（中建材（合肥）熱工裝備科技有限公司，合肥市 230051）
本文則為CFD技術在技術改造中的應用實例，CFD技術的應用大大縮短了設計時間，對生產(chǎn)線技改、設備優(yōu)化起到了指導作用，取得了良好的效果。
1、引言
normal style="LAYOUT-GRID-MODE: char; LINE-HEIGHT: 200%; TEXT-INDENT: 14pt; mso-char-indent-count: 2.0000; mso-layout-grid-align: none">近年來，通過CFD技術，工程技術及研究人員可以方便地獲得一些實驗室條件不易得到的信息，可以為工程設計、生產(chǎn)管理、技術改造提供各種必須的參數(shù)，如系統(tǒng)壓力場、速度場、溫度場、氣體濃度分布、顆粒停留時間以及燃燼程度等參數(shù)。在掌握上述數(shù)據(jù)的基礎上， 結(jié)合自身的實踐經(jīng)驗和試驗驗證，可快速而準確地發(fā)現(xiàn)、分析和解決現(xiàn)有設備和設計中不足之處。為創(chuàng)新設計、工程改造提供依據(jù)， 大大降低研發(fā)成本和周期。
normal style="LAYOUT-GRID-MODE: char; LINE-HEIGHT: 200%; TEXT-INDENT: 14pt; mso-char-indent-count: 2.0000; mso-layout-grid-align: none">本文從工程應用的角度出發(fā)，采用CFD技術以南方水泥某企業(yè)2500t/d分解爐為研究對象，對新型干法水泥熟料生產(chǎn)技術中主要的設備分解爐進行數(shù)值模擬計算，根據(jù)模擬結(jié)果和實踐經(jīng)驗對該生產(chǎn)線進行了改造，取得了良好效果，得到業(yè)主的好評。
2、技改前分解爐的數(shù)值模擬
normal style="LAYOUT-GRID-MODE: char; LINE-HEIGHT: 200%; TEXT-INDENT: 13.2pt; mso-char-indent-count: 2.0000; mso-layout-grid-align: none">該生產(chǎn)線技改前存在C1出口氣體溫度偏高（350℃左右）、系統(tǒng)阻力大（＞6200Pa），電耗、熱耗高；分解爐容積偏小（814m3），爐內(nèi)風速偏高，生料和煤粉燃燒停留時間短(4.5s)，無煙煤不能在分解爐內(nèi)燃盡，熱效率低等問題。圖1、2為技改前分解爐幾何結(jié)構(gòu)和數(shù)值模型。表1為技改前分解爐的參數(shù)。對分級爐進行網(wǎng)格劃分（圖3），結(jié)合實踐定義邊界條件后進行數(shù)值模擬，主要結(jié)果如圖4、5、6。
normal style="LAYOUT-GRID-MODE: char; LINE-HEIGHT: 200%; TEXT-INDENT: 14pt; mso-char-indent-count: 2.0000; mso-layout-grid-align: none">表1 技改前分解爐參數(shù)
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normal style="LAYOUT-GRID-MODE: char; LINE-HEIGHT: 200%; mso-layout-grid-align: none"> |
normal style="LAYOUT-GRID-MODE: char; LINE-HEIGHT: 200%; mso-layout-grid-align: none">縮口直徑（凈空） |
normal style="LAYOUT-GRID-MODE: char; LINE-HEIGHT: 200%; mso-layout-grid-align: none">分解爐直徑（凈空） |
normal style="LAYOUT-GRID-MODE: char; LINE-HEIGHT: 200%; mso-layout-grid-align: none">鵝頸管直徑（凈空） |
normal style="LAYOUT-GRID-MODE: char; LINE-HEIGHT: 200%; mso-layout-grid-align: none">爐容積（帶鵝頸管） |
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normal style="LAYOUT-GRID-MODE: char; LINE-HEIGHT: 200%; mso-layout-grid-align: none">尺寸 |
1630mm |
5400mm |
3500mm |
814m3 |
normal style="LAYOUT-GRID-MODE: char; TEXT-ALIGN: center; LINE-HEIGHT: 200%; mso-layout-grid-align: none">
normal style="LAYOUT-GRID-MODE: char; TEXT-ALIGN: center; LINE-HEIGHT: 200%; mso-layout-grid-align: none">圖1 技改前分解爐幾何結(jié)構(gòu) 圖2 技改前分解爐數(shù)值模型
normal style="LAYOUT-GRID-MODE: char; TEXT-ALIGN: center; LINE-HEIGHT: 200%; mso-layout-grid-align: none">
normal style="LAYOUT-GRID-MODE: char; LINE-HEIGHT: 200%; TEXT-INDENT: 14pt; mso-char-indent-count: 2.0000; mso-layout-grid-align: none">圖3 技改前分解爐網(wǎng)格劃分 圖4 技改前分解爐的速度場
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normal style="LAYOUT-GRID-MODE: char; LINE-HEIGHT: 200%; TEXT-INDENT: 14pt; mso-char-indent-count: 2.0000; mso-layout-grid-align: none">圖5 技改前分解爐內(nèi)溫度場 圖6 技改前分解爐內(nèi)粒子停留時間
normal style="LAYOUT-GRID-MODE: char; LINE-HEIGHT: 200%; TEXT-INDENT: 14pt; mso-char-indent-count: 2.0000; mso-layout-grid-align: none">通過數(shù)值模擬結(jié)果可以看出，分解爐風速平均在8.7m/s，相當數(shù)量的生料粒子停留時間在5s以下，對無煙煤煤粉燃燒和碳酸鈣分解不利。從溫度場看，爐體中上部有局部的高溫，為煤粉分布不均造成，可能造成分解爐結(jié)皮等問題。
3、技改措施及技改后分解爐的數(shù)值模擬
3.1 預分解系統(tǒng)技改措施
normal style="LAYOUT-GRID-MODE: char; LINE-HEIGHT: 200%; TEXT-INDENT: 14pt; mso-char-indent-count: 2.0000; mso-layout-grid-align: none">根據(jù)技改前數(shù)值模擬結(jié)果和實踐經(jīng)驗，對預分解系統(tǒng)做如下改造：
normal style="LAYOUT-GRID-MODE: char; LINE-HEIGHT: 200%; TEXT-INDENT: 14pt; mso-char-indent-count: 2.0000; mso-layout-grid-align: none">1、增大分解爐容積。改后的分解爐和鵝頸管總有效容積由原爐型的814m3擴大到1509m3，物料在爐內(nèi)的停留時間由原來的4.5s上升到6.3s，提高了生料的分解率和煤粉的燃燼率，能夠滿足無煙煤燃燒需要。
normal style="LAYOUT-GRID-MODE: char; LINE-HEIGHT: 200%; TEXT-INDENT: 14pt; mso-char-indent-count: 2.0000; mso-layout-grid-align: none">2、取消預燃室，C4下料全部進入分解爐，三次風管改為單管偏心進入分解爐下錐體。有利于三次風和窯氣在分解爐底部形成強烈的噴旋結(jié)合作用，使生料和煤粉分散的更均勻，分解爐底部溫度場更為合理，避免局部高溫，提高換熱效率、生料分解，利于分解爐內(nèi)煤粉混合和燃燒。
normal style="LAYOUT-GRID-MODE: char; LINE-HEIGHT: 200%; TEXT-INDENT: 14pt; mso-char-indent-count: 2.0000; mso-layout-grid-align: none">3、將原撒料箱改為獲得實用新型專利授權(quán)的擴散式撒料箱，能使物料的分散效果更均勻，進一步提高換熱效率。
normal style="LAYOUT-GRID-MODE: char; LINE-HEIGHT: 200%; TEXT-INDENT: 14pt; mso-char-indent-count: 2.0000; mso-layout-grid-align: none">4、對窯尾噴煤管噴煤角度進行調(diào)整，改善錐部三次風、窯氣、煤的混合流場，從而改善分解爐內(nèi)溫度場，提高分解爐熱效率和容積利用率。
3.2技改后分解爐的數(shù)值模擬
normal style="LAYOUT-GRID-MODE: char; LINE-HEIGHT: 200%; TEXT-INDENT: 14pt; mso-char-indent-count: 2.0000; mso-layout-grid-align: none">針對以上技改措施，對技改后的分解爐進行數(shù)值模擬驗證，給技改提供理論支撐和直觀性。技改后的分解爐數(shù)值型和網(wǎng)格劃分見圖7、圖8。
normal style="LAYOUT-GRID-MODE: char; TEXT-ALIGN: center; LINE-HEIGHT: 200%; mso-layout-grid-align: none">
normal style="LAYOUT-GRID-MODE: char; TEXT-ALIGN: center; LINE-HEIGHT: 200%; mso-layout-grid-align: none">圖7 技改后分解爐的數(shù)值模型 圖8 技改后分解爐的網(wǎng)格劃分
normal style="LAYOUT-GRID-MODE: char; TEXT-ALIGN: center; LINE-HEIGHT: 200%; mso-layout-grid-align: none">
normal style="LAYOUT-GRID-MODE: char; TEXT-ALIGN: center; LINE-HEIGHT: 200%; mso-layout-grid-align: none"> 圖9 技改后分解爐內(nèi)溫度場 圖10 技改后分解爐內(nèi)粒子停留時間
normal style="LAYOUT-GRID-MODE: char; LINE-HEIGHT: 200%; TEXT-INDENT: 14pt; mso-char-indent-count: 2.0000; mso-layout-grid-align: none">由溫度場可以看出，新分解爐內(nèi)部溫度分布均勻，爐體下部中間部位附近高溫區(qū)有利于無煙煤的燃燒和生料的快速分解。
normal style="LAYOUT-GRID-MODE: char; LINE-HEIGHT: 200%; TEXT-INDENT: 14pt; mso-char-indent-count: 2.0000; mso-layout-grid-align: none">由粒子停留時間可以看出，新爐型的噴旋結(jié)合作用非常明顯，出口處黃色的線條表示粒子在爐中將停留10s以上，使煤粉充分燃燒放熱，生料充分分解。
normal style="LAYOUT-GRID-MODE: char; LINE-HEIGHT: 200%; TEXT-INDENT: 14pt; mso-char-indent-count: 2.0000; mso-layout-grid-align: none">根據(jù)技改前后計算機模擬仿真的結(jié)果比較可以看出，技改后分解爐內(nèi)溫度分布更加均勻，生料和煤粉的分散效果好且停留時間長，煤粉燃盡率高。由于生料分散效果好且停留時間長，換熱分效率高，有效提高了解爐容積利用率，使技改后系統(tǒng)能夠滿足100%使用無煙煤的要求。
normal style="LAYOUT-GRID-MODE: char; LINE-HEIGHT: 200%; TEXT-INDENT: 14pt; mso-char-indent-count: 2.0000; mso-layout-grid-align: none">4、技改后生產(chǎn)線實際運行情況
normal style="LAYOUT-GRID-MODE: char; LINE-HEIGHT: 200%; TEXT-INDENT: 14pt; mso-char-indent-count: 2.0000; mso-layout-grid-align: none">該項目是CFD技術與實踐經(jīng)驗相結(jié)合在技改工程中的成功典范，通過對分解爐的數(shù)值模擬可以準確地得到分解爐內(nèi)部的各種物理量的分布，預測分解爐系統(tǒng)的性能，使得我們可以在系統(tǒng)投入商業(yè)運行之前對其性能具有充分的掌握，此外，針對特殊的原燃料特性和業(yè)主需求，例如無煙煤的燃燒，進行個性化的設計，以確保系統(tǒng)運行穩(wěn)定且高效。
normal style="LAYOUT-GRID-MODE: char; LINE-HEIGHT: 200%; TEXT-INDENT: 14pt; mso-char-indent-count: 2.0000; mso-layout-grid-align: none">CFD的成功應用，加快了技改設計周期，降低了技改投資，對系統(tǒng)設備優(yōu)化起到了重要作用，取得了良好效果。經(jīng)過本次技改，在較短的工期內(nèi)實現(xiàn)了技改目標，一次投料成功，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，實現(xiàn)了100%無煙煤煅燒，窯產(chǎn)量達到3217t/d，C1出口溫度由改造前的360℃左右下降到290-300℃，噸熟料標煤耗103.6kg，達到了預期的目標。
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