烧结刚玉用高温竖窑燃烧数值模拟与炉衬结构优化设计

发布时间：2021-05-07 07:26

　　高温竖窑作为烧结刚玉生产的主要热工设备,在生产过程中存在能耗高、产品质量不均匀、炉衬结构易毁坏、刚玉生坯易破碎等问题。由于窑内温度高,工作条件苛刻,采用常规的实验手段无法直接开展研究。因此本文采用数值模拟的方法研究窑内天然气的燃烧情况,分析影响温度分布、能耗与产品质量的因素,并对热工工艺参数、燃烧器的布置和颗粒堆积方式进行优化;对炉衬结构进行传热计算和振动模态分析,研究影响炉衬能耗与炉衬寿命的因素,优化炉衬材料和炉衬结构;最后采用实验和数值模拟相结合的方法,研究了颗粒破碎的临界应力,为竖窑内升降温制度以及出料速度的设定提出建议。研究表明:（1）当天然气与一次空气的比值为1:9时,窑内温度最高;当天然气与一次空气配比为1:12和1:13时,此时窑内温度分布均匀,温度值约为1960℃,适合烧结刚玉煅烧。高温竖窑中,空气过剩系数从6.9增大到12.2的过程中,随着冷却风量的增加,没有促进甲烷的燃烧程度,但窑内温度逐渐降低。当燃烧器在竖直面上向下角度为30°时,此时在煅烧带的温度分布主要区间为1800¹930℃,适合刚玉的煅烧,温度分布均匀,有利于煅烧出质量均匀的刚玉产品... 

【文章来源】：武汉科技大学湖北省

【文章页数】：82 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 文献综述
    1.1 烧结刚玉生产工艺
    1.2 竖窑
        1.2.1 竖窑煅烧产品质量与能耗分析
        1.2.2 竖窑煅烧产品质量与能耗影响因素的研究
    1.3 填充床内的燃烧
        1.3.1 填充床内流体流动阻力的计算
        1.3.2 填充床内的燃烧
    1.4 竖窑的炉衬材料与结构
    1.5 选题意义及主要研究内容
第2章 高温竖窑数值模拟计算的理论基础
    2.1 颗粒运动方程
    2.2 流体流动控制方程
        2.2.1 连续性方程
        2.2.2 动量方程
    2.3 能量守恒方程
    2.4 气固间相互作用模型
    2.5 甲烷燃烧模型
    2.6 固体热-力耦合模型
        2.6.1 传热计算
        2.6.2 热应力计算
    2.7 炉体结构振动模态计算模型
第3章 高温竖窑非预混燃烧数值模拟与燃烧优化
    3.1 模型简化与计算方法的选择
        3.1.1 Kamiuto实验物理模型与模型简化
        3.1.2 数值模拟方法
        3.1.3 边界条件和求解
        3.1.4 结果与讨论
    3.2 工业生产用高温竖窑模型建立与网格划分
    3.3 烧结刚玉颗粒对气体流动阻力系数的计算
    3.4 方案设计
        3.4.1 燃烧参数
        3.4.2 燃烧器的布置
        3.4.3 颗粒尺寸和孔隙率
    3.5 计算结果与分析
        3.5.1 燃烧参数的影响
        3.5.2 燃烧器布置对燃烧的影响
        3.5.3 颗粒尺寸与孔隙率对燃烧的影响
    3.6 本章小结
第4章 高温竖窑炉衬材料和结构优化设计
    4.1 炉衬材料设计方案
    4.2 炉衬结构设计方案
    4.3 数值模拟
        4.3.1 数值模拟计算方法与步骤
        4.3.2 永久层材料对炉衬温度分布的影响
        4.3.3 炉衬结构对炉衬固有频率的影响
    4.4 本章小结
第5章 烧结刚玉颗粒破碎时临界热应力数值计算
    5.1 破碎实验
        5.1.1 实验方法
        5.1.2 实验方案
        5.1.3 实验结果
    5.2 数值模拟计算
        5.2.1 模型建立与网格划分
        5.2.2 边界条件与材料性能参数
        5.2.3 计算结果与分析
    5.3 本章小结
第6章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
致谢
参考文献
附录1 攻读硕士学位期间发表的论文
附录2 攻读硕士学位期间参加的科研项目



本文编号：3172995