热科学与技术

作者：袁 泉,游永华,易正明

单位：武汉科技大学 钢铁冶金及资源利用省部共建教育部重点实验室,,武汉科技大学钢铁冶金及资源利用省部共建教育部重点实验室,武汉科技大学钢铁冶金及资源利用省部共建教育部重点实验室

关键词：双膛石灰窑,CFD研究,多孔介质,缩核分解,动态行为,能源效率.,

基金：国家自然科学基金（NO.12072245）

在将石灰石颗粒与窑内气体视为骨架移动的热非平衡多孔介质系统基础上,借助Fluent软件多孔介质和组分输运-容积反应等模块建立了新的双膛石灰窑CFD模型。该模型采用2个自定义标量描述颗粒温度和CaCO3体积分数,通过缩核分解模型计算CaCO3内核与烟气的传热和传质,两窑膛在燃烧和蓄热模式间的切换则通过Scheme脚本实现。利用新模型模拟了一台工业规模双膛石灰窑。结合气体和物料温度及CaCO3体积分数云图,分析了窑内燃料燃烧与物料受热分解的耦合作用,以及窑膛模式切换诱导的物理场动态变化。最后,探讨了颗粒直径对石灰窑物料分解率和能源效率的影响规律。数值模拟表明：新CFD模型能以较少计算量和合理精度预测双膛石灰窑内复杂非稳态煅烧行为；在同一切换周期内,助燃空气温度随时间推移逐渐降低,而煅烧温度和排烟温度变化规律与之相反；增大颗粒直径,会显著增加多孔CaO外壳的传热和传质阻力,进而大幅降低石灰窑物料分解率和能源效率。对于本文双膛石灰窑,当颗粒直径从40增加到100和120mm时,物料分解率从96.58%降低到90.49%和85.82%,而能源效率的变化则是从87.01%到81.52%和77.31%。

来源：2025年第4期

《热科学与技术》期刊编辑部

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