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热回收焦炉的数值模拟与研究

热回收焦炉的数值模拟与研究

作     者:许明杰 

作者单位:大连理工大学 

学位级别:硕士

导师姓名:王克峰

授予年度:2013年

学科分类:081702[工学-化学工艺] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

主      题:热回收焦炉 数值模拟 湍流 热辐射 燃烧 

摘      要:热回收焦炉由于是将煤饼挥发出来的煤荒气在焦炉内部进行燃烧,从而实现清洁生产。而焦炉内气体的燃烧过程是一个非常复杂的物理、化学过程,它涉及到流体的流动、传质、传热和化学反应以及它们之间的相互作用。早期,对于焦炉的研究,主要依靠实验以及由实验总结出来的经验数据。 随着计算流体力学和计算燃烧学的快速发展,同时,一些商用CFD软件的广泛应用,使得研究者可以用数值模拟的方法来对焦炉进行数值模拟,这使得人们可以用数值模拟的方法来预测和分析焦炉运行中出现的问题,而不是靠实验来进行解决。 本文以某工厂的热回收焦炉为研究对象,由于该焦炉在设计和操作上的问题,使得焦炉在运行过程中出现了一系列问题,特别是焦炉煤饼的烧损率一直高于设计值,而对焦炉进行停车检修又会造成大量的经济损失,因此,本文用数值模拟的方法,对焦炉进行建模,从理论上分析造成煤饼烧损的原因。 在建模之前,本文对焦炉进行了适当的假设,从而能够用CFD软件对其进行模拟,而在建模的过程中,本文采用了标准k-ε模型来模拟焦炉内气体的湍流流动,对壁面处,则选用标准壁函数来进行处理,采用通用有限速率模型来模拟气体的输运模型,采用涡耗散模型模拟气相燃烧化学反应速率,采用Pl模型来模拟焦炉内的辐射传热,采用多孔介质模型来模拟固相煤饼,而煤饼挥发出来的煤荒气,用UDS编写源项,然后添加到多孔介质模型里面。 本文用CFD软件对焦炉进行了数值模拟,然后得到了焦炉内的气体速度矢量图、气相和固相的温度分布以及各种气体的浓度分布图等,并对以上各个参数的分布作了分析。最后,本文假定煤饼表面的O2最终全部与煤饼反应,这是造成煤饼烧损的主要原因,因此本文以煤饼表面02的平均摩尔分数来反应煤饼的烧损率,最后得出:随着入口空气流量的不断降低、入口直径的不断变大、入口空气温度的不断升高、焦炉高度的不断增加,煤饼的烧损率逐渐降低。

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