管道化熔鹽爐熱工過程數(shù)值仿真與優(yōu)化.pdf

1、熔鹽爐是氧化鋁生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備，但一直以來對熔鹽爐的爐內(nèi)熱工過程缺乏系統(tǒng)研究和分析，以致對該系統(tǒng)的操作和改進主要依靠經(jīng)驗，缺乏相應(yīng)的理論指導(dǎo)。因此，依據(jù)實際生產(chǎn)設(shè)備，建立并求解熔鹽爐的物理數(shù)學(xué)仿真模型，深入了解熔鹽爐爐內(nèi)的熱工過程，獲得熔鹽爐的最優(yōu)結(jié)構(gòu)參數(shù)以及各項運行參數(shù)成為亟待解決的新課題。 本文以國內(nèi)某氧化鋁廠熔鹽爐系統(tǒng)為研究對象，以計算流體力學(xué)軟件FLUENT6.2為平臺，以熱平衡測試數(shù)據(jù)為邊界條件，對熔鹽爐爐內(nèi)熱工過程進行

2、了數(shù)值仿真及優(yōu)化研究。本研究中采用分塊非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格對計算區(qū)域進行離散，選用帶有旋流修正的可實現(xiàn)化k-ε雙方程模型模擬爐內(nèi)氣體流動，并采用基于概率密度函數(shù)法(PDF)的k-ε-g模型模擬爐內(nèi)氣體的擴散燃燒，采用P-1模型模擬爐內(nèi)輻射換熱過程及NOx生成模型模擬爐內(nèi)氮氧化物的產(chǎn)生。 本論文的主要成果與結(jié)論有： 1)熔鹽爐爐內(nèi)最高溫度出現(xiàn)在距離燃燒器噴口大約5.5m處，最高溫度為2189K；熔鹽爐頂部由于煙氣的回流作用，溫度水

3、平在1000K左右；熔鹽爐爐壁溫度在圓周方向分布比較均勻，同一高度處圓周溫差不超過50K，沒有發(fā)生偏燒現(xiàn)象； 2)熔鹽爐爐膛上部存在一個比較大的回流區(qū)域，煙氣的回流有效的加強了爐內(nèi)氣體的循環(huán)與混合，增加了爐內(nèi)燃燒的穩(wěn)定性； 3)大部分燃料在離開噴口很短的距離內(nèi)就燃燒完畢，而剩余的少量CO則要延伸至熔鹽爐內(nèi)距離燃燒器噴口5.5m左右處，才全部反應(yīng)完畢； 4)得到了熔鹽爐爐內(nèi)O2、CO2和H2O的體積濃度分布結(jié)果，發(fā)

4、現(xiàn)在燃燒劇烈的地方，氧氣的消耗最快，同時伴隨著大量的CO2和H2O產(chǎn)生； 5)高濃度的NOx區(qū)域基本上都出現(xiàn)在高溫區(qū)域，且其分布形狀還受到流體流動的影響。出口煙氣中NOx的平均體積分數(shù)為698ppm； 6)通過改變助燃空氣的流量、預(yù)熱溫度和入射角度，得到了不同操作參數(shù)對爐內(nèi)氣體溫度分布和煙氣出口成分的影響。研究結(jié)果表明：相對于基準工況，當助燃空氣流量為15500Nm3/h，空氣入射角度為46～48°，適當提高助燃空氣的預(yù)