链条炉炉膛结构对热锗联产锗富集条件影响的CFD模拟

摘要

锗是一种非常有价值的稀有金属，在半导体、军工以及医药学等方面都有比较广泛的应用。本文主要针对内蒙古锡林浩特锅炉房的热锗联产项目进行研究，在分析链条炉内燃烧环境的基础上，利用FLUENT软件对链条炉炉膛内的燃烧情况进行模拟，通过改变链条炉的前后拱结构以及燃烧条件，找到最适合炼锗的条件。 首先，通过查阅大量文献，了解了锗的一些基本性质和研究情况，以及锗的氧化物的一些性质，因为在链条炉中，锗是以氧化物的形式挥发出来，所以充分了解它们的性质，对于下一步研究会有很大的帮助。另外还了解了炉膛内温度、还原性气氛以及粒子停留时间对于锗挥发的影响。 本课题的重点部分，包括链条炉的实地测试和链条炉燃烧情况的CFD模拟。本课题利用的是CFD商用软件FLUENT6.3，该软件的计算方法是利用有限体积法。在软件的定义中，使用了标准k-ε双方程模型和离散坐标辐射（DO）模型，并且利用prePDF软件，模拟了燃料的非预混燃烧.在模拟的基础上，分析了炉膛内的温度场，还原性气氛和粒子停留时间。在实验中，主要利用铂铑热电偶和光学高温计对炉膛内的温度分布进行了测量，测点1～4的温度分别为1184.8℃、1313.2℃、1014.8℃、643.8℃。并且收集了布袋除尘器、空气预热器和炉渣的样品，进行了分级测试，得出了各个部位的产锗量以及飞灰中不同粒径颗粒的含锗量。通过比较，发现了模拟结果和实验结果的误差，分析了其中的原因，得出了模拟结果是真实有效的结果。从而为下一步的模拟工作做好了准备。 最后，分别改变了链条炉前后拱的结构、一次风配比情况和炉膛烟气出口的结构，对炉膛内的燃烧情况进行了模拟。同时分析了在各种条件下，温度场、还原性气氛以及粒子停留时间的变化。通过大量模拟的结果，总结出了一套比较适合链条炉炼锗的炉膛结构以及燃烧条件。该项目的研究成果对于今后的炼锗工作有一定的指导作用。

目录

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第一章绪论

1.1锗资源的基本情况概述

1.1.1煤中的锗资源

1.1.2锗的利用价值

1.1.3锗的提取方法

1.1.4锗在自然界中的分布

1.1.5锗的物理性质

1.1.6锗及其氧化物的化学性质

1.1.7内蒙古自锡林浩特热锗联产项目简介

1.2煤的燃烧过程

1.2.1煤的热解

1.2.2煤的燃烧机理

1.2.3煤中矿物质组成

1.2.4煤燃烧过程中飞灰的形成机理

1.2.5内在矿物的演化

1.3课题主要研究内容及意义

1.3.1课题内容和研究方法

1.3.2课题主要意义

第二章链条炉燃烧数值模拟

2.1链条炉的结构和燃烧过程

2.1.1链条炉的结构

2.1.2链条炉的燃烧过程

2.2链条炉物理模型

2.2.1链条炉结构基本参数

2.2.2利用GAMB IT软件建立模型

2.3数学模型的建立

2.3.1湍流粘性系数模型

2.3.2辐射传热模型

2.3.3煤燃烧模型

2.3.4边界条件的设置

2.4数学模拟计算

2.4.1 FLUENT软件简介

2.4.2 FLUENT软件在锅炉模拟方面的应用

2.4.3计算方法

2.4.4网格划分

2.5本章小结

第三章实验测试

3.1燃烧系统

3.2现场测试仪器

3.3测点的布置

3.4炉膛内温度测试

3.5灰样的分析

3.5.1飞灰粒径分级

3.5.2煤及煤灰中锗含量分析

3.6本章小结

第四章模拟结果及实验验证

4.1炉膛温度分布

4.2烟气成分分布

4.3颗粒物的分布

4.4本章小结

第五章燃烧环境改造及其模拟

5.1影响锗挥发的因素

5.1.1炉膛温度对于锗挥发的影响

5.1.2还原性气氛对于锗挥发的影响

5.1.3粒子停留时间对于锗挥发的影响

5.2链条炉结构的改造及模拟

5.2.1链条炉前拱结构对锗挥发的影响

5.2.2链条炉后拱结构对锗富集的影响

5.2.3锅炉炉室出烟口的构造对锗富集的影响

5.2.4 一次风分配方式对锗富集的影响

5.3本章小结

第六章结论与展望

6.1结论

6.2前景展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致 谢