基于数值模拟的锌精矿流态化焙烧余热回收系统结构优化研究

作     者：孙津 

作者单位：中南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈卓

授予年度：2023年

学科分类：080603[工学-有色金属冶金] 08[工学] 0806[工学-冶金工程] 

主      题：流态化焙烧 埋管 余热锅炉 数值模拟 结构优化 

摘      要：锌是我国国民经济建设中重要的金属材料之一,在有色金属中其消费量仅次于铝和铜。当前我国锌冶炼的主要方法为焙烧-浸出式的湿法炼锌,其中锌精矿焙烧过程中的反应热有70%以上进入了烟气,其可回收余热资源丰富,但目前对这一余热资源的利用水平还较低,加强其余热回收技术的研究有助于提高湿法炼锌工艺的能源利用效率,对实现我国锌冶炼工业“节能降碳目标具有重要意义。本文采用数值模拟方法,以湿法炼锌工艺中锌精矿流态化焙烧炉余热回收系统的两大组成部分——炉内埋管与炉后余热锅炉为研究对象,详细计算和研究了埋管与余热锅炉的的换热能力及其影响因素,并为生产实践中余热回收系统的结构优化提供了参考性建议,论文的主要内容及结论如下所述。(1)建立了流态化焙烧炉内焙烧过程及余热锅炉内烟气传热过程的数值模型,将数值模拟结果与实际监测数据中的温度数据进行对比,在焙烧炉及余热锅炉中的相对误差分别低于6%与4%,验证了数值模型的准确性。(2)完成了典型工况下焙烧炉内锌精矿流态化焙烧过程的数值模拟,结果表明埋管所在沸腾层底部的多物理场分布极不均匀,造成位于炉内不同位置的埋管换热能力存在明显差异,最高换热量为540k W,最低为229k W,全部埋管的总换热量可达到4809k W。(3)完成了典型工况下余热锅炉内烟气流动与传热过程的数值模拟,结果表明烟气流经余热锅炉后其平均温度由1247K下降至617K,余热锅炉内部不同位置换热面的热流密度在36.94k W/m至2.03k W/m范围内变化,虽然其单位面积换热能力低于埋管,但由于换热面积大,余热锅炉总换热量可达到18812k W。(4)基于增加换热面积的方法对埋管及余热锅炉换热管束进行了结构优化研究,本文最终选用的优化方案将埋管组数增加为5组,将余热锅炉的凝渣管屏换热管束增加至18组,将第一、第二、第三对流管束组的换热管束增加至36组。采用优化方案后,余热锅炉出口烟道的烟气平均温度下降至576K,相比原始结构减小了6.79%;余热回收系统总换热量提高至24747k W,相比原始结构增加了4.77%。图49幅,表17个,参考文献70篇