淺談回轉(zhuǎn)窯用煤粉燃燒器操作參數(shù)選用和優(yōu)化

1、合理選擇和優(yōu)化1. 研究意義回轉(zhuǎn)窯工作原理是利用回轉(zhuǎn)著的窯筒體，不斷旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)固體物料不斷翻滾，以其暴露的新表面與掠過的氣體進(jìn)行傳熱和傳質(zhì)并產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)?由于回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的物料是處于堆積態(tài)，窯內(nèi)氣-固、固-固之間的換熱效率就相對(duì)較低，研究高溫?zé)崽幚項(xiàng)l件下回轉(zhuǎn)窯內(nèi)發(fā)生的物質(zhì)與能量的轉(zhuǎn)化與傳遞，研究空氣過剩系數(shù)、二次風(fēng)溫度、內(nèi)外風(fēng)量比等操作參數(shù)對(duì)窯內(nèi)傳熱過程的影響，并對(duì)操作參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，從而求得煙氣、物料、窯內(nèi)外壁沿窯長(zhǎng)方向的溫度變化規(guī)律，借此了解煅燒窯內(nèi)溫度分布及爐窯熱工特性，可為優(yōu)化窯的操作參數(shù)提供理論依據(jù)。并對(duì)煤粉燃燒器的操作參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，這對(duì)提高回轉(zhuǎn)窯內(nèi)換熱效率、降低回轉(zhuǎn)窯能耗具有重要的意義。水

2、泥熟料燒成反應(yīng)是指硅酸二鈣與氧化鈣生成的液固相反應(yīng)。由于水泥熟料強(qiáng)度的主要組成來(lái)源是GS,因此GS+CaSGS的燒成過程對(duì)整個(gè)煅燒過程具有至關(guān)重要的作用。對(duì)C-S-A-F-MgO系統(tǒng)而言，該反應(yīng)主要發(fā)生在熔融的液相中，液相出現(xiàn)的溫度約為1550K（1277）。燒結(jié)反應(yīng)的機(jī)理可以這樣描述：固相反應(yīng)生成的C2S和之前未被反應(yīng)的CaO在液相中溶解、擴(kuò)散并在液相中發(fā)生反應(yīng)、經(jīng)液相的過飽和及反擴(kuò)散,最后經(jīng)過再結(jié)晶形成新相C3S。從傳熱學(xué)的角度來(lái)說(shuō)，窯內(nèi)物料因入窯生料表觀分解率為9095%,分解吸熱反應(yīng)所需的熱量很少，公斤熟料約200100千焦，物料升溫吸熱量約為450500千焦，而熟料礦物形成是以放熱反

3、應(yīng)為主，設(shè)熟料中C2s占%C3S占%C3A占%C4AF占%反應(yīng)過程放熱量約為655千焦。基于窯內(nèi)熟料形成熱基本是一個(gè)負(fù)值，所以可以認(rèn)為窯內(nèi)傳熱已不是主要矛盾，而熟料礦物生成的晶格形成和晶體生長(zhǎng)所需維持的高溫條件及在燒成帶的停留時(shí)間成為矛盾的主要方面。2. 回轉(zhuǎn)窯用燃燒器對(duì)性能的要求根據(jù)物料煅燒難易程度、窯的工況調(diào)節(jié)火焰形狀。因此回轉(zhuǎn)窯對(duì)煤粉燃燒器的性能要求是必須易于調(diào)節(jié)。煤粉燃燒形成的火焰形狀應(yīng)是肥瘦適宜的棒槌狀，這樣的火焰形狀可使整個(gè)燒成帶具有強(qiáng)而均勻的熱輻射，從而在燒成帶形成致密又穩(wěn)定的窯皮，既可生成質(zhì)量均勻且優(yōu)質(zhì)的水泥熟料，又延長(zhǎng)了水泥回轉(zhuǎn)窯耐火磚的使用壽命?3. 煤粉燃燒和火焰形成過程

4、煤粒燃燒過程是一個(gè)非常復(fù)雜的氣固兩相流動(dòng)與煤粉燃燒共同存在的過程，具體包括了預(yù)熱、揮發(fā)份析出、揮發(fā)份燃燒及焦炭的燃燒。煤粒反應(yīng)過程：圖1煤粒反應(yīng)模型火焰的燃燒過程：圖2火焰燃燒各個(gè)階段區(qū)域A區(qū)：黑火頭，長(zhǎng)，在該區(qū)域燃料和助燃空氣充分混合，但燃料尚未點(diǎn)燃，處于加熱階段。溫度逐漸上升到600。B區(qū)：火焰的誕生地，揮發(fā)物質(zhì)和助燃輕質(zhì)油析出和燃燒生成CO2和HQ所達(dá)溫度600-1100CoA區(qū)和B區(qū)的邊界稱為火焰的起點(diǎn)。C區(qū)：煤燃燒和燃油裂化釋放出碳。溫度上升到1100-1600C。D區(qū)：H2和CO班原反應(yīng)生成CO口H。溫度上升到高于1600CoEK:H和CO燃燒重新得到CO才口H2Q伴隨有白熾粒子。

5、F區(qū)：燃燒的最后階段，生成CO前H2Q并伴有過?？諝??；鹧嫘螤畹恼{(diào)節(jié)火焰粗短的調(diào)節(jié)：增大旋流風(fēng)出風(fēng)面積和角度，火焰變粗，同時(shí)增大外軸流風(fēng)的風(fēng)速，保證外軸流風(fēng)包裹火焰形狀，即減小外軸風(fēng)的出風(fēng)面積，提高外軸風(fēng)的風(fēng)速和風(fēng)壓。標(biāo)尺直觀判斷：旋流風(fēng)標(biāo)尺數(shù)字變大，外軸風(fēng)標(biāo)尺數(shù)字變小?；鹧婕?xì)長(zhǎng)的調(diào)節(jié)：減小旋流風(fēng)出風(fēng)面積和角度，火焰變細(xì)，同時(shí)減小外軸流風(fēng)的風(fēng)速，保證外軸流風(fēng)包裹火焰形狀，即增大外軸風(fēng)的出風(fēng)面積，減小外軸風(fēng)的風(fēng)速和風(fēng)壓。標(biāo)尺直觀判斷：旋流風(fēng)標(biāo)尺數(shù)字變小，外軸風(fēng)標(biāo)尺數(shù)字變大。增加推力意味著供給煤管的軸向風(fēng)更多的能量。增加旋轉(zhuǎn)力意味著增加放射性能量從而增加了氣流量。圖3火焰調(diào)整示意圖4. 回轉(zhuǎn)窯內(nèi)煤

6、粉燃燒模型的建立假設(shè)條件回轉(zhuǎn)窯內(nèi)煤粉燃燒數(shù)學(xué)模型包括煙氣的紊流、氣體燃燒和輻射現(xiàn)象。這里用到兩個(gè)假設(shè)：一是煙氣流動(dòng)為穩(wěn)態(tài)條件，且窯內(nèi)壓力恒定；二是煙氣按不可壓縮流對(duì)待。物理模型回轉(zhuǎn)窯的原型規(guī)格為（1）4X60m?去除燃燒帶內(nèi)襯及窯皮的厚度之后，有效內(nèi)徑為力。模擬區(qū)域取為20nl包括了從窯頭開始至燒成帶結(jié)束的連續(xù)區(qū)域。網(wǎng)格化的回轉(zhuǎn)窯模型：圖4回轉(zhuǎn)窯模型基于四通道煤粉燃燒器已在新型干法水泥生產(chǎn)線上得以廣泛應(yīng)用，本文也選取四通道煤粉燃燒器進(jìn)行模擬。四風(fēng)道煤粉燃燒器的結(jié)構(gòu)見圖，選取的計(jì)算區(qū)域見圖圖5燃燒器模型1-外凈風(fēng)道；2-煤風(fēng)道；3-內(nèi)凈風(fēng)道；4-中心風(fēng)道；5-點(diǎn)火油槍通道煤燃燒模型煤粉由四通道煤

7、粉燃燒器送入，煤粉與高溫空氣在進(jìn)入窯內(nèi)后進(jìn)行混合，其燃燒特征符合非預(yù)混燃燒模型，因此煤粉的氣相燃燒模型采用非預(yù)混燃燒模型?煤粉的流動(dòng)用離散相模型來(lái)模擬，此模型可以預(yù)測(cè)出單個(gè)煤粒的運(yùn)動(dòng)軌跡?離散項(xiàng)的軌跡與氣相連續(xù)方程交替計(jì)算也包含了煤粒與氣體間的熱量、動(dòng)量和質(zhì)量的傳遞?輻射模型由于回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的輻射換熱主要體現(xiàn)在氣體與顆粒之間。在氣體與煤粉湍流運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)上，引入非預(yù)混燃燒模型計(jì)算煤粉的燃燒，與此同時(shí)耦合計(jì)算氣體與煤粉顆粒之間的輻射換熱。初始條件及邊界條件二次風(fēng)、煤風(fēng)和內(nèi)凈風(fēng)進(jìn)口采用風(fēng)速邊界條件，根據(jù)實(shí)測(cè)工況參數(shù)范圍直接設(shè)定入窯速度？燃燒器的中心風(fēng)、外凈風(fēng)出口速度很大，為可壓縮流，進(jìn)口采用質(zhì)量邊界條件

8、，直接設(shè)定入窯質(zhì)量流率？出口采用壓力邊界條件，出口壓力設(shè)定為-70Pa。對(duì)于近壁面，以及氣固界面，沿?zé)煔饬鲃?dòng)方向采用壁面函數(shù)？計(jì)算選取的各種初始條件及邊界條件見表:項(xiàng)目風(fēng)道入口溫度/K入口速度/m/s質(zhì)量流率/kg/s二次風(fēng)次風(fēng)中心風(fēng)內(nèi)凈風(fēng)煤風(fēng)一外凈風(fēng)表1初始條件及邊界條件項(xiàng)目MadAadVadFCad煤粉表2煤的工業(yè)分析煤粉低位發(fā)熱量(DAF)為kg,熱值為1000J/(kgX),密度為m3一次風(fēng)和二次風(fēng)為凈空氣，由21%的氧氣和79%勺氮?dú)饨M成。5模擬結(jié)果及分析本文采用同規(guī)格生產(chǎn)線的熱工標(biāo)定實(shí)測(cè)參數(shù)作為初始參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。著重研究了空氣過剩系數(shù)、內(nèi)外風(fēng)量比及二次風(fēng)溫度對(duì)窯內(nèi)溫度分布的影響。測(cè)

9、試工況下內(nèi)外風(fēng)量比為，二次風(fēng)量為s,窯頭過?？諝庀禂?shù)為，二次風(fēng)溫度為1373K?窯內(nèi)溫度分布模擬結(jié)果見圖。窯內(nèi)溫度分布的主要影響因素內(nèi)外風(fēng)量比R、空氣過剩系數(shù)n、二次風(fēng)溫度T(K)和旋流角a(°)的值列在圖下方？圖6模擬工況下窯內(nèi)溫度分布圖由圖6可以看出，火焰形狀呈向外波動(dòng)的棒槌形，這與從工程經(jīng)驗(yàn)所知的實(shí)際火焰形狀相符。如圖6指示，煤粉在離燃燒器噴嘴較遠(yuǎn)的一個(gè)窄而短的區(qū)域內(nèi)高溫燃燒，噴嘴附近的煙氣溫度均比較低，黑火頭較長(zhǎng)，這使得實(shí)際的燒成帶較短，而使冷卻帶延長(zhǎng)，預(yù)熱分解帶也相應(yīng)縮短,這種窯內(nèi)溫度分布會(huì)降低窯的有效傳熱面積，因此不能滿足水泥燒結(jié)所需的溫度要求？同時(shí)由于高溫區(qū)域較小，煤粉

10、極易燃燒不完全，未來(lái)得及燃燒的煤粒或在物料內(nèi)燃燒,或被物料帶出，還有的甚至被煙氣帶出窯外，造成較大的機(jī)械損失及化學(xué)不完全燃燒熱損失，甚至出現(xiàn)結(jié)皮、燒損襯料與窯壁等事故？回轉(zhuǎn)窯的現(xiàn)場(chǎng)熱工測(cè)試結(jié)果也證明了這一點(diǎn)？過?？諝庀禂?shù)n對(duì)燃燒過程的影響在燃燒器的主要操作參數(shù)中，窯頭空氣過剩系數(shù)對(duì)窯內(nèi)火焰形狀及煙氣溫度分布有重要影響，同時(shí)也關(guān)系著燃燒器性能的發(fā)揮？因此通過調(diào)整空氣過剩系數(shù)n來(lái)改善窯內(nèi)火焰形狀及煙氣溫度分布。在R=,T=1373K,a=150條件下，空氣過剩系數(shù)從到的范圍變化時(shí)窯內(nèi)火焰形狀和煙氣溫度分布情況，結(jié)果見圖7？圖空氣過剩系數(shù)n=時(shí)窯內(nèi)火焰形狀及煙氣溫度分布圖空氣過剩系數(shù)n=時(shí)窯內(nèi)火焰形

11、狀及煙氣溫度分布圖空氣過剩系數(shù)n=時(shí)窯內(nèi)火焰形狀及煙氣溫度分布圖空氣過剩系數(shù)n=時(shí)窯內(nèi)火焰形狀及煙氣溫度分布圖是不同空氣過剩系數(shù)時(shí)回轉(zhuǎn)窯內(nèi)火焰形狀及煙氣溫度分布情況?由圖可知，隨著空氣過剩系數(shù)的增大，高溫區(qū)域逐漸向后移動(dòng)且變得狹長(zhǎng)，平均溫度下降?空氣過剩系數(shù)n=時(shí)，火焰短而粗，平均溫度較高，火焰長(zhǎng)度11m，熟料燒成溫度有效區(qū)間長(zhǎng)度為，黑火頭長(zhǎng)度?根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，回轉(zhuǎn)窯內(nèi)黑火頭的長(zhǎng)度一般在m-1m范圍內(nèi)為好?黑火頭過長(zhǎng)，會(huì)降低對(duì)回轉(zhuǎn)窯的有效傳熱面積，對(duì)煅燒不利，進(jìn)而影響產(chǎn)品質(zhì)量；黑火頭過短，會(huì)使出窯熟料溫度過高，導(dǎo)致冷卻機(jī)負(fù)荷增加，易燒壞噴煤嘴?空氣過剩系數(shù)為時(shí)，火焰長(zhǎng)度為13ml熟料燒成溫度有效

12、區(qū)間長(zhǎng)度為8m,火焰形狀為良好的棒槌狀，但黑火頭長(zhǎng)度為4m長(zhǎng)度過長(zhǎng)?當(dāng)過?？諝庀禂?shù)n=時(shí)，火焰變細(xì)變長(zhǎng)，火焰平均溫度降低，熟料燒成溫度有效區(qū)間長(zhǎng)度為6m，窯壁區(qū)域煙氣溫度下降，燃燒區(qū)域較長(zhǎng)?空氣過剩系數(shù)過大造成的長(zhǎng)火焰適于在點(diǎn)火烘窯或當(dāng)窯溫過高、耐火內(nèi)襯有燒損時(shí)使用，且過多的助燃空氣還會(huì)造成煙氣排放損失?空氣過剩系數(shù)n=時(shí)，煤粉在燃燒器噴嘴前方燃燒，火焰集中，熟料燒成溫度有效區(qū)間長(zhǎng)度為9m,黑火頭長(zhǎng)度為，符合黑火頭最佳長(zhǎng)度為的要求，火焰形狀和長(zhǎng)度適中,有利于強(qiáng)化生產(chǎn)，屬于比較理想的活潑型火焰？煤粉燃燒中心溫度高達(dá)2000K煤粉燃燒集中在距燃燒器噴嘴較遠(yuǎn)處一個(gè)“窄而短”的區(qū)域?這使得在燃燒帶較長(zhǎng)

13、距離釋放出熱量，可成倍增加燒成帶的長(zhǎng)度,成倍提高燒成熟料能力，從而成倍增加窯產(chǎn)量?這種火焰尤其適用于新型的干法窯?并且可以看到在靠近燃燒器頭部的位置，形成了一個(gè)長(zhǎng)度適中的低溫區(qū)域，這可以用于冷卻燃燒器的噴嘴，起到保護(hù)燃燒器的作用?由以上對(duì)比結(jié)果可知，空氣過剩系數(shù)對(duì)火焰形狀及性能有重要影響，過?？諝庀禂?shù)較小時(shí)，火焰粗而短，平均溫度比較高；當(dāng)過?？諝庀禂?shù)過大時(shí)，火焰細(xì)而長(zhǎng)，火焰平均溫度降低，燃燒區(qū)域變長(zhǎng)，且過多的助燃空氣還會(huì)延遲煤粉燃燒的時(shí)間，這是噴嘴附近煙氣溫度較低，黑火頭較長(zhǎng)的主要原因?圖中顯示最佳的空氣過剩系數(shù)為，可根據(jù)窯況在合適的范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)?內(nèi)外風(fēng)量比R對(duì)燃燒過程的影響在實(shí)際生產(chǎn)過程中

14、，經(jīng)常通過調(diào)節(jié)內(nèi)、外風(fēng)量的方法來(lái)調(diào)節(jié)火焰形狀?所以現(xiàn)在研究不同內(nèi)、外風(fēng)量比時(shí)窯內(nèi)火焰形狀、煙氣溫度分布的變化規(guī)律？確定空氣過剩系數(shù)n=,在a=15°,T=1373K條件下，R值從到的范圍內(nèi)變化，比較不同內(nèi)外風(fēng)量比時(shí)窯內(nèi)煙氣溫度分布情況？?jī)?nèi)外風(fēng)量的變化會(huì)引起一次風(fēng)量的變化，通過調(diào)整二次風(fēng)量來(lái)保證的空氣過剩系數(shù)？模擬結(jié)果見圖8？圖內(nèi)外風(fēng)比R=寸窯內(nèi)火焰形狀及煙氣溫度分布圖內(nèi)外風(fēng)比R=寸窯內(nèi)火焰形狀及煙氣溫度分布圖內(nèi)外風(fēng)比R=寸窯內(nèi)火焰形狀及煙氣溫度分布圖內(nèi)外風(fēng)比R=寸窯內(nèi)火焰形狀及煙氣溫度分布圖為不同內(nèi)外風(fēng)量比時(shí)窯內(nèi)溫度分布情況？雖然旋流內(nèi)風(fēng)所占比例較小，旋流強(qiáng)度不大，但煤粉噴出后的著火

15、不僅需要靠外風(fēng)對(duì)高溫二次空氣的卷吸作用來(lái)預(yù)熱煤粉，而且要與內(nèi)風(fēng)進(jìn)行混合？由圖(a)(b)所示，內(nèi)外風(fēng)量比由增大到，由于內(nèi)風(fēng)量的增加使得內(nèi)風(fēng)速度增加了15m/s,有利于徑向上煙氣和煤粉的混合，但外風(fēng)量的減小使得外風(fēng)速度降低了6m/s，降低了外風(fēng)對(duì)高溫二次風(fēng)的卷吸，但旋流程度大大增強(qiáng)，而卷吸影響相對(duì)較小，的內(nèi)外風(fēng)量比使得窯內(nèi)高溫區(qū)域在徑向和軸向都能擴(kuò)展，火焰變粗變短，黑火頭長(zhǎng)度適中，可較好地保護(hù)燃燒器噴嘴，窯內(nèi)火焰形狀及其溫度分布都能滿足窯頭冷卻帶、燃燒帶的溫度要求，可保證水泥熟料的燒成質(zhì)量?保持內(nèi)風(fēng)量不變，通過降低外風(fēng)量增大內(nèi)外風(fēng)量比?隨著內(nèi)外風(fēng)量比進(jìn)一步增大，由圖(c)所示,的內(nèi)外風(fēng)量比，外風(fēng)

16、道速度降低了69m/s,圖(d)所示，的內(nèi)外風(fēng)量比使得外風(fēng)速度降低了129m/s,大大降低了外風(fēng)對(duì)高溫二次風(fēng)的卷吸作用，延遲了煤粉的點(diǎn)火時(shí)間，使火焰變細(xì)變長(zhǎng)，黑火頭較長(zhǎng)，軸向流動(dòng)和溫度衰減加快，窯內(nèi)溫度分布不利于強(qiáng)化生產(chǎn)?可根據(jù)水泥工藝對(duì)火焰形狀和溫度分布的要求選擇不同的內(nèi)外風(fēng)量比。一般地，內(nèi)外風(fēng)量比不宜過小或過大，根據(jù)模擬結(jié)果，本課題所用的四風(fēng)道煤粉燃燒器的最佳內(nèi)外風(fēng)量比為。根據(jù)窯的工況可調(diào)整內(nèi)外風(fēng)量比的值在附近。二次風(fēng)溫度T對(duì)燃燒過程的影響在回轉(zhuǎn)窯的主要操作參數(shù)中，二次風(fēng)起到預(yù)熱煤粉、使煤粉著火的作用，因此二次風(fēng)的溫度對(duì)煤粉的燃燒具有重要作用?確定R=，R=,a=15,二次風(fēng)溫度取值從10

17、00K到1550K的范圍內(nèi)變化時(shí)，對(duì)比窯內(nèi)火焰形狀和煙氣溫度分布情況，計(jì)算結(jié)果見圖?為不同的二次風(fēng)溫度時(shí)窯內(nèi)煙氣溫度分布情況?高溫二次風(fēng)被外風(fēng)卷吸，把熱量傳遞給一次風(fēng)與煤粉，進(jìn)而預(yù)熱并點(diǎn)燃煤粉?隨著二次風(fēng)溫度的提高，煤粉著火位置越靠近噴嘴，火焰形狀變粗變短?如圖（a）和圖（b）所示，溫度T=1000K與T=1250K時(shí)，火焰形狀細(xì)長(zhǎng)，煤粉燃燒延后，且黑火頭較長(zhǎng)，T=1000K時(shí)，火焰最高溫度為1600KT=1250K時(shí)，火焰最高溫度為1800K,都無(wú)法達(dá)到水泥燒結(jié)所需的溫度要求？如圖所示，溫度T=1373K時(shí)，火焰形狀肥瘦適宜，黑火頭長(zhǎng)度適中，且最高溫度達(dá)到2000K，火焰溫度分布能夠滿足水泥

18、回轉(zhuǎn)窯的工藝要求？二次風(fēng)溫度再升高，當(dāng)二次風(fēng)溫度T=1550K時(shí)，如圖（d）所示，火焰最高溫度為1900K，火焰高溫燃燒區(qū)域縮短，火焰溫度分布不符合水泥生產(chǎn)的溫度要求？因此，內(nèi)外風(fēng)量比一定時(shí)，二次風(fēng)溫度過高或過低都不適合，根據(jù)模擬計(jì)算，二次風(fēng)溫度應(yīng)取1373K?與工況條件下相比，優(yōu)化之后的操作參數(shù)為空氣過剩系數(shù)由調(diào)整到了，而二次風(fēng)溫度與內(nèi)外風(fēng)量比的值不變。操作參數(shù)優(yōu)化后，黑火頭長(zhǎng)度適中，火焰形狀肥瘦適宜，火焰高溫區(qū)域集中，大大提高窯的有效傳熱面積，有利于熟料的強(qiáng)化生產(chǎn)，保證了熟料的燒成質(zhì)量。操作參數(shù)優(yōu)化后窯內(nèi)溫度場(chǎng)、速度場(chǎng)及濃度場(chǎng)對(duì)本課題選用的同規(guī)格的回轉(zhuǎn)窯及其所用的四風(fēng)道煤粉燃燒器而言，最佳

19、的內(nèi)外風(fēng)量的比約為，燒成帶過?？諝庀禂?shù)為，二次風(fēng)溫度為1373K，此時(shí)燃料煤粉能得到充分的燃燒，窯內(nèi)溫度分布也能滿足水泥熟料燒成的需要?（1）溫度場(chǎng)操作參數(shù)優(yōu)化后回轉(zhuǎn)窯內(nèi)軸向溫度分布見圖，不同橫截面上的溫度分布見圖。橫截面溫度分布圖為操作參數(shù)優(yōu)化后回轉(zhuǎn)窯內(nèi)軸向溫度分布圖，圖為參數(shù)優(yōu)化后窯內(nèi)不同橫截面上的溫度云圖。由圖可知窯內(nèi)煤粉燃燒形成的火焰為理想的活潑型火焰，火焰形狀肥瘦適宜，高溫區(qū)域集中，這樣的火焰形狀與溫度分布符合水泥熟料燒成的工藝要求。由圖可知窯內(nèi)各橫斷面的火焰近似呈圓形，火焰肥瘦與窯壁斷面相適應(yīng)，并能均勻地布滿整個(gè)窯斷面?；鹧嫱饫c窯皮之間有一定的空隙，這種火焰對(duì)熟料燒成質(zhì)量以及煤粉

20、的燃燒效率都比較有利，火焰高溫區(qū)域集中在水泥熟料的燒成位置，滿足水泥熟料燒成帶的高溫要求。（2）速度場(chǎng)速度場(chǎng)可以顯示煤粉與煙氣的運(yùn)動(dòng)特性，用于評(píng)判煤粉燃燒情況。參數(shù)優(yōu)化之后窯內(nèi)煙氣軸向流動(dòng)速度見圖，橫截面上運(yùn)動(dòng)速度見圖。（a）z=0面的速度矢量圖(b)區(qū)域1的局部放大圖(c)區(qū)域2的局部放大圖圖中心縱切面z=0上的窯頭速度矢量圖圖x=1截面速度矢量圖參數(shù)優(yōu)化后窯內(nèi)中心縱切面z=0上的窯頭速度矢量見圖，x=1截面速度矢量見圖。由圖(a)可知回轉(zhuǎn)窯總體速度場(chǎng)分布形態(tài)由“雙峰”型向“單峰”型轉(zhuǎn)變。一次風(fēng)與二次風(fēng)極大的速度差異使得在燃燒器噴嘴附近一次風(fēng)對(duì)二次風(fēng)產(chǎn)生強(qiáng)大的卷吸作用，如圖所示。另外由于燃燒

21、器旋流風(fēng)引起的離心力作用，在噴嘴附近會(huì)形成內(nèi)回流區(qū)，如圖(b)所示，內(nèi)回流區(qū)一方面可以穩(wěn)定火焰形狀，另一方面為燃料與空氣的混合提供了時(shí)間。由于二次風(fēng)與一次風(fēng)的速度差異太大，在遠(yuǎn)離燃燒器的窯壁附近會(huì)形成外回流區(qū),如圖(c)所示。外回流區(qū)可以保護(hù)窯皮免受高溫氣流的沖刷，從而起到保護(hù)窯壁的作用。(3)濃度場(chǎng)沿窯長(zhǎng)方向上O2、CO、CO2的摩爾濃度分布見圖，由此可知煤粉燃燒的特性。圖窯內(nèi)O2COCO21勺摩爾濃度分布圖是窯長(zhǎng)方向上O2COCO2的摩爾濃度分?jǐn)?shù)分布曲線。在這條a-f表示。在a(x二)處CQCO薛爾分?jǐn)?shù)為0,此處煤粉揮發(fā)分開始揮發(fā)，但還未燃燒。在a和b(x=1m)之間，CO的濃度迅速增大，并且02濃度開始減少，C02濃度開始增加，表明焦炭開始著火燃燒，燃燒過程中產(chǎn)生CO。由此也表明窯內(nèi)黑火頭長(zhǎng)度約為m。在c(x=2m)和d(x=4m)之間出現(xiàn)了02和C02的平緩區(qū)，這是在近壁面處產(chǎn)生的外回流區(qū)造成的，而CO濃度繼續(xù)增大，這表明在d之前，焦炭燃燒產(chǎn)生的CO速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于CO的消耗速率，在d之后由于焦炭燃燒產(chǎn)生的CO1率小于CO燃燒的消耗速率，CO的摩爾濃度分?jǐn)?shù)迅速降低，直到e(x=8M)處降到為0。在f(x二)處O2與CO2的摩爾濃度分?jǐn)?shù)