态变化规律。计算结果表明,中心风对中心回流区的形成起到重要作用,而中心回流可以实现煤粉快速点火和稳定燃烧；内旋流风和高速外风构成速差射流,加强了煤粉和空气的混合程度,并卷吸了高温二次风,有利于加快煤粉燃烧和提高热能利用率；为了获得适宜的火焰形态,需要选择合理的内风速和旋流叶片角度；同时提高内、外风速有利于提高一次风的旋流强度和卷吸能力。 |
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