水泥预分解系统中SO2的分布及减排毕业论文
2022-01-28 23:08:57
论文总字数：20596字
摘 要
由于国家制定了新的水泥行业大气污染物排放标准GB4915-2013，氮氧化物和二氧化硫的减排成为了许多水泥厂家面临的考验。在水泥生产过程中，二氧化硫大部分来自于原料和煤粉中，有机硫化合物一般在300°C以上的温度下反应，并且400°C以上的反应可以完全反应。而无机硫化物的主要成分是二硫化铁和硫酸盐。二硫化铁一般在300℃以上的氧化条件下反应；硫酸盐相对稳定，一般在高于1300℃的温度下分解。但是，在还原气氛下，由于一氧化碳的催化，硫酸钙会在分解炉中分解。
该课题将日产10,000吨KDS型分解炉作为三维几何模型。使用ICEM预处理软件对模型进行网格划分，然后使用fluent软件模拟炉内材料的物理和化学变化。通过建立合适的数学模型，并以实际工况为依据，确定参数为边界条件，将气固两相流场，温度场，压力场，各组分浓度分布以及粉煤燃烧和生料分解反应的耦合作用在分解炉中进行了模拟。生成模型后，对SO2进行处理，认识分解炉内SO2的浓度分布。
根据从分解炉的实际生产数据得到的模拟结果，在生料下料口附近的两侧安装富氧管，并且在煤粉燃烧的主要区域供应充足的氧气以保证煤粉充分燃烧。而多余的氧气将和二氧化硫反应，从而完成对分解炉中二氧化硫的减排。
关键词：二氧化硫 分解炉 富氧燃烧 数值模拟
Abstract
As the country has established a new emission standard for atmospheric pollutants GB4915-2013 in the cement industry, the emission reduction of nitrogen oxides and sulfur dioxide has become a test faced by many cement manufacturers.In the cement production process, most of the sulfur dioxide comes from raw materials and pulverized coal. Organic sulfur compounds generally react at temperatures above 300°C and reactions above 400°C can react completely. The main components of inorganic sulfides are iron sulfide and sulfate.Under oxidizing conditions, FeS2 generally reacts at a temperature of 300° C ; sulfates are relatively stable and generally decompose by heating at temperatures above 1300° C. However, in the reducing atmosphere, calcium sulfate decomposes in the decomposition furnace due to the catalysis of CO.
The project will use a 10,000-ton KDS type decomposition furnace as a three-dimensional geometric model. The ICEM preprocessing software was used to mesh the geometric model and then the fluent software was used to simulate the physical and chemical changes in the furnace material.By establishing a suitable mathematical model and basing on the actual operating conditions, the parameters are defined as boundary conditions, and the gas-solid two-phase flow field, temperature field, pressure field, concentration distribution of each component, and decomposition of pulverized coal and raw meal are analyzed. The coupling was simulated in a precalciner. After the generation model was established, SO2 was post-processed to analyze the concentration distribution of SO2 in the decomposition furnace.
According to the simulation results obtained from the actual production data of the precalciner, oxygen-rich tubes are installed on both sides near the raw material discharge port, and sufficient oxygen is supplied in the main area where the pulverized coal is burned to ensure that the pulverized coal is fully burned. The excess oxygen will react with sulfur dioxide to complete the reduction of sulfur dioxide in the decomposition furnace.
Key Words: sulfur dioxide；precalciner；oxygen-enriched combustion；numerical simulation
目 录
摘 要 I
Abstract i
第一章 绪论 1
1.1 硫的来源 1
1.2 SO2的生成、固化与CaSO4分解机理 2
1.2.1 SO2的生成与固化 2
1.2.2 CaSO4分解成SO2 2
1.3 现有SO2减排技术 3
1.3.1 燃烧前脱硫 3
1.3.2 燃烧中脱硫 4
1.3.3 燃烧后脱硫 4
1.3.4 原料的选择 5
1.3.5 优化烧成系统控制 5
1.3.6 富氧燃烧技术 5
1.4 课题研究内容 6
第二章 使用ICEM软件建立分解炉模型 7
2.1 ICEM软件介绍 7
2.1.1 ICEM CFD用户界面 7
2.1.2 网格划分思路 8
2.2 分解炉建模 9
2.2.1 几何建模 9
2.2.2 网格划分 10
2.2.3 网格质量检查 11
2.2.4 边界条件 12
2.3 本章小结 12
第三章 分解炉内气固两相数值模拟 13
3.1 数学模型 13
3.1.1 湍流模型 13
3.1.2 壁面函数 13
3.1.3 离散相模型 13
3.1.4 组分运输模型 13
3.1.5 辐射换热模型 14
3.2 设定边界条件 14
3.2.1 进口边界条件设定 14
3.2.2 出口边界条件 16
3.3 气固两相流 16
3.3.1 气固两相流场分布 17
3.3.2 气固两相轨迹线 19
3.3.3 温度场 19
3.3.4 压力场 20
3.4 气固组分浓度云图 21
3.4.1 O2、CO、CO2质量分数云图 21
3.4.2 CaCO3、CaO质量分数云图 23
3.5 SO2浓度分布图 23
3.6 本章小结 24
第四章 富氧燃烧对分解炉内SO2形成的影响数值模拟 25
4.1 分解炉富氧燃烧模型 25
4.1.1 分解炉几何模型及网格模型 26
4.2 富氧管进口边界条件 27
4.3 分解炉富氧燃烧数值模拟 27
4.3.1 温度场 27
4.3.2 压力场 28
4.3.3 O2质量分数云图 29
4.3.5 CaCO3质量分数云图 30
4.3.6 SO2质量分数云图 31
4.4 本章小结 31
第五章 结论与展望 33
5.1 结论 33
5.2 展望 33
参考文献 34
- 绪论
随着社会的不断发展，人们对生活质量的要求越来越高，生存环境也更加被人重视，因此环境污染已成为急需处理的问题。煤炭作为我国的主要能源，虽然为工业发展提供了动力，但也造成了大量的污染，可以说是有利也有弊。为了减少污染，国家环保部门在2014年3月1日正式实施了新的水泥行业大气排放标准GB4915-2013。
表1-1 GB4915-2013主要排放物标准
