底吹熔炼炉余热锅炉流动与传热数值计算

摘要

在工业生产过程中，产生大量的余热资源被白白的浪费掉，既浪费资源又污染环境，利用底吹熔炼炉余热锅炉可回收这部分余热资源，使之具有重要的实际意义。本文从底吹熔炼炉余热锅炉的工程实际出发，结合所学的理论知识以及相关领域的研究方法进行模型的建立，采用CFD软件对底吹熔炼炉余热锅炉进行数值计算。本文主要从以下几个方面对底吹熔炼炉余热锅炉进行相关的研究。　　在国内外学者对余热锅炉研究的基础上，建立底吹熔炼炉余热锅炉的数理模型，确定边界条件及烟气物性参数，选用合理的Realizable k-ε湍流模型和Do辐射模型，对底吹熔炼炉余热锅炉内烟气的流动与传热进行数值计算;比较理论计算与数值计算的一致性。　　余热锅炉炉口漏风一方面会降低余热锅炉炉口烟气温度，另一方面可提高余热锅炉换热性能。利用传热学公式推导计算得到混合气体的物性参数，利用之前的数理模型及湍流、辐射模型，对炉口漏风进行数值计算，分析底吹熔炼炉余热锅炉炉口漏风对蒸发量、出口温度影响。针对底吹熔炼炉余热锅炉存在漏风位置的不同，采用CFD中组分输运模型对其进行数值计算，并对两种计算方法加以对比，从而分析底吹熔炼炉余热锅炉不同位置的漏风对其影响。　　余热锅炉结渣极大地影响余热锅炉运行的安全性和经济性，对余热锅炉结渣机理和影响因素分析，比较不同烟尘颗粒粘附度计算模型的适用性，假设烟尘颗粒的速度和温度与烟气的相同，利用CFD得到底吹熔炼炉余热锅炉各区域的碰撞率，从而得到底吹熔炼炉余热锅炉各区域的结渣率。编写UDF，利用CFD进行非稳态数值计算得到底吹熔炼炉余热锅炉对流管束壁面温度、灰渣厚度等随时间的变化。利用计算得到的混合气体的物性参数，采用CFD分析炉口漏风对底吹熔炼炉余热锅炉的碰撞率和结渣率的影响。　　高温、高速烟气在进入底吹熔炼炉余热锅炉辐射室时，由于其拐角的存在导致烟气冲刷辐射室顶棚，引起底吹熔炼炉余热锅炉顶棚致密性积灰、对流管束受热不均匀性等现象。采用CFD对底吹熔炼炉余热锅炉辐射室进行优化，研究辐射室挡板的位置及大小对底吹熔炼炉余热锅炉的影响，从而使余热锅炉内的烟气流场合理、便于烟尘颗粒沉降。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 余热锅炉发展历史

1．3 国内外研究现状

1．4 余热锅炉研究方向

1．5 本课题研究内容与研究方法

1．5．1 研究内容

1．5．2 研究方法

第二章 底吹熔炼炉余热锅炉数理模型建立及结果验证

2．1 数理模型的建立

2．1．1 几何模型

2．1．2 控制方程

2．1．3 边界条件

2．2 烟气物性参数计算

2．2．1 烟气物性参数

2．2．2 烟气发射率与吸收率

2．3 网格划分与数值计算方法

2．3．1 网格划分

2．3．2 数值计算方法

2．4 数值计算结果及验证

2．4．1 余热锅炉速度场

2．4．2 余热锅炉温度场

2．4．3 网格无关性验证

2．4．4 数值计算验证

2．5 本章小结

第三章 底吹熔炼炉余热锅炉漏风数值计算

3．1 漏风参数计算

3．2 炉口漏风数值计算

3．2．1 炉口漏风温度场

3．2．2 炉口漏风蒸发量

3．2．3 炉口漏风出口温度

3．2．4 炉口漏风出口热量

3．3 不同位置漏风数值计算

3．3．1 组分传输模型对比

3．3．2 不同位置漏风温度场

3．3．3 不同位置漏风蒸发量

3．3．4 不同位置漏风出口温度

3．3．5 不同位置漏风出口热量

3．4 本章小结

第四章 底吹熔炼炉余热锅炉结渣数值计算

4．1 结渣的形成机理分析

4．1．1 结渣的形成过程

4．1．2 烟尘颗粒的沉积方式

4．2 烟尘颗粒结渣指数

4．2．1 烟尘颗粒熔点指数

4．2．2 烟尘颗粒化学成分指数

4．2．3 烟尘颗粒粘附度指数

4．3 结渣数值计算模型

4．3．1 结渣数值计算流程

4．3．2 烟尘颗粒成分及边界条件

4．4 结渣数值计算结果

4．4．1 烟尘颗粒的碰撞率

4．4．2 烟尘颗粒的粘附率

4．4．3 余热锅炉结渣生长模型

4．5 漏风对结渣的影响

4．5．1 漏风对碰撞率的影响

4．5．2 漏风对粘附率的影响

4．6 本章小结

第五章 底吹熔炼炉余热锅炉结构优化

5．1 优化辐射室挡板

5．1．1 辐射室挡板大小对蒸发量的影响

5．1．2 辐射室挡板位置对蒸发量的影响

5．2 优化辐射室倒角

5．3 优化辐射室挡板、倒角

5．4 结构优化后余热锅炉的结渣率

5．5 本章小结

结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及参加的科研项目