我国是世界上少数以燃煤为主的国家,也是世界上第一煤炭消费大国。当前以煤炭资源为主的能源结构决定了我国以燃煤为主的电力工业和以煤炭为主要燃料的水泥工业的发展局面。基于我国这一基本国情,结合燃煤电厂粉煤灰综合利用现状和水泥工业发展趋势,从优化能源利用、洁净煤技术和环境保护角度出发,王立久教授开始致力于燃煤发电与水泥联产技术的研究。本文在掺杂煤粉燃烧残余水硬性研究的基础上,侧重进行煤粉锅炉内工况的研究,就锅炉内生产水泥的可行性进行了验证。具体研究内容包括如下几个方面: 1) 本文在国内外相关学者对锅炉内生产水泥的研究的基础上,结合本研究所对燃煤发电与水泥联产技术所做的前期工作,从原料代替、水泥煅烧工艺与掺杂热效应等理论方面和一系列实验详尽地论证了该联产技术的可行性,并详尽阐述该联产体系的资源优化利用、环境保护和及其发展前景。 2) 在原材料分析的基础上,以水泥率值公式法研制了配方煤粉。对不同掺杂比例的煤粉做出煤的工业分析,测试其残余物的化学成分,并以X衍射定性分析残余物中的水泥矿物体系,计算其矿物组成。 3) 结合粉煤灰在炉内形成机理,详尽分析煤中矿物质在炉内燃烧过程的演化特征,根据残余物中水泥矿物种类,耦合掺杂煤粉炉内燃烧过程中水泥矿物体系的演化。 4) 建立炉内燃烧全过程的数值模拟,重点研究掺杂颗粒随机轨道模型、辐射换热模型和掺杂煤粉燃烧模型;并就煤粉燃烧和碳酸钙的分解在高温传热、燃烧过程进行耦合。 5) 在将煤粉锅炉内的气相湍流运动、高温传热、掺杂煤粉燃烧和水泥矿物演化的热工过程作为整体进行综合研究的基础上,以煤粉锅炉实例用Ansys热分析软件对炉内温度场进行了模拟研究,其分析结果与炉内实际生产的工况相吻合,得出炉内的工况满足水泥生产的结论。 本文结尾展望了燃煤发电与水泥联产技术在实际生产中的应用,指出该联产技术是保证当代我国燃煤电力工业和水泥工业的可持续发展的新出路,将在能源与资源优化利用和环境保护方面发挥其积极的优势,是具有广阔应用前景的生产绿色水泥新技术。