新型焦炉加热系统的数值模拟研究
发布时间：2021-03-23 06:53
焦炉加热系统的工况十分复杂,而采用传统实验手段的研究成本较高。因此,通过对焦炉加热系统的数值模拟,能够分析焦炉加热系统内部难以观测的高温传热工况,以较低的成本反映各操作参数对于炼焦工艺过程的影响,从而得到工艺过程的最优方法。这种研究手段对于炼焦工业中涉及的生产、节能、减排等方面具有指导意义。本文以JNX-70-2型焦炉的设计结构为基础,采用CFD软件,通过合理简化,分别构建了三维分段加热的复热式焦炉燃烧室-炭化室传热模型以及分格式焦炉蓄热室模型。通过工厂实测数据与计算结果比对验证了模型的可靠性,并进一步分析了焦炉加热系统内部的传热传质工况与其影响因素。研究获得的主要结论如下:对于分段加热的复热式燃烧室而言,火焰焰心位置出现在上升气流的中上部,靠近中段燃气进口处;而在炭化室内,靠近燃烧室孔道砌墙一侧的煤料温度较低,在结焦末期较其他部位温度低约100 K左右;在整个结焦过程中,燃烧室出口处NOx的浓度随结焦时间的增大而升高;燃烧室进口空气过剩系数的提高将降低燃烧室内的气相温度,同时也会造成出口处NOx的浓度先减小后增大的现象,得到计算工况下的最佳进口空气过剩系数为1.35;混合煤气中,焦炉...
【文章来源】：华东理工大学上海市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１焦炉加热系统结构示意图??Ｆｉｇ．?１．１?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｈｅａｔｉｎｇ?ｓｙｓｔｅｍ?ｏｆ?ｃｏｋｅ?ｏｖｅｎ??对于炼焦过程而言，重要的传热与质过程发生在蓄热?
ｉ?ｎ换向一次），??将高炉煤气（Ｂｌａｓｔ?Ｆｕｒｎａｃｅ?Ｇａｓ，以下缩写为ＢＦＧ）与空气通入蓄热室内，由高温格子??砖对其预热后进入燃烧室，并与焦炉煤气（Ｃｏｋｅ?Ｏｖｅｎ?Ｇａｓ，以下缩写为ＣＯＧ）混合燃??烧。燃烧后产生的高温气体向炉墙壁面辐射放热，为炭化室提供煤料成焦所需的热量。??燃烧后的废气则通入另一组蓄热室，并加热其内部的格子砖壁面，格子砖储能并为下一??次换向预热空气与ＢＦＧ作准备——由此完成了焦炉加热系统的气相循环过程。??１．３．１焦炉炭化室与燃烧室??图１．２为焦炉炭化室与燃烧室的的外部结构，燃烧室与炭化室相互间隔排列。煤料??通过炭化室顶部的装煤孔落下，进入炭化室内部，然后使其在隔绝空气的条件下加热升??温，直至其转化为焦炭。当炼焦过程完成后，通过使用焦炉推焦机，将成熟的煤料推出??炭化室。??一般在炭化室顶部还设有上升管口，用于收集炼焦过程中，由于煤的热裂解而产生??的荒煤气。此外，大型炭化室的外形还具有一定的锥度，即炭化室的两侧（机侧与焦侧）??长度略有不同，这样做的原因是由于随着焦炉使用年限增大，各处墙面容易产生形变，??使推焦过程难以进行。不过，当炭化室的长度一定时，锥度越大则形变所造成的影响越??小，推焦过程也就越容易进行［９］。??对于炭化室而言，其有效容积、长度与装煤孔数是关键的设计参数，决定了焦炉的??生产能力、运作成本及设备的利用率等等重要的经济指标。??１－炭化室炉墙，２－炉头，３－燃烧室隔墙，４－立火道??图１．２焦炉炭化室与燃烧室的外部结构示意图??Ｆｉｇ．?１．２?Ｅｘｔｅｒｎａｌ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｃａｒｂｏｎｉｚａｔｉｏｎ?ｃｈａｍｂｅｒ?ａｎｄ?
第４页?华东理工大学硕士毕业论文??及循环孔相连。双联立火道的燃烧室结构具有高向温度分布较均匀、气体流动阻力孝??墙体耐用性高等优点，但由于燃烧室的整体结构较复杂，且气流与墙面的接触面较多，??因此各部位所用到的的砖形较多。炭化室与燃烧室的内部结构如图１．３所示。??１?Ｉ??ｉｍｇ；?＾??４三三??３?１?Ｑｇ｜?！?２??１－燃烧室中段进出口，２－ＣＯＧ进口，３－燃烧室底部进出口，４－烟气循环孔??图１．３焦炉炭化室与燃烧室燃烧室的内部结构示意图??Ｆｉｇ．?１．３?Ｉｎｔｅｒｎａｌ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｃａｒｂｏｎｉｚａｔｉｏｎ?ｃｈａｍｂｅｒ?ａｎｄ?ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ?ｃｈａｍｂｅｒ?ｏｆ?ｃｏｋｅ?ｏｖｅｎ??１－跨越孔，２－空气中段进口，３－ＢＦＧ中段进口，４－废气中段出口，５－废气循环孔，６－ＣＯＧ进??口，７－空气底部进口，８－ＢＦＧ底部进口，９－废气底部出口??图１．４复热式二段加热燃烧室的主要结构??Ｆｉｇ．?１．４?Ｉｎｔｅｒｎａｌ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｊｅｔ?ｃｏｍｐｏｕｎｄ?ａｎｄ?ｔｗｏ－ｓｔａｇｅｄ－ｈｅａｔｉｎｇ?ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ?ｃｈａｍｂｅｒ?ｏｆ?ｃｏｋｅ?ｏｖｅｎ??为了更加清晰地展示复热式分段加热燃烧室所具有的，特殊的内部结构．图１．４画??出了复热式二段加热燃烧室的主视（剖视）图。相比传统的单热式燃烧室而言．复热式??
本文编号：3095362
【文章来源】：华东理工大学上海市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１焦炉加热系统结构示意图??Ｆｉｇ．?１．１?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｈｅａｔｉｎｇ?ｓｙｓｔｅｍ?ｏｆ?ｃｏｋｅ?ｏｖｅｎ??对于炼焦过程而言，重要的传热与质过程发生在蓄热?
ｉ?ｎ换向一次），??将高炉煤气（Ｂｌａｓｔ?Ｆｕｒｎａｃｅ?Ｇａｓ，以下缩写为ＢＦＧ）与空气通入蓄热室内，由高温格子??砖对其预热后进入燃烧室，并与焦炉煤气（Ｃｏｋｅ?Ｏｖｅｎ?Ｇａｓ，以下缩写为ＣＯＧ）混合燃??烧。燃烧后产生的高温气体向炉墙壁面辐射放热，为炭化室提供煤料成焦所需的热量。??燃烧后的废气则通入另一组蓄热室，并加热其内部的格子砖壁面，格子砖储能并为下一??次换向预热空气与ＢＦＧ作准备——由此完成了焦炉加热系统的气相循环过程。??１．３．１焦炉炭化室与燃烧室??图１．２为焦炉炭化室与燃烧室的的外部结构，燃烧室与炭化室相互间隔排列。煤料??通过炭化室顶部的装煤孔落下，进入炭化室内部，然后使其在隔绝空气的条件下加热升??温，直至其转化为焦炭。当炼焦过程完成后，通过使用焦炉推焦机，将成熟的煤料推出??炭化室。??一般在炭化室顶部还设有上升管口，用于收集炼焦过程中，由于煤的热裂解而产生??的荒煤气。此外，大型炭化室的外形还具有一定的锥度，即炭化室的两侧（机侧与焦侧）??长度略有不同，这样做的原因是由于随着焦炉使用年限增大，各处墙面容易产生形变，??使推焦过程难以进行。不过，当炭化室的长度一定时，锥度越大则形变所造成的影响越??小，推焦过程也就越容易进行［９］。??对于炭化室而言，其有效容积、长度与装煤孔数是关键的设计参数，决定了焦炉的??生产能力、运作成本及设备的利用率等等重要的经济指标。??１－炭化室炉墙，２－炉头，３－燃烧室隔墙，４－立火道??图１．２焦炉炭化室与燃烧室的外部结构示意图??Ｆｉｇ．?１．２?Ｅｘｔｅｒｎａｌ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｃａｒｂｏｎｉｚａｔｉｏｎ?ｃｈａｍｂｅｒ?ａｎｄ?
第４页?华东理工大学硕士毕业论文??及循环孔相连。双联立火道的燃烧室结构具有高向温度分布较均匀、气体流动阻力孝??墙体耐用性高等优点，但由于燃烧室的整体结构较复杂，且气流与墙面的接触面较多，??因此各部位所用到的的砖形较多。炭化室与燃烧室的内部结构如图１．３所示。??１?Ｉ??ｉｍｇ；?＾??４三三??３?１?Ｑｇ｜?！?２??１－燃烧室中段进出口，２－ＣＯＧ进口，３－燃烧室底部进出口，４－烟气循环孔??图１．３焦炉炭化室与燃烧室燃烧室的内部结构示意图??Ｆｉｇ．?１．３?Ｉｎｔｅｒｎａｌ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｃａｒｂｏｎｉｚａｔｉｏｎ?ｃｈａｍｂｅｒ?ａｎｄ?ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ?ｃｈａｍｂｅｒ?ｏｆ?ｃｏｋｅ?ｏｖｅｎ??１－跨越孔，２－空气中段进口，３－ＢＦＧ中段进口，４－废气中段出口，５－废气循环孔，６－ＣＯＧ进??口，７－空气底部进口，８－ＢＦＧ底部进口，９－废气底部出口??图１．４复热式二段加热燃烧室的主要结构??Ｆｉｇ．?１．４?Ｉｎｔｅｒｎａｌ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｊｅｔ?ｃｏｍｐｏｕｎｄ?ａｎｄ?ｔｗｏ－ｓｔａｇｅｄ－ｈｅａｔｉｎｇ?ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ?ｃｈａｍｂｅｒ?ｏｆ?ｃｏｋｅ?ｏｖｅｎ??为了更加清晰地展示复热式分段加热燃烧室所具有的，特殊的内部结构．图１．４画??出了复热式二段加热燃烧室的主视（剖视）图。相比传统的单热式燃烧室而言．复热式??
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