淺談回轉(zhuǎn)窯用煤粉燃燒器操作參數(shù)選用和優(yōu)化

1、淺談回轉(zhuǎn)窯用煤粉燃燒器操作參數(shù)的合理選擇和優(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)對窯內(nèi)傳熱過程的影響，并對操作參數(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)。并對煤粉燃燒器的操作參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，這對提高回轉(zhuǎn)窯內(nèi)換熱效率、降低

2、回轉(zhuǎn)窯能耗具有重要的意義。水泥熟料燒成反應(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)度的主要組成來源是C3S，因此C2S+Ca OC3S的燒成過程對整個煅燒過程具有至關(guān)重要的作用。對 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)的角度來說，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

3、為450500千焦，而熟料礦物形成是以放熱反應(yīng)為主，設(shè)熟料中C2S占0.20%， C3S占0.60%，C3A占0.08%，C4AF占0.10%，反應(yīng)過程放熱量約為655千焦?；诟G內(nèi)熟料形成熱基本是一個負(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所需維持的高溫條件及在燒成帶的停留時間成為矛盾的主要方面。 2. 回轉(zhuǎn)窯用燃燒器對性能的要求根據(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)

4、量均勻且優(yōu)質(zhì)的水泥熟料，又延長了水泥回轉(zhuǎn)窯耐火磚的使用壽命3. 煤粉燃燒和火焰形成過程煤粒燃燒過程是一個非常復(fù)雜的氣固兩相流動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。3.1煤粒反應(yīng)過程：圖1 煤粒反應(yīng)模型3.2火焰的燃燒過程：圖2 火焰燃燒各個階段區(qū)域A區(qū)：黑火頭，長0.1-1.0m，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H2O。所達(dá)溫度600-1100。A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1100-1600。D

5、區(qū)：H2和CO2還原反應(yīng)生成CO和H。溫度上升到高于1600。E區(qū)：H和CO燃燒重新得到CO2和H2O，伴隨有白熾粒子。F區(qū)：燃燒的最后階段，生成CO2和H2O，并伴有過剩空氣。3.3火焰形狀的調(diào)節(jié)3.3.1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。 3.3.2火焰細(xì)長的調(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)

6、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)煤粉燃燒模型的建立4.1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。這里用到兩個假設(shè)：一是煙氣流動為穩(wěn)態(tài)條件，且窯內(nèi)壓力恒定；二是煙氣按不可壓縮流對待。4.2物理模型回轉(zhuǎn)窯的原型規(guī)格為460m去除燃燒帶內(nèi)襯及窯皮的厚度之后，有效內(nèi)徑為3.4m。模擬區(qū)域取為20m，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

7、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4.3煤燃燒模型煤粉由四通道煤粉燃燒器送入，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用離散相模型來模擬，此模型可以預(yù)測出單個煤粒的運(yùn)動軌跡離散項(xiàng)的軌跡與氣相連續(xù)方程交替計算也包含了煤粒與氣體間的熱量、動量和質(zhì)量的傳遞4.4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)動的基礎(chǔ)上，引入非預(yù)混燃燒模型計算煤粉的燃燒，與此同時耦合計算氣體與煤粉顆粒之間的

8、輻射換熱。4.5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,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。對于近壁面，以及氣固界面，沿?zé)煔饬鲃臃较虿捎帽诿婧瘮?shù)計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)1373.08.422.65一次風(fēng)中心風(fēng)361.0116.00.047內(nèi)凈風(fēng)321.071.00.69煤 風(fēng)385.025.01.086外凈風(fēng)334.0310.01.48表1 初始條件及邊界條件 項(xiàng)

9、目MadAadVadFCad煤粉1.3218.225.7854.7表2 煤的工業(yè)分析%煤粉低位發(fā)熱量 (DAF)為25.27MJ/kg，熱值為1000J/(kgK)，密度為 1.01kg/m3。一次風(fēng)和二次風(fēng)為凈空氣，由 21%的氧氣和79%的氮?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)測參數(shù)作為初始參數(shù)進(jìn)行計算。著重研究了空氣過剩系數(shù)、內(nèi)外風(fēng)量比及二次風(fēng)溫度對窯內(nèi)溫度分布的影響。測試工況下內(nèi)外風(fēng)量比為 0.47，二次風(fēng)量為 24.38kg/s，窯頭過?？諝庀禂?shù)為1.12，二次風(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、

10、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，這使得實(shí)際的燒成帶較短，而使冷卻帶延長，預(yù)熱分解帶也相應(yīng)縮短,這種窯內(nèi)溫度分布會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由于高溫區(qū)域較小，煤粉極易燃燒不完全，未來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)

11、場熱工測試結(jié)果也證明了這一點(diǎn)5.1過?？諝庀禂?shù)n對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)對窯內(nèi)火焰形狀及煙氣溫度分布有重要影響，同時也關(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來改善窯內(nèi)火焰形狀及煙氣溫度分布。在 R=0.47， T=1373K， a=15條件下，空氣過剩系數(shù)從 1.0到 1.2的范圍變化時窯內(nèi)火焰形狀和煙氣溫度分布情況，結(jié)果見圖 7圖7.1 空氣過剩系數(shù)n=1.0時窯內(nèi)火焰形狀及煙氣溫度分布圖7.2 空氣過剩系數(shù)n=1.05時窯內(nèi)火焰形狀及煙氣溫度分布圖7.3 空氣過剩系數(shù)n=1.12時窯內(nèi)火焰形狀及煙氣溫度分布圖7.4 空氣過剩系數(shù)n=1.2時窯內(nèi)

12、火焰形狀及煙氣溫度分布圖7.17.4是不同空氣過剩系數(shù)時回轉(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)域逐漸向后移動且變得狹長，平均溫度下降空氣過剩系數(shù) n=1.0時，火焰短而粗，平均溫度較高，火焰長度 11m，熟料燒成溫度有效區(qū)間長度為 6.5m，黑火頭長度3.5m根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，回轉(zhuǎn)窯內(nèi)黑火頭的長度一般在 0.5 m-1 m范圍內(nèi)為好黑火頭過長，會降低對回轉(zhuǎn)窯的有效傳熱面積，對煅燒不利，進(jìn)而影響產(chǎn)品質(zhì)量；黑火頭過短，會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1.12時，火焰長度為13m，熟料燒成溫度有效區(qū)間長度為 8m，火焰形狀為良好的棒

13、槌狀，但黑火頭長度為4m，長度過長當(dāng)過?？諝庀禂?shù)n=1.2時，火焰變細(xì)變長，火焰平均溫度降低，熟料燒成溫度有效區(qū)間長度為 6m，窯壁區(qū)域煙氣溫度下降，燃燒區(qū)域較長空氣過剩系數(shù)過大造成的長火焰適于在點(diǎn)火烘窯或當(dāng)窯溫過高、耐火內(nèi)襯有燒損時使用，且過多的助燃空氣還會造成煙氣排放損失空氣過剩系數(shù)n=1.05時，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)間長度為9m，黑火頭長度為 1.0m，符合黑火頭最佳長度為0.5m-1.0m的要求，火焰形狀和長度適中,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“窄而短”的區(qū)域這使得在燃燒帶較

14、長距離釋放出熱量，可成倍增加燒成帶的長度,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，形成了一個長度適中的低溫區(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比結(jié)果可知，空氣過剩系數(shù)對火焰形狀及性能有重要影響，過?？諝庀禂?shù)較小時，火焰粗而短，平均溫度比較高；當(dāng)過?？諝庀禂?shù)過大時，火焰細(xì)而長，火焰平均溫度降低，燃燒區(qū)域變長，且過多的助燃空氣還會延遲煤粉燃燒的時間，這是噴嘴附近煙氣溫度較低，黑火頭較長的主要原因圖中顯示最佳的空氣過剩系數(shù)為 1.05，可根據(jù)窯況在合適的范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)5.2內(nèi)外風(fēng)量比R對燃燒過程的影響在實(shí)際生

15、產(chǎn)過程中，經(jīng)常通過調(diào)節(jié)內(nèi)、外風(fēng)量的方法來調(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=1.05，在 a=15，T=1373K條件下， R值從0.37到 0.8的范圍內(nèi)變化，比較不同內(nèi)外風(fēng)量比時窯內(nèi)煙氣溫度分布情況內(nèi)外風(fēng)量的變化會引起一次風(fēng)量的變化，通過調(diào)整二次風(fēng)量來保證1.05的空氣過剩系數(shù)模擬結(jié)果見圖8圖8.1 內(nèi)外風(fēng)比R=0.37時窯內(nèi)火焰形狀及煙氣溫度分布圖8.2 內(nèi)外風(fēng)比R=0.47時窯內(nèi)火焰形狀及煙氣溫度分布圖8.3 內(nèi)外風(fēng)比R=0.6時窯內(nèi)火焰形狀及煙氣溫度分布圖8.4 內(nèi)外風(fēng)比R=0.37時窯內(nèi)火焰形狀及煙氣溫度分布圖 8.1

16、8.4為不同內(nèi)外風(fēng)量比時窯內(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不僅需要靠外風(fēng)對高溫二次空氣的卷吸作用來預(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0.37增大到0.47，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)，而卷吸影響相對較小， 0.47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

17、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,0.6的內(nèi)外風(fēng)量比，外風(fēng)道速度降低了 69m/s，圖 (d)所示， 0.8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)對高溫二次風(fēng)的卷吸作用，延遲了煤粉的點(diǎn)火時間，使火焰變細(xì)變長，黑火頭較長，軸向流動和溫度衰減加快，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0.47。根據(jù)窯的工況可調(diào)整內(nèi)外風(fēng)量比的值在 0.47附近。3.2.3二次風(fēng)溫度T對

18、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)的溫度對煤粉的燃燒具有重要作用確定 R=0.47， R=1.05， a=15，二次風(fēng)溫度取值從1000K到 1550K的范圍內(nèi)變化時，對比窯內(nèi)火焰形狀和煙氣溫度分布情況，計算結(jié)果見圖3.8圖 3.8為不同的二次風(fēng)溫度時窯內(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，火焰形狀細(xì)長，煤粉燃燒延后，且黑火頭較長， T=1000K時，火焰最高溫度為1

19、600K， T=1250K時，火焰最高溫度為 1800K，都無法達(dá)到水泥燒結(jié)所需的溫度要求如圖 (c)所示，溫度T=1373K時，火焰形狀肥瘦適宜，黑火頭長度適中，且最高溫度達(dá)到 2000K，火焰溫度分布能夠滿足水泥回轉(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，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，二次風(fēng)溫度過高或過低都不適合，根據(jù)模擬計算，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1.12調(diào)整到了1.05，而二次風(fēng)溫度與內(nèi)外風(fēng)量比的值不變。操作參數(shù)

20、優(yōu)化后，黑火頭長度適中，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。3.2.4操作參數(shù)優(yōu)化后窯內(nèi)溫度場、速度場及濃度場對本課題選用的同規(guī)格的回轉(zhuǎn)窯及其所用的四風(fēng)道煤粉燃燒器而言，最佳的內(nèi)外風(fēng)量的比約為0.47，燒成帶過剩空氣系數(shù)為 1.05，二次風(fēng)溫度為 1373K，此時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）溫度場操作參數(shù)優(yōu)化后回轉(zhuǎn)窯內(nèi)軸向溫度分布見圖 3.9，不同橫截面上的溫度分布見圖3.10。橫截面溫度分布圖3.9為操作參數(shù)優(yōu)化后回轉(zhuǎn)窯內(nèi)軸向溫度分布圖，圖 3.10為參數(shù)優(yōu)化后窯內(nèi)不同橫截面上的溫

21、度云圖。由圖3.9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 3.10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窯斷面?；鹧嫱饫c窯皮之間有一定的空隙，這種火焰對熟料燒成質(zhì)量以及煤粉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）速度場速度場可以顯示煤粉與煙氣的運(yùn)動特性，用于評判煤粉燃燒情況。參數(shù)優(yōu)化之后窯內(nèi)煙氣軸向流動速度見圖 3.11，橫截面上運(yùn)動速度見圖 3.12。(a) z=0面的速度矢量圖（b）區(qū)域 1的局部放

22、大圖(c)區(qū)域2的局部放大圖圖 3.11 中心縱切面 z=0上的窯頭速度矢量圖圖3.12 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 3.11， x=1截面速度矢量見圖3.12。由圖 3.11(a)可知回轉(zhuǎn)窯總體速度場分布形態(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)對二次風(fēng)產(chǎn)生強(qiáng)大的卷吸作用，如圖 3.12所示。另外由于燃燒器旋流風(fēng)引起的離心力作用，在噴嘴附近會形成內(nèi)回流區(qū)，如圖3.11(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

23、近會形成外回流區(qū),如圖3.11(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）濃度場沿窯長方向上 O2、CO、CO2的摩爾濃度分布見圖 3.13，由此可知煤粉燃燒的特性。圖 3.13窯內(nèi)O2、CO、CO2的摩爾濃度分布圖 3.13是窯長方向上O2、CO、CO2的摩爾濃度分?jǐn)?shù)分布曲線。在這條曲線上出現(xiàn)了一些反映煤粉燃燒機(jī)理的特征點(diǎn)，分別用符號a-f表示。在a（x=0.5）處 CO、CO2摩爾分?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 O2濃度開始減少， CO2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)黑火頭長度約為1.0 m。在 c（x=2m）和 d(x=4m)之間出現(xiàn)了O2和 CO2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CO速率小于CO燃燒的消耗速率， CO的摩爾濃度分